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自由基(free radicals)，是指带不成对电子的原子、分子、离子或原子团。自由基的种类很多，如以氧(O)、碳(C)、氮(N)为中心的活性基团。活性氧族(reactive oxygen species, ROS)是生物体内一些氧化反应中形成的氧自由基，常见有超氧化阴离子(O2－)，过氧化氢(H2O2)，过氧化自由基(ROO－)和氢氧自由基(OH－)等形式。自由基外层具有非配对电子，其化学性质非常活泼，它既是电子供体，又是电子受体。
活性氧是生命活动中*的活性物质。自由基在体内可提高一些酶的活性，如核苷酸的合成和肝脏的解毒过程中，自由基可激活某些合成酶或解毒酶。自由基还参与机体内一些活性物质如前列腺素的合成。炎症过程中，自由基可促进炎性细胞吞噬细菌和杀死细菌，如中性粒细胞发生呼吸爆发时产生大量自由基，可杀死病原体。
ROS更多被赋予明确的病理意义。ROS可对细胞膜结构、核酸和蛋白分子产生氧化作用，引起其结构和功能障碍。ROS增多导致机体氧化应激反应(Oxidative Stress)造成细胞损伤，参与多种病理机制。百种以上的疾病状态都可能有ROS的参与。
机体通过一系列抗氧化机制，维持ROS的平衡，如超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)、过氧化氢酶(Catalase)等酶类和一些小分子还原物质，可去除细胞生成的ROS。
检测细胞ROS的含量，可以了解ROS在细胞一些生理和病理状态中的变化，分析药物效应和相关机制。由于ROS在体内存在的半衰期很短，仅为15秒左右，需要用敏感的方法对其进行检测。常用的ROS测定方法包括luminol及其它化合物与氧自由基的化学发光反应、ROS的电子自旋共振(electron spin resonance, ESR)测定，和自由基反应性荧光染料的测定方法。
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