運(yùn)動(dòng)與自由基代謝的發(fā)展現(xiàn)狀研究

王洪磊，仇銀霞，王昀博，李樹(shù)寶

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運(yùn)動(dòng)與自由基代謝的發(fā)展現(xiàn)狀研究

王洪磊，仇銀霞，王昀博，李樹(shù)寶

牡丹江師范學(xué)院體育科學(xué)學(xué)院，黑龍江 牡丹江，157011。

自由基的研究已成為運(yùn)動(dòng)損傷、運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練等重要的研究熱點(diǎn)，本文通過(guò)文獻(xiàn)資料法，邏輯分析法從自由基的生物學(xué)基礎(chǔ)分析，闡述了自由基的種類、產(chǎn)生機(jī)制及消除方式。從不同運(yùn)動(dòng)方式（一次力竭運(yùn)動(dòng)、有氧運(yùn)動(dòng)、無(wú)氧運(yùn)動(dòng)）和運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)方面分析和總結(jié)各種運(yùn)動(dòng)方式中自由基對(duì)機(jī)體代謝的影響，進(jìn)而得出結(jié)論。并提出不同運(yùn)動(dòng)方式與自由基代謝存在的問(wèn)題，為不同運(yùn)動(dòng)方式對(duì)自由基代謝的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)和研究提供可依靠的理論依據(jù)和現(xiàn)實(shí)意義。

自由基；抗氧化性；運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練

自由基化學(xué)上也稱為“游離基”，是具有非偶電子的基團(tuán)或原子。它的化學(xué)反應(yīng)活性較高，在光熱等條件下就能發(fā)生反應(yīng)。自由基的概念最早是在18世紀(jì)末，始于化學(xué)家研究化學(xué)反應(yīng)時(shí)提出的，隨后逐漸滲透到生物學(xué)、醫(yī)學(xué)以及體育科學(xué)領(lǐng)域。自由基的研究已成為運(yùn)動(dòng)損傷、運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練等重要的研究熱點(diǎn)，是運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練不可或缺的重要組成部分。本研究通過(guò)對(duì)近年來(lái)究成果的梳理和總結(jié)，以期找出研究自由基與運(yùn)動(dòng)的新進(jìn)展，為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的理論和實(shí)踐提出一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 自由基的生物學(xué)概述

1.1 機(jī)體自由基的種類

1956年 Harman 在研究后首次提出了自由基學(xué)說(shuō)。其主要論點(diǎn)是機(jī)體產(chǎn)生損傷可能是由于機(jī)體在進(jìn)行新成代謝中產(chǎn)生了某些對(duì)生物體有害的物質(zhì)，與機(jī)體的某些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而造成的[1]。隨著科技、技術(shù)、實(shí)驗(yàn)的不斷深化，1968年，Mc Cord等[2]發(fā)現(xiàn)組織中廣泛存在著能清除超氧陰離子自由基SOD及其生物學(xué)作用后，生物體內(nèi)存在內(nèi)源性自由基才得到大量的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。生物體內(nèi)主要的自由基有超氧陰離子自由基、羥自由基、氫過(guò)氧基、過(guò)氧化氫、烷氧基、烷過(guò)氧基、單線態(tài)氧、過(guò)氧自由基、一氧化氮自由基、半醌自由基等等，人們通常把這些自由基統(tǒng)稱為活性氧（ROS）。在研究中通常把它們反應(yīng)的中間產(chǎn)物丙二醛（MDA）、SOD作為自由基代謝與消除的指標(biāo)，把SOD與MDA的比值作為機(jī)體自由基代謝和抗氧化能力的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化指標(biāo)。

1.2 機(jī)體自由基的產(chǎn)生及產(chǎn)生機(jī)制

因?yàn)樽杂苫休^高的化學(xué)反應(yīng)特性，因此，自由基在機(jī)體生命活動(dòng)中是不斷產(chǎn)生的。造成自由基產(chǎn)生的原因一般來(lái)說(shuō)包括外源性的因素和內(nèi)源性因素。外源性因素包括光照及電離輻射（日光、醫(yī)療檢查器械X光等、生活電器微波爐、復(fù)印機(jī)等）、大氣環(huán)境（吸煙、大氣污染等）。內(nèi)源性的因素包括各種酶的反應(yīng)及機(jī)體的微觀代謝（線粒體、細(xì)胞核、胞液等）。運(yùn)動(dòng)與自由基產(chǎn)生的機(jī)制有很多，一般認(rèn)為有線粒體機(jī)制、黃嘌呤氧化酶機(jī)制、鈣過(guò)載機(jī)制、中粒細(xì)胞途徑、某些物質(zhì)自氧化、細(xì)胞氧化還原紊亂等[3,4]。目前研究學(xué)者普遍認(rèn)可線粒體機(jī)制、黃嘌呤氧化酶機(jī)制和鈣過(guò)載機(jī)制。

1.3 機(jī)體內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)

正常情況下，生物體內(nèi)的自由基濃度很低，不會(huì)對(duì)機(jī)體造成損傷。在機(jī)體中有很多抗氧化酶，它能迅速的消除自由基，使機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生和消除處于動(dòng)態(tài)平衡。機(jī)體的抗氧化酶種類很多，主要包括超氧化歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過(guò)氧化酶（GSH-PX）、谷胱甘肽過(guò)氧化酶（GSHR）、過(guò)氧化物酶（PCD）等。其中SOD是一類抗氧化酶，它包括包括Cu.Zn—SOD、Mn—SOD、Fe—SOD。在研究中通常把SOD作為主要的消除自由基的重要指標(biāo)。根據(jù)研究成果可分為維生素對(duì)自由基的清除、有機(jī)小分子類對(duì)自由基的清除、植物提取物對(duì)自由基的清除、水生植物及藻類對(duì)自由基的清除、金屬蛋白類對(duì)自由基的清除[5]。

2 運(yùn)動(dòng)方式及營(yíng)養(yǎng)與自由基代謝水平的研究

2.1 一次力竭運(yùn)動(dòng)與自由基代謝水平的研究

一次力竭運(yùn)動(dòng)與機(jī)體自由基水平的研究較多，測(cè)試基本以小白鼠和大鼠為研究對(duì)象，從血液、骨骼肌、腎臟、心肌、腦組織、胃腸、肝臟等組織器官進(jìn)行研究。從總的來(lái)說(shuō)，一次力竭運(yùn)動(dòng)后，脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)增強(qiáng)，體內(nèi)各器官（除腦組織）MDA含量明顯增多，多數(shù)認(rèn)為在48h后能恢復(fù)到正常水平，而腦組織的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示MDA含量在一次力竭運(yùn)動(dòng)中變化不明顯。對(duì)于抗氧化酶的研究，各學(xué)者研究的結(jié)果不一致，有研究認(rèn)為運(yùn)動(dòng)過(guò)程中SOD活性暫時(shí)下降，恢復(fù)期明顯升高；也有研究指出運(yùn)動(dòng)過(guò)程當(dāng)中SOD活性明顯增高，恢復(fù)期間有明顯的下將趨勢(shì)。（見(jiàn)表1）

2.2 耐力運(yùn)動(dòng)與自由基代謝水平的影響

耐力訓(xùn)練與機(jī)體自由基代謝水平的影響研究結(jié)果中大部分學(xué)者基本圍繞血液、骨骼肌、心肌、腦組織進(jìn)行研究。多數(shù)研究表明，耐力訓(xùn)練可以提高機(jī)體各器官（除腦組織）SOD的活性，降低MDA在機(jī)體的含量，特別是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間耐力鍛煉，可以使機(jī)體的抗氧化酶增加，MDA含量減少，從而使自由基對(duì)機(jī)體的損傷弱化。大部分學(xué)者認(rèn)為耐力訓(xùn)練對(duì)于腦組織自由基的影響不明顯。機(jī)體抗氧化酶的活性和自由基的含量的變化也受鍛煉強(qiáng)度和時(shí)間的影響，大部分學(xué)者認(rèn)為中等強(qiáng)度的耐力訓(xùn)練可以提高各器官SOD的活性。（見(jiàn)表2）

表1 一次力竭運(yùn)動(dòng)對(duì)自由基代謝的影響

表2 耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)自由基代謝的影響

2.3 無(wú)氧運(yùn)動(dòng)與自由基代謝水平的影響

關(guān)于無(wú)氧運(yùn)動(dòng)與自由基代謝水平研究的文章較少，大多數(shù)學(xué)者研究認(rèn)為未經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的一次無(wú)氧運(yùn)動(dòng)后，骨骼肌、心肌、血液MDA含量明顯增多，SOD活性降低；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的無(wú)氧運(yùn)動(dòng)適應(yīng)后，骨骼肌、心肌、血液MDA含量顯著降低，SOD活性升高。雖然一次的無(wú)氧運(yùn)動(dòng)使機(jī)體MDA含量增多，SOD顯著下降，但是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的適應(yīng)后，運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生了良好的作用，無(wú)論是從運(yùn)動(dòng)員還是肥胖人群研究來(lái)看，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)，機(jī)體的大部分器官M(fèi)DA含量減少，SOD活性上升顯著下降，機(jī)體對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了積極的適應(yīng)變化。

表3 無(wú)氧運(yùn)動(dòng)對(duì)自由基代謝的影響

2.4 運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)對(duì)自由基代謝的影響

機(jī)體自由基的清除早已成為醫(yī)學(xué)、臨床、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練各方面研究的熱點(diǎn)之一，研究范圍廣泛。自由基清除的研究主要集中在對(duì)補(bǔ)維生素、補(bǔ)鋅、一些植物的提取物（青花素、銀杏葉、番茄紅素）、一些中藥（丹參、黃芪、紅景天、枸杞）及激光照射等。研究結(jié)果顯示有效的補(bǔ)充清除自由基的物質(zhì)或激光照射都能增強(qiáng)不同器官SOD的活性，減少M(fèi)DA的數(shù)量，增強(qiáng)機(jī)體抗氧化的能力。大部分的實(shí)驗(yàn)研究是一次力竭運(yùn)動(dòng)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，持續(xù)的有氧運(yùn)動(dòng)研究結(jié)果較少，無(wú)氧運(yùn)動(dòng)研究基本沒(méi)出現(xiàn)。對(duì)劑量的不同造成同一運(yùn)動(dòng)方式的影響研究也非常少。

表4 運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)對(duì)自由基代謝的影響

3 運(yùn)動(dòng)與自由基發(fā)展水平存在的問(wèn)題

（1）運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生自由基的機(jī)制非常之多，雖然現(xiàn)在較為流行的是線粒體機(jī)制、黃嘌呤氧化酶和鈣過(guò)載機(jī)制，但是仍然存在著較多的假設(shè)和可能，缺乏科學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)證，有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。

（2）在運(yùn)動(dòng)與自由基的實(shí)驗(yàn)中，一次力竭運(yùn)動(dòng)、有氧耐力運(yùn)動(dòng)研究的較為詳細(xì)，無(wú)氧運(yùn)動(dòng)研究較少。部分研究結(jié)果重復(fù)，研究結(jié)果對(duì)部分器官不一致，對(duì)自由基的代謝研究基本圍繞MDA和SOD的研究，有待進(jìn)一步的細(xì)化。

（3）運(yùn)動(dòng)與自由基的研究中，研究對(duì)象范圍較小，基本圍繞鼠（大鼠、小鼠）進(jìn)行，有極少部分研究對(duì)象為學(xué)生，對(duì)于不同人群、不同性別研究的較少。對(duì)自由基的研究基本上是定點(diǎn)的研究，對(duì)于全過(guò)程（運(yùn)動(dòng)前、運(yùn)動(dòng)中、運(yùn)動(dòng)后的連續(xù)變化）動(dòng)態(tài)變化研究較少，以點(diǎn)帶面的研究較多，缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)論證。

（4）運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)對(duì)自由基的清除研究多為定性研究，定量研究較少。研究運(yùn)動(dòng)方式多為一次力竭運(yùn)動(dòng)、一段時(shí)間的有氧運(yùn)動(dòng)，無(wú)氧運(yùn)動(dòng)研究較少。補(bǔ)充的劑量對(duì)不同運(yùn)動(dòng)方式的強(qiáng)度及時(shí)間變化研究不足，同一運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目不同強(qiáng)度的訓(xùn)練對(duì)補(bǔ)充的劑量研究缺乏，不同年齡、群體清除自由基與補(bǔ)充的物質(zhì)研究缺失。

4 結(jié) 論

（1）自由基在正常情況下比較穩(wěn)定，在運(yùn)動(dòng)與自由基的代謝研究中，一般把MDA含量作為自由基代謝的重要指標(biāo)，把SOD活性作為消除自由基的指標(biāo)。

（2）一次力竭運(yùn)動(dòng)后，脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)增強(qiáng)，體內(nèi)各器官（除腦組織）MDA含量明顯增多，腦組織的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示MDA含量在一次力竭運(yùn)動(dòng)中變化不明顯。

（3）耐力訓(xùn)練可以提高機(jī)體各器官（除腦組織）SOD的活性，降低MDA在機(jī)體的含量，特別是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間耐力鍛煉，可以使機(jī)體的抗氧化酶增加，MDA含量減少，從而使自由基對(duì)機(jī)體的損傷弱化。

（4）一次無(wú)氧運(yùn)動(dòng)后，骨骼肌、心肌、血液MDA含量明顯增多，SOD活性降低；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的無(wú)氧運(yùn)動(dòng)適應(yīng)后，骨骼肌、心肌、血液MDA含量顯著降低，SOD活性升高。

（5）補(bǔ)維生素、補(bǔ)鋅、補(bǔ)一些植物的提取物（花青素、銀杏葉、番茄紅素）、補(bǔ)一些中藥（丹參、黃芪、紅景天、枸杞）及激光照射等都能有效的補(bǔ)充清除自由基的物質(zhì)，增強(qiáng)不同器官SOD的活性，減少M(fèi)DA的數(shù)量，增強(qiáng)機(jī)體抗氧化的能力。

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Research on Development Status of Sport and Free Radical Metabolism

WANG Honglei, QIU Yinxia, WANG Yunbo, et al

Physical Education Department, Mudanjiang Normal College, Mudanjiang Helongjiang, 157011, China.

Free radical research has become a key research hotspot in sports injury, sports nutrition, exercise training and other important research. this article through the literature material law, logic analysis from the analysis of the biological basis of free radicals, expounds the types, mechanism of free radical and eliminate the way. From the different ways of movement（an exhaustion exercise, aerobic exercise, anaerobic exercise）and sports nutrition analysis and summary without movement mode and the influence of different factors on free radical metabolism. Come to the conclusion and puts forward the existing problems in development of exercise on free radical metabolism, for sports training to provide theoretical basis for the further study of the metabolism of free radical and realistic significance.

Free radicals; Antioxidant; Sports training

1007―6891（2018）03―0032―04

10.13932/j.cnki.sctykx.2018.03.09

G804.7

A

2018-01-02

2018-02-27

牡丹江師范學(xué)院青年科研項(xiàng)目QN201624。