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自由基(free radicals)，是指帶不成對電子的原子、分子、離子或原子團。自由基的種類很多，如以氧(O)、碳(C)、氮(N)為中心的活性基團。活性氧族(reactive oxygen species, ROS)是生物體內一些氧化反應中形成的氧自由基，常見有超氧化陰離子(O2－)，過氧化氫(H2O2)，過氧化自由基(ROO－)和氫氧自由基(OH－)等形式。自由基外層具有非配對電子，其化學性質非常活潑，它既是電子供體，又是電子受體。
活性氧是生命活動中*的活性物質。自由基在體內可提高一些酶的活性，如核苷酸的合成和肝臟的解毒過程中，自由基可激活某些合成酶或解毒酶。自由基還參與機體內一些活性物質如前列腺素的合成。炎癥過程中，自由基可促進炎性細胞吞噬細菌和殺死細菌，如中性粒細胞發生呼吸爆發時產生大量自由基，可殺死病原體。
ROS更多被賦予明確的病理意義。ROS可對細胞膜結構、核酸和蛋白分子產生氧化作用，引起其結構和功能障礙。ROS增多導致機體氧化應激反應(Oxidative Stress)造成細胞損傷，參與多種病理機制。百種以上的疾病狀態都可能有ROS的參與。
機體通過一系列抗氧化機制，維持ROS的平衡，如超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)、過氧化氫酶(Catalase)等酶類和一些小分子還原物質，可去除細胞生成的ROS。
檢測細胞ROS的含量，可以了解ROS在細胞一些生理和病理狀態中的變化，分析藥物效應和相關機制。由于ROS在體內存在的半衰期很短，僅為15秒左右，需要用敏感的方法對其進行檢測。常用的ROS測定方法包括luminol及其它化合物與氧自由基的化學發光反應、ROS的電子自旋共振(electron spin resonance, ESR)測定，和自由基反應性熒光染料的測定方法。
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