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運動與自由基. 主講人：劉介仲 元培科技大學 體育室. 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 , 但除此之外 , 您知道運動還會產生自由基 ?.
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運動與自由基 • 主講人：劉介仲 • 元培科技大學 體育室 62
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, 但除此之外, 您知道運動還會產生自由基? 62
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。 62
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? 62
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 • 放心去運動吧!!別忘了蔬菜與水果!! 62
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損等。 62
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., 2004; Wu et al., 2004)。 62
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)。 62
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。 62
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., 2004; Racek, 2004; Higdon, 2003; Tabatabaie et al., 2003)。 62
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)。 62
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)。 62
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)。 62
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)。 62
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 反應 伸縮所造成的 機械性損傷 無氧性代謝作用 缺血再灌流 增加攝氧量 發炎反應 => 粒線體中的電子大量洩漏 => 顆粒性白血球氧化作用的爆發反應 => 細胞激素的形成 => 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) - H2O2+O2•→HOCL+H2O(Hypochloric acid) 62 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。 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。 62
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。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。 62
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。 62
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﹕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) 62
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。 62
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。 62
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 62
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 62
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 62
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。 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。 62
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。 62
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。 62
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。 62
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(GSH-PX) 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。 62
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； 62
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。 62
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的能力。 62
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。 62
無論你從事那種運動，為防止自由基的損傷，都必須遵循以下幾條原則： 1、切忌“運動得越多越好”的錯誤觀點，運動的頻度、時間和強度都要有所限制。一般認為每週從事3 - 4次，每次20 - 40分鐘的有氧運動最合適。 2、運動要遵循生理規律，首先要做準備活動，運動要逐步加量，有氧運動在20分鐘以上，力量性運動所用的重量要適當並與有氧運動配合進行，運動結束時要作放鬆和伸展活動。 62
3、運動強度在中等或中等以上為宜，運動的最大心率大約在130 - 170次 / 分。不同年齡的人運動心率的選定不同，一般不要超過最大心率的80%。用220減去年齡，就是你的最大心率。35歲的人最大心率為220 - 35=185次 / 分，他的運動最大心率不應該超過185×80%=148次 / 分； 62
人體天然的防禦能力 • 科學家已經研究出，我們體內主要有五種可以消除自由基，防止細胞受到傷害： • 1、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，簡稱 SOD，體內最重要的抗氧化酶)2、觸酶(catalase，簡稱CAT) • 3、穀胱甘肽過氧化酶(glutathione peroxidase，簡稱GPX) • 4、穀胱甘肽還原酶(glutathione reductase ，簡稱 GRD) • 5、還原型穀胱甘肽(reduced glutathione)，簡稱GSH) 62
補充那些抗氧化物質可以減少自由基對機體的損害？補充那些抗氧化物質可以減少自由基對機體的損害？ • 補充抗氧化物質有利於運動機體減少自由基的產生或加速其清除，以對抗自由基的副作用，因而對一般人和運動員的健康都有益，可能延緩運動性疲勞發生和加快體能恢復。年齡大的體力活動者比年輕者服用抗氧化劑效果更好。 62
常用的抗氧化營養素的種類 • 抗氧化營養素種類繁多，各有不同的特性，可根據年齡、身體狀況，生活環境，來搭配適合自己的抗氧化營養素補充品。 62
抗氧化維生素 • β胡蘿蔔素 (β-carotene) • 維生素C (Vitamin C) • 維生素E (Vitamin E) 62
β胡蘿蔔素 (β-carotene) • 特 性： • β胡蘿蔔素是類胡蘿蔔素(carotenoid)的一 種，是非常有效的抗氧化劑，擅於捕捉氧自由基；它會在肝臟中轉換成維生素A，而且只有在身體需要時才會進行轉換，所以攝取高量的β胡蘿蔔素並不會產生副作用。 • 效 用： • 血液中含有較高濃度的β胡蘿蔔素，罹患癌症的機率較低，對於避免肺癌有明顯的效果。對細胞膜有保護的作用。 • 來 源 ： • 食物中以深黃、橘紅及深綠色的蔬果含量最多，如： 南瓜、茼蒿、油菜、芒果、胡蘿蔔等。 62
維生素C (Vitamin C) • 特 性： 維生素C是第一個被發現的維生素，能增強體內 免疫 力、抗氧化能力，消除自由基。因其為水溶性維生素，很容易在食物刀切、烹煮過程中流失。 • 效 用： 1. 可以保護細胞。 2.幫助鐵質吸收，預防貧血。 3.強化血管，加速傷口癒合，避免壞血病。 4.增加免疫力，預防感染性疾病。 5.捕捉自由基，預防癌症。 • 來 源： 1.深綠色蔬菜是維他命C很好的來源。 2.水果中以番石榴、的含量最多，其他如柳丁、葡 萄柚，芒果、柚子等。 62
維生素E • 特 性： • 維生素E是人體最重要的脂溶性抗氧化維生素，可以避免細胞膜的脂肪酸被自由基氧化，對於極易被氧化的紅血球、蛋白分子可提供強大的保護作用。 • 效 用： • 可以避免低密度脂蛋白(LDL)的氧化，對維護眼睛、肺部、皮膚、肝臟和動脈的健康非常有幫助。 • 來 源： • 食物中的胚芽、全榖類、豆類、蛋、甘藷及綠色蔬菜，都是維生素E的來源。 62
抗氧化礦物質 • 銅(copper) • 硒(selenium) • 鋅(zinc) • 鐵(iron) 62
銅(copper) • 特 性 • 銅是許多蛋白質和酵素的重要成分，特別對SOD(超氧化物歧化酶)的形成，具有促進的作用，是抗氧化成分之一。 • 效 用 • 1.銅可以幫助鐵的吸收，在血紅素的形成過程中扮演重要角色。 • 2.銅是骨骼形成的重要成分之一。 • 3.幫助毛髮和皮膚生長。 • 來 源 • 肝臟、肉類、豆類、堅果、葡萄乾、香菇等。 62
硒(selenium) • 特 性 • 硒是體內抗氧酶中榖胱甘肽過氧化酶GPX的促進因子，GPX可以解除過氧化氫的潛在傷害，進而保護細胞和血液免受自由基的侵害。另外，硒對抑制脂質氧化也有幫助。 • 效 用 • 1.對免疫力的提昇有很大的幫助，尤其對老年人、素食者和後天性免疫不全症(AIDS)患者，特別重要。 • 2.幫助去除致癌物的毒性，以及促使癌前細胞死亡。 • 來 源 • 大蒜、洋蔥、海產類、全榖類，都是硒的來源。 62
鋅(zinc) • 特 性 • 在體內100種的酵素中，都有鋅的存在，是維持生命的必須物質。鋅是SOD的促進因子，並且能強化SOD的活性，是抗氧化的成分之一。 • 效 用 • 1.對DNA的合成和細胞的分裂非常重要，孕婦攝取足夠的鋅有助胎兒發育。 • 2.有助於精子的製造，與生殖能力有密切的關係。 • 3.有助於免疫力的提昇。 • 來 源 • 肉類、海產、牛奶、蛋、大豆、花生。 62
鐵(iron) • 特 性 • 鐵是組成血紅素和肌紅素的主要物質，最主要的功能是運輸氧氣。它是能量代謝過程中的重要物質，參與許多酵素系統的運作，對免疫系統有增進作用。 • 效 用 • 避免貧血，增加抗氧化能力，但是過量的鐵反而會增加自由基的數量。 • 來 源 • 肝臟、肉類、蛋、豆類、深綠色蔬菜、全榖類、乾果類。 62
