自由基危害

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。在生理状态下,自由基的浓度很低,不仅不会损伤机体,而且还显示出独特的生理作用。但是自由基产生过多或清除过慢,它会对生物体产生一系列损害,加速机体的衰老过程并诱发各种疾病。


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自由基对细胞的及生命大分子(DNA、RNA、蛋白质、糖类、脂质)的损害:自由基非常活泼,化学反应性极强,参与一系列的连锁反应,能引起细胞生物膜上的脂质过氧化,引起细胞损伤。其机制比较复杂,主要有三方面:膜脂改变导致膜功能的障碍和膜酶的损伤;脂质过氧化过程中生成的活性氧对酶和其他成分的损伤;LOOH的分解产物特别是醛类产物对细胞及其成分的毒性作用。

(一)自由基对脂类和细胞膜的破坏
细胞膜和亚细胞器膜都是以双分子层的PUFA为骨架的,最易受到自由基的攻击发生脂质过氧化反应,导致膜内不饱和脂肪酸减少,膜结构遭到破坏,使其流动性、通透性、离子转运及屏障功能受损,脂质过氧化还可引起溶酶体酶的释放,线粒体膨胀、酶的失活等损伤。红细胞膜发生脂质过氧化则可导致溶血。微粒体脂质过氧化作用后有多聚核糖体的解聚和蛋白质合成的抑制。LOOH进一步分解产生醛类,尤其是丙二醛(MDA)可作为交联剂与一些蛋白质、核酸、脑磷脂等反应,导致分子间的交联聚合。细胞膜的损害则会导致细胞代谢、功能和结构的改变,后者是许多疾病的病理基础,从而可引起许多病变。

(二)自由基对蛋白质和酶的损害
自由基既可直接作用于蛋白质,与最邻近的氨基酸反应发生蛋白质过氧化;也可通过LOOH间接作用于蛋白质,使蛋白质的多肽链断裂或与个别氨基酸发生氧化反应或使蛋白质交联而发生聚合作用,从而使蛋白质的结构发生变化,导致细胞功能紊乱。如老年人皮肤起皱、骨骼变脆等都与胶原蛋白破坏和功能改变有关。
酶的化学本质绝大多数是蛋白质,因此许多自由基和自由基反应的产物往往也可影响酶的活性。脂质过氧化、电离辐射、其他产生的自由基的反应可以通过多种途径影响酶的活性。如通过自由基链反应,使酶分子发生聚合;通过LOOH中的MDA使酶分子发生交联;通过破坏酶分子中氨基酸以及与酶分子中的金属离子反应,影响酶活性。

(三)自由基对核酸和染色体的损害
自由基可与碱基或五碳糖发生反应,生成碱基自由基或在DNA的脱氧核糖部分形成自由基,最终使DNA链断裂或碱基破坏、缺失,使核酸分子的完整性和构型受到破坏,造成遗传信息改变,使生物体发生突变或产生病变;严重损伤的DNA无法修复,以致造成细胞死亡。辐射作用于核酸环境中的水分子,使其电解产生·OH和O2,辐射可使DNA主链断裂、碱基降解和氢键破坏。
自由基对DNA的破坏可导致染色体变异,电离辐射和化学物质也可使受损细胞的染色体断裂,此作用与O2 和·OH有关。

(四) 自由基对糖分子的损害
自由基可使组成核酸的核糖、脱氧核糖形成脱氢自由基,从而造成DNA主链断裂或碱基破坏;自由基可使细胞膜中的糖分子羟基化,破坏细胞膜上的多糖结构,影响细胞功能的发挥;自由基还可通过氧化降解使多糖破坏,影响组织功能,如脑组织中的多糖遭到破坏就会影响大脑的正常功能。
脂类、蛋白质、核酸、糖类是组成生物体的基本而重要的化合物,这些物质一旦受损,生命活动将受到威胁,自由基对生物体的危害就在于能破坏这些生物大分子,使细胞受损,机体患病,如动脉粥样硬化,糖尿病,肿瘤,胃肠道功能失调,感染,免疫失调等。

  

自由基加速人体衰老
    人的生命周期中有一个随时间进展而表现出不断恶化,直到死亡的过程,老年医学将该过程称为衰老(aging或senscence)。它是生物体随着增龄而发生的退行性变化的总和,表现为机体功能活动的进行性下降,机体维持内环境恒定和对环境的适应能力逐渐降低。
  衰老是机体的一个正常而又复杂的生物学现象,涉及面很广,从不同侧面研究生命衰老过程,形成了种种学说,如衰老的有害物质累积学说,内分泌功能减低学说,器官功能减退学说,衰老的免疫学说,大分子交联学说与衰老的基因学说,微量元素学说以及衰老的自由基学说与衰老线粒体学说。自由基学说是现代抗衰老学说中的较受重视的一种。
  Harman在1956年就提出了衰老的自由基学说,认为体内过量的自由基及其所诱导的氧化反应长期使细胞受到损害,导致人体衰老和死亡。我国关于衰老理论,特别是氧化剂的研究直接或间接地丰富和发展了衰老的自由基学说。
目前认为自由基引起衰老的机制有:随着年龄的增长,人体就不能维持自由基产生和清除之间的动态平衡,使得人体内有大量过剩的自由基积累。过多的自由基可引发细胞膜脂质氧化,脂质过氧化的产物MDA,也造成细胞内核酸变性及功能障碍,当这些损害物积累时机体就向老化发展。褐脂素在人的手、脸部皮肤上沉积,形成"老年斑",是衰老的基本特征,脂褐素的形成涉及脂质过氧化,并与生成的脂质过氧化物-蛋白质共聚物以及MDA促进蛋白质等生物大分子交联有关。
与衰老自由基学说有关的还有1978年Zs-Nagy提出的衰老膜学说(the membrane hypothesis of aging, MHA),即由于自由基诱导脂质和蛋白质交联以及质膜上所产生的残热可引起细胞膜物理-化学特性的改变,且这种改变是通过随着年龄的增长而变化,从而使整个细胞产生退行性变化。
  1972年Harman又提出线粒体衰老概念。20世纪80年代Miquel和Fleming提出细胞分化导致线粒体自由基增加是衰老的最初事件,衰老是细胞分化的代价,线粒体受到活性氧和自由基的攻击性氧化损伤,导致衰老的出现,因此提出了"衰老的氧自由基-线粒体损伤"的二阶段学说。1990年Bandy等阐明线粒体DNA突变可增加线粒体内氧应激水平由此引发衰老的出现。1992年Wallace等提出氧化磷酸水平下降与衰老和退行性病变,如阿尔茨海默氏病(AD, 亦称早老性痴呆)与帕金森病等有关。
  不管是衰老的线粒体学说,还是衰老的自由基学说都可归结为:和自由基有关的线粒体DNA损伤和缺失以及线粒体内能量消耗的不断累积,又引起线粒体自由基的积累增加,导致线粒体功能的缺失,由此导致机体的不断衰老过程。
此外,胶原蛋白的交联度增加也与衰老有关,胶原蛋白的溶解度随年龄的增加而降低,造成交联度增加,胶原蛋白积聚变性引起器官功能的衰退并进而引起整体功能衰退,表现皮肤起皱、硬化和粗糙、脂溶性角化、骨骼变脆、眼晶状体的物理性状改变等。


自由基导致各种慢性疾病

    《自由基衰老学说》研究证实:自由基是疾病和衰老的根源。在影响人类健康长寿的因素中,有15%来自遗传和不可抗拒因素(如地震、战争等),其余85%来自于自由基的侵害而导致的各种疾病。自由基可直接引发100多种疾病,有6000多种疾病与自由基有关(如衰老、肿瘤的发生、心脑血管病、脏器缺血——重灌注损伤、老年性痴呆、帕金森氏病、动脉硬化、白内障、糖尿病并发症、酒精性肝损伤、慢性肝炎、肺气肿等等)。因此,自由基就有“十病九基”、“衰老因子”、“百病之源”、“疾病元凶”等恶名。