运动与自由基

=> 粒線體中的電子大量洩漏 => 細胞激素的形成
=> 顆粒性白血球氧化作用的爆發反應 => Xanthine oxidase酵素催化的反應
- O2+e-→O2•-(Superoxide radical) - 2O2•-+2H+ → H2O2+O2(Hydrogen peroxide) - Fe2+H2O2 →OH•+OH-+Fe3+(Hydroxyl radical)
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自由基是如何產生
• 自由基的產生有兩個來源，一是體內正 常的生理運作所產生，另一個則是受到 外界不當的影響：
• 一、人體生理運作
• 1.新陳代謝
人體正常的新陳代謝，本身就是一個氧
化的過程，自由基是代謝作用的副產品。
另外，為了維持人體正常運作，必須製
造許多有用的化學物質，這時也會有自
由基產生。
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• 特別是在運動的時候，全身性耗氧 量是休息狀況的10~20倍(Astrand and Rodahl, 1986)，在骨骼肌更是高 達100~200倍(Halliwell and Gutteride, 1999)，故導致大量的自由基產生而 造成氧化壓力上升。在體內，ROS 會在極短暫的時間內，會攻擊蛋白 質，並造成DNA損傷(Jackson, 2000)。
- H2O2+O2•→HOCL+H2O(Hypochloric acid)
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Responsible mechanisms and sources of exercise-induced ROS formation.
什麼是自由基？
• 正常情況下，參與代謝的氧大多數與氫結 合生成水，然而有4 - 5%的氧將被催化形成 超氧陰離子，後者又可形成過氧化氫，它 們都屬於自由基。
除此之外, 您知道運動還會產生自由
基?
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• 人體運動後不可避免地會出現疲勞、 酸痛，機體中大量自由基生成，並導 致細胞膜脂質過氧化損傷是疲勞發生 的重要機理之一。要想通過運動到達 健身的目的，就必須設法減少體內過 多的自由基生成或增加機體清除自由 基的能力，否則你的健身運動將適得 其反，造成對身體的傷害。
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• 激烈運動所造成氧化壓力也會導 致細胞膜上的不飽和脂肪酸受到 ROS攻擊，而發生脂質過氧化反 應(lipid peroxidation) (Alessio et
al., 2000; Mastaloudis et al., 2001)。
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• 脂質過氧化產物會破壞細胞膜的 結構，使細胞膜的滲透性增加， 而造成細胞內的蛋白質、電解質、 礦物質、溶液等的外洩，造成細 胞膜變形甚至導致細胞發生壞死 (Senturk et al., 2001)。
統負荷與失衡，其與運動後發生的許多生
理現象紊亂有關，如疲勞、肌肉酸痛、 肌
纖維斷裂和免疫功能受62 損等。
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• 最近幾年，有越來越多的運動員參加超級
耐力賽，如：鐵人三項全能運動、100 公里
比賽和24小時馬拉松。顯示，這些激烈的
體育運動項目在全世界受到相當大的歡迎。
然而，有許多的研究報告已經證實耐力運
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• 2.防禦外來病菌 當有外來病毒細菌進入人體，白 血球就會利用自由基去吞噬外來 的入侵者，因 此當身體有發炎症 狀的時候，體內便會有大量的自 由基。
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• 二、外界環境影響： 1.抽煙(二手煙)，酗酒
2.輻射、紫外線、電磁波 日光曝曬，或癌症患者接受的放射線治 療，都會產生自由基
3.環境污染 包括空氣污染、飲用水污染、工業廢水 污染、土壤污染
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• 脂質過氧化產物 (MDA等) 又可分解 為更多的自由基，引起自由基的連 鎖反應。細胞膜結構的完整性受到 破壞，引起肌肉、肝細胞、線粒體、 DNA、RNA等廣泛損傷從而引起各 種疾病，諸如炎症、癌症、擴張性 心肌病，老年性白內障，哮喘等疾 患。故自由基是人體疾病、衰老和 死亡的直接參與和製造者。
動，例如：5,000公尺、10,000公尺、馬拉
松、越野賽跑、划船以及騎單車，會對於
身體造成影響(Nieman et al., 2002; Millet et
al., 2002; Palmer et al., 2003; Neumayr et al.,
2004; Mastaloudis et al., 2004; Blaber et al.,
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自由基是具有獨立不成對電子的原子，分子 或離子。常見的自由基，共有五種﹕
• 超氧化物 (superoxide anion radical, O2 ) • 過氧化氫 (hydrogen peroxide, H2O2) • 氫氧自由基 (hydroxyl radical, OH) • 單線態氧 (singlet oxygen, 1O2) • 過氧化脂質 (lipid hydroperoxide, LOOH)
2004; Racek, 2004; Higdon, 2003; Tabatabaie et al., 2003)。
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• 在1982年，Davies等人就提出激 烈運動會產生大量的自由基，因 而引起運動醫學界對於自由基的 關注。
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• 在正常休息的狀況下大約有 2~5%的氧會在電子轉換過程中 產生自由基(Alessio, 1993)。但是， 在過去的20年，已經有很多研究 證實，自由基的產生量會隨著耗 氧量的增加而遞增(Davies et al.,1982; Meijer et al., 2001)。
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• 運動時會發生比平常多的自由基, 因為我們的身體在大量運用氧氣, 會意外地發生單電子氧自由基, 所以, 對於40歲以上的人, 因為自 由基修補系統已經功能下降, 所 以可能會發生自由基傷害, 醫生 常說, 年長者更需要運動不是嗎? 如此一來不是很矛盾?
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• 所以美國老化醫學學會(American Aging Association)建議, 40歲是一個關鍵的年齡, 40歲以下的人因為自由基修補系統尚佳, 無需顧慮運動的自由基問題, 而40歲以上 的人要避免做太過激烈的運動, 以免產生 的自由基傷害, 而一方面也要多服用抗氧 化物, 如常見的維它命C, E, β-胡蘿蔔素, 以 及各種青菜水果, 來中和體內的自由基
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劇烈運動產生氧化壓力來源的機轉
(Konig et al., 2001)
劇烈運動
(Physical exercise)
肌肉性壓力 (muscular stress)
全身性壓力 (systemic stress)
荷爾蒙 伸縮所造成的 無氧性代謝作用 增加攝氧量 發炎反應 反應 機械性損傷 缺血再灌流
9.生活方式方面：現代人生活繁忙，缺
少運動，降低身體的抵抗力，難以抵
抗自由基的侵襲；生活高度緊張，會
使大腦和其他器官的脂質過氧化含量
增加，產生自由基。
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運動時體內自由基的生成為什 麼會增加？
• 人體運動時需要更多的能量，機體對氧的 攝取和消耗都會增加，體內自由基也將成 比例增加。因為運動時機體處於相對缺氧、 細胞質內鈣離子濃度增加、體溫增加、兒 茶酚胺水平升高，運動中和運動後血紅蛋 白的自主氧化速度增加等均可引起自由基 產生增加。
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• 長期運動的運動量和強度合適時，並 不增加體內自由基的生成和脂質過氧 化產物，而肌肉、肝臟和血液的抗氧 化能力增加15 ~ 50%。超氧化物岐化 酶 (SOD) 、谷胱甘肽過氧化酶(GSHPX) 和過氧化氫酶(CAT) 活力增加，這 樣方式的運動可提高機體抗氧化能力， 有益於健康。
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參加運動的人如何防止自由基 損傷？
• 從運動時自由基的生成和清除過 程看，一位從事運動的人要防止 自由基的損傷，可以從兩個方面 著手，
1、選擇適當的運動方式
2、補充一定量的抗氧化物質增強
人體清除自由基62 的能力。
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選擇什麼運動方式可以防止自
由基損傷？
• 人們都抱著不同的目的參加運動，它們可 以選擇能達到自己的目的的運動方式。例 如像跳繩這樣的可以加快血循環，增加大 腦的供氧，起健腦作用；持之以恆從跑步 運動可以調動體內抗氧化物的活性，達到 抗衰老的效果；像游泳這樣的手腳並用的 運動有最佳的減肥作用；健美操和體操是 最優的健美運動。
運動與自由基
• 主講人：劉介仲
• 元培科技大學 體育室
•
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前言
• 運動對於我們的身體好處是眾人皆
知的事, 除了可以讓我們放鬆壓力,
免除心血管疾病之苦, 伸展筋骨, 可
以說是百病良醫, 但是我們同時也 知
道, 運動需要專業的輔助工具與適當
的專業知識, 否則運動不足毫無效用,
過度運動卻又容易造成運動傷害, 但
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4.化學藥物濫用 如食品添加劑、農藥、蔬果污 染、毒 品、藥物濫用
5.精神狀況 壓力過大、急躁、焦慮、鬱悶、緊張 等情緒問題，也會產生自由基
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6.年齡 年齡的增長、代謝功能的降低可 加速自由基的產生
7.運動過度 超負荷的運動可使機體產生過量 的 自由基
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8.膳食方面
經常只吃精製的大米和麵粉、肉食 以 脂肪含量高的豬肉為主，容易導致自 由基的產生。
人體如何清除體內的自由基？
• 人體靠某些和抗氧化物質來清除自由 基，它們有的是自身組織所含有的， 另一部分是從食物中攝入的。
• 1、人類機體組織的抗氧化物質有：
膽紅素、過氧化氫酶、輔酶Q10、胱氨 酸、谷胱甘肽、谷胱甘肽過氧化物、
超氧化物岐化酶、牛磺酸等；
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• 2、飲食中的抗氧化物質有：
• 花紅素、維生素C、β - 胡蘿蔔素、 生物黃酮類、薑黃色素、甘露醇、 蛋氨酸、植物酚酸、多酚類、維 生素Ｅ、硒、鋅及合成的抗氧化 物質如二叔丁對甲酚 (BHT) 、叔 丁對甲氧酚 (BHA) 等。
2004; Wu et al., 20046)2。
8ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 尤其以激烈運動過程中所產生的氧 自由基(oxygen free radicals)受到目 前運動醫學界的關注與廣泛的研究
(Bejma , 1999; Navarro- et al., 1999; Nielsen 2004; Ji et al., 2004)。
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• 氧氣是生命的基礎, 我們的生命基本上是一 部氧化與還原的循環機器, 我們吃下食物, 然後吸收, 再以氧化作用轉變成我們可以利 用的能量消耗它, 這個過程無疑會意外地產 生許多自由基, 當我們年輕時, 體內有非常 好的自由基中和系統來為我們免除自由基 造成的傷害, 但是當我們日日年老, 我們的 自由基修補系統也隨之老化效率下降, 而未 被中和的自由基就會慢慢累積, 並且對他們 的身體攻擊與傷害。
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• 從1960年代起，生物科學家就開始認 識到自由基(free radicals)在生物體裡 扮演著極重要的角色。早期自由基的 研究，大部份是集中在臨床上的疾病 與自由基的關係。
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• 現在許多科學家與醫師更認識到 自由基是導致許多疾病的原因， 例如癌症(cancer)、心血管梗塞 (atherosclerosis)、糖尿病 (diabetes)、白內障(cataract)以 及老化(aging)等等(Trueba et al.,
• 放心去運動吧!!別忘了蔬菜與水果!!
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自由基與運動損傷之相關
研究
近二十年來在運動科學領域中，研究顯示
伴隨劇烈或不當運動產生的氧自由基是細
胞和組織損傷的主要原因。活性氧源
(Reactive oxygen species, ROS) 可經由一
系列的生化反應在各器官、組織中引起細
胞內氧化壓力的增加，造成體內抗氧化系
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• 運動可增加氧利用的速率，通過電子 傳遞鏈的電子流也就可增加自由基的 產生。有人發現，運動到精疲力竭後 肝臟和肌肉的自由基產生增加2 - 3倍。
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• 在自由基增加的同時，大強度運 動也消耗機體的抗氧化物質 (維 生素Ｃ、維生素Ｅ) ，從而降低 機體的抗氧化能力，也就是削弱 了機體的清除自由基的能力。這 兩方面作用結合到一起，使健身 運動不僅達不到健身的目的，相 反還會損害健康。
H2O → H＋ + OH一 • 上式表示水加電解質後，會自動分解成帶正電的
氫離子（H＋）和帶負電的氫氧離子（OH一）， 所以水溶液可以利用正負離子來導電，而氫離子 （H＋）和氫氧離子（OH一）的電量是成對存在。
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• 自由基有多種，如氧自由基和羥 自由基，是指那些最外層電子軌 道上含有不配對電子的原子、離 子或分子。自由基具有高度的氧 化活性，它們極不穩定，活性極 高，它們攻擊細胞膜、線粒體膜， 與膜中的不飽和脂肪酸反應，造 成脂質過氧化增強。