رادیکال های آزاد[1] گونه های شیمیایی حاوی یک یا تعداد بیشتری الکترون جفت نشده هستند که بطور مداوم در همه سلول های زنده تولید می شوند، قادر به موجودیت بصورت مستقل نیستند، و برای رسیدن به پایداری با مولکول های دیگر وارد واکنش می شوند. در شرایط طبیعی روزانه در سلول ها درحدود  گونه واکنشی تولید می شود که معادل مول در روز است(24). فعالیت عضلانی منجر به افزایش تولید رادیکال های آزاد و اشکال دیگر گونه های اکسیژن واکنشی می شود. عمده ترین گونه های رادیکالی و غیر رادیکالی که در طی ورزش در بدن تولید می شوند، عبارتند از سوپر اکساید[2]،پراکسید هیدروژن[3] ، رادیکال هیدروکسیل[4]،نیتریک اکساید[5]، پراکسی نیتریت[6] و گونه های رادیکالی ثانویه[7]. منابع تولید گونه های واکنشی در پاسخ به فعالیت و تمرین ورزشی عبارتند از: تراوش الکترون از زنجیره انتقال الکترون میتوکندری، افزایش فعالیت آنزیم های گزانتین اکسیداز(XO) و مجموعهNADPH اکسیداز، اکسایش کاتکولامین ها، انفجار فاگوسیت های تنفسی و تخریب پروتئین های حاوی آهن(25-27).

گونه های اکسیژن واکنشی(ROS)[8] یک اصطلاح عمومی است که نه تنها به رادیکال های اکسیژن مرکز،جایی که مرکز واکنش است، بلکه به گونه های غیر رادیکالی اما از مشتقات واکنشی اکسیژن(مانند پراکسید هیدروژن) نیز اطلاق می شود. به طور مشابه، اصطلاح گونه های نیتروژن واکنشی(RNS)[9] به رادیکال های نیتروژن همراه با مولکول های واکنشی دیگر، جایی که مرکز واکنش نیتروژن است،اطلاق می گردد(28).رادیکال آزاد یک مولکول یا اتم یا یک الکترون جفت نشده است که به صورت قراردادی به صورت یک نقطه “•”روی مولکول یا اتم موردنظر مشخص می شود: مانند رادیکال هیدروکسیل که به صورت  نشان داده می شود(28).

2-2-1 . گونه های واکنشی اولیه

2-2-1-1 . سوپراکساید

سوپراکساید از یک مولکول اکسیژن همراه با یک الکترون تشکیل شده که به صورت  نشان داده می شود. یکی از عمده ترین گونه های واکنشی است که در استراحت و درطی فعالیت ورزشی،تولید می شود. منبع عمده تولید سوپراکساید،تارهای عضله اسکلتی هستند(29, 30).

2-2-1-2 . پراکسید هیدروژن

پراکسید هیدروژن ترکیبی است غیر رادیکالی، پایدار و نفوذپذیر از غشاء(قادر به سوراخ کردن لیپیدهای غشایی است) که نیمه عمر نسبتا بالایی دارد.چون در فضای بین دو لایه میتوکندری، واحد آنزیمی دیسموته کننده سوپرکساید قرار دارد پراکسید هیدروژن موجود در مایع خارج سلولی،منشا میتوکندریایی دارد بطوری که پراکسید هیدروژن به راحتی می تواند از غشای دولایه میتوکندری و غشای پلاسمایی سلولی عبور کرده و وارد فضای خارج سلولی شود. از این رو، بیشترین مقدار افزایش در پراکسیدهیدروژن خارج سلولی در طی فعالیت های هوازی که میتوکندری را فعال می سازد،گزارش شده است. پلاسما تقریبا حاوی25/ میکرومول پراکسید هیدروژن است زیرا پراکسیدهیدروژن بطور مداوم توسط همه بافت ها تولید شده و فورا به داخل پلاسما ریخته می شود(31).پراکسید هیدروژن قادر به اکسید کردن مستقیمDNA و لیپیدها نیست اما ازطریق واکنش فنتون[10] و تشکیل رادیکال هیدروکسیل موجب آسیب سلولی می شود(32).

2-2-1-3 . رادیکال هیدروکسیل

رادیکال های هیدروکسیل مخرب ترینROS موجود در مواد بیولوژیکی هستند که موجب آسیب اکسایشی ساختارهای سلولی به ویژه پروتئین ها و ساختارهای ژنتیکی می شوند.واکنش پذیری چنان بالاست که اثبات حضور آن ها در ارگانیسم زنده تقریبا غیرممکن است و بجای آن از طریق ارزیابی تولیدات ویژه اکسایشی در سیستم های بیولوژیک، مورد بررسی قرار میگیرند(32).

2-2-1-4 . نیتریک اکساید(NO)

یکی دیگر از عمده ترین گونه های واکنشی که در استراحت و در طی فعالیت ورزشی تولید می شود نیتریک اکساید غیر رادیکالی است.NOبه آسانی با گونه های دیگر رادیکالی واکنش می دهد(رادیکال های پروکسیل و آلکیل) و گونه های با ضوابط واکنشی پایین تر را تولید می کند و ازاین طریق به عنوان یک جمع کننده رادیکالی عمل می نماید(28). همچنین،NO با اکسیژن برای تشکیل نیتریک دی اکساید[11] واکنش می دهد. با وجود این اگر سوپراکساید به موازات NO در مقادیر زیاد تولید شود، به سرعت باهم واکنش می دهند و موجب تشکیل ترکیب فوق العاده سمی بنام پراکسی نیتریت می شوند(26).

2-2-1-5 . پراکسی نیتریت

پراکسی نیتریت یک عامل اکسایشی قوی است که منجر به تخلیه گروه های تیول،آسیب بهDNA و نیتروژن زدایی پروتئین ها می شود. همچنین، پراکسی نیتریت بطور مستقیم یا ازطریق ترکیبات واکنشی خود، موجب اکسایش لیپوپروتئین با چگالی پائین(LDL)[12] آزاد سازی یون های مس با تجزیه سرولوپلاسمین(آلفاگلوبولینی که قسمت اعظم یون مس سرم را منتقل می کند) و حمله به جایگاه تیروزین در بیشتر پروتئین ها می شود(26).

2-2-2 . گونه های واکنشی ثانویه

از آنجایی که رادیکال های آزاد می توانند واکنش های زنجیره رادیکالی را در تعدادی از مولکول های بیولوژیکی ایجاد کنند، یک سری از گونه های رادیکالی آزاد دیگر در سلول ها در طی این فرایندها ایجاد می شوند. به این گونه های واکنشی که بعد از حمله اکسایشی گونه های واکنشی اولیه ایجاد می شوند،گونه های رادیکال ثانویه اطلاق می شود(26). در واقع این گونه های رادیکالی از حمله اکسایشی گونه های واکنشی اولیه ایجاد می شوند.

2-2-2-1 . منابع تولید گونه های واکنشی

منابع بافتی بالقوه ای وجود دارند که موجب تولید و رها سازی گونه های اکسیژن و نیتروژن واکنشی در طی فعالیت های ورزشی می شوند. اکثر متخصصین معتقدند که عضله اسکلتی منبع عمده ROS تولید شده در طی فعالیت ورزشی است. با این حال، این امکان وجود دارد که در شرایط خاص،بافتهای دیگری مانند: سلول های اندوتلیال،میوسیت های قلبی،کبد، ریه یا سلول های خونی سفید؛ در تولیدROS مشارکت داشته باشند(26, 29, 30). منابع تولید گونه های واکنشی به دو دسته؛ الف- منابع اولیه و ب- منابع ثانویه تقسیم می شوند:

2-2-2-1-1 . منابع اولیه تولید گونه های واکنشی

2-2-2-1-1-1 . میتوکندری

متابولیسم اکسایشی در پستانداران مستلزم کاهش اکسیژن مولکولی در میتوکندری است. تازمانی که اکسیژن کافی در دسترس باشد، این سیستم تولید تداومی فسفات پرانرژی یعنی آدنوزین تری فسفات(ATP) را میسر می سازد. باوجود این، عنوان شده است که از هر25 مولکول اکسیژن که در فرایند تولیدATPمصرف می شود، یک رادیکال آزاد تولید میگردد(27, 32, 33). در زمان رها سازی انرژی در زنجیره انتقال الکترون میتوکندری،مولکول اکسیژن چهار بار متحمل کاهش الکترون می شود و این کاهش الکترون توسط سیتوکروم اکسیداز،کاتالیز می شود. عنوان شده است که این فرایند، مسئول 95 تا98 درصد مصرف اکسیژن بافتی است؛ اما اکسیژن باقی مانده(یعنی 2 تا5 درصد)، متحمل کاهش الکترون و تولید رادیکال سوپراکساید می شوند(27, 32, 33).

2-2-2-1-1-2 . گزانتین اکسیداز

گونه های اکسیژن واکنشی در پاسخ به فعال سازی یک سری از آنزیم ها، مانند گزانتین اکسیداز(XO) تولید می شوند. آنزیم XO در مقادیر پایین، در میوسیت های عضله اسکلتی؛ و در مقادیر بالا، در اندوتلیوم عروقی وجود دارد(33).آنزیمXO  به طور عمده مسئول تولید رادیکال آزاد در فعالیت های ورزشی غیر هوازی و در شرایط کم خونی/برقراری مجدد جریان خون[13] است(27, 32, 33). در این راستا عنوان شده است که دو آزمون بروس(هوازی) و وینگیت(بی هوازی) موجب افزایش فعالیت XO پلاسمایی می شوند(34).

2-2-2-1-1-2 . NADPH اکسیداز

ایزوفرم های NADPH اکسیداز عمدتا مسئول تولید سوپراکساید در سلول های فاگوسیتی و سلول های اندوتلیالی هستند، اما نشان داده شده است که سلول های دیگر مانند میوسیت های عضله اسکلتی و قلبی،نیز سوپر اکساید تولید می کنند(29). این مجموعه آنزیمی در لوله های عرضی، شبکه سارکوپلاسمی(SR) و غشای پلاسمایی میوتوب های عضله اسکلتی و قلبی قرار دارد و به موازات دپلاریزاسیون غشای پلاسمایی، فعالیت آن و میزان تولید گونه های واکنشی افزایش می یابد(26). سوپراکساید تولیدشده در این مجموعه، در سلول های اندوتلیال موجب افزایش نشت پذیری، تکثیر و مهاجرت سلول اندوتلیال و درنهایت، رگ زایی[14]می شود(35, 36).

2-2-2-1-1-3 . فسفولیپاز A2

فسفولیپازA2 (PLA2)[15] آنزیمی است که فسفولیپیدهای غشایی را برای آزادکردن اسید آراشیدونیک می شکند. فعال سازیPLA2 موجب تحریک فعالیت NADPH اکسیداز، افزایش تولیدROS میتوکندری عضله و سیتوزول، و رها سازیROS به فضای خارج سلولی می شود(26).PLA2 به دو صورت وابسته و مستقل از کلسیم، در تولیدROS عضله اسکلتی نقش دارد.PLA2  مستقل از کلسیم،تعیین کننده اصلی فعالیت ROS تحت شرایط استراحتی(پایه) است، درحالی که در طی انقباضات عضلانی،فشار گرمایی،یا فرایندهای دیگر که موجب افزایش غلظت کلسیم درون سلولی می شوند؛ PLA2 وابسته به کلسیم فعال می شود و تولیدROS را در مقادیر بالاتر از حالت پایه، تحریک می کند(26).

2-2-2-1-1-4 . کاتکولامین ها

کاتکولامین ها متابولیسم اکسایشی عضله اسکلتی و عضله قلبی را از طریق فعالسازی گیرنده های بتا آدرنرژیک ، افزایش داده و از این طریق، میزان تولیدROS میتوکندریایی را در طی احیاء O2 به H2O، افزایش می دهند(33). به علاوه، اکسایش خود به خودی آدرنالین که به آدرنوکروم[16](فرآورده آجری رنگ اکسایش آدرنالین که در تراوایی مویرگ موثر است)، موجب تولید سوپراکساید می شود که به عنوان منبع مهم تولیدROS در شرایط کم خونی/برقراری مجدد جریان خون شناخته می شود(32, 33).

2-2-2-1-1-5 . پراکسی زوم ها

پراکسی زوم ها[17] ارگانل های درون سلولی هستند که در اکسایش غیرمیتوکندریایی اسیدهای چرب و اسیدهای آمینه فرمD نقش دارند. تحت شرایط فیزیولوژیک،پراکسی زوم ها مسئول تولید وضعیت یکنواختH2O2 و نه سوپراکساید، هستند. کبد در حالت استراحت، تنها ارگانی است که پراکسی زوم های آن در تولیدH2O2 مشارکت دارند. گرسنگی طولانی مدت موجب افزایش تولیدH2O2 می شود، زیرا اکسایش اسیدهای چرب در این اندامک ها افزایش می یابد. مشابه شرایط گرسنگی،اسیدهای چرب سوبسترای اصلی انرژی برای عضله اسکلتی و قلبی در طی فعالیت های ورزشی طولانی مدت هستند؛ از این رو،پراکسی زوم ها جایگاه مستعد تولیدH2O2 در طی این نوع فعالیت های ورزشی به شمار می روند(37).

2-2-2-1-1-6 . نیتریک اکساید سنتتاز

سنتزNO ازطریق سه نوع عمدهNOS،صورت میگیرد؛NOS عصبی(Nnos)[18] که در اصل در بافت عصبی یافت می شود؛ اما در بیشتر انواع سلولی نیز وجود دارد.NOS اندوتلیالی (eNOS)[19] که در سلول اندوتلیال یافت می شود؛ و NOS قابل القاء ((i NOS که غالبا در شرایط التهابی یافت می شود. عضله اسکلتی بطور طبیعی موجب افزایش بیان ایزوفرم های عصبی و اندوتلیالی NOS می شود. nNOSمنبع عمده تولید کننده NO در عضله اسکلتی درحال انقباض است. افزایش NO چندین ساعت بعد از اجرای ورزشی توام با آسیب عضلانی، از افزایش فعالیت iNOS که تغییر همسو با افزایش فعالیت سلول های ایمنی است، ناشی می شود(26, 30).

2-2-2-1-2 . منابع ثانویه تولید گونه های واکنشی

تعدادی دیگر از منابع تولید کننده رادیکال های آزاد در داخل عضله اسکلتی وجود دارند که متعاقب آسیب عضلانی فعال می شوند. این منابع ثانویه ممکن است نقش مهمی در گسترش یا تشدید فرایند بیماری داشته باشند، یا ممکن است صرفا به عنوان بخشی از پاسخ های سازگاری بدن باشند که موجب آماده سازی کارآمد بافت آسیب دیده شده و امکان ترمیم بافتی سریع تر را امکان پذیر می سازند(32, 33, 37). منابع ثانویه تولید گونه های واکنشی شامل: سلول های فاگوسیتی،رابدومیولیزیس(تجمع میوگلوبین در کلیه براثر آسیب عضلانی)،تولید رادیکال آزاد به خاطر انباشتگی کلسیم در عضله اسکلتی و تولید رادیکال آزاد ناشی از یون های آهن می باشند(32, 33, 37).

[1]. Free radicals

[2]. Superoxide

[3]. Hydrogen peroxide

[4]. Hydrogen radical

[5]. Nitric oxide(NO)

[6].Peroxynitrite

[7]. Secondary radical species

[8]. Reactive oxygen species(ROS)

[9]. Reactive nitrogen species(RNS)

[10]. Fenton reaction

[11].Nitric dioxide

[12].Low density lipoprotein(LDL)

[13].Ischemia/Reperfusion

[14]. Angiogenesis

[15]. Phospholipase  A2(PLA2)

[16].Adrenochrome

[17]. Peroxisomes

[18].Neuronal NOS(Nnos)

[19].Endothelial NOS(e NOS)