運(yùn)動和氧化應(yīng)激及機(jī)體的抗氧化系統(tǒng)

葉梅聆 孔梅 張翔(曲阜師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院 山東曲阜 273165)

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運(yùn)動和氧化應(yīng)激及機(jī)體的抗氧化系統(tǒng)

葉梅聆 孔梅 張翔
(曲阜師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院 山東曲阜 273165)

摘 要:文章運(yùn)用文獻(xiàn)資料研究法可得出,運(yùn)動時有氧代謝增加是產(chǎn)生氧化應(yīng)激的一個潛在原因。過量的活性氧會造成運(yùn)動損傷以及多種疾病的發(fā)生,但是一定的活性氧對機(jī)體的代謝又是必須的。運(yùn)動時機(jī)體會產(chǎn)生一系列適應(yīng)性的變化降低氧化應(yīng)激,包括增強(qiáng)抗氧化防御系統(tǒng),減少基礎(chǔ)氧化劑的產(chǎn)生,減少氧化磷酸化時自由基的泄露等等。該文就近年來關(guān)于運(yùn)動中活性氧的產(chǎn)生機(jī)制,運(yùn)動與氧化應(yīng)激的關(guān)系以及活性氧清除體系等方面進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞:運(yùn)動 氧化應(yīng)激 抗氧化劑 活性氧

活性氧是指機(jī)體在有氧代謝過程中產(chǎn)生的一類化學(xué)性質(zhì)比較活潑的含氧自由基及其衍生物。在肌肉中,線粒體是產(chǎn)生這些活性中間體的一個重要的來源,包括超氧化物(O2°-),過氧化氫(H2O2)以及羥自由基(°OH)。在正常生物體內(nèi),活性氧的產(chǎn)生和消除處于平衡狀態(tài),但是當(dāng)活性氧產(chǎn)生過多或者抗氧化系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,就會引起機(jī)體自由基代謝失衡,即氧化應(yīng)激,造成蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等物質(zhì)的氧化損傷。

1 細(xì)胞中主要的活性氧

活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)是指化學(xué)性質(zhì)活躍的含氧原子或者原子團(tuán),細(xì)胞中產(chǎn)生的氧自由基有超氧陰離子自由基(O2°-),過氧化氫(H2O2),羥自由基(°OH)以及一氧化氮(NO)等等。超氧化物是通過在電子傳遞過程中氧氣的不完全還原所形成的,是生化反應(yīng)的一個中間物,該離子帶負(fù)電荷,對于膜是不通透的。NO是通過一系列酶系統(tǒng)(一氧化氮合酶)產(chǎn)生的。H2O2是一種活性化合物,在特定的情況下能夠產(chǎn)生自由基,例如羥自由基, H2O2是比較穩(wěn)定的,可以透過細(xì)胞膜,在細(xì)胞內(nèi)有相對較長的半衰期。羥自由基是一種具有高反應(yīng)活性的物質(zhì),具有較強(qiáng)的氧化電位,由于它的高反應(yīng)性,對膜是不通透的。正常情況下,機(jī)體ROS的產(chǎn)生和清除是處于動態(tài)平衡狀態(tài)的,但是在劇烈或者離心運(yùn)動過后,機(jī)體產(chǎn)生的ROS超過機(jī)體的清除能力,就會發(fā)生氧化應(yīng)激,造成蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等物質(zhì)的氧化損傷。

2 運(yùn)動時活性氧產(chǎn)生的主要機(jī)制

2.1 線粒體呼吸鏈?zhǔn)腔钚匝醍a(chǎn)生的重要來源

盡管線粒體的主要功能是產(chǎn)生能量,在氧化磷酸化過程中,線粒體同樣會產(chǎn)生活性氧。這種活性物的釋放占呼吸過程中氧氣消耗的1%～5%,取決于基質(zhì)和呼吸狀態(tài)。在線粒體呼吸過程中,電子從NADH傳遞給復(fù)合物I(NADH泛醌還原酶復(fù)合體),然后從琥珀酸傳遞給復(fù)合物II(琥珀酸脫氫酶復(fù)合體)。最終,電子從COQ傳遞到復(fù)合物III(輔酶細(xì)胞色素C氧化酶),細(xì)胞色素C和復(fù)合體IV(細(xì)胞色素C氧化酶),復(fù)合物I,III以及輔酶COQ都是ROS產(chǎn)生的主要部位。

2.2 電子漏與質(zhì)子漏

在線粒體呼吸過程中,有時會漏出少量電子將氧分子還原形成O2°-,即線粒體電子漏(Electron leak)。線粒體電子漏是內(nèi)源性ROS產(chǎn)生的重要來源。在劇烈運(yùn)動時,機(jī)體的耗氧量增加,進(jìn)入呼吸鏈的氧還原量增加,從呼吸鏈漏出的電子也會增加,使O2°-的生成速率加快。如果電子傳遞過程中泵出的質(zhì)子能通過其他途徑返回線粒體機(jī)制,會形成質(zhì)子漏(Proton leak),目前為止,質(zhì)子漏的形成機(jī)制還不清楚。

3 運(yùn)動與氧化應(yīng)激

眾所周知,經(jīng)常進(jìn)行體育鍛煉對身體健康的好處是顯而易見的,包括降低心血管疾病,癌癥,骨質(zhì)疏松癥和糖尿病的風(fēng)險。有些形式的運(yùn)動能夠改善骨骼肌功能以及血管的適應(yīng)性,維持肌肉含量。研究表明,未經(jīng)訓(xùn)練的受試者進(jìn)行急性運(yùn)動后,氧化應(yīng)激會增加。然而,在進(jìn)行一段時間連續(xù)運(yùn)動后,會誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生適應(yīng)性的變化,從而防止大量氧化性損傷的發(fā)生。我們推測,運(yùn)動對健康的益處是通過上調(diào)抗氧化酶以及減少氧化劑來產(chǎn)生的。另外,耐力訓(xùn)練可以防止運(yùn)動誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激的產(chǎn)生,提高骨骼肌和心肌抗氧化劑和抗氧化酶的水平。Leeuwenburgh等人發(fā)現(xiàn),在經(jīng)過10周的運(yùn)動訓(xùn)練后,大鼠股四頭肌中谷胱甘肽過氧化物酶和超氧化物歧化酶的含量會增加。另一項(xiàng)研究表明,訓(xùn)練過的鼠與不訓(xùn)練的相比,谷胱甘肽過氧化物的活性增加了62%,超氧化物歧化酶的活性增加了27%?？傊?對于未經(jīng)訓(xùn)練的動物,急性運(yùn)動會增加氧化劑的水平以及氧化應(yīng)激的發(fā)生,但是長期運(yùn)動可以通過提高抗氧化酶的活性,減少氧化劑的含量來對抗這種效果,從而保護(hù)肌肉不受損傷。

4 機(jī)體的抗氧化防御系統(tǒng):抗氧化酶

細(xì)胞中主要的抗氧化酶包括超氧化物歧化酶(SOD),谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)以及過氧化氫酶(GAT)。其他的一些抗氧化酶,例如過氧化物酶,谷氧還蛋白以及硫氧還蛋白還原酶同樣有助

于保護(hù)細(xì)胞免受氧化反應(yīng)的損傷。超氧化物岐化酶是在1969年由McCord和Fridovich發(fā)現(xiàn)的。哺乳動物體內(nèi)主要存在3種形式的SOD(SOD1,SOD2,SOD3)。SOD的兩個亞型位于細(xì)胞中,另一個亞型位于細(xì)胞外液中。SOD1需要銅-鋅作為輔因子,主要位于胞漿和線粒體膜間隙內(nèi)。SOD2需要錳作為輔因子,主要位于線粒體基質(zhì)內(nèi)。SOD3需要銅-鋅作為輔因子,主要位于細(xì)胞外間隙。GSH-PX主要存在于細(xì)胞質(zhì)中,少量存在于線粒體中,哺乳動物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的GSH-PX有5種(GPX1-GPX5),主要處理來自線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的過氧化氫。過氧化氫酶主要存在于過氧化酶體中,主要作用是催化過氧化氫生成水和氧氣。

5 結(jié)語

運(yùn)動可以使體內(nèi)ROS產(chǎn)生增加,從而誘發(fā)細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激。適量的ROS對細(xì)胞是一種適應(yīng)性刺激,但是過量的ROS會對機(jī)體造成運(yùn)動損傷及多種疾病的發(fā)生。目前,關(guān)于運(yùn)動與ROS的研究取得了較大進(jìn)展,但是在ROS產(chǎn)生及調(diào)節(jié)的分子機(jī)制以及確切的生理學(xué)意義方面仍然需要進(jìn)一步研究。

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DOI:10.16655/j.cnki.2095-2813.2016.05.046

中圖分類號:G8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:2095-2813(2016)02(b)-0046-02