自由基是指能够独立存在的,含有一个或多个未成对电子的分子或分子的一部分。由于自由基中含有未成对电子,具有配对的倾向,因此大多数自由基都很活泼,具有高度的化学活性。自由基的配对反应过程,又会形成新的自由基。在正常情况下,人体内的自由基是处于不断产生与清除的动态平衡之中。自由基是机体有效的防御系统,如不能维持一定水平的自由基则会对机体的生命活动带来不利影响。但自由基产生过多或清除过慢,它通过攻击生命大分子物质及各种细胞,会造成机体在分子水平、细胞水平及组织器官水平的各种损伤,加速机体的衰老进程并诱发各种疾病。
自由基过量产生的原因
1、人体非正常代谢产物
2、有毒化学品接触
3、毒品、吸烟、酗酒
4、长时间的日晒
5、长期生活在富氧/缺氧环境
6、环境污染因素
7、过量运动
8、疾病
9、不健康的饮食习惯(营养过剩以及脂肪摄入过量)
10、辐射污染
11、心理因素
自由基对生命大分子的损害
★由于自由基高度的活泼性与极强的氧化反应能力,能通过氧化作用来攻击其所遇到的任何分子,使机体内大分子物质产生过氧化变性、交联或断裂,从而引起细胞结构和功能的破坏,导致机体组织损害和器官退行性变化。
★自由基作用于核酸类物质会引起一系列的化学变化,诸如氨基或羟基的脱除、碱基与核糖连接键的断裂、核糖的氧化和磷酸酯键的断裂等。
在体内以水分为介质环境中通过电离辐射诱导自由基的研究表明,大剂量辐射可直接使DNA断裂,小剂量辐射可使DNA主链断裂。
★自由基对蛋白质的损害
自由基可直接作用于蛋白质,也可通过脂类过氧化产物间接与蛋白质产生破坏作用。
★自由基对糖类的损害
自由基通过氧化性降解使多糖断裂,如影响脑脊液中的多糖,从而影响大脑的正常功能。自由基使核糖、脱氧核糖形成脱氢自由基,导致DNA主链断裂或碱基破坏,还可使细胞膜寡糖链中糖分子羟基氧化生成不饱和的羰基或聚合成双聚物,从而破坏细胞膜上的多糖结构,影响细胞免疫功能的发挥。
★自由基对脂质的损害
脂质中的多不饱和脂肪酸由于含有多个双键而化学性质活泼,最易受自由基的破坏发生氧化反应。磷脂是构成生物膜的重要部分,因富含多不饱和的脂肪酸故极易受自由基所破坏。这将严重影响膜的各种生理功能,自由基对生物膜组织的破坏很严重,会引起细胞功能的极大紊乱。
自由基与疾病
(一)自由基与衰老
从古至今,依据对衰老机理的不同理解,人们提出各种各样的衰老学说多达300余种。自由基学说就是其中之一。反映出衰老本质的部分机理。
英国Harman于1956年率先提出自由基与机体衰老和疾病有关,接着在1957年发表了第一篇研究报告,阐述用含0.5%-1%自由基清除剂的饲料喂养小鼠可延长寿命。由于自由基学说能比较清楚地解释机体衰老过程中出现的种种症状,如老年斑、皱纹及免疫力下降等,因此倍受关注,已为人们所普遍接受。自由基衰老理论的中心内容认为,衰老来自机体正常代谢过程中产生自由基随机而破坏性的作用结果,由自由基引起机体衰老的主要机制可以概括为以下三个方面。
1、生命大分子的交联聚合和指褐素的累积。
自由基作用于脂质过氧化反应,氧化终产物丙二醛等会引起蛋白质、核酸等生命大分子的交联聚合,该现象是衰老的一个基本因素。脂褐素(Lipofuscin)不溶于水故不易被排除,这样就在细胞内大量堆积,在皮肤细胞的堆积,即形成老年斑,这是老年衰老的一种外表象征;而皮肤细胞的堆积,则会出现记忆减退或智力障碍甚至出现老年痴呆症。胶原蛋白的交联聚合,会使胶原蛋白溶解性下降、弹性降低及水合能力减退,导致老年皮肤失去张力而皱纹增多以及老年骨质再生能力减弱等。脂质的过氧化导致眼球晶状体出现视网膜模糊等病变,诱发出现老年性视力障碍(如眼花、白内障等)。
由于自由基的破坏而引起皮肤衰老,出现皱纹,脂褐素的堆积使皮肤细胞免疫力的下降导致皮肤肿瘤易感性增强,这些都是自由基的破坏。
2、器官组织细胞的破坏与减少器官组织细胞的破坏与减少,是机体衰老的症状之一。例如神经元细胞数量的明显减少,是引起老年人感觉与记忆力下降、动作迟钝及智力障碍的又一重要原因。器官组织细胞破坏或减少主要是由于基因突变改变了遗传信息的传递,导致蛋白质与酶的合成错误以及酶活性的降低。这些的积累,造成了器官组织细胞的老化与死亡。生物膜上的不饱和脂肪酸极易受自由基的侵袭发生过氧化反应,氧化作用对衰老有重要的影响,自由基通过对脂质的侵袭加速了细胞的衰老进程。
3、免疫功能的降低
自由基作用于免疫系统,或作用于淋巴细胞使其受损,引起老年人细胞免疫与体液免疫功能减弱,并使免疫识别力下降出现自身免疫性疾病。所谓自身免疫性疾病,就是免疫系统不仅攻击病原体和异常细胞,同时也侵犯了自身正常的健康组织,将自身组织当作外来异物来攻击。如弥散性硬皮病、系统性硬结、溃疡性结肠炎、成胶质病变和Crohnn氏病(局部性回肠炎)之类的自身免疫性疾病,往往伴有较多的染色体断裂。研究表明,自身免疫病的病变过程与自由基有很大的关系。
(二)自由基与癌症
长期以来,人们一直致力于对癌变原因不同角度的探索。自从揭示了具有高度活泼性的自由基能引起迅速扩展的连锁反应后,人们把这些性质的快速生长联系起来,研究癌变诸过程中自由基的参与问题。目前的看法是,不少致癌物必须在体内经过代谢活化形成自由基并攻击DNA才能致癌,而许多抗癌剂也是通过自由基形成去杀死癌细胞。一个正常细胞发生癌变必须经历诱发和促进两个阶段,这就是两步致癌学说。自然界中的促诱剂种类繁多,巴豆脂、巴豆油,香烟烟雾凝聚物、未燃烧烟草提取物、十二烷基磺酸钠及吐温60之类表面活性剂、脂肪酸甲酯、酚类和直链烷烃类等等。
诱发阶段与自由基关系密切。
自由基作用于脂质产生的过氧化产物既能致癌又能致突变,致癌和致突变在分子水平上的机理是相同的。
促癌阶段也与自由基有关,促癌能力与其产生自由基的能力相平行。在化疗过程中,由于药物的毒性导致细胞内产生大量的自由基这往往会引起骨髓损伤、白血球减少,致使化疗减慢、药量减少或被迫停止化疗。若使用自由基清除剂,则可防止骨髓进一步受氧自由基的破坏,加速骨髓和白血球量的恢复,有利于化疗的继续。
(三)自由基与缺血后重灌流损伤缺血所引的组织损伤是致死性疾病的主要原因,诸如冠动脉硬化与中风。但有许多证据说明仅仅缺血还不足以导致组织损伤,而是在缺血一段时间后又突然恢复供血(即重灌流)时才出现损伤。缺血组织重灌流时造成的微血管和实质器官的损伤主要是由活性氧自由基引起的,这已在多种器官中得到的证明。在创伤性休克、外科手术、器官移植、烧伤、冻伤和血栓等血液循环障碍时,都会出现缺血后重灌流损伤。
在缺血组织中具有清除自由基的抗氧化酶类合成能力发生障碍,从而加剧了自由基对缺血后重灌流组织的损伤。使用葡萄籽提取物自由基清除剂对缺血再灌流组织损伤有保护作用。
(四)自由基与肺气肿
肺气肿的特点是细支气管和肺泡管被破坏、肺泡间隔面积缩小以及血液与肺之间气体交换量减少等,这些病变起因于肺巨噬细胞受到自由基侵袭,释放了蛋白水解酶类(如弹性蛋白酶)而导致对肺组织的损伤破坏。
吸烟很容易引起肺气肿,原因在于香烟烟雾诱导肺部巨噬细胞的集聚与激活,吸烟者肺支气管肺泡洗出液中的嗜中性白细胞内水解蛋白酶活性高于不吸烟者,洗出液中白血球产生的O2含量也远高于不吸烟者,由此可见,香烟及其他污染物可诱发肺气肿。
(五)自由基与眼病
眼睛是人和动物唯一的光感受器,老年性眼睛衰老(特别是白内障)与自由基反应有关。研究表明,老年人由于全身机体的衰老使得眼球晶状中自由基清除剂的含量与活性降低,导致对自由基侵害的抵御能力下降。事实表明,白内障的起因和发展与自由基对视网膜的损伤导致晶状体组织的破坏有关。
角膜受自由基侵袭引起内皮细胞破裂,细胞通透性功能出现障碍,引起角膜水肿。自由基会对眼晶状体产生直接的损伤破坏。
(六)自由基与炎症
关于机体发炎的机理,有人认为局部氧量过少或某些外来物质(包括病原菌和能量)引起溶酶体酶的释放而造成细胞死亡,这些白细胞由于特殊代谢剌激物的作用而激活。自由基一方面破坏病原因和病变细胞,另一方面又进攻白细胞本身造成其大量死亡,结果引起溶酶体酶的大量释放而进一步杀伤或杀死组织细胞,造成骨、软骨的破坏而导致炎症和关节炎。
由此可见,发炎过程与此关系密切。有科学家认为自由基诱发关节炎的原因在于导致了透明质酸的降解,因为透明质酸是高粘度关节润滑液的主要成分。
(七)自由基与其他疾病
自由基攻击动脉血管壁和血清中的不饱和脂肪酸使之发生氧化反应而生成过氧化脂质:后者能刺激动脉壁增加粥样硬化的趋势。动脉硬化的程度与硬化斑中脂质过氧化程度呈正相关,血管内壁的蜡样物质就是脂质发生过氧化反应的直接证明。粥样硬化症随年龄增大而增多,这与老年人动脉壁不饱和脂肪酸含量高、血清中Fe2+和Cu2+含量高有直接的关系。过氧化物丙二醛促使弹性蛋白发生交联,破坏了其正常的结构与功能,其应有的弹性与水结合能力丧失,最终产生了动脉硬化症,并进一步诱发冠心病等其他心血管疾病。自由基与糖尿病的关系比较复杂,已知自由基能促进四氧嘧啶诱发胰岛素依赖型糖尿病,但对其他类型糖尿病诱发过程中自由基的作用尚不明了。
上述过程可导致一系列贫血症的出现,还可导致溶血现象。缺铁性贫血的病变过程也有自由基参与。大骨节病和克山病是两种很可怕的地方性疾病,分布在我国东北到西南地区的呈断带状的低硒地带。前者表现为骨髓损伤、短脚畸形、身体矮小和丧失劳动力等症状,后者表现为心肌坏死、心功能出现障碍等症状。两种疾病在亚细胞水平上,均表现为膜系统的损伤,无论在心肌线粒体膜、浆膜、软骨细胞和红细胞膜的磷脂组成及功能均发生变化,在分子水平上均有自由基的参与,与体内自由基反应有密切关系。
自由基对生物膜和其它组织造成损伤,累积性的自由基作用会导致机体衰老,并引起一系列的病理过程。
生命有机体内必然会产生一些物质能清除这些自由基,它们统称自由基清除剂。
然而,随着年龄的增大,特别是急剧变化的生存环境和社会环境,使得大多数人群的机体内产生自由基清除剂的能力逐渐下降,导致体内清除剂的含量减少活性也逐渐降低,从而削弱了对自由基损害的防御能力,加速了生命的衰老变化并引发一系列病变。为了防御自由基的损害,可以向生命机体额外添加些自由基清除剂,从而达到抵抗疾病延缓衰老的目的。
天然抗氧化剂
人类每天都遭到自由基成千上万次的攻击。因此,科学家自五十年代以来一直致力于在人体内构筑一道抗自由基氧化、抗衰老的防线。这就是使抗氧化剂给出一个电子给自由基,而自身不会形成有害的能引起链反应的危险物质,氧自由基被中和,有害的链反应被终止。有关抗氧化剂如何在人体消除自由基及起抗氧化作用的研究已在新世纪医学保健领域中占有重要的地位。具有清除自由基功效的许多物质已证实具有抗氧化作用,例如:黄酮类、皂甙类、茶多酚、磷脂、卵磷脂以及硒、锗等微量元素等。还有许多人工合成的化学物质具有抗氧化作用,这些产品良莠不齐,有些人工合成的具有一定的毒性。从天然物质中提取无毒、安全的抗氧化活性物质是人们在回归大自然的绿色保健浪潮下的必然选择。
长期以来,营养学家一直倡导多吃新鲜水果蔬菜以预防疾病,其科学道理在于其含有大量维生素C、β-胡萝卜素、黄酮类等抗氧化物质。事实上,我们从日常膳食中摄取的抗氧化物质往往不能满足机体需要。具有强抗氧化作用的前花青素在植物的皮、种籽核及木实质中含量较高。由于农药、化学催熟剂等残留于水果皮的潜在危险,以及口感因素,这些部位往往被人弃之不食。新鲜水果、蔬菜尽管富含维生素C、β-胡萝卜素等抗氧化物质,但食物在烹制过程中抗氧活力会降低甚至消失,即使您每天进食5次鲜果、蔬菜,您体内的抗氧化物仍不足够,尤其当您处于压力、空气污染环境或抽烟等情况时,体内自由基产生更多,这时补充抗氧化物质十分必要。
由此可见,回归天然农耕,种植无污染、无毒害、安全优质的食物,并采用简单的烹饪,健康均衡的饮食,对于预防疾病,具有重要意义。
多酚化合物的抗氧作用
多酚类物质是一类重要的膳食非营养成分,包括酚酸、类黄酮、木酚素、香豆素和单宁等。现代科学对于原花青素和花色素的研究一直很活跃。原花青素是多酚中的较大分子,也被称作单宁,存在于一些谷物和水果中。最早研究的目的是其抗营养性能,它能够与蛋白质、消化酶形成难溶于水的复合物,影响食物的消化吸收。花色素即花青素(anthocyanidin)是植物大多数品种红、蓝、紫色的来源。
最近对于原花青素的抗氧化作用研究较多,证实具有清除体内自由基,减轻脂质过氧化;保护细胞膜和DNA免受氧化损伤,干扰激素结合于细胞,络合金属、诱导改变致癌性的酶;抗诱变和抗癌作用;抑制血小板聚集、消炎;抗过敏;抗衰老。
葡萄籽提取物中原花青素(OPC,OPCs,PCO)是各种低聚合度的原花青素的混合物,结构如下:
原花青素是花青素的前体,植物体内可以生物化学转化为花色素。与矿物酸反应,也可以转化为花色素。花色素色谱广泛,赋予食物明亮的色彩,增加食欲。一部分生理功效类似于原花色素,重要的花色素应用实例是越桔(蓝莓,蓝靛)提取物,在欧洲用于健康食品,保护和改善视力。
自由基攻击细胞,加速人体衰老和癌变
目前有关人体衰老与疾病的学说有300 多种,其中氧自由基说得到最广泛认同。该学说认为衰老和癌症等慢性疾病,都是由自由基反应引起的,都与体内自由基的产生以及抗氧化防御系统和修复系统的失衡有关。
自由基是由体内氧化反应过程中产生的对身体有害的物质。空气中的氧气会令铁钉生锈、切开的苹果变成褐色,这些现象都属于氧化反应,氧化反应过程中会形成化学物质- 自由基。多种原因可以增加体内自由基的产生包括: 空气污染、食物和水源污染,吸烟酗酒,药物,辐射、强烈紫外线照射,压力过大,过量运动,脂肪摄入过多等。
低剂量自由基能够促进个体的发育分化。但自由基的过多生成会引起细胞和个体的衰老;高剂量的自由基攻击细胞,会加速人体衰老,导致多种慢性疾病。

一些科学家认为自由基是引起衰老的主要原因。自由基能促使体内脂褐素生成,脂褐素在皮肤细胞中堆积即形成老年斑。自由基还可导致老年人皮肤松弛、皱纹增多、骨质再生能力减弱等,还会引起视网膜病变,诱发老年性视力障碍。老年人感觉记忆力下降、动作迟钝及智力障碍的一个重要原因,就是由于过多的自由基导致了神经细胞数量的大量减少。
许多研究均证明,氧自由基可能是癌症产生和发展的重要原因。许多学者认为自由基是超过70 种慢性疾病的根本原因。因此,人体衰老和几乎所有慢性疾病包括癌症,都与自由基有密切关系。
体内抗氧化防御系统
人类在不断进化过程中,逐渐形成了一套完整的抗氧化系统,分别在不同水平发挥着防御作用。

一级抗氧化防御系统,分为抗氧化剂和抗氧化酶。能够使自由基失效的化学物质称为“抗氧化剂或抗氧化酶”。抗氧化剂或抗氧化酶是清除氧自由基或阻止氧自由基产生过氧化物的物质。
抗氧化酶系统包括超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶等。抗氧化剂包括两大类,一类是人体必需的抗氧化剂,包括维生素E 、维生素C 、类胡萝卜素、锌、硒、铜、蛋氨酸、色氨酸等;另一类是人体非必需的抗氧化剂,如生物类黄酮、花色素、番茄红素和叶黄素等。
二级抗氧化防御系统,即所谓的抗氧化修复系统。自由基导致细胞损伤发生后,体内抗氧化修复酶如谷胱甘肽还原酶等,可以修复细胞损伤。

延缓衰老和防癌的有效方法
防衰老和防癌的重点就是如何有效防治自由基。有效防治自由基有三种方法,一是减少自由基的产生;二是使用抗氧化剂和抗氧化酶对抗氧自由基,减少自由基对身体的伤害;三是增加体内抗氧化修复酶,修复自由基对细胞造成的伤害。
要减少体内氧自由基的产生,需要改变不良的生活方式。不吸烟,不熬夜,学会及时释放压力。应该保持良好的生活方式,有积极乐观的心态,充足的睡眠,生活规律,坚持体育锻炼,保持理想体重。改变不良的饮食习惯,不吃垃圾食品,减少食物中脂肪含量。改善烹调方式,不吃烧焦或霉变的食物。研究表明,通过适当限制食物摄入、防止吃得过饱,可以降低体内的能量代谢、减少自由基的生成,并增加人体对氧化应激的耐受力和增强机体抗氧化应激的能力,能够延长平均寿命及最高寿限。
长期摄入足量抗氧化剂,以对抗自由基、减少自由基对身体的伤害,也可以延长寿命和防癌。合理饮食,食物多样化,以植物性食物为主,多吃粗粮,多吃各种新鲜的水果和蔬菜。十种抗氧化物质含量较多的食物,包括番茄、菠菜、红酒、坚果、花椰菜、燕麦、鲑鱼、大蒜、绿茶、蔓越橘,要适当多吃,有抗衰老和防癌的作用。

在众多的维生素中,小麦胚芽油、维生素C 和类胡萝卜素的抗氧化作用最为突出,三者的作用机理不同,同时应用有协同作用。所有矿物质均有抗氧化作用,其中作用最强的是硒和锌。而体内的抗氧化酶及抗氧化修复酶,则要靠自己合成,主要提供足够的原料如蛋白质、维生素和矿物质等,身体就会根据需要及时合成。
减少自由基产生,主要是靠改变不良的生活方式及适当控制饮食;而要增强免疫系统和修复系统,则主要靠营养素。合理补充抗氧化营养素是抗衰老和防癌的关键。
盖尔沃医生研究发现,抗氧化物质可以逆转口腔黏膜白斑病。黏膜白斑病和子宫颈非典型增生都已是典型的癌前期病变,说明抗氧化物质能够阻止癌症形成的进程,可以增强身体的自我修复能力来逆转细胞损害。
美国斯全德博士认为,采用最佳剂量的营养补充具有更好的抗衰老和防癌作用,而最佳剂量都是远远高于国家推荐的膳食营养素供给量水平的。
抗衰老、防癌作用强的营养补充剂主要有类胡萝卜素、小麦胚芽油、维生素C 、维生素B 族、蛋白质粉、葡萄籽精华素、硒质E 等,应在专业营养师的指导下合理选择和搭配。