当自由基的产生与身体抵消它们的能力之间存在不平衡时，就会发生氧化应激。

氧化应激描述了细胞产生和氧分解副产物消除之间的不平衡。这些被称为活性氧 (ROS) 的副产物对细胞功能很重要，但会造成大量损害。ROS 属于一类更大的高反应性化学物质，称为自由基。由于细胞需要 ROS 才能发挥作用，一些研究人员将氧化应激描述为某些情况下的好事。其他人说，根据定义，氧化应激是不好的。

氧化损伤与衰老和多种疾病有关。抑制氧化和 ROS 产生的化学物质称为抗氧化剂。一些研究表明抗氧化剂可以帮助限制氧化损伤。但是，尚不清楚有多少或产生什么影响。

是什么导致氧化应激？

当身体分解双原子氧 (O2) 作为细胞呼吸的一部分时，ROS 自然产生，细胞呼吸是从葡萄糖（糖）中提取能量的过程。在拥有这种细胞的生物体中，这种情况发生在线粒体中，即所谓的细胞动力源。作为细胞呼吸最后阶段的一部分，细胞从葡萄糖的副产物中分离出电子或负亚原子粒子。这使细胞能够制造一种叫做三磷酸腺苷 (ATP) 的分子，这是它的主要能量来源。在此过程结束时，细胞需要氧气来接受电子，而大多数氧分子最终会转化为水。

然而，一些氧分子接收到的电子较少，而是转化为自由基，特别是 ROS。这些物质缺少的电子使它们具有极强的反应性，它们会与电池中的许多物质发生反应以获得电子并变得更加化学稳定。一些常见的 ROS 是过氧化物（例如过氧化氢）、超氧化物和羟基自由基。

免疫反应、辐射暴露以及其他细胞对污染物或有毒物质的反应也会产生 ROS。

然而，ROS 的产生本身不会造成损害，因为细胞需要一些 ROS 才能发挥作用。细胞使用抗氧化剂去除多余的 ROS，限制潜在的损害。Jakob 说，当 ROS 的数量超过细胞的抗氧化系统时，ROS 就会积累，产生氧化应激。这可能是因为 ROS 产生增加或从细胞中消除减少。

氧化应激的影响是什么？

通常，细胞使用 ROS 作为其信号过程的一部分——向细胞的其他部分或其他细胞发送消息。然而，过量的 ROS 会导致氧化损伤，即部分细胞的氧化。正如铁的氧化形成铁锈一样，这个过程可以改变和破坏构成细胞的分子，包括 DNA 和 RNA 的突变、错误折叠的蛋白质以及对糖和脂质的其他类型的破坏。

细胞可以修复一定程度的损伤，但如果损伤过于广泛，就会引发细胞凋亡（程序性细胞死亡），这是一种自毁机制。在严重的情况下，它还会导致坏死，即细胞受损严重以至于它们过早被破坏，从而导致组织死亡。

研究表明，氧化应激在许多情况下都起作用。其中一些最成熟的是 2 型糖尿病、癌症和动脉硬化或动脉粥样硬化。

氧化应激还与几种不同的神经退行性疾病有关，包括阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩性侧索硬化症 (ALS) 和多发性硬化症 (MS)。根据 2004 年发表在《自然评论药物发现》(Nature Reviews Drug Discovery)上的一篇文章，这种关系首次被观察到是在 80 年代后期，越来越多的证据表明，从那时起，氧化应激在神经退行性疾病中发挥了作用。一篇 2016 年发表在Experimental Neurology上的文章回顾了早在 1987 年氧化应激在 MS 中的作用的证据。

“在 [阿尔茨海默病] 期间处于危险之中的神经元，它们受到每种已知类型的氧化损伤的深刻影响，”德克萨斯大学神经生物学教授乔治佩里说。在阿尔茨海默氏症和一些帕金森氏症患者中，氧化损伤的迹象出现在一些神经元的细胞质或主体中，这些神经元充满了“线粒体垃圾”——酶，以及铜和铁分子，这些通常只存在于线粒体中。

氧化损伤显然是老年痴呆症的一部分。然而，研究人员无法准确指出人一生中的氧化应激如何以及在多大程度上促成了这种疾病。雅各布斯说，也很难说它是否会导致衰老——这是研究人员长期以来提出的一个想法。

她说，对于老龄化，“这是否真的是这样”，“尚无定论”。

氧化应激的危险因素是什么？

吸烟“会产生一些活性物质，”丹佛科罗拉多大学化学教授马里诺·雷森迪兹 ( Marino Resendiz ) 说。他说：“那么这可能会导致损害。”根据美国癌症协会的说法，紫外线辐射会导致氧化损伤，也与皮肤癌和其他类型的癌症有关。

一些微弱的证据表明，食用含有抗氧化剂的食物可以减少氧化应激，因此，缺乏抗氧化剂的饮食可能是一个风险因素。一些富含抗氧化剂的常见食物包括西兰花、胡萝卜、土豆、菠菜和许多浆果等。

然而，抗氧化剂和氧化应激之间的联系尚不清楚。例如，在 2012 年发表于《美国医学会杂志》(JAMA) 的一项临床试验中，食用含有抗氧化剂的补充剂并没有减少阿尔茨海默病患者大脑中氧化应激的迹象，甚至与更快的认知能力下降有关。然而，2019 年的一篇评论文章发现了一些证据表明服用含有维生素 E 的补充剂（一种抗氧化剂）可能对阿尔茨海默氏症患者有帮助，包括来自临床试验的证据。

肥胖可能会增加氧化应激，因为自由基可以结合并破坏脂肪。因此，运动和均衡饮食等生活方式的改变可能有助于限制氧化应激，Jakob 说。

“肥胖是一个巨大的风险因素，”她说。Jakob 说，在从酵母到灵长类动物的大量模型生物中，运动和限制卡路里与细胞氧化损伤减少有关。但这不是一个简单的效果。尽管她说运动和卡路里限制实际上会增加氧化应激，但在 2019 年发表在《自然》杂志上的一项研究中，她和其他研究人员发现，在一种蛔虫中，生命早期增加的氧化应激有助于防止后来的氧化损伤。

虽然她强调这项研究不是在人类身上进行的，但雅各布说它强调了 ROS 的重要性，至少在控制量方面是这样。

“这不像，哦，我们正在去除所有的活性氧，那是健康的，”她说。“在这种情况下，拥有更高水平的活性氧实际上是健康的。”