什麼是自由基(Free Radical)?

什麼是自由基?

自由基(Free Radical),化學上也稱為「游離基」,是含有一個不成對電子的原子團。由於原子形成分子時,化學鍵中的電子必須成對出現,因此自由基就到處奪取其它物質的一個電子,使自己形成穩定的物質。在化學中,這種現象稱為「氧化」。

由於自由基就是「帶有一個單獨不成對的電子的原子、分子、或離子」,它們可能在人體的任何部位產生,例如粒腺體,它是細胞內產生能量(進行氧化作用)的主要位置,因為是進行氧化作用的地方,因此也是產生自由基(過氧化物)的主要地點。

其實並不是所有的自由基都是有害的,例如一氧化氮 (NO),它是人體自行產生、具有許多功能、且相當重要的物質,不過當它因為某些原因而產生過量時,也會產生危害,造成疾病。人體內的自由基由有許多種,有人體自行合成,具有重要功能的;或在新陳代謝過程中產生的;也有來自外界環境的。有些自由基相當活潑(通常是小分子量的物質),具有搶奪其他物質電子的特性,而分子量較大的自由基通常並不活躍,例如維生素C、E自由基,它們可以利用自身結構的特性來穩定不成對的電子,所以並不太會攻擊別的物質。

這些較活潑、帶有不成對電子的自由基性質不穩定,具有搶奪其他物質的電子,使自己原本不成對的電子變得成對(較穩定)的特性。而被搶走電子的物質也可能變得不穩定,可能再去搶奪其他物質的電子,於是產生一連串的連鎖反應,造成這些被搶奪的物質遭到破壞。人體的老化和疾病,極可能就是從這個時候開始的。

當然囉,上帝其實老早就知道這個情況,因此人體也具備了修復的功能,以復原被破壞的組織結構,同時也有一套完整的抗氧化系統,以對抗和預防自由基的危害。

自由基是如何形成?

科學家指出自由基差不多是隨時隨地都可以產生,從簡單的化學反應到非常複雜的生理變化過程中都可以尋找到不同種類自由基的產生途徑。

  1. 新陳代謝中自然產生
    人體的細胞其實是不停地在進行新生、產能、死亡,在這些代謝過程中,自然就會產生自由基。
  2. 感染
    細菌、病毒入侵時,體內也會產生自由基。人體遭受感染、受傷等發炎狀態時,會啟動身體殺菌機制來清除外來物,例噬中性球及巨噬細胞會立即進行 respiratory burst,以增加氧氣攝入,活化 HMS 並產生 H2O2 及 O2

    正常健康情況下,產生之殺菌自由基可為身體抗氧化營養素(如維生素A, C, E, Se, Zn等)或酵素機轉(superoxide dismutase, glutathione peroxidase, catalase, thioredoxin reductase)所清除;但若在感染結束後,宿主沒有足夠的保護機制,清除此過多的自由基,將造成細胞傷害(如細胞膜脂質過氧化、DNA 傷害等)。

  3. 生活作息不良
    不正常的作息、工作壓力、過度憂慮、緊張,或是不當的飲食習慣,都會加速自由基生成。
  4. 環境汙染
    這是現代都市居民的一大隱憂,因為無論是空氣中有害的懸浮微粒、水中的重金屬、陽光中的紫外線、手機的電磁波等環境汙染,都是促進自由基生成的因子。

人體內自由基的種類

經過世界各國研究表明自由基的種類很多,並且大多數是瞬間產生的。對人體產生重大影響的主要有以下 5種:

  1. 超氧化物自由基
    最早也是最多的自由基;
  2. 過氧化氫
    產生破壞性極大的羥基自由基;
  3. 羥基自由基
    最活躍的自由基;主要會造成體內脂質過氧化而破壞細胞,也會和糖類、氨基酸、磷脂質、核酸、有機酸等任何生物體內的物質反應,特別是和 DNA 中的嘌呤、嘧啶作用,導致細胞死亡或突變;
  4. 單腺態氧
    體內穩定的氧受紫外線照射後會產生大量不穩定的單腺態氧,單腺態氧和氯反應,造成自由基物或脂質氧化;
  5. 過氧化脂質
    是許多自由基物反應後的產物,且多半發生在細胞膜上,導致細胞膜失去功能或死亡,另外也會直接和蛋白質核酸作用,導致細胞甚至器官的病變或死亡。

自由基對人體的傷害

在越來越多的報導中,我們看到自由基有越來越多的研究顯示,自由基與身體許多疾病相關。

  1. 對蛋白質的損傷
    蛋白質受自由基攻擊,從而改變蛋白質的一級結構,使蛋白質失去某些生理功能,最終導致細胞死亡。
  2. 對核甘酸的損傷
    羧自由基可引起KNA的羧基受到破壞或引起DNA鏈斷裂,受到損傷的DNA將發生錯誤信息,也就是說對基因分子造成破壞,導致基因突變,使整個細胞代謝發生紊亂。
  3. 對細胞膜的損傷
    自由基對人體的攻擊首先是從細胞膜開始的。細胞膜上的脂質被氧化,會使細胞膜流通性改變,養分無法進入細胞內造成細胞壞死,阻礙正常的新陳代謝。如果細胞膜被破壞的速度大於細胞再生的速度,組織器官的功能就會受到影響而產生衰退。
  4. 對內臟器官的影響
    自由基能引起多種器官功能異常或組織病變。脂質過氧化物沉積於心、腎、腦等器官會影響它們的結構、形態和功能。心血管疾病的發病機理與自由基水平有關。
  5. 自由基會破壞免疫系統
    自由基抑制淋巴細胞的增生分化,抑制其對刺激原的反應性及細胞的功能。自由基作用於K細胞,使其結構功能均發生變化,減弱其對靶細胞的識別能力,受自由基影響,NK細胞對腫瘤細胞的殺傷能力顯著減弱。
  6. 自由與腫瘤
    腫瘤的發生與多種因素有關,如物理、化學、生物、遺傳等,但以化學因素最為重要。大部分的化學致癌物在其代謝為最終致癌產物的過程中都有產生自由基的中間過程。自由基引起人體的癌變的過程,主要是自由基能引起致癌物質在人體內的擴展和連鎖反應,攻擊DNA造成多種形式的損傷,從而誘發腫瘤的形成。

人體內抗氧化物質

人體內有數種自行製造的抗氧化物質,是人體對抗過氧化物(自由基)的第一道防線,它們可以在過氧化物產生,即刻發揮作用,利用氧化還原作用將過氧化物轉換為毒害較低或無害的物質。

不過想以口服的方式補充這些抗氧化物質是不可行的,因為當它們進入胃時,會被胃酸破壞而失去效用,它們包括超氧化歧化 (Superoxide Dismutase,簡稱 SOD)、穀胱甘太過氧化 (Glutathione Peroxidase,簡稱 GHX)、和過氧化氫 (Catalase)。

這些抗氧化並不是獨力完成氧化還原作用的,它們還需要某些礦物質才能發揮作用。不過值得特別注意的是:人體對這些礦物質的需要量並不高,雖然是必須的,但若是攝取過量時,反而可能發生中毒的現象,所以不可以補充過量。此外,人體抗氧化的產量會隨著年齡的增加而減少,因此需要其它抗氧化物質的協助才能避免自由基的傷害。

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