陕师大运动营养学课件13运动、营养、自由基与健康

第十三章第十三章 运动运动、营养营养、自由基与健康自由基与健康运动性疲劳是指“机体生理过程不能持续其机能在某一特定水平或各器官不能维持某一预定的运动强度”。运动性疲劳产生的机制一直是世界各国学者十分关注的研究课题。有关运动性自由基代谢与运动性损伤、运动性疲劳、运动营养以及抗氧化能力的适应性等方面,国内外都有较为深入的研究。第一节第一节 自由基的概念自由基的概念 一、自由基的危害自由基的危害对生物膜的破坏:细胞生物膜磷脂中的多不饱和脂肪酸在自由基的作用下极易发生脂质过氧化反应,从而造成线粒体膜的流动性降低,通透性增大,线粒体膨胀,溶酶体酶的释放及酶的失活等损伤。对蛋白质和酶的损害:脂质过氧化反应中产生的自由基可使蛋白质变性。对核酸的损害:脂质过氧化可导致碱基的修饰和多核苷酸的断裂,导致进行的复制转录、翻译等过程的错误以及使核酸的完整性和构型受到破坏,导致细胞死亡。二、二、体内自由基产生的原因体内自由基产生的原因运动时自由基的生成增加运动时自由基的生成增加,经过适宜的运动训练经过适宜的运动训练,机体会产生适应性变化机体会产生适应性变化,使自由基的生成与清除使自由基的生成与清除处于平衡状态处于平衡状态,不会对机体造成损伤。但机体这不会对机体造成损伤。但机体这种适应性变化只是相对的种适应性变化只是相对的,遇到过强的运动强度遇到过强的运动强度或过长的运动时间或过长的运动时间,自由基的升高仍会对组织造自由基的升高仍会对组织造成损伤成损伤,导致运动性疲劳。导致运动性疲劳。三三、运动过程中自由基生成的影响运动过程中自由基生成的影响线粒体电子传递链线粒体电子传递链:运动过程中运动过程中,体内代谢水平体内代谢水平加强加强,能量消耗增多能量消耗增多,为满足机体的代谢需要为满足机体的代谢需要,加速加速ATP ATP 再合成再合成,线粒体氧化磷酸化加强线粒体氧化磷酸化加强,使线使线粒体电子传递过程中产生自由基粒体电子传递过程中产生自由基;黄嘌呤黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶作用黄嘌呤氧化酶作用:ATP:ATP 氧化产物氧化产物次黄次黄嘌呤在体内堆积嘌呤在体内堆积,在黄嘌呤氧化酶作用下生成尿在黄嘌呤氧化酶作用下生成尿酸酸,同时产生自由基同时产生自由基,使得脂质过氧化反应加强使得脂质过氧化反应加强;抗氧化酶活性相对下降抗氧化酶活性相对下降:大强度运动过程中大强度运动过程中,体内体内缺氧缺氧,糖酵解作用加强糖酵解作用加强,乳酸生成增多乳酸生成增多,使胞浆还原使胞浆还原型辅酶型辅酶 NADH、还原型、还原型 NDPH 浓度下降浓度下降,体内抗体内抗氧化酶受破坏氧化酶受破坏,抗氧化系统能力下降。抗氧化系统能力下降。由此可见由此可见,运动后脂质过氧化反应的变化取决于氧运动后脂质过氧化反应的变化取决于氧自由基生成和抗氧化能力的综合作用。自由基生成和抗氧化能力的综合作用。第二节第二节 抗氧化系统对自由基的清除作用抗氧化系统对自由基的清除作用抗氧化系统由抗氧化酶、维生素及其前体物质抗氧化系统由抗氧化酶、维生素及其前体物质(如抗坏血如抗坏血酸、酸、-生育酚、生育酚、-胡萝卜素胡萝卜素)、谷胱甘肽、谷胱甘肽(GSH)和其他一和其他一些小分子抗氧化剂组成。每个抗氧化成分在细胞中既有独些小分子抗氧化剂组成。每个抗氧化成分在细胞中既有独特的功能特的功能,又有各成分之间的互补作用。抗氧化系统内稳又有各成分之间的互补作用。抗氧化系统内稳态的紊乱与运动中或运动后发生的许多生理紊乱有关态的紊乱与运动中或运动后发生的许多生理紊乱有关,如如疲劳、肌肉酸痛、肌纤维断裂和免疫系统功能受损。疲劳、肌肉酸痛、肌纤维断裂和免疫系统功能受损。一一、内源性抗氧化剂内源性抗氧化剂超氧化物歧化酶(SOD)属于抗氧化酶类,分为CuZn-SOD、Mn-SOD 和Fe-SOD 三种。其三种分布不同,真核生物通常含CuZn-SOD;线粒体含Mn-SOD。三者都可以催化O2-.歧化为H2O2 和O2,清除O2-.自由基。过氧化氢酶(CAT)存在于细胞的过氧化体内,可清除H2O2,催化H2O2 生成水和氧气。某些细胞器如线粒体产生的H2O2 可透过细胞器膜进入胞浆,再进入过氧化体,最终被CAT 清除。谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)催化H2O2生成水,或使有机氢过氧化物(ROOH)还原为羟基化合物ROH。GSSG 为氧化型谷胱甘肽,可在谷胱甘肽还原酶的作用下还原为GSH,继续参与清除自由基的反应。抗氧化蛋白Peroxiredoxin(Prx)是新发现的抗氧化酶,广泛存在于各种生物体内。Prx 含高度保守的具还原性的半胱氨酸,生化功能是通过硫氧还蛋白还原过氧化物或超氧化物,可以将H2O2 还原为水。在应激条件下,如剧烈运动,基因的表达被上调,以清除细胞内多余的活性氧分子。除此之外,Prx 还具有保护自由基敏感蛋白,参与细胞增殖与分化,增强自杀伤细胞(NKcell)的活性,参与血红素代谢等功能。二、抗氧化维生素抗氧化维生素维生素类物质在自由基介导的氧化应激中起重要作用。由于人体不能合成这些重要的抗氧化剂,它们主要依赖于饮食摄入。维生素E 是最重要的脂溶性抗氧化剂,分布于细胞膜和细胞器膜,如细胞质膜、线粒体膜及内质网膜等特异部位。维生素E 是通过清除氧自由基或干扰氧化物链反应来阻止氧化反应,保护脂质膜免遭自由基攻击。维生素E 是O2-.的直接清除剂,与GSH-Px 协同作用为脂质过氧化作用的阻断剂。大量研究证明维生素E 缺乏可增加脂质过氧化,扰乱GSH/GSSG 氧化状态平衡,引起大鼠抗阻呼吸的早期隔膜肌疲劳。维生素C(抗坏血酸)是血浆中最有效的抗氧化剂,通过还原作用消除有害氧自由基的毒性。其抗氧化作用表现在可以与O2-.、.OH 迅速反应,生成半脱氢抗坏血酸,还能清除单线态氧,还原硫自由基。维生素C 在清除液相如血浆中的自由基特别有效,能阻止血红细胞膜的损伤。胡萝卜素(-carotene)是维生素A 的前体物质类胡萝卜素的主要成分,可直接有效地清除O2-.自由基,提高动物体内谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性,保护细胞内DNA 和蛋白质免受自由基损伤。研究发现,-胡萝卜素可以明显对抗阿霉素引起的心肌MDA 水平升高,清除阿霉素诱导产生的半醌自由基,减轻大鼠的心肌损害。辅酶Q 作为电子载体,在线粒体内膜含量丰富,还原型的辅酶Q 在体外起抗氧化剂的作用,而有人认为在体内也起同样作用。高辅酶Q 饲料喂养的大鼠组织切片表明抗过氧化氢诱导的脂质过氧化能力的提高,提示可用膳食补充辅酶Q 来评价其在运动时的保护作用。最近一些研究表明,一些其他的小分子化合物,如尿酸和硫辛酸也起重要的抗氧化功能。尿素可作为.OH 的清除者,还可在氧化应激时保存血浆抗坏血酸。三、微量元素三、微量元素硒(selenium,Se)作为人体必需的微量元素,具有直接清除自由基的作用。Harison 曾报道了锗(乳酸-柠檬酸锗)的抗氧化功能,低浓度锗能提高大鼠肝细胞内还原型谷胱甘肽的水平。后者具有防止脂质过氧化物的形成,清除体内自由基的作用。2000 年Beatty S.等研究表明,锌在视网膜的代谢中起重要作用。锌参与超氧化物酶和过氧化氢酶的合成,后两者分别是超氧自由基和过氧化氢的清除剂。除此之外,微量元素铜、锰、铬、锗等都具有清除自由基的功能。除了以上微量元素具有抗氧化剂能力外,人体血浆中有一种脂溶性抗氧化剂胆红素,也有较强的抗氧化能力。四、天然药物类四、天然药物类清除氧自由基的天然药物在体内通过清除超氧阴离子、羟自由基、过氧化氢、单线态氧,减少丙二醛的生成,抑制脂质过氧化,增加酶的活性,稳定靶细胞膜,补充SOD、过氧化物酶及增强SOD 活性而发挥作用。常用药物主要有西洋参、党参、白芍、丹皮、干姜、丹参、红参、灵芝、枸杞子、生地、诃子、芫花、葛根、黄芪、麦冬、甘草、银杏、半夏、九节菖蒲、大黄、黄芩、黄连等等。第三节第三节 抗氧化剂与运动性疲劳消除抗氧化剂与运动性疲劳消除抗氧化物能清除自由基,有助于消除疲劳。为弥补内源性抗氧化物的不足,可以通过适当增加外源性抗氧化物的方法来清除自由基。一一、营养食品中抗氧化剂补充营养食品中抗氧化剂补充很多食品及滋补品中含有抗氧化剂,如茶叶中的茶多酚、-胡萝卜素、维生素C、人参绞投蓝、沙棘、软枣、猕猴桃汁、山楂汁、青竹梅、姜、大蒜、柚柑、鱼油等。维生素C 能使力竭运动后小鼠的内血清MDA 含量显著下降,使SOD 和GSH-Px 的活性维持在一定的水平,具有对抗力竭运动后脂质过氧化水平加强的作用,从而保护细胞结构免遭破坏;另外,维生素C 利于运动时能量代谢,对延缓运动性疲劳的产生、防止运动性疲劳的发生都具有一定作用。二二、中医药类抗氧化剂补充中医药类抗氧化剂补充大量研究证明,以活血中药为主配成的单味或复方中药剂对清除机体自由基和提高机体活动能力更为有效。周志宏等在补肾益元方对运动小鼠抗疲劳能力影响的研究中发现,由女贞子、枸杞子、锁阳、黄芪、仙鹤草、杜仲、大伸筋草等组成的补肾益元方,经过动物实验证明,它能增强游泳小鼠的无氧耐力,有助于改善力竭游泳小鼠骨骼肌自由基代谢,表现出较强的抗氧化作用。另外,复方中药还有高效强力饮、强力宝、参宝片、体复康、仙灵口服液、F3口服液、多福尔口服液等,在研究过程中发现都具有不同程度的抗氧化、保护机体、提高运动能力等作用。一些天然植物的提取液同样有很好的抗氧化作用,如甘草次酸、葡乐安、碧萝芷、蜂花粉、银杏提取物、葛根提取物等。三三、适宜运动对提高抗氧化系统能力的作用适宜运动对提高抗氧化系统能力的作用运动训练时,组织承受巨大的氧化应激,如果饮食摄入不能及时增加以满足组织的需要,细胞可能会通过激活抗氧化酶而重新生成,以适应长期增高的氧化应激。实验证明,急性运动后,肝、骨骼肌、心脏和血液中的SOD 活性增加。大多数研究表明运动可导致CuZn-SOD 的活性增加,而对Mn-SOD 活性没有太大影响。Jenkins 发现健康男子股四头肌中的SOD、CAT 活力与其VO2max 呈显著正相关。研究还发现,不同的抗氧化酶表现不同的运动训练适应特征,这可能取决于每种酶的基因表达的特异性,此类研究正在受到关注。第四节 自由基与疾病 一一、自由基的广泛分布自由基的广泛分布自由基可能来自於体内，或是生活环境中。体内的自由基无所不在，例如：人体新陈代谢时就会产生无数的自由基(大鼠的肝脏线粒体每一天会产生三千万个自由基)；人体百分之四吸进来的氧气可能形成自由基；白血球保护细胞时会制造大量的自由基；缺血时也会释放大量的自由基；生活的环境也逃不掉自由基：抽一支烟可能产生10,000,000,000,000,000个自由基；其他诸如高能量的辐射线(紫外线、X光)；环境污染、废气(一氧化氮、二氧化氮)、农药、重金属；防腐剂、色素、烤焦的肉进入人体均会产生自由基。二、自由基对人体的伤害二、自由基对人体的伤害自由基如何伤害人体呢？首先，他可能会直接伤害我们的细胞，包括细胞中的脂质、蛋白质以及细胞内的遗传物质-核酸(DNA)。当细胞膜的脂质受到攻击，细胞膜的流通性不佳，养分无法输送，细胞就会因此坏死；自由基攻击DNA，可能引发突变。更可怕的是，自由基可以当作一种细胞的传递物质，刺激致癌基因，或是其他致病基因，引发一连串的反应，让细胞凋亡或坏死。医学研究指出，与自由基有关的疾病洋洋洒洒有100多种，包括：动脉硬化、脑中风、心脏病、白内障、肺气肿、糖尿病、及多种癌症等。（一）让身体生锈的自由基（一）让身体生锈的自由基铁会生锈，铜会变绿，银会变黑，人的身体也会生锈。身体处於有氧的环境，也同样会被氧化。而致使人体氧化的就是氧化自由基。自由基是含奇数电子的一群原子。不成对的电子非常活跃，亟欲寻求其他的电子来配对，所以他会不断掠夺身体内(细胞膜、DNA.)的电子，以便让自己稳定下来。但是，身体细胞却因此受到伤害。目前已知有200多种疾病的成因和自由基有直接关连。如果不想让身体像削过皮的苹果一样变黑变丑，就得严格防止控制自由基过多的产生。（二）（二）自由基导致衰老自由基导致衰老据说曾经有三百多个研究老化的学说，而现代学者则提出据说曾经有三百多个研究老化