运动营养学

第十三章 运动•营养•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 自由基的概念 一、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、体内自由基产生的原因 运动时自由基的生成增加, 经过适宜的运动训练, 机体会产生适应性变化, 使自由基的生成与清除处于平衡状态, 不会对机体造成损伤。但机体这种适应性变化只是相对的, 遇到过强的运动强度或过长的运动时间, 自由基的升高仍会对组织造成损伤,导致运动性疲劳。

三、运动过程中自由基生成的影响 线粒体电子传递链: 运动过程中, 体内代谢水平加强, 能量消耗增多, 为满足机体的代谢需要, 加速ATP 再合成, 线粒体氧化磷酸化加强, 使线粒体电子传递过程中产生自由基; 黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶作用:ATP 氧化产物—次黄嘌呤在体内堆积, 在黄嘌呤氧化酶作用下生成尿酸, 同时产生自由基, 使得脂质过氧化反应加强;

抗氧化酶活性相对下降: 大强度运动过程中, 体内缺氧, 糖酵解作用加强, 乳酸生成增多, 使胞浆还原型辅酶 NADH 、还原型 NDPH 浓度下降, 体内抗氧化酶受破坏, 抗氧化系统能力下降。 由此可见, 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。

第二节 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( 如抗坏血酸、α- 生育酚、β- 胡萝卜素) 、谷胱甘肽( GSH) 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特的功能, 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, 如疲劳、肌肉酸痛、肌纤维断裂和免疫系统功能受损。

一、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 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-. 、 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。

β胡萝卜素( β- 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- β胡萝卜素( β- 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, β- 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 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 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 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、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、β- 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、 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、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、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。 第四节 自由基与疾病 一、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 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 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）自由基导致衰老 据说曾经有三百多个研究老化的学说，而现代学者则提出自由基催人衰老的观念。 1954年，内布拉斯加大学医学院教授哈曼博士提出了自由基老化学说，他也曾在1995年被提名诺贝尔生理及医学奖。 哈曼认为是因为自由基伤害细胞核以及粒线体中的DNA，细胞损害的速度大於细胞修补的速度，当老死的细胞数目多於年轻、有功能的细胞，人因此老去、青春因此流逝…. 许多研究希望能抑制自由基来延长寿命，目前发现限制热量摄取有不错的成果。限制热量可以让自由基下降，寿命延长，例如降低大鼠饮食热量40%，可延长1/3的寿命。所以想要留住青春，应节制饮食。

（三） 心脏血管疾病的元凶---自由基 许多人都以为肥胖、动物性脂肪、高胆固醇的食物是心血管疾病的杀手。 自由基却是让以上问题雪上加霜的一个致命元凶!　当我们摄取过多的油腻食物，您可以想像我们的动脉血管中充满了油脂，这些油脂形成积垢，堆积在我们的血管管壁，就像一条肮脏大水沟，如果严重堵塞脑部的血管，就是所谓的中风。　

以往我们总认为血管中的积垢来自於胆固醇，其实更正确的说法，应该是被自由基氧化的胆固醇，尤其是低密度胆固醇(LDL)，俗称不好的胆固醇，非常容易被自由基氧化，形成泡沫状的粥状物堆积在血管管壁。研究自由基、心脏病/抗氧化剂之间的作用，是目前医学界重要的课题！

（四）自由基与癌症 癌症就像恐怖份子，不知何时会在你的体内引爆炸弹。 1989年诺贝尔医学奖得主Bishop及Varmus博士发现，在正常细胞的DNA中，就含有致癌基因，只要碰到致癌物质，就有可能发展成癌细胞。所以人人都可能是癌症的候选人。 引发致癌基因的物罪魁祸首不是别人，正是自由基。自由基会造成细胞突变，突变的细胞发生不正常的增了生现象，不受调节控制的增生细胞就称为癌细胞。

癌细胞没有任何的功能，却会在人体内四处游走，掠夺体内的养分，影响正常细胞的生长，最糟糕的是，癌细胞会无限制的复制生长，移转到身体其他的部位。 要杜绝癌症这个恐怖份子，对抗自由基绝对是必要的课题之一。

五、自由基与白内障 据统计资料显示，在台湾国人白内障罹患率，五十岁以上有60%，六十岁以上有80%，七十岁以上则高达90%以上，所以白内障是台湾老年人很普遍的疾病。 可以想像白内障就如煮熟的鱼眼睛内那颗白硬的核，活鱼为透明的，煮熟後才变白变硬，也就是说，眼睛的水晶体原先是透明的，如果变成混浊硬化，光线穿透不良，看东西就如雾中看花一般，这就是白内障。

眼球的水晶体组织被自由基逐渐氧化，是老年性白内障的主要病因。造成水晶体氧化的自由基可能来自於：细胞代谢、阳光、与香烟…等。光线﹙尤其是紫外线﹚、与香烟的烟雾，会激发水晶体内的物质产生变化，生成有害的自由基。这些自由基具有很强的氧化功能，会造成水晶体内一连串的生化反应，引起水晶体变性；久而久之，便形成了白内障。 在日照强烈的时刻，不要忘了戴太阳眼镜，补充抗氧化食品有助於预防自由基的伤害!

六、运动与自由基 运动对於我们的身体好处是众人周知的事，除了可以让我们放松压力、免除心血管疾病之苦、伸展筋骨….可以说是百病良医；但是您可能不知道，运动时会产生比平常更多的自由基，因为我们的身体在大量运用氧气，也伴随产生更多的自由基。尤其在剧烈运动时，人体耗氧增加，自由基比安静时增加为好几倍，进而引起细胞的氧化损伤，因此额外增强人体的抗氧化能力显得十分必要（外源性补充抗氧化剂）。

美国老化医学学会建议，40岁以上的人要避免做太过激烈的运动，以免产生的自由基的伤害，另一方面若多服用抗氧化物，如常见的维它命C, E, β-胡萝卜素，以及各种青菜水果,来中和体内的过多自由基。所以享受运动的同时，也别忘了补充蔬菜水果及抗氧化食物。

七、强有力的自由基清除剂抗氧化：维生素A,C,E 不同的抗氧化维生素在体内扮演这不同的角色与功能： 维生素C：可以捕捉羟基自由基。还可以帮助已经与自由基作用过的维生素E，让它恢复原本抗氧化的功能。所以有双重抗氧化效果。 维生素E：分布在细胞膜表面、血液的脂蛋白(Lipoprotein)等处，他能阻止脂质过氧化，进而保护细胞膜，维持正常功能。 维生素A (β-胡萝卜素)：擅於捕捉氧自由基。 由於不同的抗氧化剂在体内各自发挥不同的功能，建议均衡且多样的摄取，才能发挥相辅相成的作用。

八、具有抗氧化功能的矿物质 维生素A、C、E被称为抗氧化三剑客，也不可忽略某些矿物质也具有很好的抗氧化功能，期中包括铜、锌、硒、镁等元素。 矿物质往往是体内许多抗氧化酶的重要成分，先前体内有三种酵素可以消除自由基，那就是：超氧歧化酶 (SOD)、过氧化氢酶 (catalase)、谷胱甘肽过氧化物酶 (GSH-Px)。 矿物质铜与锌对於体内SOD的合成，具有促进的作用；人体需要矿物质硒才能制造GSH-Px，SOD、GSHP可以将毒性高的氧自由基转变为毒性较低的双氧水和氧，最後再由过氧化氢酶和铁质的辅助，将双氧水分解为水和氧。 除了维生素之外，矿物质也是抗氧化的大功臣之一！

九、喝茶与消除自由基 茶是世界上最普遍的饮料之一，也是中国老祖先几千年来遗留下来的保健良方。 茶叶中含维生素Ｃ、叶绿素、胡萝卜素、儿茶素及其他多种营养，研究发现，茶叶中的儿茶素(尤其是EGCG)是一个重要的抗氧化剂，其中又以绿茶含量最为丰富。美国堪萨斯大学医药化学系雷米契教授发现，绿茶中的EGCG可以保护细胞避免受到自由基攻击而产生突变，他的效果是维生素C的100倍，维生素E的25倍。 美国普渡大学化学分子病理学研究人员莫瑞发现：癌细胞之可怕在於可以不断分裂，永远不死；然而绿茶中的EGCG却可以抑制癌细胞分裂，造成癌细胞凋亡，对正常细胞却无影响。这也就是为什麽流行病学研究发现，每天饮用四杯绿茶的人，比较不易罹患癌症的原因。

十、蕃茄红素抗氧化 蕃茄红素是近年来颇受注意的一个植物性营养素，是一种强力的抗氧化剂，它能够对抗体内的自由基，降低体内的氧化压力，减少患心脏病、癌症等疾病的发生机率，除此之外，蕃茄红素更能够对抗男性的前列腺癌，因此意大利等经常於饮食中食用大量蕃茄国家的男性，患前列腺癌的机率比起其它国家为低。 不过，已对抗自由基而言，单独使用番茄红素，不如与其他抗氧化营养素同时服用，更能达到预防保健效果。

十一、全方位补充抗氧化营养素 为了对抗自由基,市场上出现了各式各样的抗氧化产品。其实，许多营养素都具备抗氧化的功能，多元化的摄取，必要时补充综合性的抗氧化营养素，才能达到全方位的防护。 目前常见的抗氧化营养素包括： 抗氧化维生素：β-胡萝卜素、维生素C、维生素E 抗氧化矿物质：铜、硒、锌、铁 植物性营养素：蕃茄红素、叶黄素、类黄酮素、α-硫辛酸、茶多酚、花青素、无色花青素…等。 其他：谷胱甘肽、辅脢Q10….等。 除了均衡的补充以上之营养素，避免日晒、不抽烟、适度的运动(勿过度激烈)、保持心情愉快、均衡饮食，才能全方位的对抗自由基，让生命更有品质

十二、适量运动、合理方法抵抗自由基 自由基是人体运作的自然产物，人体正常呼吸、新陈代谢等活动都会产生氧化作用，而体内的氧化物就会转化成极不稳定的物质自由基。它破坏人体细胞的正常功能，是导致癌症、高血压、糖尿病等各种疑难杂症的根源所在！ 专家指出，当人体进行适量的有规律的运动时，体内自由基和脂质过氧化产物并不增加。但当进行剧烈运动时，体内自由基的生成就会增加。

人体运动时需要更多的能量，机体对氧的摄取和消耗都会增加，体内自由基也将成比例增加。 运动时机体相对缺氧，细胞质内钙离子浓度增加、体温增加、儿茶酚胺水平升高，运动中和运动后血红蛋白的自主氧化速度增加等均可引起自由基产生增加。 运动可增加氧利用的速率，通过电子传递链的电子流也就可增加自由基的产生。科学发现，运动到精疲力竭后肝脏和肌肉的自由基产生增加2～3倍。

大强度运动也消耗机体的抗氧化物质（维生素C、E），从而降低机体的抗氧化能力，也就是削弱了机体的清除自由基的能力。这两方面作用结合到一起，使健身运动不仅达不到健身的目的，相反还会损害健康。 想要体育锻炼达到健身的目的，就要设法避免体内过多自由基的生成或补充足量的抗氧化剂，清除已经生成的过量自由基。 抗氧化剂有VC、VE、β-胡萝卜素等一些维生素类物质、及SOD等一些活性酶类、花青素等，都是非常不错的抗氧化剂。