運動與自由基的研究進展

劉琴

摘? 要：自由基是具有非偶電子的基團或原子，在機體氧化代謝過程中不斷產生。運動或運動后產生的自由基達到一定量，人體就會出現運動性疲勞狀態。很多研究顯示，劇烈運動或不恰當的運動，容易引起氧自由基和抗氧化系統失衡，會導致機體疲勞、肌肉酸痛和免疫系統功能受損等。運動與自由基的研究一直是運動醫學領域的熱點，本文采用文獻研究法，對運動與自由基的研究進展情況進行綜述，以供參考。

關鍵詞：運動? 自由基? 疲勞狀態? 研究進展

中圖分類號：G804.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-2813（2019）02（b）-0010-02

自由基化學上也稱為“游離基”，化學反應活性較高。18世紀末化學家在研究化學反應過程中，發現了自由基并提出了相關的概念，此后，20世紀中葉后的生物、運動醫學、體育等各個領域，都相繼開展了關于自由基的研究，并取得了一定的成果。目前，自由基的研究已成為運動訓練與研究的重要內容。本文采用文獻研究法，對近年來關于運動與自由基的研究成果進行了梳理和總結，希冀能總結運動與自由基相關的研究狀況，為運動訓練實踐應用提供一定支持。

1? 關于自由基的研究狀況

Comberg在18世紀的時候，第一次對有機自由基的概念進行了闡釋。伴隨著研究的不斷深入發展，Harman在前人研究基礎上，提出了“自由基學說”，而且，其通過不少實驗，發現自由基與某些疾病存在較為密切的關系。其他科學家如Mc Cord和Fridovich等在1968年發現了超氧化物歧化酶對于抗氧化的重要意義，由此開創了自由基生物學方向的研究。自由基有很多種，體內的自由基主要是指含氧自由基（reactive oxygen species，ROS），其形態有很多種，主要為超氧陰離子、過氧化氫、羥自由基等。自由基的存在形式主要分子、原子或原子團，然而其電子總數為奇數，具有不穩定性，需要從外界獲得一個電子才能達到穩定的狀態，因而其具有氧化性。作為機體的重要的活性元素，在細胞信號轉導中，自由基通常是以第二信使的身份參與的。自由基在人體內有高度的氧化性，增殖比較快速。體內的自由基主要由機體自身產生，也包括從外界攝取進入身體內部。氧自由基是體內自由基的核心成分，氧自由基具有活潑的化學性質，在一般條件下極易發生氧化還原反應。一般來說，ROS在機體的產生與消除是處于平衡狀態的，正常情況下不會對機體產生不良影響。但如果機體受到某些化學物質或外源體刺激后，自由基代謝就會加強，過多的自由基會使機體氧化還原反應失衡，產生氧化應激，會損壞細胞組織、脂肪組織和蛋白質內部結構，并導致機體器官發生病理性變化，引發免疫系統功能、炎癥和腫瘤等疾病。Jennifer等科學家發現，少量的ROS能促進細胞增值和有絲分裂，但在中量的ROS條件下，細胞就會出現生長停滯，如果ROS過量，細胞會出現情況比較嚴重的氧化應激，進一步誘導細胞凋亡或壞死。自由基會損傷細胞膜、線粒體等細胞組織，導致細胞功能消失，對于人體的運動能力會產生極大的影響。

2? 運動與自由基的關系及影響分析

2.1 運動與自由基關系

在很多研究中，學者們發現，機體自由基與運動之間的關系非常緊密，特別是氧自由基的產生關系密切。運動員在運動中，氧自由基升高就會導致機體出現疲勞。多不飽和脂肪酸是細胞膜系統的一個重要構成成分，運動中機體ROS就會增多，此時細胞膜上多不飽和脂肪酸就可能會與ROS發生脂質過氧化反應，其結果就是導致存在與細胞膜上的受體發生損壞，改變相關酶的活性。如果情況繼續發展，將還會破壞三羧酸循環的電子傳遞，進而使運動者產生運動性疲勞。戴維斯等人在1982年開展的實驗結果顯示，運動會極易誘發自由基數量增多。根據其研究結果，在高強度運動情況下，運動員肝臟和肌肉中的自由基含量就會急劇升高，而機體清除自由基的能力有限，在這種失衡狀態下，脂質過氧化就會大量增加。張勇等根據研究目的，創建了運動疲勞模型，對大鼠力竭運動后的肝臟和骨骼肌線粒體自由基變化趨勢進行了研究，發現力竭運動后，大鼠的骨骼肌和肝臟線粒體中都出現了大量的自由基，由此說明了運動性內源自由基是在遞電子體傳遞過程中發生的。

2.2 不同運動形式對自由基代謝的影響

在運動與自由基既有的研究成果基礎上，越來越多的科學家從不同的角度開展了更多的研究，使得運動與自由基的研究范圍得到拓寬。例如，科學家應用ESR技術，對急性運動后的大鼠肌肉進行檢測，發現此時大鼠肌肉內的自由基信號，比檢測前增強了2～3倍，說明急性運動會促進自由基數量大幅增加。杰克遜在1985年的實驗中，應用ESR技術研究電刺激后條件下的大鼠骨骼肌，發現其骨骼肌也會產生很多自由基。我國科學家在此方面的研究，也取得了相近的成果。但對于短時間大強度運動導致自由基升高的機制，目前還不是非常清楚，還需要從細胞分子維度開展有針對性的深入研究。

從文獻研究中可以發現，很多研究結果都顯示，耐力訓練條件下，除了腦組織以外的其他機體各器官的SOD活性都會增加，MDA的含量則會減少，通過這種方式，可以降低自由基對機體的損傷在耐力運動中。郭林等對耐力運動前后大鼠各時間段的腎臟脂質過氧化水平進行了研究，發現運動默契的大鼠體內的自由基的水平升高顯著。也有研究發現，當運動員完成中長跑運動后，其體內的丙二醛水平會明顯升高，而且顯著高于安靜時的水平。上述研究均證明，長時間的耐力運動可以促進自由基的產生。關于無氧運動與自由基代謝水平研究的文獻，目前看還比較少，大部分學者都認為，如果普通人經歷一次無氧運動后，MDA含量就會顯著增加，SOD活性相應地會降低;如果是受過專業訓練的人，則恰恰相反。這說明正確的運動會對機體產生有益的促進作用，機體也能產生良性的適應。

2.3 不同電刺激形式對自由基代謝的影響

分化的骨骼肌肌母細胞C2C12細胞等，可以與在體骨骼肌細胞一樣，能產生相同的蛋白質，促進體骨骼肌細胞收縮，研究發現機體內的大多數細胞都有此種功能。以此類細胞建立研究骨骼肌細胞功能的適宜細胞模型，分析不同電刺激形式對自由基代謝的影響。電刺激就是利用特定的頻率、波形和脈沖電流，對在體肌肉收縮進行模擬，在研究和實踐中的應用范圍越來越廣泛?；钚匝跏菣C體在運行過程中，通過新陳代謝產生的一種產物，其在正常狀態下，一直處于動態平衡的，但當受到外來刺激后，這種氧化還原就不會再保持平衡狀態，被打破后的平衡會誘發很多問題，例如，機體會處于氧化應激狀態，為保護機體組織和細胞，降低氧化還原反應的傷害，存在于機體內的抗氧化應激系統此時就會被激活，從而增強機體清除多余活性氧的能力，確保機體健康。這說明活性氧可以作為第二信使，參與到機體氧化還原反應中，并產生積極的作用。Isabella Irrcher等應用電刺激方法，對機體的骨骼肌肌母細胞（C2C12）肌管進行刺激，發現短時間內轉錄因子早期生長反應基因（Egr-1RNA）的表達增加很快，就其原因，主要是骨骼肌細胞的基因表達發生了改變，導致骨骼肌為適應這種改變而出現了相應的變化。Leonardo R.Silveira等發現，高強度電刺激組的ROS的量要高于中、低強度電刺激組的量。Pattwell DM發現，如果加強電刺激細胞的頻率，機體的線粒體活性就會增加，過氧化氫的量也會相應地增加。潘紅英等研究發現，將電刺激強度定為45V、20ms、5Hz，與骨骼肌定量負荷非力竭性運動的強度相近，此時C2C12細胞的活性氧的量就會顯著增加，細胞線粒體功能及SOD、MDA等一系列抗氧化酶系統也會相應地發生變化，這與在體研究結果相似。

3? 減少自由基對人體運動能力影響的措施

第一，合理選擇運動方式。在體育運動中，要結合自己的年齡與身體情況，科學、合理地選擇運動項目與方式，運動量要適宜，盡量避免缺氧和呼吸疲勞，以有氧運動為主且強度、時間適當。最佳運動強度是不要超出運動者最大心率的80%;運動次數2～4次/周，每次20～40min的有氧運動，盡量使力量性運動與有氧運動相結合;運動要遵循規律，先做好準備，然后在進行運動，最后是結束和放松。

第二，補充一定的抗氧化物質。運動和運動后，自由基數量會增加顯著，自由基具有強氧化性，會損害機體。在提高人體內自由基清除系統能力的同時，可以攝取抗氧化物質，如維生素E、維生素C、β-胡蘿卜素、硒、輔酶q10以及番茄紅素等，以增強機體清楚自由基的能力。但所攝取的抗氧化物質也要做到適當，如果過量，將會破壞機體清除自由基的能力，反而起不到良好的保護作用，最好是在專業人員的指導下決定攝取量。

4? 結語

綜上所述，諸多研究顯示，適當的運動有益于健康，不恰當的運動或者是比較劇烈的運動，會使得機體內的自由基增加。自由基具有強氧化性，過量的自由基會導致機體的離子發生紊亂，通透性顯著降低，影響能量的正常輸出，使運動者容易產生疲勞感。所以，為減少機體內過多的自由基生成，需要結合運動者的實際情況，采取正確的措施來盡可能地消除體內自由基的影響，以達到健康運動的目的。本文在研究中發現，盡管關于運動與自由基的研究越來越多，不過對于二者之間的深層關系研究，目前來看數量還不算多，如自由基在競技體育和群眾體育健康中應用的問題等;關于運動導致自由基產生的機制問題研究，目前的研究結果很多仍為假設，需要通過科學實驗進行驗證，后續實驗要加強在此方面的深入。所以，在后續研究中，還需要進一步拓寬研究范圍與深度，為有效降低體育運動損傷，減少運動性疲勞發生率，增進大眾健康等提供良好的支持與幫助。

參考文獻

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