自由基產生及清除系統簡介
- Muting Functional Medicine
- 2023年9月8日
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已更新：12月2日
自由基，在人體內扮演著重要的角色，不僅是一種可能導致細胞損傷和疾病的因子，也是身體防禦系統對抗入侵微生物的一部分。
自由基是指帶有未成對電子的分子或原子，這使得它們非常不穩定且具有高度反應性。在正常新陳代謝過程中，自由基會不斷產生與清除，以維持生理平衡。例如，當自噬細胞啟動時，會透過「爆炸性氧化作用」產生超氧陰離子自由基來殺死細菌或受感染的細胞，顯示自由基在健康狀態下是有其正面功能的。
自由基在免疫系統的角色
「爆炸性氧化作用」（Respiratory Burst）是人體免疫系統中的一項關鍵機制，特別是嗜中性粒細胞和巨噬細胞在遭遇入侵的細菌或病毒時，會迅速產生大量的反應性氧化物質（ROS），如超氧陰離子與過氧化氫等。這些高度反應性的氧化物質能有效地殺死或抑制病原體。當白血球被激活時，氧氣消耗急劇上升，進而引發一連串酶促反應，釋放大量自由基，快速執行清除病原的任務。
然而，當自由基的產生超過身體抗氧化能力時，便會導致氧化壓力，進而損傷細胞結構，包括蛋白質、脂質與核酸。長期氧化壓力與多種疾病密切相關，如心血管疾病、神經退行性疾病與老化。
自由基的本質與破壞機制
自由基傾向於搶奪其他分子的電子，進而破壞健康細胞，誘發慢性發炎，促進細胞老化或凋亡。為維持健康，人體需保持自由基與抗氧化劑之間的平衡。透過飲食攝取豐富抗氧化物質，如維生素C、E與多酚類等，有助於降低氧化壓力、保護細胞與組織。
目錄：
自由基的生成
活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）是在體內代謝過程中產生的反應性分子，包括超氧陰離子（O₂⁻）、過氧化氫（H₂O₂）、羥自由基（·OH）與單態氧（¹O₂）等。這些分子含有未配對電子，因此極不穩定，具有高度反應性。
ROS雖有破壞性，但在適量情況下也具重要生理功能，例如訊號傳遞與免疫防禦功能。自由基的來源可分為內源性與外源性，無論其來源，若過量產生都會引起氧化壓力，損傷細胞與器官功能。
內源性活性氧的產生機制
活性氧的產生主要來自於線粒體呼吸鏈和酶促反應。我們需要線粒體產生大量的能量提供我們使用，如心跳、體溫、呼吸、日常生活都需要線粒體產生能量，在線粒體中，電子在呼吸鏈的複合物I和III泄漏並與氧氣結合，形成超氧陰離子（O₂⁻）。此外，NADPH氧化酶在免疫細胞中的活性也會生成超氧陰離子，用於消滅病原體。其他酶，如黃嘌呤氧化酶和脂氧合酶，也能在不同的代謝過程中產生ROS。
線粒體呼吸鏈
線粒體是活性氧的最大來源。在細胞呼吸中，電子經由呼吸鏈從營養物質傳遞至氧氣，形成水。然而，約1–2%的氧在此過程中形成超氧陰離子（O₂⁻）。這些超氧陰離子主要來自於複合物I與III電子外洩後與氧結合所產生。
酶促反應
黃嘌呤氧化酶：參與嘌呤代謝，產生超氧陰離子與過氧化氫。
NADPH氧化酶：廣泛存在於免疫細胞，負責在呼吸爆發時產生超氧陰離子以對抗病原體。
脂氧合酶與環氧合酶：參與脂質代謝與發炎反應，生成ROS作為訊號傳導分子。
外源性ROS的產生機制
環境因素如空氣污染（臭氧、重金屬）、紫外線、電磁波、吸煙與某些化學藥品均可誘發ROS產生。飲食中攝入過量鐵或銅也會促使芬頓反應（Fenton reaction）發生，產生高反應性的羥自由基。
Fenton反應在慢性發炎與多種疾病（如動脈硬化、癌症、神經退行性病變）中扮演角色，為氧化壓力的重要來源。
自由基的消除
體內維持氧化還原平衡，仰賴內源性與外源性清除機制協同作用。前者包括酶與非酶抗氧化系統；後者則可透過飲食、補充劑等方式外援抗氧化劑，幫助中和環境誘導之自由基。
內源性ROS的清除機制
抗氧化酶
超氧化物歧化酶（SOD）：將O₂⁻轉化為H₂O₂。
過氧化氫酶（CAT）：分解H₂O₂為水與氧氣。
谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）：利用谷胱甘肽（GSH）將H₂O₂與有機過氧化物還原為水與醇。
非酶抗氧化劑
谷胱甘肽（GSH）：三肽分子，能中和ROS並再生其他抗氧化劑。
維生素C與E：C為水溶性，E為脂溶性，分別在細胞質與細胞膜發揮保護作用。
β-胡蘿蔔素與類胡蘿蔔素：擅於清除單態氧，特別在光照條件下發揮保護效果。
其他機制
Nrf2訊號途徑：氧化壓力升高時，Nrf2脫離Keap1抑制，進入細胞核，誘導抗氧化酶表達。
自噬作用：可降解受損線粒體，降低ROS持續產生。
外源性ROS的清除機制
維生素C與E：作為直接清除劑，廣泛存在於蔬果與堅果中。
氫分子（H₂）：體積小，可自由穿梭細胞膜，具選擇性清除羥自由基與過氧亞硝酸根的能力。
穀胱甘肽、β-胡蘿蔔素、植物多酚與類黃酮：來自食物的天然抗氧化劑，能提供額外保護。
微量元素如硒與鋅：作為抗氧化酶的輔酶，強化清除能力。
自由基相關疾病
活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）在正常細胞代謝中起著關鍵作用，但過量的ROS會導致氧化壓力，從而損害細胞和組織，引發多種疾病。以下是一些與ROS相關的重要疾病：
心血管疾病
動脈粥樣硬化：ROS可氧化LDL，形成泡沫細胞與動脈斑塊。
高血壓：ROS損傷血管內皮，干擾一氧化氮合成，導致血管收縮。
神經退行性疾病
阿茲海默症：神經元脂質與DNA氧化損傷與β-類澱粉蛋白堆積相關。
帕金森症：黑質神經元中ROS過量造成多巴胺神經元凋亡。
糖尿病及其併發症
糖尿病：高血糖引發ROS上升，破壞胰島β細胞。
糖尿病腎病變：氧化壓力促進腎臟結構纖維化與功能惡化。
癌症
致突變與促進癌化：ROS能造成DNA氧化損傷與基因突變。
促進腫瘤微環境：ROS可活化HIF-1α，增強腫瘤血管新生與轉移能力。
呼吸系統疾病
COPD與哮喘：空污與吸煙增加肺部ROS，促發慢性炎症與氣道反應。
自體免疫疾病
類風濕性關節炎、紅斑性狼瘡：ROS造成細胞損傷，活化免疫反應，引發組織破壞。
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自由基常見問答 FAQ
自由基是什麼？為什麼會對身體有害？
自由基是體內帶有未成對電子的分子，具有高度反應性。它們可能會攻擊細胞膜、蛋白質與DNA，導致細胞老化甚至疾病，但少量的自由基也有助於免疫防禦與細胞訊號傳遞。
自由基從哪裡來？每天都會產生嗎？
是的！我們的身體每天都會產生自由基，來源包括：細胞產生能量時（線粒體活動）、免疫細胞對抗病菌，以及空氣污染、抽菸、紫外線、壓力等外在因素。
氧化壓力是什麼？為什麼大家都說它不好？
氧化壓力是指自由基過多、抗氧化劑不足，造成細胞受損的狀態。長期氧化壓力會促進老化、增加心血管病、癌症、糖尿病等慢性病風險。
抗氧化劑真的能幫助清除自由基嗎？
是的。抗氧化劑能「中和」自由基，避免細胞受損。體內會自行製造一些抗氧化酶；外在來源則包括維生素C、E、β-胡蘿蔔素、綠茶多酚等食物營養素。
我該怎麼在生活中減少自由基產生？
保持良好生活習慣是關鍵：避免抽菸、少油炸、減少暴露在污染與強烈陽光下，多運動、攝取天然蔬果與抗氧化營養素，都有助於降低自由基的產生。
氫氣吸入對自由基有幫助嗎？
根據部分研究，氫氣具有選擇性清除有害自由基（如·OH），並有抗發炎作用。雖仍屬研究階段，但已有不少初步證據顯示對於健康管理有潛力。
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