衰老自由基学说和运动对抗自由基损伤的作用

桑 琛 李明学

(江苏大学医学院，江苏 镇江 212013)

衰老自由基学说和运动对抗自由基损伤的作用

桑 琛 李明学

(江苏大学医学院，江苏 镇江 212013)

从自由基的产生、清除以及对机体的损害作用几方面概述了衰老的自由基学说。并说明运动对机体自由基的产生和清除随运动方式、运动强度、运动时间的不同而产生相反的效应，指出长期的有氧运动可以抑制自由基的产生并提高机体的抗氧化能力，对延缓衰老有着不可忽视的作用。

衰老；自由基；运动

衰老是一个多因素、复杂的综合生理变化过程，是个体成长过程中必然出现的阶段。研究表明，人类自30岁以后，各器官、细胞、生理机能出现随年龄的增大而呈现一个不同程度的下降水平。人类最高寿限是125岁，但是绝大多数人不能活到最高寿限，其原因是由于各种先天因素，或是环境、营养、疾病、心理、社会、不良习惯、体力活动等后天因素造成人类患病率增加而加速了衰老过程。衰老的过程是不可逆的，但是是否可以延缓衰老就成了研究的热点。经过多年的研究，学者对衰老机制提出了许多学说，在众多学说中，较为主要和公认的并得到广泛研究的是衰老的程序性理论和衰老的自由基理论。下面就其中关于衰老自由基学说及运动在自由基方面延缓衰老的作用进行综述。

1 衰老的自由基理论

衰老的自由基理论是1965年由Harman D提出的。这个理论认为体内具有一整套产生和清除自由基的平衡体系，机体随着年龄增大的退行性变是由于受到内、外环境的影响以及机体抗氧化酶的活性不断下降使体内自由基物质过剩的结果。

1.1自由基

1.2自由基的产生

人体自由基的产生有两方面：一是环境中的高温、辐射、光解、化学物质等导致共价键均裂产生的外源性自由基；二是人体内各种代谢反应产生的内源性自由基，内源性自由基是人体自由基的主要来源。其途径主要有以下几条：①机体消耗氧的90%以上都是被线粒体所利用的，在生理情况下机体通过线粒体呼吸链内氧化磷酸化途径，Ca2+依赖性磷脂酶A2激发的花生四烯酸代谢途径、黄嘌呤氧化途径，精氨酸NO 合成酶途径产生自由基，所以线粒体生成的活性氧在细胞氧自由基的生成中是最主要的。②经微粒体混合功能氧化酶系统催化底物产生线粒体外自由基；此外，机体的吞噬细胞、血红蛋白、肌红蛋白也可产生自由基。近年来研究还表明机体中铁离子能增强活性氧的毒性。

1.3自由基对机体的损害作用

自由基是机体代谢正常的中间产物，低浓度自由基是机体执行正常生理功能所必需的，但自由基含有未配对电子，具有高度反应活性，可引发链式自由基反应，过量的自由基会损伤机体，主要有以下几种方式：

1)引发脂质过氧化反应

脂质过氧化作用主要指在多不饱和酸(PUFA)中发生的一种自由基链式反应。·OH是脂质过氧化作用的主要引发剂，它首先从膜磷脂PUFA上抽提氢，形成脂自由基(L·)，然后L·与基态氧反应生成脂过氧基(LOO·)，LOO·再从其他磷脂PUFA分子中抽提一个氢，形成脂氢过氧化物(LOOH)，同时又生成新的L·。

·OH+LH→LO·+ H2O

L·+O2→LOO·

LOO·+LH→LOOH+L·

LOOH在铁离子催化下生成LOO·和LOO·，均裂生成LOO·、LO·，导致不断产生LOOH的自由基链式反应和链式支链反应，放大自由基的作用。

Fe2++LOOH→Fe3++LO·+ H2O

Fe3++LOOH→Fe2++LOO·+H+

LOOH的分解产物是造成细胞损伤的物质基础。研究发现不稳定的LOOH连续地断裂、分裂、重排和氧化转变成很多不同地含有各种氧功能基的产物，对生物大分子损伤具有重要作用的是丙二醛(MDA)和4-羟基壬烯醛(4-HNE)。由于PUFA主要存在于细胞膜磷脂中，所以生物膜和亚细胞器膜是脂质过氧化作用损伤的主要部位，引起膜的通透性增加和流动性下降，膜酶受到损伤(或激活)，而且可使膜上的受体失活，导致细胞代谢和结构的改变。

2)引发蛋白质的氧化损伤

活性氧对蛋白质的损伤表现在活性氧直接引发蛋白质的氧化作用，导致蛋白质分子发生交联、聚合、肽链断裂等多种损伤，也可间接通过脂质过氧化作用产生新的羰基对蛋白质进行修饰。

·OH攻击多肽主链，抽提氨基酸残基上的α氢原子，形成蛋白质自由基(P·)，蛋白质自由基与其他蛋白质分子加成反应则可形成多聚蛋白交联物。

·OH+P→H2O+P·

P·+P→PP·

在过度金属离子的催化下蛋白质交联物能发生裂解。另外，蛋白质的所有氨基酸残基对·OH都是敏感的，形成氧化或过氧化产物，改变蛋白质的一级结构，破坏空间结构影响功能及其理化性质。

3)对DNA的损伤

·OH可加到碱基的双键中，生成嘧啶自由基或嘌呤自由基，他们之间可以相互结合，或再通过O2、·O2、等反应，生成氢过氧化物，引起DNA股断裂、姐妹染色体交换、DNA突变以及细胞的和分离的DNA尿嘌呤和胸腺嘧啶碱基的损伤。脂质过氧化作用生成的具有生物意义的羰基化合物可与DNA及其碱基所含有的游离氨基酸反应生成类似蛋白质分子内和蛋白质分子自交联形成的荧光发色团物质，最终导致基因序列改变、基因突变，进而引起衰老现象。

1.4自由基的清除

通常生物体内自由基的生成与清除是处于动态平衡中的，抗氧化系统是自由基的清除系统，主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱苷肽过氧化物酶(GSH-Px)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶。这些抗氧化酶对自由基的清除作用，可减轻自由基的损害作用。

1)超氧化物歧化酶

SOD

SOD按其所含的金属种类不同可分为3类，位于细胞浆的CuZn-SOD,位于线粒体的Mn-SOD和分泌到细胞外的EC-SOD。3类酶都催化相同的歧化反应，其中Mn-SOD主要位于线粒体中，线粒体是细胞内能量产生和氧化代谢的重要场所，因而线粒体是氧化损伤的主要靶细胞器，由此决定了Mn-SOD在抗衰老中起着重要作用。

2)谷胱苷肽过氧化物酶

GSH-Px是一种含硒的酶，广泛地存在于肝、肾、心、肺等器官中，主要存在于器官的线粒体和细胞质中，能清除正常代谢所产生的活性氧自由基，它在催化谷胱苷肽氧化成氧化型谷胱苷肽(GSSG)的反应中消耗H2O2。

GSH-Px

GSH-Px不但能够以 H2O2为基质，还能以有机过氧化物特别是LOOH为基质，将LOOH还原为相应的醇(LOH)，减少LOO·和LO·的形成。

GSH-Px

3)过氧化氢酶

CAT主要存在于红细胞和其他组织细胞过氧化体中，一般由4个亚基组成，每个亚基的活性中心为Fe3+-原卟呤，具有清除过氧化体中羟基乙酸氧化酶等催化反应产生的H2O2的作用。

CAT

4)其他非酶类抗氧化剂

β-胡萝卜素经机体代谢可转化为VA，可以提供电子抑制活性氧地产生。

GSH分子中含有一个活泼地巯基-SH，易被氧化脱氢，两个分子GSH脱氢后转化为氧化型谷胱苷肽(GSSG)，消耗H2O2。

尿酸是嘌呤代谢的产物，能保护膜，防止脂质过氧化。人组织内尿酸含量高，在生理PH范围内能有效地发挥作用，其抗自由基作用绝不可低估。

2 有氧运动对抗衰老的作用

运动医学领域已证实运动可以改善人体的生理机能，适度的运动可以提高机体的有氧代谢水平，增进有氧工作的能力，在抗衰老中起着重要的作用。运动对衰老的影响有两个方面，一方面是对自由基生成量的影响；另一方面是对机体抗氧化能力即对自由基清除能力的影响。

1)高强度运动对自由基的影响

2)中、低强度运动对自由基的影响

陈彩珍等人在试验中发现，中、低强度的有氧运动可以抑制运动中及运动后自由基的产生，并可提高安静状态下机体抗氧化酶的活性。因此，适量的慢性有氧训练可以降低机体的自由基水平，减轻机体脂质过氧化程度，提高机体血液和组织的过氧化物歧化酶及其他抗氧化酶的活性并发生适应性变化，使抗氧化系统的防御能力提高，从而减少自由基对组织细胞的损害。

3 小结

随着自由基生物学的发展和分子生物学技术的应用，有关衰老的自由基理论的研究在过去十数年中取得了许多令人信服的进展。自由基学说正得到不断的完善，并在此基础上又提出了许多新理论和新进展，像近年来提出的自由基氧化-非酶糖基化衰老学说，提出羰基毒化是自由基和非酶糖基化反应衰老机制的共同核心过程。这些新理论的提出使我们对衰老的研究进入一个崭新的领域，这些研究尚处于初步阶段，运动在其中的作用还未见报道，有待进一步深入研究。而如何将运动抗衰老机制运用于指导人们正确进行适宜运动来延缓衰老也是研究者刻不容缓的责任。

[1] 陈瑗，周枚.自由基与衰老[M].北京：人民卫生出版社，2004.

[2] 陈瑾，李荣亨.衰老的自由基机制[J].中国老年学杂志，2004，7(24):677-679.

[3] Tipto KF.Monoanime oxidase[J].American Physiological Society.1975:677-697.

FreeRadicalMechanismofAgingandThePositiveEffectofExerciseOnRetardingAging

Sang Chen，Li Mingxue

(Medical College of Jiangsu University,Jiangsu,212000，Zhejiang,China)

This paper describes the free radical mechanism of aging through focusing on free radical producing,clearing and inureing the body.Exercise can have the contrary effect on the free radical producing and clearing with the changing of exercise ways,intensions and times.It is found that long-term aerobic exercise can restrain free radical producing and improve the antioxidant function,which has a positive impact on retarding aging.

aging;free radical;exercise

2006-11-04

桑琛(1980-)，江苏镇江人，在读硕士研究生，研究方向：运动医学。