Stress Oxy hóa, Hàng rào chống oxy hóa & Astaxanthin

Tóm tắt

Các chất chống oxy hóa giúp duy trì cân bằng oxy hóa. Một loạt các gốc tự do và các gốc oxy phản ứng ROS có thể được hình thành trong cơ thể con người. Sự tương tác giữa ROS và các chất chống oxy hóa là rất quan trọng trong việc duy trì một sức khỏe tốt. Nếu ROS được tạo ra vượt quá khả năng bảo vệ của các chất chống oxy hóa, nó có thể gây ra stress oxy hóa - một tình trạng nghiêm trọng, làm hủy hoại cấu trúc quan trọng của tế bào như lipid, protein và thậm chí ADN. Nhiều người không được cung cấp đầy đủ chất chống oxy hóa từ thực phẩm. Bổ sung các chất chống oxy hóa vào chế độ ăn giúp hỗ trợ hàng rào chống oxy hóa của cơ thể, kiểm soát các tác động có hại khi ROS tăng quá mức.

Astaxanthin là một caroten tự nhiên có cấu trúc hóa học và hoạt động màng tế bào độc đáo. Nó là một chất chống oxy hóa mạnh có hiệu quả cao trong việc chống lại ROS. Astaxanthin có khả năng bao bọc màng tế bào độc đáo đồng thời bắt giữ ROS bên trong màng. Astaxanthin giúp trung hòa ROS mà không bị biến đổi thành pro-oxidant (các hóa chất có khả năng gây ra stress oxy hóa). Trên lâm sàng, astaxanthin cho thấy những lợi ích sức khỏe đa dạng, đồng thời cũng chứng minh sự an toàn và tính dung nạp tuyệt vời.

Các chất chống oxy hóa giúp có thể khỏe mạnh như thế nào?

Cân bằng dinh dưỡng là chìa khóa quan trọng cho sức khỏe. Chất chống oxy hóa là những chất tự nhiên giúp ngăn ngừa những tác động có hại khi ROS hoạt động quá mức, và đẩy lùi hoặc ngăn chặn phá hủy tế bào. Tuy nhiên, thực đơn giàu calo và ít dinh dưỡng của nhiều người hiện nay có thể là một vấn đề nghiêm trọng khi họ không được cung cấp đủ các vi chất cần thiết chẳng hạn như vitamin, khoáng chất và chất chống oxy hóa. Thực đơn nghèo nàn và thiếu dinh dưỡng chính là nguyên nhân hàng đầu gây nên gánh nặng bệnh tật toàn cầu. Ngoài ra, tiếp xúc với các chất gây ô nhiễm, với ánh nắng mặt trời, hút thuốc lá, stress, lối sống tĩnh tại ít vận động, tập luyện quá mức và sử dụng một số loại thuốc nhất định đều có thể góp phần làm ROS tăng quá ngưỡng an toàn. Để hiểu rõ về cơ chế hoạt động của các chất chống oxy hóa, việc cần thiết là định nghĩa được ROS là gì và những phản ứng có hại của chúng khi xảy ra stress oxy hóa.

Các gốc oxy phản ứng là gì và gây ra stress oxy hóa bằng cách nào?

Gốc oxy phản ứng (ROS) là một tập hợp bao gồm không chỉ là các gốc tự do oxy trung tâm mà còn có một số dẫn xuất không chứa gốc tự do của oxy. ROS được hình thành như các sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất bình thường trong cơ thể khi thức ăn được chuyển hóa thành năng lượng. Các tế bào miễn dịch chống lại nhiễm khuẩn cũng giải phóng ROS. Ngoài ra, chúng ta còn gặp ROS trong nhiều khía cạnh khác của cuộc sống hàng ngày khi cơ thể phản ứng lại với các yếu tố môi trường và lối sống nói trên.

Có một sự đồng thuận ngày càng tăng rằng ROS có tác dụng hại mặt, vừa có hại nhưng cũng vừa có lợi đối với sự sống. Tác dụng có lợi của ROS xảy ra với nồng độ thấp/ trung bình và liên quan đến vai trò sinh lý trong các phản ứng cấp độ tế bào đối với nguy hiểm chẳng hạn như các tế bào miễn dịch chống lại tác nhân lây nhiễm. Nồng độ  thấp đến trung bình của ROS có thể đóng vài trò như những tín hiệu trong các chu trình quan trọng liên quan đến hoạt động của tế bào bình thường.

Nồng độ cao ROS trong cơ thể khởi động việc gây ra một loạt các thay đổi có hại đối các phân tử sinh học quan trọng như lipid, protein và ADN trong một tình trạng được gọi là stress oxy hóa. Stress oxy hóa xảy ra trong cơ thể khi có sự sản xuất quá mức của các gốc tự do và ROS trong khi thành phần chất chống oxy hóa bị thiết hụt (Hình 1 A, B, C). Hiệu quả của hệ thống phòng thủ các chất chống oxy hóa giảm khi chúng ta già đi (Hình 1B), trong khi việc sản xuất quá mức các gốc tự do / ROS có thể xảy ra tại bất kỳ thời điểm nào của cuộc đời và đặc biệt là khi cơ thể phải đối mặt với các yếu tố môi trường và lối sống nhất định (Hình 1C).

Mỗi tế bào trong cơ thể ước tính rằng có thể hình thành hơn 20 nghìn tỷ ROS mỗi ngày thông qua quá trình trao đổi chất bình thường và mỗi tế bào có thể bị các phân tử phản ứng ROS này tấn công 10.000 lần mỗi ngày. Theo thời gian, stress oxy hóa có thể làm hỏng tế bào và mô, khiến chúng không thể hoạt động bình thường lại được. Đáng chú ý, việc sản xuất quá mức ROS làm suy yếu hệ thống sinh học một cách trực tiếp - bằng quá trình oxy hóa lipid tế bào, protein và ADN, hoặc gián tiếp - bằng cách phá vỡ tín hiệu sinh lý bình thường.

Ở một cơ thể khỏe mạnh không có vấn đề về sức khỏe, sự sản sinh ROS và các gốc oxy hóa khác được kiểm soát thông qua hàng rào các chất chống oxy hóa. Tuy nhiên, khi cơ thể tiếp xúc với các tác nhân bất lợi về lý hóa, môi trường hoặc bệnh lý, sự cân bằng mong manh này bị thay đổi theo hướng có lợi cho các tiền chất oxy hóa, dẫn đến stress oxy hóa. Stress oxy hóa đi kèm với hầu hết nếu không muốn nói là tất cả các tình trạng bệnh lý bao gồm các rồi loạn về tim mạch, hệ thống miễn dịch, thần kinh, đái tháo đường và vô sinh nam giới. Stress oxy hóa cũng có mối liên quan mật thiết với tình trạng lão hóa sớm.

Hệ thống hàng rào chống oxy hóa làm việc như thế nào?

Hệ thống hàng rào chất chống oxy hóa của cơ thể là một mạng lưới phức tạp bao gồm một số chất chống oxy hóa enzyme và không enzyme. Các chất bảo vệ chống oxy hóa enzyme bao gồm superoxide effutase, glutathione peroxidase và catalase. Một số chất chống oxy hóa không enzyme bao gồm vitamin C, E, selen và carotenoids như β-carotene, lycopene, lutein, zeaxanthin và astaxanthin. Khẩu phần ăn là một nguồn quan trọng cung cấp các chất chống oxy hóa không enzyme. Chúng có chức năng như các chất chống oxy hóa phá vỡ chuỗi, hoạt động song song với các chất chống oxy hóa enzyme để kìm hãm nồng độ ROS trong giới hạn sinh lý. Khẩu phần ăn hằng ngày có ảnh hưởng trực tiếp đến mạng lưới các chất chống oxy hóa quan trọng này. Những hợp chất chống oxy hóa bảo vệ nằm trong các bào quan, các khoang bên trong tế bào và kể cả ngoại bào, cho phép chúng được bảo vệ tối đa. Các thành phần trong mạng lưới các chất chống oxy hóa đóng vai trò quan trọng trong các bộ phận khác nhau của tế bào, tùy thuộc vào tính tan của chúng (tan trong dầu hay tan trong nước). Ví dụ, vitamin C và glutathione tan trong nước sẽ bảo vệ cytosol và/hoặc tế bào chất. Các chất chống oxy hóa tan trong dầu bao gồm vitamin E và carotenoids như β-carotene và astaxanthin, chủ yếu nằm trong màng tế bào.

Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ giới thiệu về astaxanthin và thảo luận về một số điểm nổi bật khiến nó trở thành một chất chống oxy hóa ưu việt.

Astaxanthin đến từ đâu?

Astaxanthin tự nhiên thuộc một họ sắc tố hữu cơ được gọi là carotenoids. Có hơn 600 loại caroten được biết đến chẳng hạn như lycopene, lutein và β-carotene. Chúng tạo nên các màu đỏ, vàng và cam trong nhiều loại rau củ quả. Astaxanthin tự nhiên là caroten chính của các động vật thủy sinh như tôm hùm, cá hồi, và cá chép đỏ. Astaxanthin tạo nên màu thịt đỏ hồng của chúng. Astaxanthin tự nhiên cũng được tìm thấy ở một số loài chim chẳng hạn như chim hồng hạc. Astaxanthin tổng hợp có thể được sản xuất trong phòng thí nghiệm bằng công nghệ hóa dầu. Tuy nhiên astaxanthin tự nhiên vượt trội hơn nhiều so với astaxanthin.

tổng hợp về hiệu quả, tính an toàn và cấu trúc hóa học, bao gồm các chất đồng phân và ester hóa.

Mặc dù astaxanthin từ lâu đã hiện diện ở bữa ăn hàng ngày như một thành phần tự nhiên có trong hải sản, hầu hết mọi người lại không tiêu thụ chúng một cách đầy đủ. Chẳng hạn, dân số Hoa Kỳ tiêu thụ chỉ từ 1-2kg cá hồi nuôi hoặc cá hồi hoang dã một năm, với lương astaxanthin ước tính là 0,029mg/ngày. Con số này nhỏ hơn 200 lần liều lượng cần được sử dụng để duy trì sức khỏe- dao động từ 2-12mg/ngày. Vi tảo Haematococcus pluvialis là loại tổng hợp được lượng astaxanthin cao nhất trong tự nhiên, trở thành một lựa chọn tối ưu để sản xuất astaxanthin tự nhiên cho mục đích thương mại. Bột khô Haematococcus pluvialis đã được bán tại thị trường Hoa Kỳ dưới dạng thực phẩm bổ sung ít nhất từ năm 1999. Có đủ bằng chứng khoa học, bao gồm các dữ liệu về người và động vật, ủng hộ cho tính an toàn của astaxanthin tự nhiên.

Hình 1.  Sơ đồ tổng quát với sự điều chỉnh cân bằng oxy hóa. A. Một cần bằng oxy hóa khỏe mạnh. B. Hoat động của hàng rào chất chống oxy hóa giảm khi chúng ta già đi,, dẫn đến sự thiếu hụt các chất chống oxy hóa. C. Sản sinh quá mức của ROS diễn ra nhằm đáp ứng với các yếu tố nội sinh hoặc ngoại sinh trong bất kỳ thời điểm nào của cuộc sống.

Astaxanthin siêu việt như thế nào?

Astaxanthin tự nhiên được xem như một chất chống oxy hóa ưu việt do tính chất hóa học độc đáo được hình thành từ cấu trúc phần tử và vị trí bên trong màng tế bào của chúng.

Có cấu trúc tương tự với β-carotene, astaxanthin có 13 liên kết đôi trong khi β-carotene có 11. Trong cấu trúc của cyclohexene, có các nhóm oxo ở vị trí 4-4. Hoạt động chống oxy hóa của carotenoids tùy thuộc vào chiều dài của hệ thống liên kết đôi giàu electron. Sự mở rộng của hệ thống liên kết đôi làm tăng tiềm lực của astaxanthin so với β-carotene và vitamin E. Ngoài ra, astaxanthin có các nhóm hydroxyl ở liên kết 3-3, làm cho phân tử trở nên hơi phân cực.

Đặc tính chống oxy hóa của nhiều loại chất chống oxy hóa in vivo bị ảnh hưởng mạnh bởi cách mà chúng tương tác với màng lipid, chiều hướng và vị trí bên trong màng. Các carotenoids không phân cực (chẳng hạn như β-carotene và lycopene) nằm giữa 2 lớp của màng tế bào và do đó có thể phá hủy các liên kết của những phân tử lipid. Ngược lại, astaxanthin phân cực kéo dài lớp màng tế bào với các nhóm cực đầu của chúng mở rộng về 2 phía 

của màng đôi. Vị trí của astaxanthin không làm thay đổi thành phần cấu trúc của màng lipid. (Hình 2). Kết quả là Astaxanthin hoạt động như một chất chống oxy hóa “phá hủy chuỗi” bằng cách ngăn chặn các phản ứng chuỗi của các gốc tự do và quét sạch các gốc peroxyl lipid. Hơn nữa, vì astaxanthin làm kéo dài màng tế bào, các vòng tận cùng của nó có thể dọn dẹp hiệu quả lượng ROS trên bề mặt màng, trong khi chuỗi polyene của nó chịu trách nhiệm bẫy ROS lại bên trong màng.

Astaxanthin ngăn chặn stress oxy hóa bằng nhiều phương pháp. Astaxanthin chống lại các gốc tự do có hại/ROS một cách hiệu quả bằng việc bẫy năng lượng và chuyển đổi các electron, hoặc thông qua việc khử hydro. Năng lượng từ các hợp chất ROS cao năng lượng có thể được chuyển đến astaxanthin trực tiếp và năng lượng đó thường được biến đổi thành nhiệt. Trong quá trình bẫy năng lượng, astaxanthin duy trì tính toàn vẹn để có thể trải qua các chu trình bẫy oxy mức đơn. Phân tử oxy mức đơn là một chất có khả năng oxy hóa mạnh gây ra các phản ứng quan trọng lên ADN, các proteins và lipids.

Các nghiên cứu so sánh đã chỉ ra rằng astaxanthin tự nhiên có tác dụng mạnh hơn vitamin C 6.000 lần, mạnh hơn vitamin E 100 lần và mạnh hơn β-carotene năm lần trong khả năng bẫy năng lượng từ oxy đơn (Hình 3). Hơn nữa, astaxanthin phản ứng như một chất chống oxy hóa mạnh mà không mà không bị biến đổi thành pro-oxidant (các hóa chất có khả năng gây ra stress oxy hóa). Do đó, astaxanthin tác dụng nhẹ nhàng lên tế bào cơ thể vì nó trung hòa hiệu quả các ROS gây hại.

Hình 3. Astaxanthin tự nhiên được so sánh với các chất chống oxy hóa khác. Astaxanthin tự nhiên mạnh hơn các chất chống oxy hóa khác trong việc bẫy năng lượng từ oxy đơn.

Kết luận

Chất chống oxy hóa là những dưỡng chất quan trọng giúp cơ thể chống lại stress oxy hóa bằng cách loại bỏ các ROS và thúc đẩy cân bằng oxy hóa lành mạnh. Với hệ thống hàng rào chống oxy hóa, tác hại của quá trình oxy hóa được kích hoạt bởi ROS lên phân tử sinh học sẽ được kiểm soát, cho phép kiềm chế ROS trong phạm vi có lợi của chúng lên các phản ứng sinh lý cấp độ tế bào.

Astaxanthin vượt hơn các chất chống oxy hóa khác do tính chất hóa học độc đáo của nó. Ngày càng có nhiều bằng chứng mang giá trị lâm sàng chỉ ra lợi ích của astaxanthin tự nhiên đối với một loạt các nhóm đối tượng- từ các vận động viên trẻ, tập luyện cao độ với mức độ sản xuất ROS gia tăng đến các đối tượng trung niên và cao niên với hoạt động của hàng rào chống oxy hóa suy yếu. Astaxanthin là một nguyên liệu giá trị cao hỗ trợ sức khỏe miễn dịch, tim, mắt, khớp, da, và quá trình lão hóa khỏe mạnh.

Tránh sự dư thừa ROS, duy trì một lối sống khỏe mạnh và đưa astaxanthin vào chế độ ăn có thể giúp ngăn ngừa stress oxy hóa. Bổ sung vào khẩu phần hoặc sử dụng thực phẩm chức năng là lựa chọn tốt để tăng cung cấp asxanthin mỗi ngày. Đây là một chiến lược đầy hứa hẹn cho việc hỗ trợ duy trì một cuộc sống lành mạnh cũng như mở ra những cơ hội đầy thú vị cho ngành cồng nghiệp dược phẩm.

Thông tin chi tiết vui lòng liên hệ:

Công ty TNHH Dược Phẩm Nasol Quốc Tế

Hotline: 0387 368 760

Email: info@nasol.com.vn      Web: nasol.com.vn

Tham khảo

1. Global Nutrition Report 2016, 2016.
2. Krumova, K. and G. Cosa, Singlet Oxygen: Applications in Biosciences and Nanosciences, 2016. 1, 1-21.
3. Valko, M., D. Leibfritz, J. Moncol, et al., The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, 2007. 39, 44-84.
4. Belikov, A.V., B. Schraven and L. Simeoni, J Biomed Sci, 2015. 22, 85.
5. Niyogi, K.K., O. Bjorkman and A.R. Grossman, Proc.Natl. Acad.Sci.U.S.A, 1997. 94, 14162-14167.
6. Schieber, M. and Navdeep S. Chandel, Current Biology, 2014. 24, R453-R462.
7. Fassett, R.G. and J.S. Coombes, Future Cardiol, 2009. 5, 333-42
8. Patel, M., Trends in Pharmacological Sciences, 2016. 37, 768-778.
9. Maiese, K., Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2015. 2015, 875961.
10. Ko, E.Y., E.S. Sabanegh, Jr. and A. Agarwal, Fertility and Sterility, 2014. 102, 1518-1527.
11. Shigenaga, M.K., T.M. Hagen and B.N. Ames, Proc Natl Acad Sci U S A, 1994. 91, 10771-8.
12. Sies, H., Eur J Biochem, 1993. 215, 213-9.
13. Sies, H., W. Stahl and A. Sevanian, The Journal of Nutrition, 2005. 135, 969-972.
14. FDA, FDA GRAS Notice (GRN) No. 580, 2016. 1-75.
15. Karppi, J., T.H. Rissanen, K. Nyyssonen, et al., Int J Vitam Nutr Res, 2007. 77, 3-11.
16. Kim, J.H., M.J. Chang, H.D. Choi, et al., J Med Food, 2011. 14, 1469-75.
17. Kim, Y.K. and J.H. Chyun, Nutritional Sciences, 2004. 7, 41-46.
18. Nakagawa, K., T. Kiko, T. Miyazawa, et al., Br J Nutr, 2011. 105, 1563-71.
19. Park, J.S., J.H. Chyun, Y.K. Kim, et al., Nutr Metab (Lond), 2010. 7, 18.
20. Yamada, T.R., K.; Tai, Y.; Tamaki, Y.; Inoue, H.; Mishima, K.; Tsubota, K.; Saito, I., J Clin Biochem Nutr, 2010. 47, 130-7.
21. Yoshida, H., H. Yanai, K. Ito, et al., Atherosclerosis, 2010. 209, 520-3.
22. FDA, NDI Haematococcus pluvialis algae, 1999
23. FDA, Technical Report Haematococcus Pluvialis and Astaxanthin Safety For Human Consumption, 2000. 1-11.
24. Spiller, G.A. and A. Dewell, J.Med.Food, 2003. 6, 51-56.
25. Stewart, J.S., A. Lignell, A. Pettersson, et al., Food Chem Toxicol, 2008. 46, 3030-6.
26. Okada, Y., M. Ishikura and T. Maoka, Biosci Biotechnol Biochem, 2009. 73, 1928-32.
27. Miki, V., Pure & App. Chem., 1991. 63, 141-143.
28. McNulty, H., R.F. Jacob and R.P. Mason, American Journal of Cardiology, 2008. 101, S20-S29.
29. McNulty, H.P., J. Byun, S.F. Lockwood, et al., Biochim Biochys Acta, 2007. 1768,
30. Goto, S., K. Kogure, K. Abe, et al., Biochim Biophys Acta, 2001. 1512, 251-8.
31. Martinez, A., M.A. Rodriguez-Girones, A. Barbosa, et al., J Phys. Chem.A, 2008. 112, 9037-9042.
32. Mortensen, A., L.H. Skibsted, J. Sampson, et al., FEBS Lett., 1997. 418, 91-97.
33. Nishida, Y., E. Yamashita and W. Miki, Carotenoid Science, 2007. 11, 16-20.
34. Shimidzu, N., M. Goto and W. Miki, Fisheries science, 1996. 62, 134-137.
35. Cadet, J., T. Douki, J.-P. Pouget, et al., 2000, Academic Press
36. Martin, Ruck, Schmidt, et al., Pure Appl. Chem., 1999. 71, 2253-2262.
37. Beutner, S., B. Bloedorn, S. Frixel, et al., Journal of the Science of Food and Agriculture, 2001. 81, 559-568.