运动与衰老研究综述

陈丽芳

(山西师范大学体育学院，山西临汾041000)

衰老是生物界的普遍现象，指随着年龄的增长到成熟期以后所出现的生理性退化，即人体在体质方面的年龄变化，这是一切生物的普遍规律。从生物学上讲，衰老是生物随着时间的推移，自发的必然过程，它是复杂的自然现象，表现为结构的退行性病变和机能的衰退，适应性和抵抗力减退。在生理学上，衰老被看作是从受精卵开始一直进行到老年的个体发育史。从病理学上，衰老是应激和劳损，损伤和感染，免疫反应衰退，营养失调，代谢障碍以及疏忽和滥用药物积累的结果。衰老的发生是一种自然的规律，是不可避免的，但我们可以根据衰老的发生机制，采用各种手段来延缓衰老。

外界环境可以加速或者延缓衰老的进程，但不能制止或消除。衰老的标志是人体各器官系统机能明显衰退，衰老的发生受遗传、内外环境、社会心理等因素的作用。此外衰老还受疾病的影响，一些致病因子使肌体产生疾病，导致衰老;人体衰老时机能下降，易患疾病，反过来又促使衰老。

目前，国内外的研究表明，运动对于衰老的作用机制具有正反两方面的作用，即运动对于机体的损伤机制作用和运动对于衰老的延缓机制作用。对于这二者的评判标准便是运动的强度、形式、时间等以及运动者自身的健康水平和运动素质。目前人们为了延缓衰老，在运动方式上一般采用有氧运动。有氧运动是指人体在氧气充分供应的情况下进行的体育锻炼。即在运动过程中，人体吸入的氧气与需求相等，达到生理上的平衡状态。简单来说，有氧运动是指任何富韵律性的运动，其运动时间较长(约15分钟或以上)，运动强度在中等或中上的程度(最大心率之75%至85%)。适宜的运动对机体是一种良性的刺激，可引起机体产生适应性变化，从而保持健康，提升免疫能力。对于老年人健身运动，心率指标一般采用50% ～60%最大摄氧量强度，即心率达到110—120次/分，自我感觉轻松身体出汗，每周三次或隔日一次运动，至少坚持三个月。

1 自由基学说

美国学者Harman在1956年提出自由基学说，该学说认为衰老的自由基主要是氧自由基对细胞成分的有害攻击所造成的。自由基是指具有未配对电子的原子、原子团及分子，主要有氧自由基、羟自由基、过氧自由基、氮氧自由基等，是参与人体氧化还原反应最重要、最广泛的反应成分。自由基具有高度的强氧化活性，随着年龄的增长，体内的自由基逐渐积累，在体内直接或者间接的发挥强氧化剂作用，损伤生物体的大分子或多种细胞成分，且易产生连锁反应，对蛋白质、核酸、脂质等产生伤害作用，促进多种疾病的形成发展，最终导致生物体的衰老与死亡。机体内可清除自由基的氧化还原酶主要有超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽还原酶(GSH-Px)等。机体内自由基的生成和清除处于动态平衡中，研究表明，短时间剧烈运动并不引起机体自由基产生增多，只有长时间高强度的运动才可使机体自由基数量增多，但长期有氧运动却可以使安静状态下自由基的产生量减少。长期有氧运动还可提高机体抗氧化能力，同时保护机体免受自由基等的损害。运动训练引起抗氧化能力的改变在肌肉表现最为明显，这种现象可能反映了自由基产生的组织差异，同时也反映了不同组织基础抗氧化能力的差异。运动可以改变机体抗氧化能力即对自由基消除能力的影响，目前这方面的研究主要是希望通过运动来加速清除体内代谢产物及自由基清除。长期的有氧训练，有利于促进自由基的消除，抑制增龄引起的抗氧化能力的降低，调节机体氧化系统的平衡，对机体产生有益的影响，这也是有氧运动延缓衰老的主要机制。

2 线粒体DNA(mtDNA)损伤学说

1980年，Miquel和Cowoker提出衰老的线粒体假说，认为线粒体DNA的损伤是细胞衰老和死亡的分子基础，Linnane等对其进行了补充。线粒体mitochondrion，是真核细胞中由双层高度特化的单位膜围成的细胞器，主要功能是通过氧化磷酸化作用合成ATP，为细胞各种生理活动提供能量。除了能量转换作用外，线粒体研究已发展到活性氧生成、细胞Redox信号转导、细胞凋亡调控和基因表达的调节等相关领域。线粒体具有有氧呼吸的特殊功能，细胞内大部分氧在此被还原为水，小部分氧被电子传递链中漏流出来的电子单价还原，形成超氧化物阴离子，成为细胞内Ros的主要来源。线粒体产生的Ros可以直接介导细胞凋亡，氧自由基袭击mtDNA，可引发衰老。1999年美国麻省理工学院Guarente等人将DNA损伤列为引起生物衰老的首要因素。线粒体是体内氧自由基产生的主要场所，线粒体的生成量直接与呼吸链的功能密切相关。自由基可以使线粒体内膜脂过氧化，可造成膜流动性减少，酶活性改变及ATP和ADP偶合载体流的减少，线粒体DNA损伤丢失，引起线粒体呼吸链功能下降及能量合成障碍。线粒体呼吸链功能障碍，ATP合成不足会引起细胞凋亡。即衰老过程是氧自由基袭击mtDNA而引起的一个生物过程，线粒体功能的下降有可能加速细胞和组织的衰老。线粒体变性、渗透和破裂等是细胞衰老的重要研究，那么延缓线粒体的破坏过程，即可延缓衰老。

关于运动对线粒体的影响，Ozawa以线粒体为研究的始发角度，认为衰老线粒体功能改变使电子传递出现障碍，造成电子在线粒体内大量堆积，从而使线粒体内ROS生成增多，ROS的增多又进一步加剧了线粒体损伤，这样就形成了线粒体损伤→ROS增多→线粒体损伤，互为因果的恶性循环。研究表明长时间剧烈运动或力竭性运动使得机体自由基的生成增多，抗氧化能力下降，产生线粒体损伤。而长期有氧运动则可引起抗氧化酶的适应性改变，提高机体的抗氧化能力，保证线粒体结构的有效，有利于削弱或终止ROS恶性循环并形成与之相反的良性循环，从而对机体产生有益影响，促进健康和延缓衰老。

近年来关于线粒体在衰老过程中的作用已引起广泛关注，线粒体在衰老中的作用毋庸置疑，但是否因mtDNA突变引起线粒体衰老还存在争议，而且该机制还不清楚。有氧运动对mtDNA尤其是老年个体mtDNA的影响尚并不清楚。mtDNA缺失、突变、重排的发生可能在衰老的过程中起一定的作用，随着对线粒体的深入认识和研究，有助于推动运动科学研究衰老的进一步发展。

3 N—内分泌—免疫网络学说

1976年Everitte等提出神经内分泌学说，认为老年人退行性变化，分泌的活性因子更新下降，靶细胞反应性减退，急速分泌增多，可以引起一些疾病。另外神经内分泌的衰老属于内在变化，与该细胞基因决定簇有关。细胞和分子水平衰老也是神经内分泌衰老的基础。1977年Basedovsky提出N—内分泌—免疫网络学说。认为神经系统、内分泌系统与免疫系统之间存在完整的功能性调节环路。三大系统各成体系又相互配合，借助共同的信息分子并通过共同的交汇点相互作用和反作用，构成了完整的N—内分泌—免疫网络。N—内分泌—免疫调节网络的失衡可加速衰老的进程，而中枢神经系统及大脑功能减退是衰老的重要原因。机体内分泌功能随着年龄的增加而降低，激素的分泌失常，严重破坏体内稳态致使衰老。此外，机体免疫系统功能下降，如淋巴细胞数量、功能下降，综合免疫功能可靠性下降，使免疫疾病增多，导致衰老。

大量的研究证明，健身锻炼能够维持或提高机体神经—内分泌—免疫系统网络的功能，延缓衰老的进程。德国生理学家发现神经细胞过度活跃可使细胞体过度肥大，延缓衰老。那么使中枢神经系统活跃的体育活动显然可对延缓神经衰老起有利作用。运动对于免疫功能的影响，不仅仅是免疫系统自身功能状态的变化，更重要的是神经、内分泌系统的影响。这也是今后关于运动免疫方面的研究重点。

4 基因程序衰老学说

1961年美国学者Hayflick等研究细胞衰老时，发现人胚成纤维细胞在体外培养传代数为40—60代，平均为50代，不超过这个界限称为Hayflick界限。该学说认为机体的自然衰老是由基因所控制的，并被部分实验现象所认同。1996年有学者自人类遗传性早老症患者基因组中发现WRN基因，这是首次鉴定的与人类衰老有关的基因。也有一些科学家有根据不同生物衰老时间不同，同种生物衰老时间大致相似，提出细胞衰老的遗传程序学说。该学说认为衰老是一个主动过程，是机体本身固有的特征，是在一定阶段由一些基因依次触发启动所致，是一个由遗传程序所决定的自发事件，同生长、发育及成熟相似，是由某种遗传程序规定，按时表达出来的生命现象。目前已经发现了与衰老有关的DNA核苷酸序列。

5 端粒学说

1973年，前苏联科学家Olovnikow提出了衰老的端粒学说，他认为位于真核细胞线性染色体末端的重要结构——端粒，在细胞的每一次分裂过程中都会失去几十个基本核苷酸序列单元，当端粒缩短至一定的长度时，细胞就开始衰老甚至死亡。1990年，美国抗衰老专家Harley提出衰老的端粒学说，他认为位于染色体端部的染色粒(端粒)的长度与衰老和寿命密切相关。此学说的内容有:(1)生殖系细胞中含有端粒酶，端粒长度保持稳定;(2)正常体细胞不含端粒酶，端粒随细胞分裂逐渐缩短;(3)病毒癌基因使细胞寿命延长;(4)端粒继续缩短，细胞进入危机期，大多数细胞慢慢死亡。端粒又称端区，是真核生物染色体3＇-末端的特殊结构。由一连串重复的富含G(鸟嘌呤碱基)的DNA序列(TTAGGG)及相关蛋白组成，具有高度的保守性。端粒的主要功能是维持染色体结构的完整性和稳定性，保护染色体末端免于被化学修饰或被核酶降解，防止染色体在复制过程中丢失、重排或两条染色体的端区融合。随着年龄的增长，端粒逐步变短，老年人端粒长度明显短于青年。端粒的消失会使染色体发生畸变，从而使人类细胞丧失恢复能力，最终导致衰老;端粒的长短决定了细胞寿命，并与细胞衰老和癌变密切相关。

端粒酶在正常人体组织中的活性被抑制，会在肿瘤中被重新激活，并参与恶性转化。端粒酶在保持端粒稳定、基因组完整、细胞长期的活性和潜在的继续增殖能力等方面有重要作用。端粒酶的抗衰老作用具有一定的理论价值，但目前动物实验还较少，在人类的研究也刚刚开始。端粒和端粒酶与细胞衰老关系尽管还存在不少争议，但不少研究证明端粒的不断缩短是衰老发生机制中的一个重要环节，通过端粒酶来维持端粒的长度可使细胞的老化延缓。

6 细胞凋亡学说

细胞凋亡又称:“程序性细胞死亡”(PCD)，是多细胞生物体为保持自身组织稳定，调控自身细胞的增殖和死亡之间的平衡，是由基因控制的细胞主动性死亡过程。机体的生长发育及衰老都离不开细胞凋亡的调节，多种因素参与了细胞凋亡的调节过程。细胞凋亡是多细胞生物体在个体发育、生长、衰老等生命过程中清除了那些受损伤而不能修复的细胞，是基因调控的正常生理过程。细胞凋亡也是机体内的一种保护措施，用以维护机体遗传信息的稳定性，抵抗异常细胞的增殖，调节正常发育，维持机体平衡。细胞凋亡通过破坏重要的不可替代的细胞而对衰老发生影响，持这一学说者提出细胞凋亡以两种形式对衰老起作用:一是清除已经受损的和发生功能障碍的细胞，并以纤维组织代替，继续保持内环境稳定;二是清除不能再生的细胞，最终导致病理改变。

研究表明，运动时不仅存在细胞坏死还存在细胞凋亡的现象。目前已证实，在免疫细胞、骨骼肌和心肌细胞中存在由运动诱发的细胞凋亡。自由基和细胞凋亡密切相关，细胞凋亡是影响衰老进程的重要因素。运动减少时，能减轻自由基对机体细胞的损伤，延缓衰老;反之，则可导致细胞凋亡，促进衰老的进程。运动性肌肉损伤也与骨骼肌凋亡有关，但人们目前尚无法对运动或活动减少所引起的骨骼肌细胞凋亡现象作出合理的解释。目前，关于细胞凋亡率升高可加速衰老的机制仍不十分清楚。

上述学说都不能完全阐明衰老的机理，目前研究最为完善的是自由基学说，端粒学说近几年也已成为一个新的研究热点。此外还有错误成灾学说，热量摄入过剩学说，中毒学说等。通过对这些学说的研究，以求得开发运动对衰老作用的新领域。

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