近年來，自由基與活性氧(ROS)受到廣泛的關注，除了引發醫學革命，不少商業行為也圍著自由基與活性氧打轉，廣告、食品標籤打著抗衰老的大旗，討論著來自蔬菜水果的抗氧化劑補充劑(例如，輔酶Q10、薑黃素、茄紅素、葉黃素、花青素、兒茶素、白藜蘆醇、…等)如何有效促進健康、預防疾病。但是，效果真如廣告所訴求的嗎？
讀者在網路上應該看過許多關於抗氧化劑的新聞與廣編，除了訴求抗氧化劑的好處，很少有人提到它們如何運作。這篇文章將有條理地敘述有關自由基與抗氧化劑你需要了解的一切，包含自由基是什麼、來自哪裡、抗氧化劑的來源，以及是否需要吃抗氧化劑補充劑。
1、什麼是自由基、活性氧？
在談各種成分為何被稱為抗氧化劑之前，先簡單科普一下什麼是氧化、還原反應，再談什麼是自由基、活性氧。
什麼是氧化、還原反應？
請讀者回憶一下國中、高中所學習過的化學。
- 狹義的氧化、還原反應
- 物質和氧化合，稱為氧化；
- 物質失去氧，稱為還原。
- 廣義的氧化、還原反應
- 物質「失去電子」，稱為氧化；
- 物質「獲得電子」，稱為還原。
- 氧化劑、還原劑
- 氧化與還原不能獨立存在，有東西被氧化，相對的就一定有東西被還原。
- 例如，鐵原子的「電子」被氧搶走，而變成氧化鐵 (鐵鏽)，其中，鐵被氧化，氧被還原。
- 在鐵的生鏽反應中，鐵是還原劑 (鐵本身被氧化，讓對方還原)，氧是氧化劑 (氧本身被還原，讓對方氧化)。
什麼是A自由基、活性氧？
這裡所要討論的自由基( Free radicals)，是廣義的氧化還原反應，更精準地說，是一場「電子爭奪戰」。有「成對」電子的分子，通常較為穩定。(下圖左)
- 具有「不成對」電子的分子都稱為自由基 (上圖右)
- 自由基非常不穩定、活性極強，非常容易與其它物質發生反應。
- 自由基為了讓自己穩定，它會從別的物質搶奪電子或將自己不成對的電子給予別的物質。
- 自由基可以是氧化劑，也可以是還原劑。
- 自由基的種類
- 有氫自由基(H·)、
- 氯自由基(Cl·)
- 氫氧自由基(OH·)
- 甲基自由基(CH3·)
- 一氧化氮(NO)、…等。
- 活性氧類(Reactive oxygen species，ROS)
- 活性氧，是自由基族群中「含氧」的那一族群，是活體組織所產生的最常見的自由基類型。包括過氧化氫(H2O2)、羥基(氫氧)自由基(HO·)、單一態氧(1O2)、超氧化自由基(O2–)、…。
- 氧氣是生命不可或缺的元素，細胞必須仰賴粒線體利用氧的作用以獲得維持生命的能量(ATP)。
- 但即使是在正常的反應過程中(在細胞內發生的化學變化)，會有一小部分的氧氣變成活性氧：非常活潑、不穩定、活性比氧氣更強的含氧自由基。
- 這些含氧自由基可能會對其它分子，例如，DNA、脂質與蛋白質造成損害(不論是被氧化還是還原)，這些損害可能會增加罹患癌症與其它疾病的風險。
- 若提到與蔬果有關的抗氧化劑、或抗氧化補充劑，此時的自由基一般會是指活性氧類。
上面解釋這麼多，其實讀者不必特別記住這些專有名詞，只要記得自由基與活性氧是非常活潑、不穩定的物質，容易攻擊細胞導致細胞壞死，因而導致各種慢性疾病的發生，雖然這是自由基的壞處，但是自由基也有它好的一面。
自由基是把「雙面刃」
在很多文章裡，把自由基描述成十惡不赦的傢伙，是造成衰老、慢性疾病的元兇。事實上，自由基對身體也有許多好處，自由基只有在過多的時候，才容易造成傷害。
- 在中等濃度下，自由基的好處
- 自由基可能破壞身體的細胞，當然也能破壞細菌等病原體，對抗感染。
- 免疫系統利用會自由基殺死癌細胞。
- 打開、關閉基因。
- 保持大腦警覺與集中注意力。
- 一氧化氮(NO)及其反應產物，可調控血管張力，進而控制血壓。
- 部分自由基甚至可以成為身體氧化還原訊號的信使。
- 在高濃度下，自由基的壞處
- 自由基與自由基衍生的活性物質會對身體細胞造成傷害，損害所有主要細胞成分。在粒線體中，活性氧(ROS)是氧化能量代謝的不良副產品，若ROS產生過度或濃度持續增加：
- 自由基會對DNA、脂質與蛋白質造成損害，這些損害可能會增加罹患癌症與其它疾病的風險。
- 與癌症、糖尿病、心血管疾病、神經退化性疾病(阿茲海默症、帕金森氏症)、腎臟病、類風濕性關節炎、阻塞性睡眠呼吸中止症和其它疾病的發病機制有關。
- 自由基與老化機制有關。
- 自由基與自由基衍生的活性物質會對身體細胞造成傷害，損害所有主要細胞成分。在粒線體中，活性氧(ROS)是氧化能量代謝的不良副產品，若ROS產生過度或濃度持續增加：
氧化壓力 (或稱氧化應激，Oxidative stress)
自由基會在身體內不斷地形成，環境因素也會使體內自由基增加，但人體也有抗氧化防禦系統再加上從飲食中獲得的抗氧化劑，可以補捉(中和)自由基、控制自由基的數量，讓體內的「氧化」與「抗氧化」之間達到平衡。
當自由基的數量超過抗氧化劑，就會呈現一種稱為「氧化壓力」的狀態。長期的氧化壓力會導致健康負面風險增加，例如，心血管疾病與某類型的癌症。
2、自由基與抗氧化劑的來源
自由基從哪來？
自由基要嘛來自人體內正常的基本代謝過程，要嘛是外部來源。
- 身體內部產生的自由基可以來自：
- 粒線體(Mitochondria)能量代謝(產出ATP)時所產生
- 細胞色素P-450系統(Cytochrome P-450 system)酵素反應，例如，解酒
- 黃嘌呤氧化酶(Xanthine oxidase)合成尿酸時產生
- 過氧化小體(Peroxisomes)所參與的”過氧化氫(H2O2)”的分解與合成
- 身體各種發炎反應(Inflammation)
- 細胞的吞噬作用(Phagocytosis)，例如，清除病原體或死後的細胞碎片
- 必需脂肪酸”花生四烯酸”的化學反應(Arachidonate pathways)
- 鍛鍊身體、運動 (你沒看錯，就是鍛鍊、運動)
- 當組織發生”缺血-再灌流(ischemia-reperfusion)”時，會大量生成活性氧(ROS)，引起發炎反應並造成組織傷害。一氧化氮(nitric oxide，NO)是缺血-再灌流所引起腦損傷的主要活性氧之一。
- 外部環境因素產生的自由基可能來自：
- 香菸煙霧
- 環境污染物(如，重金屬)
- 輻射(如，放射線、紫外線等)
- 某些吃的藥物、農藥
- 工業溶劑
- 臭氧
接觸游離輻射與其它環境毒素可能會導致體內自由基濃度異常高漲。
例如，當游離輻射撞擊細胞中的原子或分子時，可能會失去電子，導致自由基形成，所產生的異常高濃度的自由基，是游離輻射殺死細胞的機制。
又例如，香菸煙霧、農藥、臭氧等，可能本身就含有大量自由基、或刺激人體細胞產生更多自由基。
什麼是抗氧化劑？它如何保護你？
「抗氧化劑」是任何可以對抗自由基不穩定分子的化合物的總稱，是一個大家族。簡單的說，抗氧化劑就是可以與自由基相互作用、並中和自由基活性的化學物質，進而防止自由基造成傷害。抗氧化劑也被稱為”自由基清除劑”。
抗氧化劑的來源與種類
自由基非常普遍，身體需要充足的抗氧化劑以消除、中和它們。
- 身體本身就能合成強大的抗氧化成分
- 超氧化歧化酶 (酵素類，superoxide dismutases，SODs)
- 穀胱甘肽過氧化酶(酵素類，Glutathione Peroxidase，GSHPx)
- 過氧化氫酶(酵素類，Catalase)
- 輔酶Q10 (輔酵素，Coenzyme Q10)，身體可以合成，也可以來自食物
- α -硫辛酸，身體可以合成，也可以來自食物
- 食物提供多種抗氧化成分，水果、蔬菜與穀物是抗氧化劑的豐富來源
- 維生素類：維生素A、C、E，來自食物，尤其是蔬果。
- 礦物質類：銅、鋅、硒、鐵、…等，來自食物，尤其是蔬果。
- 註：維生素和礦物質除了有其它重要功能，還可以輔助人體的抗氧化酵素系統，並非直接作用。
- 植化素類：來自蔬果的化學物質總稱
- 類胡蘿蔔素，例如，茄紅素、葉黃素、玉米黃素。
- 類黃酮，例如，花青素、槲皮素、兒茶素、白藜蘆醇、…。
- 酚類，例如，薑黃素、鞣花酸、阿魏酸、…。
- 穀胱甘肽，來自綠葉蔬菜。
自由基有很多種類，而上述每一種抗氧化成分也都有其獨特的抗氧化功能，彼此之間可以相輔相成，但無法彼此替代，這也意味著，沒有任何一種抗氧化劑可以獨自完成所有的抗氧化工作。
眼尖的讀者應能發現，無論是人體可以製造的抗氧化酶或是來自膳食抗氧化劑，大多被製成抗氧化劑補充劑在各通路上銷售。那麼，讀者肯定關心，需要額外吃抗氧化劑補充劑嗎？它們有效嗎？
3、需要額外補充抗氧化補充劑嗎？
大多數健康專業人士建議大家避免服用高劑量的抗氧化劑補充劑。
想要獲得抗氧化劑，吃抗氧化補充劑似乎是最簡單又方便的方法，但沒有任何補充劑可以媲美大量彩色蔬果的多樣性健康飲食，也幾乎沒有證據支持，服用維生素C、維生素E、β-胡蘿蔔素或其它單一成分抗氧化劑可以對心臟病、癌症或其它慢性疾病提供實質的保護。
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抗氧化劑對健康的益處：有貓膩？
抗氧化劑在上世紀90年代引起了公眾的關注。
- 當時科學家開始了解到，自由基與動脈粥狀硬化的早期損傷有關，它也與癌症、視力喪失與許多其它慢性病有關。一些研究表明，蔬果攝取較少的人比攝取大量的人罹患慢性病的風險更大。於是，臨床試驗開始以單一成分補充劑(特別是β-胡蘿蔔素與維生素E)作為對慢性疾病影響的測試。
- 然而，在這些臨床試驗結果出來之前，媒體、補充劑與食品業就開始大肆宣傳「抗氧化劑」的好處。於是冷凍漿果、綠茶與其它標示富含抗氧化劑的食品開始出現在商店裡。補充劑製造商吹捧各種抗氧化劑有對抗疾病的特性。
- 這些說法常常誇大並扭曲數據：雖然水果、蔬菜與全穀物中天然存在的抗氧化劑、礦物質、纖維與其它物質確實有助於預防各種慢性疾病，但高劑量的抗氧化劑補充劑不太可能達到相同的效果。
抗氧化食物被炒作至超級地位 –「超級食物」
有些食物因抗氧化劑含量高而達到「超級食物」(superfood)的地位。
- 1991年，美國國家老化研究所(National Institute on Aging)與美國農業部 (United States Department of Agriculture，USDA) 的科學家創建了一種名為「氧自由基吸收能力」 (Oxygen Radical Absorbance Capacity，ORAC) 的評級工具，它用來測量食物的抗氧化能力。
- 美國農業部在其網站上提供ORAC資料庫，重點介紹ORAC分數高的食物，包括可可、漿果、香料與豆類。儘管科學基礎薄弱，藍莓與其它名列前茅的食物在大眾媒體中被大力宣傳為對抗疾病的鬥士：從癌症、到大腦健康、再到心臟病。
- 然而，20年後，美國農業部在確定抗氧化劑具有多種功能(並非所有功能都與自由基活動有關)之後，撤回該資訊並刪除資料庫。
這些「超級食物」同樣被製成抗氧化補充劑放在架上銷售。有些品牌甚至推出含的各種蔬果的乾燥混和物，沖泡即可飲用，對我而言，這類商品很像「綜合蔬果汁」或「綜合果汁」？
文獻資料回顧
隨機、安慰劑-對照組的臨床試驗往往可以提供最有力的證據，但大多數都沒有找到預期的好處。
- 2017年對95項觀察性研究(總參與者超過200萬)的回顧表明，水果和蔬菜攝取量較高的人罹患心血管疾病與癌症的風險較低。
- 2023年，英國一項對72,160人進行了平均9年的追蹤研究，結果表明，水果與蔬菜的攝取量越高，罹患白內障的風險就越低。
- 迄今為止，全球已開展9項抗氧化劑補充劑預防癌症的隨機對照試驗，有來自中國、芬蘭、法國、美國等9個大型研究機構，分別以β-胡蘿蔔素、視黃醇、維生素E、維生素C、阿斯匹靈、礦物質硒、鋅等干預飲食。整體而言，這9項隨機對照臨床試驗並未提供證據顯示抗氧化劑補充劑有益於第一級癌症預防。
- 除了針對黃斑部病變患者的特定配方外，抗氧化劑補充劑尚未被證明可以預防或治療疾病。
網路上有更多新、舊文獻或回顧性綜合文獻，有興趣的讀者可以自行搜尋。
抗氧化補充劑不如預期的可能原因
許多關於抗氧化劑補充劑的研究沒有顯示出對健康有益的一個可能原因是，食物中抗氧化劑往往與其它營養素、植物化學物質、甚至其它抗氧化劑一起食用，此時效果最佳。
- 一杯天然的新鮮草莓含有約80毫克具抗氧化功能維生素C，也含有原花青素、黃酮類等成分，它們同樣具有抗氧化特性，但有500 毫克高劑量的維生素C補充劑(通常是人工合成)，除了維生素C之外並沒有其它成分。這還存在一個問題，如果攝取過多補充劑，具有抗氧化活性的營養素是否會導致反效果？
- 抗氧化劑的含量與成分類型也可能影響它們的效果。例如，食物中存在8種化學形式的維生素E，有α-、β-、γ-、δ-生育醇(tocopherol)，以及α-、β-、 γ-、δ-生育三烯醇(tocotrienol)；然而，維生素E補充劑通常只有α-生育醇一種形式。
高濃度的抗氧化補充劑可能對健康不利
在我們的日常攝取的食物中，無論是礦物質、維生素、植化素、抗氧化劑等營養素，它們僅以低濃度存在，且通常具有藥理作用。
雖然飲食中攝取抗氧化劑對健康很重要，但並不是越多越好，高劑量的抗氧化劑補充劑可能會干擾細胞重要的功能，也包括自由基可以提供的防禦機制與正常訊號傳遞等好處，而抗氧化劑抑制了自由基的這些功能。
- 抗氧化劑悖論(antioxidant paradox)。過量攝取被分離出來的抗氧化劑補充劑可能會產生毒性作用，甚至可能促進氧化損傷而不是防止氧化損傷。
- 一項研究甚至表明，服用β-胡蘿蔔素補充劑實際上會增加吸煙者罹患肺癌的機會。但也有一些好的試驗報告，例如，服用β-胡蘿蔔素補充劑可減緩認知能力下降的速度。
- 抗氧化劑補充劑可能會與正在服用的藥物產生交互作用。例如，如果正在服用抗凝血劑或抗血小板藥物，高劑量維生素E補充劑會降低受傷後血液形成血栓的能力，可能增加出血的風險。
- 高劑量的維生素C會導致腹瀉、噁心與胃痙攣。維生素C補充劑也可能與癌症治療與放射治療相互作用，並可能加重”血色素沉著症”(Hemochromatosis，患者體內鐵過度累積)，因維生素C能幫助鐵質吸收。
- 抗氧化劑的組合可能會產生不良影響。例如，在一項研究中，維生素E、維生素C、硒與β-胡蘿蔔素的組合降低了2種降膽固醇藥物的作用。
- 政府部門並不監管膳食補充劑，因此，我們無法確定補充劑是否安全，或者它們是否確實含有其宣稱的成分。
如果缺乏某些營養素或無法遵循健康飲食，低劑量補充劑(例如，複方維生素)可能有所幫助，但若是懷孕、哺乳或正在服用藥物，請諮詢醫師。
4、如何攝取足夠的抗氧化劑？
獲取足夠抗氧化劑的最佳策略是均衡的飲食並保持攝取足夠、多樣各色的蔬菜水果與漿果。
倘若真的很不愛吃蔬菜，可以在飲食中儘量多使用香草或香料，例如，大蒜或洋蔥，它們也含有非常高的抗氧化成分。
References
1、Free Radicals: Definition, Cause, and Role in Cancer
2、Free Radicals in the Physiological Control of Cell Function
3、Oxidative Stress
4、oxidative stress
5、What is oxidative stress?
6、Free radicals, antioxidants and functional foods: Impact on human health
7、Understanding antioxidants
8、The Applications and Mechanisms of Superoxide Dismutase in Medicine, Food, and Cosmetics
9、Therapeutic potentials of superoxide dismutase
10、Antioxidants: Classification, Natural Sources, Activity/Capacity Measurements, and Usefulness for the Synthesis of Nanoparticles
11、Antioxidant Categories and Mode of Action
12、Antioxidants
13、Antioxidants
14、Health Benefits of Antioxidants
15、Antioxidants Explained in Simple Terms
16、How can antioxidants benefit our health?
17、Free radicals, antioxidants and functional foods: Impact on human health
18、How do free radicals affect the body?
19、Oxidants and antioxidants: friends or foes?
20、Understanding oxidants and antioxidants: Classical team with new players
21、Antioxidant Supplements: What You Need To Know
22、Fruit and vegetable intake and the risk of cardiovascular disease, total cancer and all-cause mortality-a systematic review and dose-response meta-analysis of prospective studies
23、Fruit, vegetable, and legume intake and the risk of all-cause, cardiovascular, and cancer mortality: A prospective study
24、Fruit, vegetable, and legume intake, and cardiovascular disease and deaths in 18 countries (PURE): a prospective cohort study
25、Antioxidant supplements for prevention of mortality in healthy participants and patients with various diseases
26、Long-term Outcomes of Adding Lutein/Zeaxanthin and ω-3 Fatty Acids to the AREDS Supplements on Age-Related Macular Degeneration Progression: AREDS2 Report 28
27、Add antioxidants to your diet