桑 琛 李明學(xué)

(江蘇大學(xué)醫(yī)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

衰老自由基學(xué)說和運(yùn)動對抗自由基損傷的作用

桑 琛 李明學(xué)

(江蘇大學(xué)醫(yī)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

從自由基的產(chǎn)生、清除以及對機(jī)體的損害作用幾方面概述了衰老的自由基學(xué)說。并說明運(yùn)動對機(jī)體自由基的產(chǎn)生和清除隨運(yùn)動方式、運(yùn)動強(qiáng)度、運(yùn)動時間的不同而產(chǎn)生相反的效應(yīng)，指出長期的有氧運(yùn)動可以抑制自由基的產(chǎn)生并提高機(jī)體的抗氧化能力，對延緩衰老有著不可忽視的作用。

衰老；自由基；運(yùn)動

衰老是一個多因素、復(fù)雜的綜合生理變化過程，是個體成長過程中必然出現(xiàn)的階段。研究表明，人類自30歲以后，各器官、細(xì)胞、生理機(jī)能出現(xiàn)隨年齡的增大而呈現(xiàn)一個不同程度的下降水平。人類最高壽限是125歲，但是絕大多數(shù)人不能活到最高壽限，其原因是由于各種先天因素，或是環(huán)境、營養(yǎng)、疾病、心理、社會、不良習(xí)慣、體力活動等后天因素造成人類患病率增加而加速了衰老過程。衰老的過程是不可逆的，但是是否可以延緩衰老就成了研究的熱點。經(jīng)過多年的研究，學(xué)者對衰老機(jī)制提出了許多學(xué)說，在眾多學(xué)說中，較為主要和公認(rèn)的并得到廣泛研究的是衰老的程序性理論和衰老的自由基理論。下面就其中關(guān)于衰老自由基學(xué)說及運(yùn)動在自由基方面延緩衰老的作用進(jìn)行綜述。

1 衰老的自由基理論

衰老的自由基理論是1965年由Harman D提出的。這個理論認(rèn)為體內(nèi)具有一整套產(chǎn)生和清除自由基的平衡體系，機(jī)體隨著年齡增大的退行性變是由于受到內(nèi)、外環(huán)境的影響以及機(jī)體抗氧化酶的活性不斷下降使體內(nèi)自由基物質(zhì)過剩的結(jié)果。

1.1自由基

1.2自由基的產(chǎn)生

人體自由基的產(chǎn)生有兩方面：一是環(huán)境中的高溫、輻射、光解、化學(xué)物質(zhì)等導(dǎo)致共價鍵均裂產(chǎn)生的外源性自由基；二是人體內(nèi)各種代謝反應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)源性自由基，內(nèi)源性自由基是人體自由基的主要來源。其途徑主要有以下幾條：①機(jī)體消耗氧的90%以上都是被線粒體所利用的，在生理情況下機(jī)體通過線粒體呼吸鏈內(nèi)氧化磷酸化途徑，Ca2+依賴性磷脂酶A2激發(fā)的花生四烯酸代謝途徑、黃嘌呤氧化途徑，精氨酸NO 合成酶途徑產(chǎn)生自由基，所以線粒體生成的活性氧在細(xì)胞氧自由基的生成中是最主要的。②經(jīng)微粒體混合功能氧化酶系統(tǒng)催化底物產(chǎn)生線粒體外自由基；此外，機(jī)體的吞噬細(xì)胞、血紅蛋白、肌紅蛋白也可產(chǎn)生自由基。近年來研究還表明機(jī)體中鐵離子能增強(qiáng)活性氧的毒性。

1.3自由基對機(jī)體的損害作用

自由基是機(jī)體代謝正常的中間產(chǎn)物，低濃度自由基是機(jī)體執(zhí)行正常生理功能所必需的，但自由基含有未配對電子，具有高度反應(yīng)活性，可引發(fā)鏈?zhǔn)阶杂苫磻?yīng)，過量的自由基會損傷機(jī)體，主要有以下幾種方式：

1)引發(fā)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)

脂質(zhì)過氧化作用主要指在多不飽和酸(PUFA)中發(fā)生的一種自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。·OH是脂質(zhì)過氧化作用的主要引發(fā)劑，它首先從膜磷脂PUFA上抽提氫，形成脂自由基(L·)，然后L·與基態(tài)氧反應(yīng)生成脂過氧基(LOO·)，LOO·再從其他磷脂PUFA分子中抽提一個氫，形成脂氫過氧化物(LOOH)，同時又生成新的L·。

·OH+LH→LO·+ H2O

L·+O2→LOO·

LOO·+LH→LOOH+L·

LOOH在鐵離子催化下生成LOO·和LOO·，均裂生成LOO·、LO·，導(dǎo)致不斷產(chǎn)生LOOH的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和鏈?zhǔn)街ф湻磻?yīng)，放大自由基的作用。

Fe2++LOOH→Fe3++LO·+ H2O

Fe3++LOOH→Fe2++LOO·+H+

LOOH的分解產(chǎn)物是造成細(xì)胞損傷的物質(zhì)基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定的LOOH連續(xù)地斷裂、分裂、重排和氧化轉(zhuǎn)變成很多不同地含有各種氧功能基的產(chǎn)物，對生物大分子損傷具有重要作用的是丙二醛(MDA)和4-羥基壬烯醛(4-HNE)。由于PUFA主要存在于細(xì)胞膜磷脂中，所以生物膜和亞細(xì)胞器膜是脂質(zhì)過氧化作用損傷的主要部位，引起膜的通透性增加和流動性下降，膜酶受到損傷(或激活)，而且可使膜上的受體失活，導(dǎo)致細(xì)胞代謝和結(jié)構(gòu)的改變。

2)引發(fā)蛋白質(zhì)的氧化損傷

活性氧對蛋白質(zhì)的損傷表現(xiàn)在活性氧直接引發(fā)蛋白質(zhì)的氧化作用，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子發(fā)生交聯(lián)、聚合、肽鏈斷裂等多種損傷，也可間接通過脂質(zhì)過氧化作用產(chǎn)生新的羰基對蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾。

·OH攻擊多肽主鏈，抽提氨基酸殘基上的α氫原子，形成蛋白質(zhì)自由基(P·)，蛋白質(zhì)自由基與其他蛋白質(zhì)分子加成反應(yīng)則可形成多聚蛋白交聯(lián)物。

·OH+P→H2O+P·

P·+P→PP·

在過度金屬離子的催化下蛋白質(zhì)交聯(lián)物能發(fā)生裂解。另外，蛋白質(zhì)的所有氨基酸殘基對·OH都是敏感的，形成氧化或過氧化產(chǎn)物，改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，破壞空間結(jié)構(gòu)影響功能及其理化性質(zhì)。

3)對DNA的損傷

·OH可加到堿基的雙鍵中，生成嘧啶自由基或嘌呤自由基，他們之間可以相互結(jié)合，或再通過O2、·O2、等反應(yīng)，生成氫過氧化物，引起DNA股斷裂、姐妹染色體交換、DNA突變以及細(xì)胞的和分離的DNA尿嘌呤和胸腺嘧啶堿基的損傷。脂質(zhì)過氧化作用生成的具有生物意義的羰基化合物可與DNA及其堿基所含有的游離氨基酸反應(yīng)生成類似蛋白質(zhì)分子內(nèi)和蛋白質(zhì)分子自交聯(lián)形成的熒光發(fā)色團(tuán)物質(zhì)，最終導(dǎo)致基因序列改變、基因突變，進(jìn)而引起衰老現(xiàn)象。

1.4自由基的清除

通常生物體內(nèi)自由基的生成與清除是處于動態(tài)平衡中的，抗氧化系統(tǒng)是自由基的清除系統(tǒng)，主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱苷肽過氧化物酶(GSH-Px)、過氧化氫酶(CAT)等抗氧化酶。這些抗氧化酶對自由基的清除作用，可減輕自由基的損害作用。

1)超氧化物歧化酶

SOD

SOD按其所含的金屬種類不同可分為3類，位于細(xì)胞漿的CuZn-SOD,位于線粒體的Mn-SOD和分泌到細(xì)胞外的EC-SOD。3類酶都催化相同的歧化反應(yīng)，其中Mn-SOD主要位于線粒體中，線粒體是細(xì)胞內(nèi)能量產(chǎn)生和氧化代謝的重要場所，因而線粒體是氧化損傷的主要靶細(xì)胞器，由此決定了Mn-SOD在抗衰老中起著重要作用。

2)谷胱苷肽過氧化物酶

GSH-Px是一種含硒的酶，廣泛地存在于肝、腎、心、肺等器官中，主要存在于器官的線粒體和細(xì)胞質(zhì)中，能清除正常代謝所產(chǎn)生的活性氧自由基，它在催化谷胱苷肽氧化成氧化型谷胱苷肽(GSSG)的反應(yīng)中消耗H2O2。

GSH-Px

GSH-Px不但能夠以 H2O2為基質(zhì)，還能以有機(jī)過氧化物特別是LOOH為基質(zhì)，將LOOH還原為相應(yīng)的醇(LOH)，減少LOO·和LO·的形成。

GSH-Px

3)過氧化氫酶

CAT主要存在于紅細(xì)胞和其他組織細(xì)胞過氧化體中，一般由4個亞基組成，每個亞基的活性中心為Fe3+-原卟呤，具有清除過氧化體中羥基乙酸氧化酶等催化反應(yīng)產(chǎn)生的H2O2的作用。

CAT

4)其他非酶類抗氧化劑

β-胡蘿卜素經(jīng)機(jī)體代謝可轉(zhuǎn)化為VA，可以提供電子抑制活性氧地產(chǎn)生。

GSH分子中含有一個活潑地巰基-SH，易被氧化脫氫，兩個分子GSH脫氫后轉(zhuǎn)化為氧化型谷胱苷肽(GSSG)，消耗H2O2。

尿酸是嘌呤代謝的產(chǎn)物，能保護(hù)膜，防止脂質(zhì)過氧化。人組織內(nèi)尿酸含量高，在生理PH范圍內(nèi)能有效地發(fā)揮作用，其抗自由基作用絕不可低估。

2 有氧運(yùn)動對抗衰老的作用

運(yùn)動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已證實運(yùn)動可以改善人體的生理機(jī)能，適度的運(yùn)動可以提高機(jī)體的有氧代謝水平，增進(jìn)有氧工作的能力，在抗衰老中起著重要的作用。運(yùn)動對衰老的影響有兩個方面，一方面是對自由基生成量的影響；另一方面是對機(jī)體抗氧化能力即對自由基清除能力的影響。

1)高強(qiáng)度運(yùn)動對自由基的影響

2)中、低強(qiáng)度運(yùn)動對自由基的影響

陳彩珍等人在試驗中發(fā)現(xiàn)，中、低強(qiáng)度的有氧運(yùn)動可以抑制運(yùn)動中及運(yùn)動后自由基的產(chǎn)生，并可提高安靜狀態(tài)下機(jī)體抗氧化酶的活性。因此，適量的慢性有氧訓(xùn)練可以降低機(jī)體的自由基水平，減輕機(jī)體脂質(zhì)過氧化程度，提高機(jī)體血液和組織的過氧化物歧化酶及其他抗氧化酶的活性并發(fā)生適應(yīng)性變化，使抗氧化系統(tǒng)的防御能力提高，從而減少自由基對組織細(xì)胞的損害。

3 小結(jié)

隨著自由基生物學(xué)的發(fā)展和分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，有關(guān)衰老的自由基理論的研究在過去十?dāng)?shù)年中取得了許多令人信服的進(jìn)展。自由基學(xué)說正得到不斷的完善，并在此基礎(chǔ)上又提出了許多新理論和新進(jìn)展，像近年來提出的自由基氧化-非酶糖基化衰老學(xué)說，提出羰基毒化是自由基和非酶糖基化反應(yīng)衰老機(jī)制的共同核心過程。這些新理論的提出使我們對衰老的研究進(jìn)入一個嶄新的領(lǐng)域，這些研究尚處于初步階段，運(yùn)動在其中的作用還未見報道，有待進(jìn)一步深入研究。而如何將運(yùn)動抗衰老機(jī)制運(yùn)用于指導(dǎo)人們正確進(jìn)行適宜運(yùn)動來延緩衰老也是研究者刻不容緩的責(zé)任。

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FreeRadicalMechanismofAgingandThePositiveEffectofExerciseOnRetardingAging

Sang Chen，Li Mingxue

(Medical College of Jiangsu University,Jiangsu,212000，Zhejiang,China)

This paper describes the free radical mechanism of aging through focusing on free radical producing,clearing and inureing the body.Exercise can have the contrary effect on the free radical producing and clearing with the changing of exercise ways,intensions and times.It is found that long-term aerobic exercise can restrain free radical producing and improve the antioxidant function,which has a positive impact on retarding aging.

aging;free radical;exercise

2006-11-04

桑琛(1980-)，江蘇鎮(zhèn)江人，在讀碩士研究生，研究方向：運(yùn)動醫(yī)學(xué)。