有没有可能，氧气其实是一种慢性毒药，通常需要75-100年来杀死我们？

某种水平上，氧确实有“毒性”

关于氧化损伤、氧化应激之类，各人应该都有所听闻。但那并非什么新概念，早在接近70年前，1954年，Commoner等人就报导了在活体细胞内发现氧自在基[1][2]。

自在基指的是包罗一个或多个不成对电子的原子/分子[3]。后来，那个概念被扩大到了活性氧，即ROS（reactive oxygen species ），指以氧为中心的自在基或非自在基衍生物[4]。

1970年， McCord等人发现了匹敌自在基、匹敌氧化损伤的酶：超氧化物歧化酶[5][6]（SOD）；随后不久又发现，某些厌氧的细菌菌缺乏那些酶，若是把它们表露在通风、富含氧气的处所，它们就会停行生长。工做人员揣度，是缺乏匹敌氧化损伤的酶，招致那些细菌只能适应无氧情况（如动物肠道、土壤）。

1986年，Carlioz等人发现另一些厌氧的细菌体内也有匹敌氧化损伤的酶——SOD[7]，若是把那些细菌基因上产生SOD的片段剔除，它们就无法生长了；若是赐与与那些酶，它们又能够恢复活长，那大要是最早撑持氧具有毒性、生物需要一些防御手段来匹敌那种毒性的发现。

后来，分子生物学进一步确认ROS能够引起细胞大分子物量（碳水化合物、脂类、卵白量和DNA）发作氧化[8]，招致细胞损伤[9]、以至是细胞灭亡[10]；在病理层面，ROS也被认为在衰老相关的疾病中起了重要感化[11][12]，还在癌症/心血管疾病/糖尿病/高血压/神经退行性疾病中饰演关键角色[13][14][15][16]。

那就是氧气“毒性”说法的来源，固然有点题目党，但其实不完满是空穴来风。

固然氧有“毒性”，但是生物们已经习惯了良多亿年了

化石研究发现[17]最古老的微生物大要有30亿年的汗青了[18]。

不外大约25亿年前，地球的大气中根本上没有氧气[19][20][21][22]。后来可能因为早期原始藻类的光合感化或者其他原因，大气中的氧含量才快速上升[23][24][25]，那被称为大氧化事务[26][27][28]（Great Oxygenation Event，GOE）。

GOE从一些矿物被氧化得到了证明[23][29]。

GOE：地球生命史上第二个里程碑

也就是说，地球的生命起源于没有氧气的情况，从有生命到氧气增加，中间可能有5亿年之久。

早期的许多远古微生物已经习惯了没有氧气的生活情况[30]。情况中氧气浓度的上升，迫使它们开展出应对氧化损伤的法子[31][32]，例如匹敌氧化损伤的酶，超氧化歧化酶[5][6]。

那些酶存在的时间单元是亿年，曲到如今，也在人类的体内。不只如斯，所有哺乳动物的细胞都装备了相当完美的抗氧化系统。

多种重要的抗氧化酶[33]，包罗超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）[34]、谷胱甘肽复原酶[35][36]、过氧化氢酶；多种非酶形式的抗氧化剂[37]，如谷胱甘肽、尿酸、胆红素、维生素E、维生素C、β-胡萝卜素；我们熟知的褪黑素也是重要的抗氧化剂[38]，通过多种机造匹敌氧化损伤[39][40]，出格是对线粒体的氧化庇护感化[41]。褪黑素能够用过一些转运卵白（PEPT1/2、Glut、SLC2A）转运到线粒体中，或者能够在线粒体中间接合成[42][43]，它削减线粒体中自在基的构成，按捺促凋亡卵白，避免线粒体凋亡。褪黑素对线粒体的庇护

我之前的文章已经说过：尿酸在血液中也是一种十分重要的抗氧化剂。

早在大大都哺乳动物把尿酸转化为尿囊素排泄（浪费）掉的时候[44]，人类的祖先就已经十分伶俐的“自废”尿囊素基因[45]，不再把尿酸转化为尿囊素随便排泄掉[46][47]，收受接管了90%的尿酸[48][49]，当做血液中的抗氧化剂利用[50][51]。

尿酸能肃清自在基[52]、避免血液中的维生素C被氧化[53][54]、庇护红细胞免于氧化损伤[55]，还能庇护超氧化物歧化酶（SOD）[56][57]避免它失活[58]，庇护DNA削减氧化损伤[59]；对安康人、抽烟者、1型糖尿病患者和心血管疾病患者在内的差别人群研究发现，对血液中输入尿酸，可显著改善总抗氧化才能和保留血管内皮功用[60][61][62][63][64]。

所以，固然氧气在某种水平上说确实有“毒性”，但我们已经适应了，就像蛇不会被本身的毒毒死一样。当然，在衰老/抗氧化系统出问题的时候，氧气的慢性危害会逐步闪现出来。

既然氧有毒性，我们为什么还要操纵它？

谜底很简单，因为氧化（碳水和脂肪）获得的能量最多。

教材上写的很大白，关于同等量的碳水/脂肪来说，体外燃烧和体内氧化释放的能量是一样的。那证了然体内氧化是一种履历了漫长演化的、极为高效的，对能源物量的“翻开体例”。

碳水和脂肪在体内在氧化释放的能量不异

我之前的文章，已经解释过葡萄糖的彻底氧化过程：

葡萄糖的彻底氧化

那些步调比力繁琐，我们抓主干：

留意，糖酵解不需要氧气，它释放的能量很少（2个ATP）；三羧酸轮回释放的能量比糖酵解多得多[65]（30-32个ATP），它需要氧气。

因而只要那些构造简单、耗能较少、相对原始/简单/低等的细菌和微生物能够厌氧保存，而人类不可；人类缺氧几分钟就会窒息，因为我们的身体构造复杂、细胞数量庞大且高度分化，我们对能量的需求很高，那只能靠有氧氧化（三羧酸轮回）来满足。

做为撑持，生物研究早就发现了氧气和生物的身体尺寸之间有重要联系关系[66]：

一些肉食动物原来比猎物的体型更大，但因为其时氧气匮乏，它们不能不逐步演化，缩小身体尺寸[67][68]与浮游等一些简单的生活体例比拟，主动捕食猎物在能量上是高贵的（高需氧量）[69][70]，以至于消化成本也是[71]；一些大型捕食动物都喜好迁移到相对含氧量高的水域[72]；一些生活在低氧水域的乌贼演化为食腐动物[73]，因为食腐能节约捕食的能量（氧气）；远古低氧水域只能存在一些双胚层的小型生物[74]。

大氧化事务（GOE）发作后，地球的生命面对氧化损伤，但也面临庞大的机遇，因为它们获得了空前的能量获取程度的飞跃，那间接招致了原核生物的衰败、实核生物的兴起，以及后来多细胞生物的开展，地球生命的多样性和繁荣性史无前例的增加。

若是不是GOE，地球生物不会演化出三羧酸轮回。所以，我们讨论的不该该是氧气的毒性问题，而是，若是没有足够氧气，地球上就没有高档生命存在，没有人类，没有拿手机刷知乎的你。

人类的重要能量来源：脂肪供能只能走有氧氧化

人体内参与的脂类是甘油三酯，它包罗一个甘油骨架和3条脂肪酸链。甘油骨架能够转葡萄糖或者氧化，但是它供给的能量很少，绝大部门能量在脂肪酸中。

高档动物演化出了用脂肪贮存能量的体例，但是要操纵身体脂肪的能量，必需要氧气。

脂肪酸氧化

如上图所示，脂肪酸先被转化为脂酰CoA，再转乙酰辅CoA，然后进三羧酸轮回被彻底氧化合成。因为三羧酸轮回必需要氧气，所以没有足够的氧气脂肪酸就无法被氧化，也就无法供能，就等于没用了。

那会怎么样呢？当然是死。

因为脂肪贮存的能量占了人体的绝大部门，一个通俗70kg摆布的成年人体内的脂肪大约有10万大卡的热量，那是重要的保存保障。

若是不氧化脂肪，只靠糖，肝糖只要100g摆布，血糖只要5g摆布，贮存的能量只要400多点大卡（肌糖原不克不及被大脑和心脏利用，有400g肌糖原也没戏）；400多大卡只够消耗几个小时。

那种生物能在演化中活下来吗？我认为绝不成能。

还有心肌细胞次要消耗脂肪[65]就不说了。

曾经会有读者问：不氧化脂肪酸，能不克不及把脂肪酸转成糖类来氧化呢？那其实已经离开了有氧无氧的讨论，谜底是不克不及。

糖能够转化为脂肪：葡萄糖转丙酮酸，转乙酰CoA，转脂酰CoA，然后得到了脂肪酸；

葡萄糖到脂肪酸

但是脂肪酸不克不及间接改变为葡萄糖。因为丙酮酸到乙酰CoA是单向的，靠丙酮酸脱氢酶催化。此酶不克不及反向催化乙酰CoA到丙酮酸。

那提醒我们：低碳/高脂肪饮食，无法补足肌糖原，会严峻的障碍高强度训练（因为脂肪无法转化成葡萄糖），脂肪只能走有氧氧化，在无氧/高强度训练中供能速度很有限，所以低碳和生酮饮食，不合适中等以上强度的训练。

固然生酮商举过很多的例子（生酮饮食能够维持高强度运动），例如XXX球星、对举重运发动、体操运发动的研究等等。那些例子不敷以申明问题，因为研究的样本量小、研究少、没有达成学术界共识。

更重要的是，那些研究用的运发动，他们是一类特殊人群，他们体内保留的糖可能远超越通俗人：有研究发现，摄入的糖降低了80%，肝糖只下降了50%——那可能申明，人体十分喜好糖，在糖不敷的时候，人体要千方百计要保留糖（可能是给红细胞用，因为红细胞只能使糖不克不及用脂肪）。

那类话题我们将来有时机细说。

总而言之，氧气能够算有毒性，但我们的远古祖先早就适应了。更重要的是，没有氧气也不会有大型、复杂的高档动物，那比毒不毒的重要多了。 扩展阅读

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参考^Commoner B., Townsend J., Pake G.E. Free radicals in biological materials. Nature. 1954;174:689–691. ^Chandrasekaran A, Idelchik MDPS, Melendez JA. Redox control of senescence and age-related disease. Redox Biol. 2017;11:91–102.^Halliwell B, Gutteridge J. Free Radicals in Biology and Medicine. Oxford, UK: Oxford Univ. Press; 2007.^Halliwell B., Gutteridge J. 4th ed. Oxford Press; Oxford: 2007. Free radicals in biology and medicine.^abCord JM, Keele BB Jr., and Fridovich I (1971) An enzyme-based theory of obligate anaerobiosis: the physiological function of superoxide dismutase. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 68: 1024–1027.^abSuperoxide dismutases. An adaptation to a paramagnetic gas. J. Biol. Chem. 1989; 264: 7761-7764^Carlioz A, and Touati D (1986) Isolation of superoxide dismutase mutants in Escherichia coli: is superoxide dismutase necessary for aerobic life? EMBO J. 5: 623–630. ^Salisbury D, Bronas U. Reactive oxygen and nitrogen species: impact on endothelial dysfunction. Nurs Res. 2015;64(1):53–66. ^Benzie I.F.F. (2000) Evolution of antioxidant defence mechanisms. Eur J Nutr 39:53–61^Ślesak I., Libik M., Karpinska B., Karpiński S., and Miszalski Z. (2007) The role of hydrogen peroxide in regulation of plant metabolism and cellular signalling in response to environmental stresses. Acta Biochim Pol 54:39–50^Venkataraman K, Khurana S, Tai TC. Oxidative stress in aging – matters of the heart and mind. Int J Mol Sci. 2013;14(9):17897–17925. ^Genestra M. Oxyl radicals, redox-sensitive signalling cascades and antioxidants. Cell Signal. 2007;19(9):1807–1819.^Kruk J., Aboul-Enein H.Y., Kladna A., Bowser J.E. Oxidative stress in biological systems and its relation with pathophysiological functions: the effect of physical activity on cellular redox homeostasis. Free Radic Res. 2019;53:497–521. ^Liguori I., Russo G., Curcio F., Bulli G., Aran L., Della-Morte D. Oxidative stress, aging, and diseases. Clin Interv Aging. 2018;13:757–772.^Valko M., Rhodes C.J., Moncol J., Izakovic M., Mazur M. Free radicals, metals and antioxidants in oxidative stress-induced cancer. Chem Biol Interact. 2006;160:1–40.^Wei W., Liu Q., Tan Y., Liu L., Li X., Cai L. Oxidative stress, diabetes, and diabetic complications. Hemoglobin. 2009;33:370–377.^Barghoorn E. S., Tyler S. A., Microorganisms from the Gunflint Chert. Science 147, 563–575 (1965).^Allsopp H. L., Roberts H. R., Schreiner G. D. L., Hunter D. R., Rb-Sr age measurements on various Swaziland granites. J. Geophys. Res. 67, 5307–5313 (1962).^Farquhar J., Bao H., Thiemens M., Atmospheric influence of earth’s earliest sulfur cycle. Science 289, 756–758^H. D. Holland, The Chemistry of the Atmosphere and Oceans (Wiley-Interscience, New York, 1978^Holland H. D., The oxygenation of the atmosphere and oceans. Philos. Trans. R. Soc. London Ser. B 361, 903–915^Rasmussen B., Buick R., Redox state of the Archean atmosphere: Evidence from detrital heavy minerals in ca. 3250-2750 Ma sandstones from the Pilbara Craton, Australia. Geology 27, 115–118^ab Holland H. D., The oxygenation of the atmosphere and oceans. Philos. Trans. R. Soc. London Ser. B 361, 903–915^Canfield D. E., The early history of atmospheric oxygen: Homage to Robert M. Garrels. Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 33, 1–36 (2005). ^Kump L. R., The rise of atmospheric oxygen. Nature 451, 277–278 (2008).^ Frei R., Gaucher C., Poulton S. W., Canfield D. E., Fluctuations in Precambrian atmospheric oxygenation recorded by chromium isotopes. Nature 461, 250–253 (2009). ^Konhauser K. O., Lalonde S. V., Planavsky N. J., Pecoits E., Lyons T. W., Mojzsis S. J., Rouxel O., Barley M. E., Rosìere C., Fralick P. W., Kump L. R., Bekker A., Aerobic bacterial pyrite oxidation and acid rock drainage during the Great Oxidation Event. Nature 478, 369–374 (2011).^Scott C., Lyons T. W., Bekker A., Shen Y., Poulton S. W., Chu X., Anbar A. D., Tracing the stepwise oxygenation of the Proterozoic ocean. Nature 452, 456–459 (2008)^Kasting J. F., Ono S., Palaeoclimates: The first two billion years. Philos. Trans. R. Soc. London Ser. B 361, 917–929 (2006). ^Maryam Khademian James A. Imlay.How Microbes Evolved to Tolerate Oxygen.REVIEW| VOLUME 29, ISSUE 5, P428-440, MAY 01, 2021.^Zheng Lu & James A. Imlay.When anaerobes encounter oxygen: mechanisms of oxygen toxicity, tolerance and defence.Nature Reviews Microbiology volume 19, pages774–785 (2021)^F E Jenney Jr 1, M F Verhagen, X Cui, M W Adams.Anaerobic microbes: oxygen detoxification without superoxide dismutase.Science. 1999 Oct 8;286(5438):306-9.^Andrade FH, Reid MB, Allen DG, Westerblad H. Effect of hydrogen peroxide and dithiothreitol on contractile function of single skeletal muscle fibres from the mouse. J Physiol. 1998;509:565–575.^ Andrade FH, Reid MB, Allen DG, Westerblad H. Effect of nitric oxide on single skeletal muscle fibres from the mouse. J Physiol. 1998;509:577–586.^Anzai K, Ogawa K, Ozawa T, Yamamoto H. Oxidative modification of ion channel activity of ryanodine receptor. Antioxid Redox Signal. 2000;2:35–40.^Anzueto A, Andrade FH, Maxwell LC, Levine SM, Lawrence RA, Gibbons WJ, Jenkinson SG. Resistive breathing activates the glutathione redox cycle and impairs performance of rat diaphragm. J Appl Physiol. 1992;72:529–534.^Alessio HM, Goldfarb AH, Cutler RG. MDA content increases in fast- and slow-twitch skeletal muscle with intensity of exercise in a rat. Am J Physiol Cell Physiol. 1988;255:C874–C877. ^Reiter R.J., Mayo J.C., Tan D.X., Sainz R.M., Alatorre-Jimenez M., Qin L. Melatonin as an Antioxidant: Under Promises but over Delivers. J. Pineal Res. 2016;61:253–278.^Poeggeler B., Reiter R.J., Tan D.-X., Chen L.-D., Manchester L.C. Melatonin, Hydroxyl Radical-mediated Oxidative Damage, and Aging: A Hypothesis. J. Pineal Res. 1993;14:151–168. ^Galano A., Tan D.X., Reiter R.J. Melatonin: A Versatile Protector against Oxidative DNA Damage. Molecules. 2018;23:530. ^an D.X., Manchester L.C., Qin L., Reiter R.J. Melatonin: A Mitochondrial Targeting Molecule Involving Mitochondrial Protection and Dynamics. Int. J. Mol. Sci. 2016;17:2124.^Huo X., Wang C., Yu Z., Peng Y., Wang S., Feng S., Zhang S., Tian X., Sun C., Liu K., et al. Human Transporters, PEPT1/2, Facilitate Melatonin Transportation into Mitochondria of Cancer Cells: An Implication of the Therapeutic Potential. J. Pineal Res. 2017;62:e12390. ^Mayo J.C., Sainz R.M., González-Menéndez P., Hevia D., Cernuda-Cernuda R. Melatonin Transport into Mitochondria. Cell. Mol. Life Sci. 2017;74:3927–3940.^Lee I.R., Yang L., Sebetso G., Allen R., Doan T.H., Blundell R., Lui E.Y., Morrow C.A., Fraser J.A. Characterization of the complete uric acid degradation pathway in the fungal pathogen Cryptococcus neoformans. PLoS ONE. 2013;8:e64292.^Masako Oda, Yoko Satta, Osamu Takenaka, Naoyuki Takahata.Loss of urate oxidase activity in hominoids and its evolutionary implications.Mol Biol Evol. 2002 May;19(5):640-53.^Masako Oda, Yoko Satta, Osamu Takenaka, Naoyuki Takahata.Loss of urate oxidase activity in hominoids and its evolutionary implications.Mol Biol Evol. 2002 May;19(5):640-53.^Fatemeh Dabbagh, Mohammad B Ghoshoon, Shiva Hemmati, Mozhdeh Zamani, Milad Mohkam, Younes Ghasemi.Engineering Human Urate Oxidase: Towards Reactivating It as an Important Therapeutic Enzyme.Curr Pharm Biotechnol.2015;17(2):141-6.^Jessica Maiuolo, Francesca Oppedisano, Santo Gratteri, Carolina Muscoli, Vincenzo Mollace.Regulation of uric acid metabolism and excretion.Int J Cardiol. 2016 Jun 15;213:8-14.^Jessica Maiuolo, Gratteri S, Muscoli C, Mollace V.(2016). Regulation of Uric Acid Metabolism and Excretion. Int.J.Cardiol.15,8–14.^Nieto C. I. F. J., Gross M. D., Comstock G. W., Cutler R. G. (2000). Uric Acid and Serum Antioxidant Capacity: a Reaction to Atherosclerosis? Atherosclerosis 148, 131–139.^Wang Q., Wen X., Kong J. (2020). Recent Progress on Uric Acid Detection: A Review. Crit. Rev. Anal Chem. 50, 359–375.^Maples KR, Mason RP. Free radical metabolite of uric acid.J Biol Chem.1988;263:1709–12.^Sevanian A, Davies KJ, Hochstein P. Conservation of vitamin C by uric acid in blood.J Free Radic Biol Med.1985;1:117–24.^Davies KJ, Sevanian A, Muakkassah-Kelly SF, Hochstein P. Uric acid-iron ion complexes. A new aspect of the antioxidant functions of uric acid.Biochem J.1986;235:747–54.^B N Ames, R Cathcart, E Schwiers, and P Hochstein.Uric acid provides an antioxidant defense in humans against oxidant- and radical-caused aging and cancer: a hypothesis.Proc Natl Acad Sci U S A. 1981 Nov; 78(11): 6858–6862.^Hink H.U., Fukai T. Extracellular superoxide dismutase, uric acid, and atherosclerosis. Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. 2002;67:483–490.^Hink H.U., Santanam N., Dikalov S., McCann L., Nguyen A.D., Parthasarathy S., Harrison D.G., Fukai T. Peroxidase properties of extracellular superoxide dismutase: Role of uric acid in modulating in vivo activity. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2002;22:1402–1408.^Bassanese G., Wlodkowski T., Servais A., Heidet L., Roccatello D., Emma F., et al. (2021). The European Rare Kidney Disease Registry (ERKReg): Objectives, Design and Initial Results. Orphanet J. Rare Dis. 16, 251.^Simic M.G., Jovanovic S.V. Antioxidation mechanisms of uric acid. J. Am. Chem. Soc. 1989;111:5778–5782.^Waring W.S. Uric acid: An important antioxidant in acute ischaemic stroke. QJM. 2002;95:691–693.^Waring W.S., Convery A., Mishra V., Shenkin A., Webb D.J., Maxwell S.R. Uric acid reduces exercise-induced oxidative stress in healthy adults. Clin. Sci. (Lond.) 2003;105:425–430.^Waring W.S., Maxwell S.R., Webb D.J. Uric acid concentrations and the mechanisms of cardiovascular disease. Eur. Heart J. 2002;23:1888–1889.^Waring W.S., McKnight J.A., Webb D.J., Maxwell S.R. Uric acid restores endothelial function in patients with type 1 diabetes and regular smokers. Diabetes. 2006;55:3127–3132.^Waring W.S., Webb D.J., Maxwell S.R. Systemic uric acid administration increases serum antioxidant capacity in healthy volunteers. J. Cardiovasc. Pharmacol. 2001;38:365–371.^abMetabolism.Ayesha Judge and Michael S. Dodd.Essays Biochem. 2020 Oct; 64(4): 607–647.^Payne JL, et al. The evolutionary consequences of oxygenic photosynthesis: A body size perspective. Photosynth Res. 2011;107(1):37–57.^Levin LA. Oxygen minimum zone benthos: Adaptation and community response to hypoxia. Oceanogr Mar Biol Annu Rev. 2003;41:1–45.^Gooday AJ, et al. Faunal responses to oxygen gradients on the Pakistan margin: a comparison of foraminiferans, macrofauna and megafauna. Deep Sea Res Part II Top Stud Oceanogr. 2009;56(6-7):488–502.^Taghon GL. The benefits and costs of deposit feeding in the polychaete Abarenicola pacifica. Limnol Oceanogr. 1988;33(5):1166–1175^ Jorgensen C, Mohlenberg F, Sten-Knudsen O. Nature of relation between ventilation and oxygen consumption in filter feeders. Mar Ecol Prog Ser. 1986;29:73–88.^ Secor SM. Specific dynamic action: A review of the postprandial metabolic response. J Comp Physiol B. 2009;179(1):1–56. ^Childress JJ, Seibel BA. Life at stable low oxygen levels: Adaptations of animals to oceanic oxygen minimum layers. J Exp Biol. 1998;201(Pt 8):1223–1232.^Hoving HJT, Robison BH. Vampire squid: Detritivores in the oxygen minimum zone. Proc Biol Sci. 2012;279(1747):4559–4567. ^ Sperling EA, Halverson GP, Knoll AH, Macdonald FA, Johnston DT. A basin redox transect at the dawn of animal life. Earth Planet Sci Lett. 2013;371–372:143–155.