我们需要补充“抗氧化剂”吗？
随着生活水平的提高，人们对于健康长寿的期盼就更加强烈。在各种保健措施中，服用“抗氧化剂”是为许多人采用的。其背后的科学原理看来也很清楚：在人的一生中，由外部原因（比如辐射、环境和食物中的一些化学物质）和内部原因（主要是通过新陈代谢），身体里面会形成“游离基”，或者叫做“活性氧”。它们含有“未配对电子”，化学性质非常活泼，能够修改和破坏我们身体里面的各种分子，比如脂肪酸、蛋白质和dna，并且在分子内和分子间形成交联。日积月累，这些被破坏的分子就会越来越多，造成身体的各种功能下降，使人衰老，甚至导致癌症。科学实验也证明，我们的身体里面确实有被“活性氧”破坏的分子，而且它们的数量随着年龄而增高。
我们的身体里面有一整套机制来对抗这些“活性氧”，但是这种防御不是百分之百有效的。既然如此，那么从外面补充各种“抗氧化剂”，也许就能延缓衰老的进程，减少患癌症的几率。在这种思想指导下，许多人去摄取各式各样的“抗氧化剂”，包括维生素c、维生素e，b-胡萝卜素等等。市场上关于“抗氧化”制剂的宣传更是随处可见。
然而，近年来许多科学研究的结果，包括数次世界范围的，大规模的对“抗氧化剂”效果的试验却表明，这些“抗氧化剂”并没有延缓衰老的作用。在一些情况下，这些物质还会缩短人的寿命，增加癌症的发生率。这些结果使人感到困惑：我们还需要补充“抗氧化剂”吗？为了回答这个问题，我们首先需要了解“游离基”是如何产生的。
人体内产生“游离基”的主要场所是“线粒体”。
除了射线照射能够在身体里面形成“游离基”外，我们身体里产生“游离基”的主要场所就是我们细胞里面的“线粒体”。“线粒体”是细胞的“动力工厂”，在这里食物中的“燃料”分子如葡萄糖、脂肪酸被脱下电子，这些电子再沿着一条电子传递链被传送到氧，形成水分子。电子在传递过程中释放出来的能量就被用来合成“高能化合物”atp（化学名称叫“三磷酸腺苷”）。这有点像发电厂烧煤或者烧天然气，释放出来的能量则被用来发电，只不过在我们的细胞里，食物分子的“燃烧”过程是在体温（37摄氏度）下进行的。
在电子传递的路途上，要经过一个叫“泛醌”的分子，化学名称叫“辅酶q”，或简称q10（q是“醌”quinone的第一个字母，10表示分子的侧链含有10个“异戊二烯”单位）。问题就出在这里。在每次循环中，每个q10分子可以接收和传递两个电子，但是这两个电子不是同时传给q10的，而是分成两步，一次传一个电子。这样就有q10只接受一个电子的阶段。糟糕的是，这个电子是没有配对的电子，所以含有这个电子的q10本身就是个“游离基”。虽然这个q10游离基主要是在线粒体的内膜里面，但是氧分子还是“有机可乘”，从q10游离基上获取那个电子，形成“超氧化物”o2-。这是线粒体中“活性氧”形成的最初过程。
据估计，在“线粒体”消耗的氧中，约有0.1%变成了“超氧化物”。这个比例看上去不大，但是如果考虑到人每天要消耗大约750克氧气（500-600升），那么每天产生的“超氧化物”就是0.023克分子。如果不被消灭掉，它在细胞里面的浓度可以达到0.5毫摩尔（mm）左右。这是一个可观的浓度。
“超氧化物”是极为活泼的，能迅速和其它分子发生反应。比如它能攻击“不饱和脂肪酸”，形成“超氧化脂肪酸”。而“超氧化脂肪酸”本身又是游离基，又可以和其它分子发生反应，形成破坏性的链式反应。它也可以攻击蛋白质分子中氨基酸的“侧链”，破坏蛋白质分子的功能。它还攻击遗传物质dna，造成“碱基”（相当于遗传密码的“字母”）改变和链断裂。如果任其到处破坏，细胞的结构和功能很快就会被摧毁。
人体内对“游离基”的防御系统
既然线粒体是产生“游离基”的主要场所，我们的身体也相应地发展出了对付“超氧化物”的机制，就是在线粒体中配备大量能够消灭“游离基”的酶。首先是“超氧化物歧化酶”（英文名称缩写为sod），它们能把“超氧化物”变成“过氧化氢”（h2o2）和氧。
不过这还不够，“过氧化物”仍然属于“活性氧”，其水溶液叫做“双氧水”，具有很强的氧化性能，对身体仍然有害。所以我们的身体里不但有“超氧化物歧化酶”，还有“过氧化氢酶”（英文缩写为cat），它可以把“过氧化氢”变为氧和水。在一般情况下，哪里有sod，哪里就有cat，“就近处理”sod产生的“过氧化氢”。
除了cat外，细胞还有其它酶可以“消灭”“过氧化氢”，比如“谷胱甘肽过氧化物酶”，“硫氧化还原蛋白过氧化物酶”等等。所以对于“过氧化氢”，细胞也是“层层设防”，以降低它的浓度，减少伤害。
除了“抗氧化酶”以外，我们的身体里面还有一些非酶的“抗氧化剂”，比如抗坏血酸（维生素c）、生育酚（维生素e）、b-胡萝卜素等等。它们的分子量比较小，能够到达“抗氧化酶”去不了的地方，与“活性氧”反应。由于这些化学反应不是由酶催化的，速度比酶反应慢得多（慢1000倍以上）。在它们发生作用前，有一些“活性氧”就已经完成它们的“破坏作用”了。
所有这些“抗氧化”机制说明，我们的身体是有一整套机制来防止“游离基”的浓度过高的。这也是医生和厂商向人们推荐“抗氧化”制剂的理论根据。蔬菜和水果含有丰富的具有“抗氧化”作用的化合物，对人的健康是有益的。问题是，直接服用“抗氧化”的物质，比如维生素c、维生素e和b-胡萝卜素，真的能够代替蔬菜和水果的益处，延长寿命和减少癌症吗？
大规模的临床实验未能证实这些维生素制剂的有益作用
虽然“游离基”理论已经得到大量研究结果的支持，人们（包括许多医生）也都相信“游离基”是“坏”的，应该被清除得越彻底越好，而“抗氧化剂”是“好”的，服用这些制剂会增进身体健康。但是在没有确切的数据之前，科学家们心里还是不“踏实”，想用大规模的临床实验来证明这些“抗氧化剂”的“好处”，结果却出人意料。
比如2007年，丹麦哥本哈根大学的一个评估机构收集了68个对“抗氧化剂”的随机对照试验，涉及232，606人，共385篇研究报告。他们从中挑选了质量最高的47个试验，涉及180，938人。对这些报告的综合分析表明，维生素（a、c、e和b-胡萝卜素）没有延长寿命的效果。相反，一些维生素还会增加死亡率（约5%）。其中维生素a、维生素e、b-胡萝卜素和死亡率的增加有关。
2012年，塞尔维亚的一个同类机构评估了78个对“抗氧化剂”的随机对照实验，其中对健康人的研究有26个，涉及215，900人，对有各种疾病的人的研究52个，涉及80，807人。评估结果与2007年的相似，即维生素a、c、e和b-胡萝卜素对降低死亡率均没有效果，反而轻度升高（百分之几）死亡率。
同时，科学家们也综合评估了“抗氧化剂”对各种具体疾病的预防效果，包括肝脏疾病（病毒性肝炎、肝脏自体免疫性疾病、酒精肝、肝硬化）、黄斑病变、白内障、骨关节炎、风湿性关节炎、感冒、肺癌、皮肤癌、胃癌、肠癌、前列腺癌、心血管疾病、肺炎、老年痴呆症、男性不育、先兆子痫、流产等等，都没有发现“抗氧化剂”有预防这些疾病的功效。
在有的情况下，“抗氧化剂”还会显著增加癌症的发生率。1996年，位于美国西雅图的hutchinson癌症中心研究了维生素a和b-胡萝卜素对吸烟者，前吸烟者，以及接触石棉者患肺癌几率的影响。他们的试验涉及18，314人。在平均4年的观察以后，他们发现维生素a和b-胡萝卜素不仅不能减少肺癌的发生率，反而增加这些人肺癌的发生率28%。
为了弄清楚为什么这些维生素会增加一些癌症的发病率，2014年，瑞典的科学家们给易患肺癌的小鼠两种“抗氧化剂”，即维生素e和“n-乙酰半胱胺酸”（英文缩写为nac）。他们用的剂量相当于或少于人服用这些维生素的剂量，所以是对这些化合物效果的实际测量。结果表明，服用这些维生素的小鼠更容易患肺癌，癌的恶性程度也更高，小鼠存活时间更短。进一步的研究表明，这是因为身体里面的一个“抗癌基因”叫“p53”的活性，被这些维生素抑制的缘故。
少量的“游离基”为生理过程所需要
以上的实验结果表明，我们身体里面的“游离基”不是越少越好。少量的“游离基”不但对身体无害，甚至还有好处。1908年，德国科学家otto warburg发现，海胆的卵受精后，耗氧量会大量增加，形成所谓的“耗氧爆发期”。研究表明，一种叫“海胆双氧化酶”（简称udx1）的蛋白质，利用氧来产生“过氧化氢”。用化学物质抑制udx1，或者用抗体结合于udx1，受精卵中的细胞就停止分裂。用低浓度（10mm）的“过氧化氢”可以使一些细胞恢复分裂。这说明“过氧化氢”为海胆受精卵的发育所必需。
还有一种叫做“百草枯”的化合物，可以在动物身体里面产生“游离基”，按说它对动物的寿命是有害的。可是当用低浓度的“百草枯”（0.01mm到0.1mm）处理线虫时，线虫的寿命随着“百草枯”的浓度增加而延长，最多可以长58%。只有在更高的浓度时，线虫的寿命才缩短。奇怪的是，在用“抗氧化剂”nac处理后，“百草枯”延长寿命的效果反而消失了。这些结果说明，低浓度的“游离基”对身体不但无害，而且为一些生理过程所必需。用“抗氧化剂”来消灭这些低浓度的“游离基”，反而对身体有害。
硫化氢作为舒张血管物质的启示
硫化氢是剧毒的气体，万分之五的浓度就会使我们呼吸困难，万分之八的浓度就能致命。而且它非常臭，像鸡蛋坏了时发出的气味。谁想得到硫化氢对我们的身体还有“好处”呢？
但是近年来的研究却发现，哺乳动物（比如小鼠、牛、和人）的血管就能生产硫化氢。用小鼠进行的实验表明，血管里产生的硫化氢和一氧化氮一样，可以使血管松弛扩张，使血压降低。“敲除”小鼠体内生产硫化氢的酶（“胱硫醚g裂解酶”，简称cse），小鼠就会患高血压。给这些小鼠注射含有硫化氢的液体，小鼠的血压就下降。硫化氢还可以保护处于缺血状态的细胞，延长这些细胞的生命。
有趣的是，让线虫在低浓度的硫化氢中生活，它们的寿命可以延长70%左右。这说明连低等动物都有利用“硫化氢”为自己服务的能力
这种“正面利用”硫化氢的能力，大概是在5亿5千万年前就开始形成。那时由于地球上大规模的火山爆发，释放出大量的二氧化碳，导致大气中氧浓度下降，使进行“有氧呼吸”的生物大量死亡。与此同时，不需要氧的生物，如绿色硫细菌，却大量繁殖，产生硫化氢，导致“二叠纪”的物种大灭绝。据估计，大约95%的海洋生物和70%的陆地生物因此灭绝。
硫化氢虽然对生物是灾难，但是存活下来的生物却发展出了“正面利用”硫化氢的能力，包括上面说的舒张血管，降低血压。除了硫化氢，我们身体还利用另一种毒性气体——“一氧化碳”（“煤气中毒”的元凶）来松弛血管。它由降解“血红素”的酶（“血红素氧合酶”，简称ho-1）所产生，对细胞有保护作用。
“有氧呼吸”的历史比生物与硫化氢“斗争”的历史要长得多，进行“有氧呼吸”的生物更有可能发展出“正面利用”“活性氧”的机制。
我们需要补充“抗氧化剂”吗？
上面列举的事实表明，“游离基”和衰老的关系远不是原来想的那么简单，“游离基”也不是纯粹的“坏蛋”。原先对于“抗氧化”的单方向想法（即“抗氧化措施”越多越好）也需要重新考虑。
衰老的机制至今仍然是没有解决的问题，虽然已经有众多的假说理论在。“游离基理论”显然不能解释许多与衰老有关的现象和科学实验的结果。但是有一点看来是比较清楚的，就是大量补充各种“抗氧化剂”（以药片或胶囊的方式，比如维生素e胶囊）没有必要。对这些“抗氧化剂”进行的多次大规模的试验已经证明它们并没有“抗衰老”和预防许多疾病的作用，在有的情况下甚至可以增加癌症发生率，缩短寿命。只要我们的饮食均衡，食物品种多样化，我们一般是不会缺乏这些“抗氧化剂”的。为了防止个别维生素缺乏（不一定是“抗氧化”的），隔几天吃一片维生素片未尝不可，但是不需要天天吃，更不能过量吃。
吃维生素片也不能代替蔬菜和水果。我们对于人体需要的物质并不完全了解，完全有可能蔬菜和水果含有我们尚不知道的，对人的健康有益的物质。这些物质的作用也不一定是“抗氧化”。
客观世界常常比我们想象的要复杂。在人类认识事物的过程中，也经常会有“简单化”和“一面倒”的情况。这是人类认识过程中的正常现象。一旦发现的事实揭示出了事物新的一面，我们的思想和行动也应该做相应的调整。
