氧在人体内必不可少,然而过多的氧却会对人体造成不可挽回的损伤,引起多种慢性疾病,甚至产生急性氧中毒导致生命危险。这就是我们平常所说的过氧化损伤。

早在19世纪中叶,英国科学家保尔·伯特首先发现,如果让动物呼吸纯氧会引起中毒,人类也同样。人如果在大于0.05MPa(半个大气压)的纯氧环境中、对所有的细胞都有毒害作用,吸入时间过长,就可能发生“氧中毒”(氧中毒是1878年西医提出的病名,是一种很难抢救的医源性疾病)。肺部毛细管屏障被破坏,导致肺水肿、肺淤血和出血,严重影响呼吸功能,进而使各脏器缺氧而发生损害。在0.1MPa(1个大气压)的纯氧环境中,人只能存活24小时,就会发生肺炎,最终导致呼吸衰竭、室息而死。人在0.2MPa(2个大气压)高压纯氧环境中,最多可停留1.52小时,超过了会引起脑中毒,生命节奏紊乱,精神错乱,记忆丧失。如加入0.3MPa(3个大气压)甚至更高的氧,人会在数分钟内发生脑细胞变性坏死,抽搐昏迷,导致死亡。

总而言之,人体各器官组织均不能承受过多的氧,因为氧本身不靠酶催化就能与不饱和脂肪酸反应,并能破坏贮存这些酸的磷脂,而磷脂又是构成细胞生物膜的主要成分,从而最终造成细胞死亡,这个过程叫做脂质过氧化。此外,氧对细胞的破坏还在于它可产生自由基,诱发癌症。此外,过量吸氧还会促进生命衰老。进入人体的氧与细胞中的氧化酶发生反应,可生成过氧化氢,进而变成脂褐素。这种脂褐素是加速细胞衰老的有害物质,它堆积在心肌,使心肌细胞老化,心功能减退;堆积在血管壁上,造成血管老化和硬化;堆积在肝脏,削弱肝功能;堆积在大脑,引起智力下降,记忆力衰退,人变得痴果;堆积在皮肤上,形成老年斑。

氧能导致疾病?听起来不可思议,但事实就是如此。
氧的化学特性很活泼,也很危险,在正常的生物化学反应中,氧会变得很不稳定,能够“氧化”邻近的分子,使得物质发生性质的改变,比加:切开的苹果会很短时间就出现棕褐色,铁会生锈,等等。在人体内,过度的氧化会引起细胞损伤,从而导致癌症、发炎、动脉损伤以及衰老。氧化对生物体的损害主要表现在对脂质、蛋白质和核酸的破坏。脂质因自由基的链式反应受到破坏,导致生物膜结构功能发生改变;蛋白质对氧化也是很敏感的,尤其是其中的含硫氮基酸;DNA分子中的碱基和成糖都是易氧化的位置,氧化可导致DNA断裂、碱基降解和与蛋白质交联,使得遗传物质发生变异或导致细胞死亡。
过氧化是诱发多种慢性疾病的重要原因,肿瘤,糖尿病及其并发症、血管硬化、心脑血管疾病、肾病、辐射损伤、免疫性疾病等等,都与其密切相关。抗氧化,实际上就是多种疾病的治疗、预防、康复良好有效的手段。
导致过氧化的三种主要物质形式
过氧化,实际上只是一种笼统、概括的说法,它对人体的损害主要有三个方面:氧自由基、单线态氧和过氧化物。
氧自由基是人体的代谢产物,可以造成生物膜系统损伤以及细胞内氧化磷酸化障碍,是人体疾病、衰老和死亡的直接参与者,对人体的健康危害非常之大。
我们知道,细胞经呼吸获取氧,其中98%与细胞器内的葡萄糖和脂肪相结合,转化为能量,满足细胞活动的需要,另外2%的氧则转化成氧自由基。由于这种物质非常活跃,几乎可以与任何物质发生作用,引起一系列对细胞具有破坏性的连锁反应。
我们日常呼吸的氧为基态氧,它有两个未配对电子,是一种二价自由8)基。分子外层电子对平行旋转的称为三重态,反平行旋转的称为单线态
基态氧为三重态,其反应活性较低,三重态氧获得能量可转化为单线态氧,后者处于激发态;化学性质活泼,单线态氧是正常代谢产生的。三重态氧接受一个电子可转为较为活泼的还原态,称为过氧化物,过氧化物也是一种自由基,过氧化物既可作为氧化剂又能作为还原剂。过氧化物在生物体内的反应活性较低,它本身对生物体的氧化损害不大。同样,过氧化物也参与正常的生命活动如抵御微生物、作为信号分子调节细胞活动等。在生物体内,过氧化物的主要反应是与自身反应产生过氧化氢和氧,这一反应称为过氧化物歧化反应,它可自发进行,也可在超氧化物歧化酶(SOD)的催化下进行,过氧化氢进一步形成反应活性很高的氢氧自由基(HO);过氧化物还可与一氧化氮(NO)反应生成活泼的过氧硝酸盐(OONO)。

人体内,单线态氧和过氧化物一般也呈现为游离自由基状态,所以我们一般也把它们归结为氧自由基的一类。这也是为什么大家知道抗氧化消除氧自由基损伤的说法比较多,而很少听多消除单线态氧和过氧化物的说法。
氧自由基的产生
在我们这个由原子组成的世界中有一个特别的法则,这就是:只要有两个以上的原子组合在一起,它的外围电子就一定要配对,如果不配对,它们就要去寻找另一个电子,使自己变得稳定。这种有着不配对电子的原子或分子就叫自由基。
自由基是一种非常活跃、非常不安分的物质。当一个稳定的原子的原有结构被外力打破,而导致这个原子缺少了一个电子时,自由基就产生了。于是它就会马上去寻找能与自己结合的另一半。它很活泼,很容易与其他物质发生化学反应。当它在与其他物质结合的过程中得到或失去一个电子时,就会恢复平衡,变成稳定结构。
自由基是具有未配对电子的分子(用A表示),有些自由基非常稳定,如:二价自由基O2,但大多数自由基很不稳定,很活泼。通常,自由基需要从其他分子获得电子以便使其未配对电子配对,如果自由基从其他分子获得电子。那么,被夺取电子的分子也成为自由基(Ae+B:→A:+B),并引起一连串的链式反应(Be+C:→B:+C)。如果自由基与另一自由基共用电子对,链式反应终止(AI+BI→A:B)。产生自由基有很多不同的原因,普通的肌体生理过程如消化和呼吸产生的自由基都很少。免疫系统作用会产生自由基,运动锻炼也能产生自由基;这些都是正常的。
但是还有一个更重要的原因就是:由于生活方式和环境的不同,我们体内产生和吸收的自由基数量比我们祖先多得多。
毫无疑问,生活在21世纪的人要比一百多年前的人担负着更大的压カ、当我们承受压力时就会产生大量的自由基。今天普通忙乱、紧张的生活方式导致了我们体内的自由基量高到了我们祖辈不可想象的程度。因此、我们体内所产生的抗氧化剂量加上健康饮食中摄取的抗氧化剂量都不足以对抗当今大多数人体内由于压力而产生的自由基。这就是为什么大多数营养专家都推荐我们在膳食中补充抗氧化剂一一为我们紧张的生活加强保护。
当今,人们体内自由基数量不断增加的另一个原因是几代人之前不存在的污染问题,现在却变得非常严峻。不同的污染物质如化工产品、汽车尾气、烟尘甚至是烧烤食品都含有大量的自由基。
日光暴晒是自由基形成、日益增加的另一个原因。太阳的光线可以形成大量自由基进而导致皮肤癌。这是我们目前担忧的一个主要问题,因为随着污染加重,臭氧层逐渐减少,我们接收到的暴晒的紫外线更强了太阳光能迅速破坏细胞,包括黑素瘤在内的皮肤癌正在成指数上升而这些都和紫外线暴露增强形成自由基有直接的关系。但是抗氧化剂却能很好地保护细胞。随着紫外线照射增强、环境污染的严重和现代生活压力加重,不言而喻。我们再也不能仅靠自身产生的抗氧化剂来保护自己了即使是最合理的饮食也不能提供足够的抗氧化剂保护我们免予自由基和单线态氧的伤害,因此,补充强效的抗氧化剂对于健康的体质是至关重要的。
运动员和普通大众参加高强度的运动项目时也会产生大量的自由基剧烈的训练过程或辛苦的体力劳动都能使身体产生大量的自由基,这是因为身体为了满足能量需求会燃烧更多的能源。所有正在从事训练或体力劳作的人,尤其是在室外光照下都会产生自由基,需要补充抗氧化剂。造成体内自由基大量生成的因素有几个方面:
(1)组织细胞的新陈代谢过程中大约有2%~3%的氧被酶所催化形成氧自由基。
(2)外界的紫外线和各种辐射。
(3)吸烟、酗酒。
(4)情绪变化、工作压力。
(5)生活不规律、特别是熬夜。
(6)组织器官损伤后的缺血,如心肌梗死、脑血栓、外伤等。(7)肠道系统异常发酵:肠道系统异常发酵产生人体90%的自由基。(8)暴饮暴食
(9)濫服西药。
(10)过量运动。
氧自由基使人衰老
美国医学博士 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,闻述用含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,20年后即1976年被西方主流医学所普遍接受。 Harman博土并因此于1995年荣获诺贝尔医学奖。
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脂褐素的累积
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,在皮肤细胞的雄积,即形成老年斑,这是老年衰老的一种外表象征。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,导致老年度肤失去张力而皱纹增多以及老年骨质再生能力减弱等。脂质的过氧化导致限球晶状体出现视网膜模等病变,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、溃疡性结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。氧自由基与疾病
自由基对人体的危害不会像车祸、肿瘤、疼痛、高热等给人以直观的感受,是因为自由基存在于我们的体内,它的危害是从对细胞和组织的损伤开始,这个过程就像往一杯清水中放无色的盐,只有盐放到一定量以后12)我们才能感觉到成,如果超出一定的量就会首自由基对细胞和组织损伤是其致病的基础,由于人体是由各种各样不同功能的细胞组成,因而自由基对不同细胞的损伤可导致表面看起来毫无关联的疾病。如:自由基摧毁细胞膜,导致细胞膜发生变性,使得细胞不能从外部吸收营养,也排泄不出细胞内的代谢废物,并丧失了对细菌和病毒的抵御能力:自由基攻击正在复制中的基因,造成基因突变,诱发癌症发生,自由基激活人体免疫系统,使人体表现出过敏反应,如:红斑狼疮等的自身免疫疾病;自由基作用于人体内的酶系统,导致胶原蛋白酶和硬弹性蛋白酶的释放,这些酶作用于皮肤中的胶原蛋白和硬弹性蛋白并使这两种蛋白产生过度交联并降解,结果使皮肤失去弹性,出现皱纹及囊泡;类似的作用使体内毛细血管脆性增加,使血管容易破裂,这可导静脉曲张、水肿等与血管通透性升高有关疾病的发生;自由基侵蚀机体组织,可激发人体释放各种炎症因子,导致出各种非菌性炎症;自由基侵蚀脑细胞,使人得早老性痴呆的疾病;自由基氧化血液中的脂蛋白造成胆固醇向血管壁的沉积,引起心脏病和中风;自由基引起关节膜及关节滑液的降解,从而导致关节炎;自由基侵蚀眼睛晶状体组织引起白内障;自由基侵蚀胰脏细胞引起糖尿病。总之,自由基可破坏胶原蛋白及其他结缔组织干扰重要的生理过程,引起细胞DNA突变。自由基与多种疾病有关,包括心脏病、动脉硬化、静脉炎、关节炎、过敏、早老性痴果、冠心病及痛症。
以下具体分析几种常见疾病。
1.自由基与癌症
DNA和蛋白质的结合物在自由基作用下可以造成多种形式的损伤、诱发肿瘤生成。
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与自由基联系起来,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。个正常细胞发生癌变必须经历诱发和促进两个阶段,这就是两步致氧化导致疾病