運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)時(shí)有氧代謝增加是產(chǎn)生氧化應(yīng)激的一個(gè)潛在原因。過量的活性氧會(huì)造成運(yùn)動(dòng)損傷以及多種疾病的發(fā)生,但是一定的活性氧對(duì)機(jī)體的代謝又是必須的。運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體會(huì)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(shí)自由基的泄露等等。該文就近年來關(guān)于運(yùn)動(dòng)中活性氧的產(chǎn)生機(jī)制,運(yùn)動(dòng)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(dòng) 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(gè)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(shí),就會(huì)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(gè)中間物,該離子帶負(fù)電荷,對(duì)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(duì)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(duì)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(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)的,但是在劇烈或者離心運(yùn)動(dòng)過后,機(jī)體產(chǎn)生的ROS超過機(jī)體的清除能力,就會(huì)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(dòng)時(shí)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(huì)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(shí)會(huì)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(dòng)時(shí),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(huì)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(huì)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(dòng)與氧化應(yīng)激

眾所周知,經(jīng)常進(jìn)行體育鍛煉對(duì)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(xiǎn)。有些形式的運(yùn)動(dòng)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(dòng)后,氧化應(yīng)激會(huì)增加。然而,在進(jìn)行一段時(shí)間連續(xù)運(yùn)動(dòng)后,會(huì)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(cè),運(yùn)動(dòng)對(duì)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(dòng)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(dòng)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(huì)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(duì)于未經(jīng)訓(xùn)練的動(dòng)物,急性運(yùn)動(dòng)會(huì)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(dòng)可以通過提高抗氧化酶的活性,減少氧化劑的含量來對(duì)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(dòng)物體內(nèi)主要存在3種形式的SOD(SOD1,SOD2,SOD3)。SOD的兩個(gè)亞型位于細(xì)胞中,另一個(gè)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(dòng)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(dòng)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(duì)細(xì)胞是一種適應(yīng)性刺激,但是過量的ROS會(huì)對(duì)機(jī)體造成運(yùn)動(dòng)損傷及多種疾病的發(fā)生。目前,關(guān)于運(yùn)動(dòng)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(hào):G8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):2095-2813(2016)02(b)-0046-02