THAM LUẬN VỀ GỐC TỰ DO Gs. Phan Chúc Lâm Chủ tịch Danh dự Hội thàn kinh học Việt Nam LTS: Gốc tự do - loại cấu trúc hoá học của hệ thần kinh. Hiện nay trên “ thị trường thuốc có hãng thuốc “rùm beng" giới thiệu loại thuốc chống gốc tự do “bảo vệ não và điều trị các bệnh mạch máu não “ ..... Tòa soạn Tạp chí Thần kinh học Việt Nam xin giới thiệu bài của giáo sư Phan Chúc Lâm, Chủ tịch danh dự Hội Thần kinh học Việt Nam để mọi người biết và hiểu đúng để điều trị đúng bệnh mạch máu não. Qua những nghiên cứu gần đây, người ta càng ngày càng hiểu rõ hơn về vai trò quan trọng của các gốc tự do trong chết tế bào. Vậy gốc tự do là gì, chúng gây chết tế bào như thế nào và có vai trò gì trong các bệnh ? Gốc tự do là trạng thái cấu trúc của phân tử có một điện tử lẻ ở quỹ đạo điện tử ngoài cùng, trong khi các phân tử của hệ sinh học đều có số điện tử chẵn ở lớp ngoài cùng. Vì vậy gốc tự do có đặc điểm là rất kém ổn định, chúng sẵn sàng phản ứng với phân tử hoặc nguyên tử lân cận, cho đi hoặc nhận thêm một điện tử để hoàn chỉnh quỹ đạo điện tử ngoài cùng của mình. Có thể phân loại các gốc tự do thành 3 nhóm: (A) Các gốc tự do oxygen, (B) gốc tự do Nitric Oxid (NO) và (C) các gốc tự do thứ phát do các gốc tự do nguyên phát (A) và (B) gây ra. A. CÁC GỐC TỰ DO OXYGEN
1
Sinh vật không thể duy trì được sự sống nếu thiếu oxygen dù chỉ trong một thời gian ngắn, vì vậy oxygen liên tục được cung cấp cho các tế bào qua các hệ vi tuần hoàn rộng lớn của cơ thể. Trong toàn bộ số lượng oxygen cung cấp cho các tế bào có khoảng 2% phân tử oxygen có năng lượng thấp nhất, được gọi là các phân tử oxygen ở trạng thái triplet. Tuy vẫn có số điện tử chẵn ở quỹ đạo ngoài cùng của phân tử nhưng do ở trạng thái triplet cho nên chúng cũng có tính chất như một gốc tự do: chúng nhận thêm một điện tử (e-) thành gốc tự do superoxid và thêm một điện tử (e-) thứ hai nữa thành peroxid . Kết hợp với 2H+, peroxid thành Hydrogen Peroxid (H2O2). Superoxid kết hợp với Hydrogen Peroxid (H2O2) thành gốc tự do Hydroxyl có tính oxy-hóa mạnh. (H2O2) triplet superoxid peroxid hydroperoxid
+ (H2O2) ® + + superoxid hydroperoxid hydroxyl Superoxid , hydro peroxid (H2O2) và hydroxyl được gọi là các loài oxygen phản ứng ROS (Reactive Oxygen Species), còn gọi là ba loài chất oxy-hóa (the three oxydant species), trong đó hydroxyl là chất oxy-hóa mạnh. B. GỐC TỰ DO NITRIC OXID (NO) Nitric Oxid (NO) được tạo ra liên tục bởi các tế bào biểu mô của mạch máu từ amino acid arginin dưới tác dụng của enzym NOS (Nitric Oxid Synthaza). Ngoài ra Nitric Oxid (NO) còn được tạo ra từ nhiều nguồn khác như các nơron, các thần kinh đệm, các dây thần kinh và các bạch cầu. Nitric Oxid (NO) là gốc tự do hết sức cần cho sự sống, nó tham gia điều hòa nhiều chức năng sinh lý quan trọng: điều hòa trương lựcthành mạch, điều hòa huyết áp, ức chế tiểu cầu, phản ứng viêm, dần truyền thần kinh. Nitric Oxid (NO) chỉ trở thành độc tế bào khi chúng chuyển thành 2 chất oxy-hóa mạnh là Nitrogen Dioxid và Hydroxyl : NO + ® ONOO- ONOOH Natric oxid superoxid peroxid peroxinitrous acid
ONOOH (không bền vững)® + peroxinitrous acid nitrogen dioxid hydroxyl C. CÁC GỐC TỰ DO THỨ PHÁT Phản ứng dây chuyền Gốc tự do phản ứng với phân tử lân cận X tạo thành gốc tự do mới . Gốc tự do mới lại phản ứng với phân tử lân cận Y tạo ra gốc tự do mới nữa là và cứ như thế thành phản ứng dây chuyền có khi lan xa so với vị trí ban đầu của : + X ® R + + Y ® X + v v Quá trình Peroxid-hóa Lipid ở màng tế bào Khi phản ứng dây chuyền lan tới màng tế bào,xuất hiện phản ứng peroxid-hóa lipid ở màng tế bào.Quá trình peroxid-hóa lipid màng tế bào gồm 2 pha: pha khởi động và pha lan truyền: · Pha khởi động đòi hỏi phải có chất oxi-hóa mạnh như hydroxyl , phản ứng với một acid béo chưa bão hòa của màng tế bào (LoH): gốc tự do hydroxyl có tính oxy-hóa mạnh lấy đi một hydrogen của phân tử acid béo chưa bão hòa (LoH) tạo ra gốc tự do lipid . · Pha dẫn truyền: Gốc tự do lipid kết hợp với O2 thành gốc tự do lipid peroxid . Gốc tự do lipid peroxid kết hợp với một acid béo chưa bão hòa khác (L1H) thành gốc tự do lipid mới (L1) và Lipid Hydro peroxid (LoOOH), cứ như thế thành phản ứng dây chuyền của các gốc tự do Lipid ở màng tế bào và của các peroxid-hóa ở màng tế bào.
Pha khởi động + LoH ® o + RH
Chất oxy-hóa mạnh Acid béo chưa bão hòa Gốc tự do lipid
   
2
Pha dẫn truyền phản ứng dây chuyền gốc tự do Lipid và phản ứng Peroxid-hóa lipid + O2 ®
Gốc tự do lipid Lipid peroxid + L1H ® + (LoOOH) Lipid Acid béo Gốc tự do Lipid peroxid chưa bão hòa lipid Hydro peroxid + O2 ® Gốc tự do lipid Lipid peroxid + L2H ® + (L1OOH) Lipid Acid béo Gốc tự do Lipid peroxid chưa bão hòa lipid Hydro peroxid
Quá trình peroxid-hóa lipid làm thay đổi độ lỏng (fluidity) của màng tế bào, dẫn tới tiêu màng tế bào với những hệ quả sinh học nghiêm trọng đối với tế bào. Quá trình peroxid-hóa còn xẩy ra ở các protein của kênh (channel protein) cũng như của phân tử vận chuyển (carrier protein) ở màng tế bào, dẫn tới những biến đổi chuyển hóa và chết tế bào D. TiỀm năng tỔn thương oxy – hóa Po và KhẢ năng tỰ bẢo vỆ chỐng oxy hóa ao cỦa cơ thỂ Các chất oxy hóa Hydroxyl liên tục được tạo ra từ 2 nguồn: gốc tự do oxygen và gốc tự do Nitric Oxid (NO). Chúng tạo ra tiềm năng tổn thương Oxy-hóa Po của cơ thể. Rất may là cơ thể cũng liên tục tạo ra các chất chống oxy hóa, họp thành khả năng tự vệ chống Oxy-hóa Ao (Antioxidative Defonse Capacity). Trong điều kiện bình thường của cơ thể, Po và Ao cân bằng nhau, do đó không xảy ra chết tế bào do chất oxy hóa, đảm bảo sự cân bằng nội môi (homeostasis) của cơ thể. KẾt luẬn - Có chống gốc tự do ? Chúng ta không chống gốc tự do nói chung vì có những gốc tự do rất cần cho sự sống, như gốc tự do Nitric Oxid (NO), chúng tham gia điều hòa nhiều chức năng sinh lý quan trọng của cơ thể. Cái mà chúng ta cần chống là các chất oxy-hóa nhất là chất oxy-hóa mạnh như Hydroxyl , nguyên nhân trực tiếp của chết tế bào. - Có cần dự phòng các bệnh bằng các chất chống gốc tự do (mà thực chất là các chất chống Oxy-hóa) ? Trong điều kiện bình thường của cơ thể: Tiềm năng tổn thương oxy hóa Po cân bằng với khả năng tự vệ chống oxy hóa Ao cho nên không cần dùng các chất chống Oxy-hóa để dự phòng các bệnh của cơ thể. - Vậy trong điều kiện bệnh, khi tiềm năng tổn thương Oxy-hóa Po tăng đột xuất, làm cho Po và Ao mất cân bằng, có cần bổ sung chất chống Oxy-hóa ? — Trên lý thuyết trong tình huống này rất cần bổ sung chất chống oxy-hóa để bảo vệ các tế bào khỏi bị chết và lúc này chất chống oxy-hóa có vai trò của chất bảo vệ tế bào, ví dụ ở não chúng ta là các chất bảo vệ thần kinh (neuroprotection). — Trên thực tế lâm sàng cho tới nay chưa có chất chống chất oxy- hóa nào có tác dụng bảo vệ tế bào khỏi bị chết (kể cả những chất chống oxy-hóa có tác dụng bảo vệ tế bào trên thực nghiệm).
3
 
Để giải thích mâu thuẫn giữa lý thuyết – thực nghiệm và thực tế lâm sàng, người ta cho rằng có nhiều nguyên nhân gây ra chết tế bào, gốc tự do chỉ là một trong số những nguyên nhân đó cho nên khi chống chất oxy hóa đơn độc, tế bào vẫn nhanh chống bị chết bởi các nguyên nhân khác. Ví dụ trong đột quỵ thiếu máu não, ngoài nguyên nhân chết tế bào do gốc tự do (chất oxy-hóa), còn có nguyên nhân kích thích độc glutamat: thiếu máu cục bộ gây thiếu oxygen và glucoza làm cho tế bào mất năng lượng, không thực hiện được các chức năng phụ thuộc năng lượng như duy trì các gradien ion qua màng tế bào, gây ra khử cục màng tế bào và tăng dòng vào (influx) của canxi qua các kênh canxi, kích thích giải phòng các chất dẫn truyền như glutamat ở tận cùng thần kinh trước synap. Glutamat gắn vào các thụ thể ở màng sau synap, kích thích dòng vào natri và canxi, gây ra dòng thác biến đổi sinh hóa (phù nề tế bào, tổn thương ty lạp thể, gốc tự do, hoạt hóa các enzym proteaza, nucleaza v.v...) dẫn tới chết tế bào. Dưới đây là bệnh sinh chết tế bào do Glutamat: Giữa cơ chế chết tế bào do gốc tự do và cơ chế chết tế bào do kích thích độc tố do glutamat có mối tương quan chặt chẽ: Qua sơ đồ trên chúng ta thấy rõ trong đột quỵ thiếu máu não, sử dụng chất chống gốc tự do (chống chất oxy hóa) hoàn toàn không bảo vệ được tế bào khỏi chết vì tế bào sẽ vẫn bị chết bởi chất kích thích độc gutamat hoặc bởi một chất độc tế bào nào khác mà ta chia phát hiện ra. Nói tóm lại hiện nay trong phòng bệnh không cần chất chống gốc tự do (chống oxy-hóa) và trong điều trị bệnh chất chống gốc tự do (chống oxy hóa) chưa thấy có tác dụng trên thực tế lâm sàng. Hy vọng trong tương lai, khi chúng ta hiểu sâu thêm về gốc tự do, lúc đó có thể chất chống gốc tự do sẽ không những có ứng dụng hiệu quả trên lâm sàng, mà còn có thể có những phát hiện mới to lớn trong y học tương lai.