1、PAGE PAGE 9中樞平衡消除PM2.5（自由基）產生的致毒效應 鄧和平2013.03在中樞平衡狀態(tài)下，人體為中和外環(huán)境侵入的過多的自由基，而正反饋人體生產更多的抗氧化物質（酶類清除劑和非酶類清除劑），由于其特殊的分子結構,抗氧化物質能給出一個電子給自由基自身不會形成有害的能引發(fā)鏈式反應的危險物質。人體由此產生強大的抗氧化能力，并通過人體自身的抗氧化物質全力迅速清除對人體有害的自由基，確保人體組織和細胞的活力、安全、和功能正常。一、PM2.5可吸入顆粒物通過自由基對細胞產生急性致毒效應PM2.5主要通過自由基產生細胞急性致毒效應。研究表明，顆粒物中含多種無機物和有機物，它們在空氣中經紫外輻

2、射，會形成自由基，并引發(fā)自由基鏈反應，形成更多的自由基，進而形成更多的過氧化物。在一定條件下，過氧化物在體內氧化分解，并通過脂質過氧化作用破壞細胞膜和損傷DNA，導致很高的細胞毒性。過氧化物和自由基必須被過氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶等分解，否則會引起急性中毒甚至死亡。盡管具有較大毒性的多環(huán)芳烴類物質能在紫外輻射下降解，但光輻射可誘導多環(huán)芳烴類物質產生自由基而具有更高細胞毒性。急性細胞毒性往往表現(xiàn)為活性氧的爆發(fā)，而水溶性過渡金屬元素又可誘導過氧化物產生自由基、活性氧。因此，細胞毒性與其中水溶性過渡金屬元素含量相關。通過研究發(fā)現(xiàn)，酸性較強的市區(qū)大氣顆粒物粒子中的Fe、Cr、Mn化

3、合物比郊區(qū)中的易溶于水，且輻射后的顆粒物比未輻射的含有較多的過氧化物和自由基，并顯示出更高的細胞毒性。可見大氣顆粒物中可溶性過渡金屬鹽和過氧化物是誘導細胞自由基毒性的因素。二、自由基對生命大分子的損害自由基具有高度的活潑性和極強的氧化反應能力，能通過氧化作用攻擊體內的生命大分子，如核酸、蛋白質、糖類和脂質等，使這些物質發(fā)生過氧化變性、交聯(lián)和斷裂，從而引起細胞結構和功能的破壞，導致機體的組織破壞和退行性變化。OH是最活潑、毒性最大的自由基。它可和活細胞中的任何分子發(fā)生反應而造成損傷，而且反應速度極快，被破壞的分子遍及糖類、氨基酸、磷脂、核苷和有機酸等。O2可使核酸鏈斷裂、多糖解聚及不飽和脂肪酸過

4、氧化作用，進而造成膜損傷、線粒體氧化磷酸化作用的改變等。H2O2能使少數酶的-SH（巰基）氧化失活。因為H2O2能迅速穿過細胞膜，而O2不能，在細胞內的H2O2能與Fe2+ 或Cu2+ 離子反應生成OH，這是H2O2毒性的真正原因。1自由基對核酸的損害例如，氨基或羥基的脫除、堿基與核糖連接鏈的斷裂、核糖的氧化和磷酸質鍵的斷裂等。從而產生遺傳突變，嚴重受損的不能修復，導致細胞死亡。2自由基對蛋白質的損害ROO可使蛋白質分子發(fā)生交聯(lián)，生成變性的高聚物。其他自由基則可使蛋白質的多肽鏈斷裂，并使個別氨基酸發(fā)生化學變化 。自由基可改變酶蛋白的化學結構，導致酶生物活性的喪失。3自由基對糖類的損害自由基使核

5、糖、脫氧核糖形成脫氫自由基，導致DNA主鏈斷裂或堿基破壞，還可使細胞膜低聚糖鏈中糖分子羥基氧化，生成不飽和的羰基或聚合成雙聚物，從而破壞細胞膜上的多糖結構，影響細胞免疫功能的發(fā)揮。4自由基對脂質的損害脂質中的多不飽和脂肪酸由于含有多個雙鍵而化學性質活潑，最易受自由基的破壞，發(fā)生過氧化反應。磷脂是構成生物膜的重要部分，因富含多不飽和脂肪酸故極易受自由基破壞。膜磷脂發(fā)生過氧化作用，會引起膜中蛋白質及酶的交聯(lián)或失活，導致膜通透性的變化，嚴重影響膜的各種生理功能。亞細胞器膜磷脂所含的不飽和脂肪酸比質膜的還多，所以對過氧化反應更為敏感。如細胞內線粒體膜被氧化受損，則能量生成系統(tǒng)受到影響。溶酶體膜若受到破

6、壞則會釋放出其中的水解酶，會使細胞內多種物質水解，嚴重時甚至會造成細胞自溶，組織壞死。由此可見，若自由基對生物膜的破壞很嚴重，就會引起細胞功能的極大紊亂。三、pm2.5中的自由基對人體的中遠期危害：導致動脈粥樣硬化，引發(fā)冠心病、腦血管病、腎病等?，F(xiàn)在研究認為，氧自由基可使壞膽固醇氧化，壞膽固醇變得不穩(wěn)定、不安分，引起血小板聚集、血栓形成、血管壁平滑及細胞增生，并造成血管內膜和內皮細胞損傷，從而導致動脈粥樣硬化。如進一步發(fā)展，在心臟引發(fā)冠心病，在腦部引發(fā)腦卒中，在腎臟引發(fā)腎功能不全。與癌癥的發(fā)生有直接關系。氧自由基能攻擊、侵犯細胞遺傳因子DNA，使DNA正常序列發(fā)生改變，引起基因突變，導致細胞異

7、常突變而誘發(fā)癌癥。一些致癌物質就是通過體內代謝活動形成氧自由基，攻擊DNA致癌的。氧自由基是引起衰老的一大原因。有科學家認為，氧自由基是引起衰老的主要原因，樣子有機可引起器官、組織和細胞的老化，如皮膚松弛、皺紋增多、骨質再生能力降低、視網膜病變等老化現(xiàn)象。尤其是大腦，耗氧量非常大，又是體內脂肪最豐富的器官，因此會比其他器官產生更多的氧自由基。腦細胞又是最易被氧自由基擊中的靶子，一旦氧自由基過多可引起記憶力減退、智力障礙，嚴重的可誘發(fā)老年癡呆癥。氧自由基影響人體免疫功能。氧自由基還攻擊人體免疫系統(tǒng)損害有“健康衛(wèi)士”之稱的淋巴細胞，是人體免疫力下降。氧自由基也可擾亂免疫系統(tǒng)，使其“敵我不分”而發(fā)生

8、字體免疫性疾病，如紅斑狼瘡、類風濕性關節(jié)炎。自由基與衰老 自由基是疾病和衰老的元兇四、霧霾自由基導致人體衰老加快衰老過程中的種種癥狀，如過早出現(xiàn)老年斑、皺紋及免疫力下降等，是目前最有說服力。免疫功能的降低免疫功能是指機體抵抗外來有害物質入侵的能力。人體內的免疫系統(tǒng)包括細胞免疫和體液免疫。自由基作用于免疫系統(tǒng)，會引起人體細胞免疫與體液免疫功能減弱，并使免疫識別力下降。因識別能力下降，免疫系統(tǒng)在攻擊病原體和異常的細胞時，也侵犯了正常的細胞和健康組織而出現(xiàn)自身免疫性疾病。2器官組織細胞的破壞與減少器官組織細胞的破壞與減少是機體衰老的癥狀之一。器官組織細胞破壞或減少主要是由于自由基引起的脂質過氧化而造

9、成對細胞膜與細胞器膜的損害，改變了生物膜的結構與功能，影響了膜的通透性與流動性，從而導致了膜功能的紊亂，加快機體的衰老。另外，自由基作用于核酸引起的基因突變改變了遺傳信息的傳遞，導致蛋白質與酶的合成錯誤及酶活性的降低。自由基還可與膜上的酶發(fā)生作用，影響細胞正常生理功能的發(fā)揮。自由基通過對脂質的侵襲加速了細胞的衰老進程。這些結果的積累，造成了器官組織細胞的老化與死亡。 生命大分子的交聯(lián)聚合和脂褐素的累積自由基作用于脂質能發(fā)生過氧化反應，其氧化的終產物丙二醛等會引起蛋白質、核酸等生命大分子的交聯(lián)聚合，形成脂褐素。脂褐素不溶于水，不能隨著機體的代謝排出體外，在細胞內逐漸堆積。老年斑就是由脂褐素在皮膚

10、的堆積而形成的，老年斑的出現(xiàn)是人體衰老的一個明顯的外表象征。隨著膠原蛋白的交聯(lián)聚合，會使膠原蛋白溶解性下降、彈性降低及水合能力減弱，會導致皮膚失去張力，皺紋增多。脂褐素在腦細胞中的堆積，會出現(xiàn)記憶力的減退或使智力發(fā)生障礙，甚至出現(xiàn)老年性癡呆癥。眼球晶狀體長期暴露于光和氧中，極易發(fā)生脂質氧化損傷，導致視網膜模糊，引起白內障。五、中樞平衡”強力啟動人體內源性自由基清除機制1、提高了酶抗氧化劑在清除自由基過程中的功效生物體內的酶保護系統(tǒng)主要包括超氧化物歧化酶(SOD) 、過氧化氫酶(CAT) 、谷胱甘肽過氧化物酶(CSH2PX) 等。超氧化物歧化酶(SOD )是一種具有特定生物催化功能的蛋白質,由蛋

11、白質和金屬離子組成,主要分布于胞液如線粒體基質中。SOD 能催化O-2發(fā)生歧化反應,從而消除體內的O-22O-2 + 2H+ H2O2 + O2-SOD 消除 O-2過程中產生的 H2O2,對機體亦有損害。H2O2 是一種強氧化劑,可氧化抗壞血酸等有機物,過氧化氫酶(CAT) 可消H2O2 ：2H2O2 2H2O + O-2但在細胞中,它主要存在于過氧化體中,而在線粒體及胞漿中產生的H2O2 ,?？抗入赘孰倪^氧化物酶(GSH2Px)消除。產生的GSSG在谷胱甘肽還原酶作用下又被還原為GSH,繼續(xù)參加消除活性氧的反應。2、強化了人體非酶抗氧化劑在清除自由基過程中協(xié)同效應生物體內用于消除活性氧的非

12、酶抗氧化劑有脂溶性維生素E、水溶性維生素C ,尿酸、血漿銅藍蛋白等。由于生物膜是疏水環(huán)境,O-2在膜中溶解性比在水中好,因此脂溶性維生素E 能清除O-2 OH ,防止脂類過氧化造成的損失;生物體內水溶性維生素C 濃度較高時,作OH 的消除劑;人體血漿中的尿酸,它是OH 的有力清除劑。血漿中還含有血漿銅藍蛋白,也能消除O-2 。3、“中樞平衡”狀態(tài)下的人體抗氧化物質的工作過程(1) 自由基主要通過搶奪其它分子上的電子或被奪電子而使自己配對; (2) 當自由基從細胞膜上奪取一個電子后,就產生了另一個新的自由基,并開始了鏈反應; (3) 電子奪取鏈反應侵蝕細胞膜,導致細胞完整性的喪失,為癌癥及其它疾病打開了方便之門;(4) 在中樞平衡狀態(tài)下，人體為中和外環(huán)境侵入的過多的自由基，而正反饋人體抗氧化物質的生產，由于其特殊的分子結構,抗氧化物質能給出一個電子給自由基自身不會形成有害的能引發(fā)鏈式反應的危險物質。（5）在中樞平衡狀態(tài)下，人體產生強大的抗氧化能力，并通過人體自身的抗氧化物質全力迅速清除對人體有害的自由基，確保人體組織和細胞的活力、安全、和功能正常。六、“