運(yùn)動(dòng)與自由基的研究進(jìn)展

劉琴

摘? 要：自由基是具有非偶電子的基團(tuán)或原子，在機(jī)體氧化代謝過(guò)程中不斷產(chǎn)生。運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)后產(chǎn)生的自由基達(dá)到一定量，人體就會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)性疲勞狀態(tài)。很多研究顯示，劇烈運(yùn)動(dòng)或不恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)，容易引起氧自由基和抗氧化系統(tǒng)失衡，會(huì)導(dǎo)致機(jī)體疲勞、肌肉酸痛和免疫系統(tǒng)功能受損等。運(yùn)動(dòng)與自由基的研究一直是運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)，本文采用文獻(xiàn)研究法，對(duì)運(yùn)動(dòng)與自由基的研究進(jìn)展情況進(jìn)行綜述，以供參考。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)? 自由基? 疲勞狀態(tài)? 研究進(jìn)展

中圖分類(lèi)號(hào)：G804.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2813（2019）02（b）-0010-02

自由基化學(xué)上也稱為“游離基”，化學(xué)反應(yīng)活性較高。18世紀(jì)末化學(xué)家在研究化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了自由基并提出了相關(guān)的概念，此后，20世紀(jì)中葉后的生物、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、體育等各個(gè)領(lǐng)域，都相繼開(kāi)展了關(guān)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(yùn)動(dòng)訓(xùn)練與研究的重要內(nèi)容。本文采用文獻(xiàn)研究法，對(duì)近年來(lái)關(guān)于運(yùn)動(dòng)與自由基的研究成果進(jìn)行了梳理和總結(jié)，希冀能總結(jié)運(yùn)動(dòng)與自由基相關(guān)的研究狀況，為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練實(shí)踐應(yīng)用提供一定支持。

1? 關(guān)于自由基的研究狀況

Comberg在18世紀(jì)的時(shí)候，第一次對(duì)有機(jī)自由基的概念進(jìn)行了闡釋。伴隨著研究的不斷深入發(fā)展，Harman在前人研究基礎(chǔ)上，提出了“自由基學(xué)說(shuō)”，而且，其通過(guò)不少實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)自由基與某些疾病存在較為密切的關(guān)系。其他科學(xué)家如Mc Cord和Fridovich等在1968年發(fā)現(xiàn)了超氧化物歧化酶對(duì)于抗氧化的重要意義，由此開(kāi)創(chuàng)了自由基生物學(xué)方向的研究。自由基有很多種，體內(nèi)的自由基主要是指含氧自由基（reactive oxygen species，ROS），其形態(tài)有很多種，主要為超氧陰離子、過(guò)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(tuán)，然而其電子總數(shù)為奇數(shù)，具有不穩(wěn)定性，需要從外界獲得一個(gè)電子才能達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，因而其具有氧化性。作為機(jī)體的重要的活性元素，在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)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(nèi)有高度的氧化性，增殖比較快速。體內(nèi)的自由基主要由機(jī)體自身產(chǎn)生，也包括從外界攝取進(jìn)入身體內(nèi)部。氧自由基是體內(nèi)自由基的核心成分，氧自由基具有活潑的化學(xué)性質(zhì)，在一般條件下極易發(fā)生氧化還原反應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)，ROS在機(jī)體的產(chǎn)生與消除是處于平衡狀態(tài)的，正常情況下不會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生不良影響。但如果機(jī)體受到某些化學(xué)物質(zhì)或外源體刺激后，自由基代謝就會(huì)加強(qiáng)，過(guò)多的自由基會(huì)使機(jī)體氧化還原反應(yīng)失衡，產(chǎn)生氧化應(yīng)激，會(huì)損壞細(xì)胞組織、脂肪組織和蛋白質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并導(dǎo)致機(jī)體器官發(fā)生病理性變化，引發(fā)免疫系統(tǒng)功能、炎癥和腫瘤等疾病。Jennifer等科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，少量的ROS能促進(jìn)細(xì)胞增值和有絲分裂，但在中量的ROS條件下，細(xì)胞就會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)停滯，如果ROS過(guò)量，細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)情況比較嚴(yán)重的氧化應(yīng)激，進(jìn)一步誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡或壞死。自由基會(huì)損傷細(xì)胞膜、線粒體等細(xì)胞組織，導(dǎo)致細(xì)胞功能消失，對(duì)于人體的運(yùn)動(dòng)能力會(huì)產(chǎn)生極大的影響。

2? 運(yùn)動(dòng)與自由基的關(guān)系及影響分析

2.1 運(yùn)動(dòng)與自由基關(guān)系

在很多研究中，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，機(jī)體自由基與運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系非常緊密，特別是氧自由基的產(chǎn)生關(guān)系密切。運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)中，氧自由基升高就會(huì)導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)疲勞。多不飽和脂肪酸是細(xì)胞膜系統(tǒng)的一個(gè)重要構(gòu)成成分，運(yùn)動(dòng)中機(jī)體ROS就會(huì)增多，此時(shí)細(xì)胞膜上多不飽和脂肪酸就可能會(huì)與ROS發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，其結(jié)果就是導(dǎo)致存在與細(xì)胞膜上的受體發(fā)生損壞，改變相關(guān)酶的活性。如果情況繼續(xù)發(fā)展，將還會(huì)破壞三羧酸循環(huán)的電子傳遞，進(jìn)而使運(yùn)動(dòng)者產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)性疲勞。戴維斯等人在1982年開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，運(yùn)動(dòng)會(huì)極易誘發(fā)自由基數(shù)量增多。根據(jù)其研究結(jié)果，在高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)情況下，運(yùn)動(dòng)員肝臟和肌肉中的自由基含量就會(huì)急劇升高，而機(jī)體清除自由基的能力有限，在這種失衡狀態(tài)下，脂質(zhì)過(guò)氧化就會(huì)大量增加。張勇等根據(jù)研究目的，創(chuàng)建了運(yùn)動(dòng)疲勞模型，對(duì)大鼠力竭運(yùn)動(dòng)后的肝臟和骨骼肌線粒體自由基變化趨勢(shì)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)力竭運(yùn)動(dòng)后，大鼠的骨骼肌和肝臟線粒體中都出現(xiàn)了大量的自由基，由此說(shuō)明了運(yùn)動(dòng)性內(nèi)源自由基是在遞電子體傳遞過(guò)程中發(fā)生的。

2.2 不同運(yùn)動(dòng)形式對(duì)自由基代謝的影響

在運(yùn)動(dòng)與自由基既有的研究成果基礎(chǔ)上，越來(lái)越多的科學(xué)家從不同的角度開(kāi)展了更多的研究，使得運(yùn)動(dòng)與自由基的研究范圍得到拓寬。例如，科學(xué)家應(yīng)用ESR技術(shù)，對(duì)急性運(yùn)動(dòng)后的大鼠肌肉進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)此時(shí)大鼠肌肉內(nèi)的自由基信號(hào)，比檢測(cè)前增強(qiáng)了2～3倍，說(shuō)明急性運(yùn)動(dòng)會(huì)促進(jìn)自由基數(shù)量大幅增加。杰克遜在1985年的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用ESR技術(shù)研究電刺激后條件下的大鼠骨骼肌，發(fā)現(xiàn)其骨骼肌也會(huì)產(chǎn)生很多自由基。我國(guó)科學(xué)家在此方面的研究，也取得了相近的成果。但對(duì)于短時(shí)間大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致自由基升高的機(jī)制，目前還不是非常清楚，還需要從細(xì)胞分子維度開(kāi)展有針對(duì)性的深入研究。

從文獻(xiàn)研究中可以發(fā)現(xiàn)，很多研究結(jié)果都顯示，耐力訓(xùn)練條件下，除了腦組織以外的其他機(jī)體各器官的SOD活性都會(huì)增加，MDA的含量則會(huì)減少，通過(guò)這種方式，可以降低自由基對(duì)機(jī)體的損傷在耐力運(yùn)動(dòng)中。郭林等對(duì)耐力運(yùn)動(dòng)前后大鼠各時(shí)間段的腎臟脂質(zhì)過(guò)氧化水平進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)默契的大鼠體內(nèi)的自由基的水平升高顯著。也有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員完成中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)后，其體內(nèi)的丙二醛水平會(huì)明顯升高，而且顯著高于安靜時(shí)的水平。上述研究均證明，長(zhǎng)時(shí)間的耐力運(yùn)動(dòng)可以促進(jìn)自由基的產(chǎn)生。關(guān)于無(wú)氧運(yùn)動(dòng)與自由基代謝水平研究的文獻(xiàn)，目前看還比較少，大部分學(xué)者都認(rèn)為，如果普通人經(jīng)歷一次無(wú)氧運(yùn)動(dòng)后，MDA含量就會(huì)顯著增加，SOD活性相應(yīng)地會(huì)降低;如果是受過(guò)專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練的人，則恰恰相反。這說(shuō)明正確的運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生有益的促進(jìn)作用，機(jī)體也能產(chǎn)生良性的適應(yīng)。

2.3 不同電刺激形式對(duì)自由基代謝的影響

分化的骨骼肌肌母細(xì)胞C2C12細(xì)胞等，可以與在體骨骼肌細(xì)胞一樣，能產(chǎn)生相同的蛋白質(zhì)，促進(jìn)體骨骼肌細(xì)胞收縮，研究發(fā)現(xiàn)機(jī)體內(nèi)的大多數(shù)細(xì)胞都有此種功能。以此類(lèi)細(xì)胞建立研究骨骼肌細(xì)胞功能的適宜細(xì)胞模型，分析不同電刺激形式對(duì)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(duì)在體肌肉收縮進(jìn)行模擬，在研究和實(shí)踐中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛?；钚匝跏菣C(jī)體在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)新陳代謝產(chǎn)生的一種產(chǎn)物，其在正常狀態(tài)下，一直處于動(dòng)態(tài)平衡的，但當(dāng)受到外來(lái)刺激后，這種氧化還原就不會(huì)再保持平衡狀態(tài)，被打破后的平衡會(huì)誘發(fā)很多問(wèn)題，例如，機(jī)體會(huì)處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，為保護(hù)機(jī)體組織和細(xì)胞，降低氧化還原反應(yīng)的傷害，存在于機(jī)體內(nèi)的抗氧化應(yīng)激系統(tǒng)此時(shí)就會(huì)被激活，從而增強(qiáng)機(jī)體清除多余活性氧的能力，確保機(jī)體健康。這說(shuō)明活性氧可以作為第二信使，參與到機(jī)體氧化還原反應(yīng)中，并產(chǎn)生積極的作用。Isabella Irrcher等應(yīng)用電刺激方法，對(duì)機(jī)體的骨骼肌肌母細(xì)胞（C2C12）肌管進(jìn)行刺激，發(fā)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子早期生長(zhǎng)反應(yīng)基因（Egr-1RNA）的表達(dá)增加很快，就其原因，主要是骨骼肌細(xì)胞的基因表達(dá)發(fā)生了改變，導(dǎo)致骨骼肌為適應(yīng)這種改變而出現(xiàn)了相應(yīng)的變化。Leonardo R.Silveira等發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)度電刺激組的ROS的量要高于中、低強(qiáng)度電刺激組的量。Pattwell DM發(fā)現(xiàn)，如果加強(qiáng)電刺激細(xì)胞的頻率，機(jī)體的線粒體活性就會(huì)增加，過(guò)氧化氫的量也會(huì)相應(yīng)地增加。潘紅英等研究發(fā)現(xiàn)，將電刺激強(qiáng)度定為45V、20ms、5Hz，與骨骼肌定量負(fù)荷非力竭性運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度相近，此時(shí)C2C12細(xì)胞的活性氧的量就會(huì)顯著增加，細(xì)胞線粒體功能及SOD、MDA等一系列抗氧化酶系統(tǒng)也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化，這與在體研究結(jié)果相似。

3? 減少自由基對(duì)人體運(yùn)動(dòng)能力影響的措施

第一，合理選擇運(yùn)動(dòng)方式。在體育運(yùn)動(dòng)中，要結(jié)合自己的年齡與身體情況，科學(xué)、合理地選擇運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目與方式，運(yùn)動(dòng)量要適宜，盡量避免缺氧和呼吸疲勞，以有氧運(yùn)動(dòng)為主且強(qiáng)度、時(shí)間適當(dāng)。最佳運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度是不要超出運(yùn)動(dòng)者最大心率的80%;運(yùn)動(dòng)次數(shù)2～4次/周，每次20～40min的有氧運(yùn)動(dòng)，盡量使力量性運(yùn)動(dòng)與有氧運(yùn)動(dòng)相結(jié)合;運(yùn)動(dòng)要遵循規(guī)律，先做好準(zhǔn)備，然后在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，最后是結(jié)束和放松。

第二，補(bǔ)充一定的抗氧化物質(zhì)。運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)后，自由基數(shù)量會(huì)增加顯著，自由基具有強(qiáng)氧化性，會(huì)損害機(jī)體。在提高人體內(nèi)自由基清除系統(tǒng)能力的同時(shí)，可以攝取抗氧化物質(zhì)，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(qiáng)機(jī)體清楚自由基的能力。但所攝取的抗氧化物質(zhì)也要做到適當(dāng)，如果過(guò)量，將會(huì)破壞機(jī)體清除自由基的能力，反而起不到良好的保護(hù)作用，最好是在專(zhuān)業(yè)人員的指導(dǎo)下決定攝取量。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，諸多研究顯示，適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)有益于健康，不恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)或者是比較劇烈的運(yùn)動(dòng)，會(huì)使得機(jī)體內(nèi)的自由基增加。自由基具有強(qiáng)氧化性，過(guò)量的自由基會(huì)導(dǎo)致機(jī)體的離子發(fā)生紊亂，通透性顯著降低，影響能量的正常輸出，使運(yùn)動(dòng)者容易產(chǎn)生疲勞感。所以，為減少機(jī)體內(nèi)過(guò)多的自由基生成，需要結(jié)合運(yùn)動(dòng)者的實(shí)際情況，采取正確的措施來(lái)盡可能地消除體內(nèi)自由基的影響，以達(dá)到健康運(yùn)動(dòng)的目的。本文在研究中發(fā)現(xiàn)，盡管關(guān)于運(yùn)動(dòng)與自由基的研究越來(lái)越多，不過(guò)對(duì)于二者之間的深層關(guān)系研究，目前來(lái)看數(shù)量還不算多，如自由基在競(jìng)技體育和群眾體育健康中應(yīng)用的問(wèn)題等;關(guān)于運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致自由基產(chǎn)生的機(jī)制問(wèn)題研究，目前的研究結(jié)果很多仍為假設(shè)，需要通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，后續(xù)實(shí)驗(yàn)要加強(qiáng)在此方面的深入。所以，在后續(xù)研究中，還需要進(jìn)一步拓寬研究范圍與深度，為有效降低體育運(yùn)動(dòng)損傷，減少運(yùn)動(dòng)性疲勞發(fā)生率，增進(jìn)大眾健康等提供良好的支持與幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] 王洪磊，仇銀霞，王昀博，等.運(yùn)動(dòng)與自由基代謝的發(fā)展現(xiàn)狀研究[J].四川體育科學(xué)，2018，37（3）：32-35，65.

[2] 董云峰，李文宇.運(yùn)動(dòng)應(yīng)激與自由基的研究進(jìn)展[J].湖北體育科技，2017，36（11）：964-966.

[3] 曹慶雷，羅明剛.運(yùn)動(dòng)性疲勞生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展[J].四川體育科學(xué)，2017，36（5）：47-52.