自由基与人类的密切关系.doc

红凤来仪文化传播 自由基与人类的密切关系 Page 12 of 12自由基与人类的密切关系一、什么是自由基正常情况下，参与代谢的氧大多数与氢结合生成水，然而有45的氧将被酶所催化形成超氧阴离子，后者又可形成过氧化氢，它们都属于自由基。自由基有多种，如氧自由基和羟自由基，是指那些最外层电子轨道上含有不配对电子的原子、离子或分子。从化学结构上看是含未配对电子的基团，原子或分子。人体内以氧化形成的自由基最为重要， 包括超氧阴离子（O）、羟自由基（OH）、烷氧基（RO）、烷过氧基（ROO）、氢过氧化物（ROOH）等，它们又统称为活性氧。存在于体内的非氧化自由基主要有氧自由基（H）和有机自由基（R）。自由基具有高度的氧化活性它们极不稳定，活性极高，它们攻击细胞膜、线粒体膜,与膜中的不饱和脂肪酸反应，造成脂质过氧化增强。脂质过氧化产物又可分解为更多的自由基，引起自由基的连锁反应。这样，膜结构的完整性受到破坏，引起肌肉、肝细胞、线粒体、DNA、RNA等广泛损伤从而引起机体的衰老，也是引起各种疾病，诸如炎症癌症、扩张性心肌病、老年性白内障、哮喘等疾患的原因。故自由基是人体疾病、衰老和死亡的直接参与和制造者。人体内的自由基是处于不断产生与清除的动态平衡之中。自由基是机体有效的防御系统，如不能维持有一定水平的自由基则会对机体生命活动带来不利影响。但自由基产生过多或清除过慢，它通过攻击生命大分子物质及各种细胞器，会造成机体在分子水平、细胞水平及组织器官水平的各种损伤，加速机体的衰老进行过程并诱发各种疾病。而我们的身体，当然也会有自然产生的自由基清除者来能抑制自由基形成，此外，身体自然制造的酵素，也可中和自由基。除了这些酵素，我们还可由饮食中摄取天然的抗氧化剂，例如维生素A、C、E及硒，以协助体内清除自由基。如果人体系统在自由基的充斥下，而自然产生的自由基清除者无法“应付”时，健康就会亮起红灯。因此，人们在平时就应通过饮食，摄取天然的抗氧化剂，或服用一些补充品，来协助身体破坏自由基。二、自由基积极的生物学作用1、增强白细胞的吞噬功能，提高杀菌效果；2、促进前列腺素的合成；3、参与胶原蛋白的合成：胶原蛋白的前体称原胶原蛋白，原胶原蛋白中的脯氨酸和赖氨酸经氢氧化酶的羟化左右那个是原胶原蛋白转变成胶原蛋白的关键步骤；4、参与肝脏的解毒作用：一定剂量的外来毒物可被羟化而排出体外完成解毒作用；5、参与凝血酶的合成：凝血酶原是凝血酶的前体。没有氧自由基的参与，就不能合成凝血酶原。此外，自由基在调节细胞分裂维持人体的正常氧化代谢过程，增强抗菌效力和抑制肿瘤方面也发挥作用。英国Harman于1956年率先提出自由基与机体衰老和疾病有关，接着在1957年发表了第一篇研究报告，阐述用含0.51自由基清除剂的的饲料喂养小鼠可延长寿命。然而，正常机体组织中自由基的数量一般情况下只会过多而不会缺乏，因此自由基有意的生物效应被其有害的生物效应所掩盖，就像机体内的胆固醇一样。三、自由基威胁人类健康氧在维系生命中的地位十分重要，人缺少氧在几分钟之内就会死亡。氧通过血液循环运往全身以满足细胞呼吸之用，但在此时有部分氧被酶所催化形成氧自由基，它们在人体内随处可见，到处游离，活跃且富于攻击性，就像氧化作用腐蚀金属一样。自由基对人体有种种危害，它不仅加剧人类的衰老过程，而且也会引起一系列的疾病。造成体内自由基大量生成的因素有几个方面：1、组织细胞的新陈代谢；2、外界的紫外线和各种辐射、吸烟、酗酒、工作压力、生活不规律等；3、组织器官损伤后的缺血如心肌梗塞、脑血栓、外伤等。正常人体有一套清除自由基的系统，但这个系统的力量会因人的年龄增长及体质改变而减弱，致使自由基的负面效应大大增强，引起多种疾病发病率的提高。在正常情况下，自由基能保护身体免受微生物、细菌等有害物质侵害，但是，当自由基过量时情况就大不一样，它会攻击细胞，促使蛋白质、核苷酸、脂肪的代谢异常，细胞产生突变而引起疾病。越来越多的证据表明，氧自由基在人类许多疾病的发生、发展中起着十分重要的作用，如氧自由基引起脂质过氧化，导致动脉粥样硬化，这是心血管疾病发生的基础；DNA和蛋白质的结合物在自由基作用下可以造成多种形式的损伤，诱发肿瘤生成；细胞膜被氧自由基氧化引起血小板凝集，这是脑血栓、心肌梗塞形成的第一步；氧自由基使胶原蛋白和弹性蛋白分解，皮肤松弛，出现皱纹，同时可以氧化皮下不饱和脂肪酸形成类脂褐色素，皮肤出现晒斑、黄褐斑、老年斑等；其它还有衰老、老年性痴呆、白内障、糖尿病、酒精性肝损伤、过敏症、炎症、免疫力低下、帕金森氏病等。由此可见，如何有效地清除体内过量自由基，减少自由基对身体各个零件的破坏，确实应引起每个人的注意。四、自由基与衰老从古至今，依据对衰老机理的不同理解，人们提出各种各样的衰老学说多达300余种。自由基学说就是其中之一。反映出衰老本质的部分机理。由于自由基学说能比较清楚地解释机体衰老过程中出现的种种症状，如老年斑、皱纹及免疫力下降等，因此倍受关注，已为人们所普遍接受。自由基衰老理论的中心内容认为，衰老来自机体正常代谢过程中产生自由基随机而破坏性的作用结果，由自由基引起机体衰老的主要机制可以概括为以下三个方面：1、生命大分子的交联聚合和脂褐素的累积自由基作用于脂质过氧化反应，氧化终产物丙二醛等会引起蛋白质、核酸等生命大分子的交联聚合，该现象是衰老的一个基本因素。脂褐素(Lipofuscin)不溶于水故不易被排除，这样就在细胞内大量堆积。脂褐素在皮肤细胞的堆积，即形成老年斑，这是老年衰老的一种外表象征；而在脑细胞中的堆积，则会出现记忆减退或智力障碍甚至出现老年痴呆症。胶原蛋白的交联聚合，会使胶原蛋白溶解性下降、弹性降低及水合能力减退，导致老年皮肤失去张力而皱纹增多，以及老年骨质再生能力减弱导致骨质疏松等。脂质的过氧化导致眼球晶状体出现视网膜模糊等病变，诱发出现老年性视力障碍，如眼花、白内障等。由于自由基的破坏而引起皮肤衰老，是机体整体衰老的外部表现，衰老皮肤的显著特征是因弹性与柔软的丧失而出现皱纹，脂褐素的堆积使皮肤细胞免疫力的下降导致皮肤肿瘤易感性增强。自由基引起皮肤皱纹的主要原因有三个方面：自由基是促进胶原蛋白的交联聚合，使胶原蛋白溶解性下降，弹性降低及水合能力减弱，导致皮肤失去张力。自由基直接或间接作用于粘多糖基质（主要使透明脂酸）引起解聚而导致皮肤保水能力下降。 自由基引起弹性纤维的降解使皮肤失去弹性和柔软性。胶原蛋白、透明脂酸和弹性纤维是真皮的三种主要成分，它们的变化是皮肤出现皱纹的结构基础。2、器官组织细胞的破坏与减少器官组织细胞的破坏与减少，是机体衰老的症状之一。例如神经元细胞数量的明显减少，是引起老年人感觉与记忆力下降、动作迟钝及智力障碍的又一重要原因。器官组织细胞破坏或减少主要是由于自由基引起的脂质过氧化而造成对细胞膜的损害，另外自由基作用于核算引起基因突变改变了遗传信息的传递，导致蛋白质与酶的合成错误以及酶活性的降低。这些的积累，造成了器官组织细胞的老化与死亡。生物膜上的不饱和脂肪酸极易受自由基的侵袭发生过氧化反应，氧化终产物丙而醛会使生命大分子发生交联作用，而导致各种代谢障碍。过氧化作用还使不饱和脂肪酸含量减少改变了生物膜的结构与功能，映像膜的流动性与通透性导致了膜功能的紊乱。另外，氧化作用对衰老有重要的影响，自由基通过对脂质的侵袭加速了细胞的衰老进程。3、免疫功能的降低自由基作用于免疫系统，或作用于淋巴细胞使其受损，引起老细胞免疫与体液免疫功能减弱，并使免疫识别力下降出现自身免疫性疾病。 所谓自身免疫性疾病，就是免疫系统不仅攻击病原体和异常细胞，同时也侵犯了自身正常的健康组织，将自身组织当作外来异物来攻击。如弥散性硬皮病、系统性硬结、溃疡性结肠炎、成胶质病变和局部性回肠炎之类的自身免疫性疾病，往往伴有较多的染色体断裂。研究表明，自身免疫病的病变过程与自由基有很大的关系。五、自由基与癌症长期以来，人们一直致力于对癌变原因不同角度的探索。自从揭示了具有高度活泼性的自由基能引起迅速扩展的连锁反应后，人们把这些性质的快速生长联系起来，研究癌变诸过程中自由基的参与问题。目前的看法是，不少致癌物必须在体内经过代谢活化形成自由基并攻击DNA才能致癌，而许多抗癌剂也是通过自由基形成去杀死癌细胞。 一个正常细胞发生癌变必须经历诱发和促进两个阶段，这就是两步致癌学说。诱发阶段与自由基关系密切。自由基作用于脂质产生的过氧化产物既能致癌又能致突变，致癌和致突变在分子水平上的机理是相同的。诱发期使癌变的必要但不是充分条件，若仅停留在此期尚不会发生癌变。促癌阶段也与自由基有关，促癌能力与其产生自由基的能力相平行。促癌剂能使细胞产生O 、H2O2和过氧化物，然后通过这些活性氧去攻击DNA从而间接损伤DNA。其特点是有些物质本身不致癌，但多次作用于已诱发细胞就会出现癌变，促癌剂一次使用往往无效，这一过程是可逆的。自然界中的促诱剂种类繁多，巴豆脂、巴豆油、香烟烟雾凝聚物、未燃烧烟草提取物、脂肪酸甲酯、酚类和直链烷烃类等等。自由基作用于脂质产生的过氧化产物既能致癌又能致突变，致癌和致突变在分子水平上的机理是相同的。脂质终产物丙二醛有致突变作用，另一种醛类产物能使DNA发生交联或出现单链断裂情况，具有致突变或致癌作用。在化疗过程中，由于药物的毒性导致细胞内产生大量的自由基这往往会引起骨髓损伤、白血球减少，致使化疗减慢、药量减少或被迫停止化疗。若使用自由基清除剂，则可防止骨髓进一步受氧自由基的破坏，加速骨髓和白血球量的恢复，有利于化疗的继续。六、自由基与肺气肿肺气肿的特点是细支气管和肺泡管被破坏、肺泡间隔面积缩小以及血液与肺之间气体交换量减少等，这些病变起因于肺巨噬细胞受到自由基侵袭，释放了蛋白水解酶类（如弹性蛋白酶）而导致对肺组织的损伤破坏。吸烟很容易引起肺气肿，原因在于香烟烟雾诱导肺部巨噬细胞的集聚与激活，吸烟者肺支气管肺泡洗出液中的嗜中性白细胞内水解蛋白酶活性高于不吸烟者，洗出液中白血球产生的O2含量也远高于不吸烟者，由此可见，香烟及其他污染物可诱发肺气肿。七、自由基与眼病眼睛是人和动物唯一的光感受器，老年性眼睛衰老（特别是白内障）与自由基反应有关。研究表明，老年人由于全身机体的衰老使得眼球晶状中自由基清除剂的含量与活性降低，导致对自由基侵害的抵御能力下降。事实表明，白内障的起因和发展与自由基对视网膜的损伤导致晶状体组织的破坏有关。角膜受自由基侵袭引起内皮细胞破裂，细胞通透性功能出现障碍，引起角膜水肿。自由基会对眼晶状体产生直接的损伤破坏。八、抗氧化剂对抗自由基的杀手人体的抗氧化物质有自身合成的，也有由食物供给的。酶和非酶抗氧化物质在保护由于运动引起的过氧化损伤中起至关重要的作用。补充抗氧化物质有利于运动机体减少自由基的产生或加速其清除，以对抗自由基的副作用，因而对一般人和运动员的健康都有益，可能延缓运动性疲劳发生和加快体能恢复。年龄大的体力活动者比年轻者服用抗氧化剂效果更好。下面介绍几种常用的抗氧化物质：1、维生素E维生素E是细胞膜内重要的抗氧化物和膜稳定剂。维生素E在维持肌肉组织的正常机构和代谢，特别是在肌肉收缩期间的能量供给和钙离子摄取和释放有着重要的作用。补充维生素E可减少由大强度运动或其它情况引起自由基增加对机体的损伤。在高于海平面时，补充维生素E可防止运动能力的降低。因此，认为在高于海平面训练的运动员补充维生素E有利于运动成绩的提高。2、维生素C缺乏可大大降低耐力运动能力。补充维生素C可明显降低运动诱导的氧化应激。补充维生素C的安全剂量是0.53.0克/天。推荐每天补充维生素c的剂量为0.52.0克。3、硒硒是机体抗氧化系统组成成分谷胱甘肽过氧化物酶的必需成分，适当补硒可提高谷胱甘肽过氧化物酶活力，从而提高机体的抗氧化能力。有人报道给游泳运动员每天补充硒100150微克可减少体内脂质过氧化，提示补硒对耐力运动员可能有益。建议的补硒剂量为每天100250微克。4、 胡萝卜素胡萝卜素是维生素A的前体，具有清除自由基的功能，所以胡萝卜素对运动时的氧化应激有保护作用。推荐的胡萝卜素补充量是每天25,000100,000国际单位。 5、辅酶Q10辅酶是机体中要使用氧的所有细胞的必需成分，因为它是物质氧化产生能量的过程中的氧化磷酸化呼吸链的电子传递体，运动中能量的需求大大增加，所以辅酶可减少人心脏和肌肉自由基生成。对于要维持身体健康的人来说，辅酶Q10的推荐使用量为每天30毫克，如果用治疗各种疾病，所使用的量就要高于这一剂量。6、番茄红素番茄红素是近几年国际上最新发现的一种更强有力的抗氧化剂。它如同胡萝卜素，属胡萝卜素类物质，在大多数水果和蔬菜中可以找到，是一种天然的生物色素。由于它具有独特的化学结构，所以可以消除自由基，尤其是氧自由基。据报道番茄红素提高机体免疫机能的作用比维生素E强100倍。总之，体力活动尤其是急性大强度运动时体内自由基产生增加，并且形成链式反应引起膜结构等损伤。虽然众多的研究结果不一致，有关体力活动者补充抗氧化剂尚有大量的问题需要阐明，但现有证据均支持运动后服用抗氧化剂。芬兰科学家研究发现，维生素E和硒的含量同时很低会使患癌症的几率增加10倍。应用抗氧化剂对膳食不足和体力活动时需求增加有益。值得注意的是，自由基作为人体自然免疫系统的一部分发挥着有益的作用。长期滥用抗氧化剂可能有损自由基的正面作用。因此，补充抗氧化物质前要了解运动人体的抗氧化状态，所用的剂量要适度，最好在运动营养师或医师的指导下服用。九、美食帮助抗氧化每年，人类都会在自然中找到更多的抗氧化剂，包括浆果、葡萄、番茄。芥末和花椰菜中的物质，以及如姜黄和银杏等药草中的物质。这些物质，如生物类黄酮、番茄红素和花色素，并非是必需的营养物质，但是对人体却很有好处。 最主要的必需抗氧化维生素包括维生素地维生素C和维生素E，以及-胡萝卜素（维生素A的前体）。一胡萝卜素存在于红色、橙色、黄色的蔬菜和水果之中子。维生素C还大量存在于生食的蔬菜以及水果中，但是加热过程会迅速破坏这种维生素。维生素E存在于“种子”类食物中，包括坚果、种子和植物油以及豌豆、蚕豆、玉米和粗谷之类的蔬菜所有上述食物都被归类为“种子”类食物。最好的营养成分全面的食物都列于下。经常吃甘薯、胡萝卜、豆瓣菜、豌豆和花椰莱是增加人体抗氧化能力的好办法。当然，前提是不要对这些食物进行煎炸烹制。1、西瓜：西瓜果肉中的一胡萝卜素和维生素C含量很高，而西瓜子则含有大量