Category Archives: Cơ sở lâm sàng

Khái luận về Carbonic anhydrase

ENZYME CARBONIC ANHYDRASE

Đội Rainbow – Vô địch kì thi “Học – Dịch Sinh lý học lần 3”
 Xem và thảo luận chi tiết tại đây.

I. CARBONIC ANHYDRASE

Trước hết mình xin tham khảo vài lời của anh Nguyễn Phước Long trình bày về Carbonic anhydrase trong bài viết ngày 8 tháng 5 năm 2013 trên diễn đàn Đọc sách y sinh.
http://www.docsachysinh.com/forum/index.php?threads/tim-hieu-chuc-nang-cua-nephron.2519/#post-5330

Khi nói đến sự kết hợp của CO2 và H2O để tạo thành H2CO3 trong cơ thể sinh vật, ta cần nhớ vai trò của enzyme xúc tác phản ứng hóa hợp này: Carbonic anhydrase (CA): Tạo HCO3- và H+ trực tiếp.

[IMG]
Nguồn: Linda S.Costanzo, Physiology, 4th edn, Elsevier Saunders, 2010: Fig 7.5, page 306

Bình thường, H2CO3 trong điều kiện dung dịch nước sẽ rất nhanh phân ly thành H+ và HCO3- với hằng số phân ly Ka vào khoảng 10-7 (pKa của carbonic acid là 6.36) (1).
Điều này có nghĩa là phản ứng xảy ra không nhiều, vẫn có một lượng không nhỏ H2CO3 phân tử “không phân cực” tồn tại, và vì không phân cực, nó có thể di chuyển qua các màng tương đối tự do. Thử nghĩ đến trường hợp khi không có CA, phản ứng trên xảy ra “không đáng kể”, H2CO3 sẽ “thoải mái” qua lại các màng, lúc đó thì còn gì là hệ thống thải – thu H+/HCO3- và hệ đệm nữa! Từ đây, có lẽ các bạn có thể tiến thêm một bước nữa về Dược lý, thuốc ức chế CA “bá nghệ” điều trị tăng nhãn áp, tác dụng lợi tiểu, chống động kinh, viêm loét dạ dày tá tràng…

Còn một lưu ý, người ta nói CA xúc tác phản ứng trên theo 2 chiều!
[IMG]
Như vậy, điều kiện nào thì chiều thuận xảy ra, khi nào chiều nghịch ưu thế?
Thực ra chiều nghịch sẽ tự xảy ra khi không có sự hiện diện của CA với tốc độ chậm hơn.

Đào sâu về hóa học protein và động học các tiến trình sinh học:
– CA là một metalloprotein (*) ion điều hành là ion kẽm, một ion hóa trị 2 (là la, thể nào cũng sẽ có vị trí gắn kết và xúc tác rất độc đáo đây!), điều hành hoạt động thông qua việc làm âm hóa tại các vị tríhistidine trong phân tử (vị trí này làm cấu trúc H-O-H của nước trở thành H-O(-)—H(+), rất thuận lợi để tạo HCO3- và H+ trực tiếp từ CO2 và H2O mà không trải qua trung gian H2CO3. Chính vì vậy, phản ứng xảy ra với hằng số vào khoảng 10^6 (một trong những con số nhanh nhất của hệ thống sống) (2).

[IMG]
Từ (1) và (2) ta thấy phản ứng thuận chiều đã được gia tốc thêm 1 triệu lần, làm hằng số tổng hợp lúc này vào khoảng 0.1!
Như vậy phản ứng sẽ xảy ra không quá mạnh (nhanh) nhưng cũng không quá yếu (chậm).

(*) metalloprotein is a protein that has one or more tightly bound metal ions forming part of its structure (Dorland’s Illustrated Medical Dictionary, 32e)

-Sơ lược cấu trúc và chức năng của Carbonic anhydrase:

Có nhiều dạng CA trong tự nhiên.

· Ở đây đơn cử dạng α-CA được nghiên cứu rõ ràng nhất hiện diện ở động vật. Ion Zn2+ kết hợp với vòng nhẫn imidazole (imidazole rings) của 3 phân tử Histidine: His94, His96, His119.
Chức năng chính của enzyme này ở động vật là xúc tác sự chuyển đổi qua lại giữa CO2 và HCO3- để duy trì cân bằng acid-base trong máu và trong các mô khác, và giúp vận chuyển CO2 ra khỏi các mô.
Có ít nhất 14 đồng dạng α-CA khác nhau ở động vật hữu nhũ.

· Thực vật có 1 dạng khác gọi là β-CA, mà theo quan điểm tiến hóa là 1 loại enzyme khác biệt với α-CA, nhưng tham gia vào cùng một phản ứng hóa học và cũng sử dụng ion Zn2+ ở vị trí hoạt động của nó. Ở thực vật, CA giúp tăng nồng độ của CO2 trong lục lạp (chloroplast) để tăng tốc độ carboxyl hóa enzyme RuBisCO. Đó là phản ứng hợp nhất CO2 vào phân tử đường carbon hữu cơ trong quá trình quang hợp, và chỉ có thể sử dụng dạng CO2 từ carbon chứ không thể từ carbonic acid hay bicarbonate.

· CA chứa cadmium (cadmium-containing carbonic anhydrase) được tìm thấy ở các loài tảo cát(diatoms) dưới biển trong điều kiện nồng độ kẽm bị giới hạn. Trên đại dương, nồng độ kẽm thường thấp đến nỗi nó có thể giới hạn sự phát triển của các loài thực vật trôi nổi (phytoplankton) mà điển hình là tảo cát.

[IMG]
Diatoms

Từ đó CA sử dụng một ion kim loại khác để thích nghi với môi trường, và Cadmium được chọn. Về tổng quát, cadmium được đánh giá là một kim loại nặng rất độc mà không có chức năng sinh học gì. Tuy nhiên, dạng CA đặc biệt này xúc tác cho phản ứng sinh học phụ thuộc Cadmium duy nhất được cho là có lợi.

– CA là một cái tên rất chung chung. Có ít nhất 5 họ CA (α, β, γ, δ and ε). Những họ này không có sự tương đồng đáng kể về chuỗi amino acid nhưng lại tham gia vào cùng một loại phản ứng hóa học nên trong phần lớn nghiên cứu người ta cho rằng đây là một ví dụ về sự tiến hóa đồng quy (convergent evolution). Lưu ý rằng ở người chỉ có alpha-CA mà thôi.

* α-CA:
Những enzyme CA được tìm thấy trong động vật hữu nhũ và được phân chia thành 4 tiểu nhóm rộng, mà trong đó bao gồm nhiều đồng dạng.
-CA trong bào tương (cytosolic CA): CA-I, CA-II, CA-III, CA-VII và CA XIII
-CA trong ty thể (mitochondrial CA): CA-VA và CA-VB
-CA tiết (secreted CA): CA-VI
-CA liên kết với màng (membrane-associated CA): CA-IV, CA-IX, CA-XII, CA-XIV và CA-XV
-Có 3 đồng dạng CA “không có vai trò xúc tác” là CA-VIII, CA-X và CA-XI mà chức năng của chúng chưa được biết rõ.

Bảng so sánh các loại Carbonic anhydrase ở động vật hữu nhũ
[IMG]
(*) GPI: Glycophosphatidylinositol
Nguồn:http://en.wikipedia.org/wiki/Carbonic_anhydrase#Structure_and_function_of_carbonic_anhydrase

*β-CA:
Phần lớn CA trong lục lạp và CA ở động vật prokaryot thuộc họ beta.

* γ-CA:
Nhóm gamma-CA có nguồn gốc từ vi khuẩn sản xuất methane sinh sôi vào mùa xuân ấm áp.

* δ-CA:
Nhóm delta-CA tìm thấy trong loài tảo cát như đã nói ở trên. Tuy nhiên những nét đặc trưng của nhóm này vẫn còn nằm trong nghi vấn.

* ε-CA:
Nhóm epsilon-CA có ở vi khuẩn hóa tự dưỡng và nhóm cyanobacteria chứa cso-carboxysomes. Mặc dù ε-CA có cấu trúc gần giống với β-CA, đặc biệt là gần giống vị trí gắn ion kim loại nhưng 2 dạng này có mối liên hệ khá xa nhau.

II. CARBONIC ANHYDRASE INHIBITORS

Mình chỉ xin bàn về Carbonic anhydrase inhibitors tác động lên hai CA ở tế bào biểu mô ống thận: CA-II và CA-IV.

Carbonic anhydrase hiện diện ở nhiều vùng của nephron nhưng vùng ưu thế của enzyme này là ở tế bào biểu mô của PCT, nơi mà nó xúc tác cho sự thuỷ phân H2CO3 thành CO2 ở màng tế bào lòng ống và tái hợp CO2 thành H2CO3 trong tế bào chất như đã được nói đến ở trên. Bằng việc khoá carbonic anhydrase, chất ức chế làm mất khả năng tái hấp thu NaHCO3 và gây ra lợi tiểu.

Thuốc ức chế carbonic anhydrase (carbonic anhydrase inhibitors) là thuốc lợi tiểu hiện đại đầu tiên được phát hiện. Chúng được tìm thấy vào năm 1937 khi người ta nhận thấy thuốc kháng sinhsulfonamides gây ra lợi tiểu kiềm hoá (alkaline diuresis) và toan chuyển hoá kèm tăng cao chloride trong máu (hyperchloremic metabolic acidosis). Với sự phát triển của nhiều tác nhân mới, thuốc ức chế carbonic anhydrase bây giờ hiếm được sử dụng với mục đích lợi tiểu, nhưng chúng vẫn còn nhiều ứng dụng đặc biệt dưới đây.

Thuốc ức chế CA, điển hình là acetazolamide, ức chế sự tái hấp thu sodium bằng cách ức chế không cạnh tranh CA-II và CA-IV trong bào tương của ống thận gần (Hình 1). Sự ức chế CA dẫn đến tăng phân phối NaHCO3 đến đoạn xa của ống thận. Phần lớn sodium bicarbonate sẽ được bài xuất ra ngoài làm giảm thể tích huyết tương cấp tính. Tuy nhiên nếu sử dụng CA inhibitor lâu ngày thì tác động lợi tiểu giảm mạnh vì có sự bù trừ bằng cách tăng tái hấp thu NaHCO3 và tăng tái hấp thu NaCl qua đoạn ống thận xa.

Sử dụng CA inhibitor thường dẫn đến tình trạng toan chuyển hóa từ nhẹ đến vừa, khởi phát không chỉ do ức chế sự bài tiết H+, mà còn do ức chế CA trong tế bào xen giữa loại A (intercalated A cell)ở ống góp (Hình 2).
[IMG]

Hình 1
Nguồn: David E. Golan, Principles of Pharmacology, 3rd edn, Lippincott Williams & Wilkins, Fig 20-6, page 338

[IMG]

Hình 2
Nguồn: http://www.antibodyreview.com

Nước tiểu kiềm hóa, kết quả của quá trình ức chế CA làm tăng sự bài xuất của các anion acid hữu cơ, bao gồm cả aspirin.

Vai trò của Carbonic anhydrase inhibitor trên lâm sàng:

– CA inhibitor thường được sử dụng để khôi phục cân bằng acid-base trong những bệnh nhân suy tim với toan chuyển hóa do sử dụng thuốc lợi tiểu quai.

– Điều trị Gout bao gồm kiềm hóa nước tiểu để tăng tính tan trong nước tiểu của acid uric. Tăng tính tan của acid uric ngăn ngừa sự lắng đọng của acid uric trong nước tiểu, hệ quả là ngăn ngừa được bệnh ống thận do acid uric và sỏi thận. Sự kiềm hóa nước tiểu có thể đạt được bằng cách dùng bicarbonate đường uống, kết hợp với CA inhibitor để giảm sự tái hấp thu của bicarbonate đã được lọc.

– Trèo lên độ cao 3000m so với mực nước biển dẫn đến nhiều cơ quan trong cơ thể, trong đó có não, lâm vào tình trạng phù và mất cân bằng ion. Triệu chứng của bệnh mệt cấp tính do leo núi (acute mountain sickness) bao gồm nôn ói, đau đầu, hoa mắt, mất ngủ, phù phổi, mất tri giác. CA được bao gồm trong việc bài tiết chloride và bicarbonate vào dịch não tủy bởi đám rối mạch mạc của não thất. CA inhibitor có thể được sử dụng để chống lại bệnh mệt cấp tính do leo núi. Cơ chế của tác động này vẫn còn đang được bàn cãi, người ta cho rằng có thể CA inhibitor tác động lên đám rối mạch mạc và tế bào biểu mô nội tủy, lên trung tâm kiểm soát hô hấp ở hành não và lên hàng rào máu não.

– CA inhibitor còn có thể dùng để chữa động kinh, mặc dù cơ chế chống động kinh của một vài trong số nhóm thuốc này không yêu cầu ức chế CA. Một thuốc chống động kinh như thế, Topiramate, có thể gây ra tình trạng nhiễm toan từ nhẹ đến vừa do làm tổn hại sự acid hóa nước tiểu bởi thận.

– CA inhibitor còn có ứng dụng trong nhãn khoa. Biểu mô mi thuộc phòng trước của mắt bài tiết sodium chloride vào thể dịch. Sự bài tiết này đòi hỏi sự có mặt của CA, bởi vì một phần của sự hấp thu Cl- ở màng đáy bên bởi biểu mô mi phụ thuộc vào bơm đối vận Cl-/HCO3- và Na+/H+ cũng như bơm đồng vận Na+/HCO3-. Bơm đồng vận Na+-K+-2Cl- ở màng đáy bên trung gian cho phần lớn Cl- hấp thu bởi tế bào biểu mô mi.

[IMG]

Nguồn:http://80.36.73.149/almacen/medicina/oftalmologia/enciclopedias/duane/pages/v8/ch006/008f.html

Bệnh tăng nhãn áp (Glaucoma) đặc trưng bởi sự tăng áp suất trong phòng trước của mắt, thường kết hợp với tắc nghẽn dòng thể dịch, hoặc trong một số trường hợp là tăng sản xuất thể dịch. Ức chế CA trong tế bào biểu mô mi làm giảm sự bài tiết thể dịch và do đó có thể giảm áp suất đang tăng cao trong mắt. CA inhibitor thường được dùng kết hợp với thuốc đối vận β-adrenergic trong điều trị tăng nhãn áp.

ĐỘC TÍNH

A. Nhiễm toan chuyển hoá kèm tăng cao chloride trong máu (Hyperchloremic Metabolic Acidosis)
Tình trạng nhiễm toan là kết quả của sự suy giảm liên tục lượng HCO3- dự trữ trong cơ thể do thuốc ức chế carbonic anhydrase gây ra và điều này làm giới hạn hiệu quả lợi tiểu của thuốc.Không giống như ảnh hưởng lợi tiểu, tình trạng nhiễm toan vẫn còn duy trì khi thuốc tiếp tục được sử dụng. Trước đây acetazolamide được dùng làm thuốc lợi tiểu, nhưng tác dụng giảm dần khi tiếp tục sử dụng nên phần lớn đã được thay thế bằng các thuốc khác như thiazide và furosemide.

B. Sỏi thận
Trong nước tiểu, lượng phosphate và calcium tăng lên cùng với sự tăng bicarbonate do đáp ứng với thuốc ức chế carbonic anhydrase. Sự bài tiết các nhân tố hoà tan trong thận (ví dụ citrate) cũng có thể sụt giảm khi sử dụng thuốc dài ngày. Muối calcium thì không tan ở pH kiềm, điều này có nghĩa là tăng khả năng bị sỏi thận từ những loại muối này.

C. Mất Potassium từ thận.
Mất potassium (K+) có thể xảy ra bởi sự tăng hấp thu Na+ trong ống góp (cùng với HCO3-) làm điện thế lòng ống đoạn này âm hơn và tăng tiết K+. Ảnh hưởng này có thể được chống lại bằng cách sử dụng đồng thời potassium chloride (KCl) hay thuốc lợi tiểu không làm tăng tiết K+ (K+ sparing diuretic). Việc mất potassium, về mặt lý thuyết, là vấn đề gặp phải của bất kì thuốc lợi tiểu nào mà có sự tăng Na+ đến ống góp. Tuy nhiên, chất đối vận mới với thụ thể adenosine A1 (adenosine A1-receptor antagonists) có thể tránh khỏi độc tính này bằng cách làm giảm sự tái hấp thu Na+ trong ống góp cũng như ống lượn gần.

D. Độc tính khác.
Buồn ngủ và dị cảm thường đi kèm khi dùng một liều lớn acetazolamide. Thuốc ức chế Carbonic anhydrase có thể tích tụ ở bệnh nhân suy thận, dẫn tới nhiễm độc hệ thần kinh. Những phản ứng quá mẫn cảm (sốt, phát ban, mất tuỷ xương (bone marrow suppression) và viêm thận mô kẽ (interstitial nephritis)) có thể xảy ra.

CHỐNG CHỈ ĐỊNH

Thuốc ức chế Carbonic anhydrase gây kiềm hoá nước tiểu làm giảm sự bài tiết NH4+ (bằng cách chuyển nó thành NH3 và tái hấp thu) và có thể góp phần tiến triển tình trạng tăng ammoni máu(hyperammonemia) và bệnh não do gan (hepatic encephalopathy) ở những bệnh nhân xơ gan(cirrhosis).

Hormone kiểm soát sự chuyển hóa Calcium & Phosphate

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Calcium là một phân tử tín hiệu nội bào thiết yếu, nó đóng vai trò rất quan trọng trong rất nhiều quá trình hoạt động của tế bào và cơ chế cụ thể đã được trình bày trong chương viết về lộ trình sinh tín hiệu tế bào. Do vậy, ở đây ta sẽ chỉ đề cập đến các đặc tính hóa sinh học quan trọng của calcium, phosphate, các hormone và quá trình kiểm soát hoạt động của calcium.

Hình 18.1: Cân bằng nội môi của calcium trong cơ thể.

Hệ thống kiểm soát cân bằng nội môi của calcium rất nhạy cảm với nồng độ calcium bên trong và bên ngoài tế bào nhờ vào các hormone điều hòa calcium đến các cơ quan như thận, xương và ruột non; tác động đến quá trình huy động, bài tiết và hấp thu calcium của tế bào. Có 3 hormone chính, lần lượt là:

–          1,25-dihydroxycholecalciferol: Một steroid hormone được tạo thành từ vitamin D ở gan và thận, vào máu tuần hoàn và được mang bởi globulin gắn vitamin D. Bước hoạt hóa cuối cùng để tạo thành calcitriol xảy ra chủ yếu ở thận nhưng cũng có mặt ở một vài nơi khác (như tế bào keratin và đại thực bào). Nó làm tăng sự hấp thu calcium ở ruột non. Lưu ý là, PTH tăng sản xuất calcitriol thông qua lộ trình tín hiệu cAMP. Calcitriol kiểm soát hoạt tính của 1α-hydroxylase bởi cơ chế tác hồi âm trực tiếp tại thận và ức chế sự tiết PTH.

Hình 18.2: Phân bố vai trò của Ca2+ và phosphate.

–          Hormone tuyết cận giáp (parathyroid hormone, PTH): Đây là một chuỗi polypeptide đơn có 84 amino acid, trọng lượng phân tử khoảng 9500 Da. Chức năng sinh lý của nó liên quan đến vị trí đầu N của peptide. Từ tiểu phân 1 đến 27 là vị trí gắn của hormone với thụ thể PTH và hoạt tính hormone. Nó được tiết ra ở tuyến cận giáp, có vai trò chính là huy động calcium từ xương và tăng hấp thu calcium từ ruột non, giảm thải calcium và tăng thải phosphate qua đường niệu. Khi nồng độ huyết tương của Ca2+ dưới 7mg/dL (1.75 mM), sự bài tiết Ca2+ sẽ giảm. Ở xương, PTH tham gia cả quá trình đồng hóa và dị hóa xương; trong ống nghiệm, nó tác động lên tạo cốt bào bằng cách ức chế sự hình thành collagen týp 1, phosphatase kiềm và osteocalcin; nhưng trong tế bào, người ta lại thấy nó tăng hoạt tính của osteoblast và do vậy nồng độ osteocalcin và phosphatase kiềm đôi lúc lại tăng. (năm 2008 người ta còn phát hiện một số thụ thể của PTH ở hủy cốt bào, được mô tả ở hình dưới đây). PTH hoạt động qua lộ trình tín hiệu của cAMP là chủ yếu và một phần rất nhỏ qua lộ trình của Ca2+ nội bào.

Hình 18.3: Quá trình tạo ra pre-proparathyroid hormone. Sau đó, pre-pro-PTH được phân cắt tại ER để tạo thành pro-PTH và cuối cùng PTH được tạo ra ở bộ Golgi trước khi được tiết ra ngoài bởi các túi tiết.

Hình 18.4: Sự kiểm soát sự tạo thành hủy cốt bào và hoạt tính của tạo cốt bào ở tế bào stroma. PTH tác động trên thụ thể PTH/PTH-related protein (PTHrP) có ở tiền tạo cốt bào để tăng sản xuất macrophage colony-stimulating factor (M-CSF), ligand của thụ thể hoạt hóa NFκB (RANK) và giảm sản xuất osteoprotegerin (OPG). Ligand của M-CSF và RANK kích hoạt sản xuất hủy cốt bào và tăng hoạt tính của hủy cốt bào trưởng thành bằng cách gắn vào thụ thể RANK. OPG khóa sự tương tác giữa RANK và ligand của nó.

Hình 18.5: Sơ đồ giản lượt lộ trình tín hiệu của PTH.

–          Calcitonin: Hormone này được tiết bởi tuyến giáp, có vai trò giảm nồng độ của calcium trong máu, đối trọng với vai trò của PTH. Thời gian bán hủy của calcitonin là khoảng 10 phút. Sự tiết calcitonin được hoạt hóa bởi catecholamines, glucagon, gastrin và cholecystokinin và tình trạng tiết bất thường liên quan đến tình trạng carcinoma tủy giáp hoặc tăng sản tế bào C tuyết giáp do vậy có thể đóng vai trò như một marker. Calcitonin hoạt động thông qua các thụ thể của nó (CTR), các thụ thể này là thành viên của họ GPCRs. Trong đó, thể phong phú nhất là hCTRI1+, thuộc lộ trình Gs – AC.Không chỉ có calcitonin, calcitonin gene-related peptide (CGRP), amylin (vai trò của nó là ngăn cản sự hủy xương, giảm lượng thức ăn đưa vào cơ thể, giảm tiết dịch vị và ngoài việc có mặt ở xương, nó còn xuất hiện ở tụy trên bệnh nhân bị tiểu đường týp 2, điều này gợi ý rằng nó có một vai trò nhất định trong tình trạng bệnh lý này), adrenomedullin (có tác động giãn mạch nhưng cách thức nó hoạt động vẫn còn phải nghiên cứu nhiều hơn), calcitonin receptor-stimulating peptide 1 (CRSP1) và intermedin (thành viên mới nhất của nhóm này, có mặt ở tuyến yên và ống tiêu hóa) đều có vị trí gắn ái lực cao trên bề mặt tế bào bởi các thụ thể GPCR và RAMP.

Ngoài 3 hormone trên, không thể không nhắc đến vai trò của FGF23. Nó có vai trò quan trọng trong sự chuyển hóa phosphate bình thường. Quá biểu hiện FGF23 sẽ gây nên tình trạng hạ phosphate máu và giảm hoạt tính của 1α-hydroxyl hóa 25(OH)D. Ngoài ra, FGF23 còn giảm các kênh tải phosphate phụ thuộc Na+ ở cả ruột non và thận do vậy nó cũng đóng vai trò điều hòa hoạt động tải phosphate ở cả hai vị trí này. FGF23 đồng thời giảm nồng độ calcitriol lưu thông trong máu bởi vì tác động vào giai đoạn dịch mã của việc tổng hợp 25(OH)D 1α-hydroxylase và tăng biểu hiện của 24-hydroxylase (enzyme có vai trò chính trong việc bất hoạt calcitriol). FGF23 hoạt hóa thụ thể FGF 1 có mặt ở Klotho (một protein xuyên màng chuỗi đơn, có vai trò như một đồng thụ thể); người ta thử nghiệm trên chuột loại bỏ gene mã hóa Klotho thì thấy rằng nồng độ phosphate và calcitriol đều tăng lên, điều này cho thấy rằng Klotho là trung gian điều hòa hoạt tính của FGF23.

Xem toàn bộ bài viết tại đây.

ĐẠI CƯƠNG SẮT VÀ HEMOGLOBIN

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Xin cảm ơn bạn Lê Minh Châu đã có đóng góp quan trọng cho bài viết này.

Giới thiệu

Hình 19.1: Sự phân bố của Sắt trong cơ thể sinh vật.

Sắt có vai trò rất quan trọng trong cơ thể con người, phần nhiều vì sắt tham gia quá trình chuyển hóa oxygen và tạo máu. Ở cơ thể người , sắt tồn tại ở 2 dạng: ferrous (Fe2+) và ferric (Fe3+). Sắt có ái tính cao đối với những nguyên tử có độ âm điện cao hay mật độ điện âm cao như là oxygen, nitrogen và sulfur, các nguyên tử này được tìm thấy dưới dạng đại phân tử trong tim và có sắt ở trung tâm đại phân tử đó.

Trong môi trường pH kiềm và trung tính, sắt tồn tại ở dạng Fe3+ và ở môi trường pH có tính acid, sắt thường tồn tại ở dạng Fe2+. Khi ở dạng Fe3+, sắt cùng với các anion, nước và peroxides tạo nên các phức hợp lớn. Các phức hợp lớn này ít tan trong nước, và vì tính chất này nên chúng thường tập hợp lại với nhau và tạo nên bệnh lí cho cơ thể. Sắt có thể bám vào rất nhiều đại phân tử và ngăn chặn việc hình thành cấu trúc hay phá hoại chức năng của các đại phân tử này. Vì vậy cơ thể cần có các protein bám sắt (iron-binding protein) để bảo vệc cơ thể khỏi những tác động có hại của sắt.

Hình 19.2: Phổ hấp thụ vùng nhìn thấy của Hb mang và không mang oxygen.

Heme không những quan trọng vì nó có vai trò tạo nên hemoglobin và vài enzyme (như cytochrome oxi hóa khử và cytochrome giải độc nhóm P450) mà chúng còn quan trọng vì rất nhiều bệnh xảy ra do khiếm khuyết enzyme trong quá trình sinh tổng hợp chúng. Sự khiếm khuyết này làm δ-aminolevulinic acid, (ALA) và các heme trung gian có màu bất thường khác xuất hiện trong hệ tuần hoàn, nước tiểu và các mô khác như răng và xương gây nên rối loạn bệnh lí. Vài rối loạn trong quá trình sinh tổng hợp heme diễn ra rất âm thầm như porphyrias.

Chuyển hóa sắt

Fe2+ liên kết với protoporphyrin IX tạo heme. Có rất nhiều heme có các protein liên quan đến việc vận chuyển oxygen (hemoglobin), dự trữ oxygen (myoglobin) và enzyme xúc tác như là nitric oxide synthase (NOS) và prostaglandin synthase (cyclooxygenase). Có rất nhiều sắt không tạo heme nhưng có chứa protein như iron-sulfur protein trong sự phosphoryl hóa oxi hóa hay các protein dự trữ và vận chuyển sắt (transferrin và ferritin).

Hình 19.3: Phức hợp Fe(II)-porphyrin có gắn kết Oxygen

Sắt được đưa vào cơ thể con người ở 2 dạng: sắt tự do và sắt heme. Trong ruột, sắt tự do bị khử từ dạng Fe3+ thành dạng Fe2+ ở trên lớp niêm mạc của tế bào ruột non và được chuyển đến các tế bào bằng transporter kim loại hóa trị 2 (divalent metal transporter, DMT1). Ruột hấp thu được sắt heme khi heme bám vào protein vận chuyển heme (heme carrier protein, HCP1).Sau đó, sắt trong heme được tách ra khỏi heme bởi enzyme dị hóa heme, heme oxygenase. Sắt có thể được dự trữ trong trong tế bào ruột ở dạng bám vào ferrintin. Sắt được vận chuyển qua màng đáy bên của tế bào ruột vào hệ tuần hoàn nhờ vào transport protein ferroportin (hay còn gọi là IREG1- iron regulated gene 1). Sau đó, enzyme hephaestin (ferroxidase chứa đồng có chức năng tương tự ceruloplasmin) oxi hóa Fe2+ thành Fe3+. Khi đi vào hệ tuần hoàn, Fe3+ gắn vào transferrin và thông qua hệ cửa để đến gan. Gan là nơi dự trữ chính của sắt. Nơi sử dụng sắt nhiều nhất là tủy xương, nơi tổng hợp heme.

Hình 19.4: Cấu trúc của Heme

Sắt đưa vào cơ thể được hấp thu ở tá tràng. Sắt tự do thường tồn tại ở dạng Fe2+ở ruột và bị khử thành Fe3+ bởi ferrireductase. Ở tá tràng, quá trình khử này được diễn ra bởi duodenal cytochrome B (DCYTB) vàferrireductases bờ bàn chải ruột (vì nghiên cứu cho thấy những con chuột knock-out gene DCYTB không bị giảm khả năng hấp thu sắt).  Fe2+ được hấp thu vào ruột bởi ivalent metal transporter 1 (DMT1). DMT1 thuộc họ protein vận chuyển tan (solute carrier protein family) và được kí hiệu là SLC11A2. Sắt heme được hấp thụ nhờ vào heme carrier protein 1 (HCP1). Khi vào ruột, heme bị thoái giáng bởi heme oxygenase và giải phóng Fe2+. Fe2+ bám vào ferritin và được được dự trữ ở ruột hay đi vào tuần hoàn bởi ferroportin (IREG1). Ferroportin cũng thuộc họ protein vận chuyển tan trong dung dịch nước (solute carrier protein family) và được kí hiệu là SLC11A3. Khi vào máu, sắt được transferrin vận chuyển ở dạng Fe3+ vì khi đi qua ferroportin, Fe2+ đã được hephaestin (1 loại ferroxidase) oxi hóa thành Fe3+.

Transferrin được sản xuất ở gan và là protein huyết thanh có khả năng vận chuyển sắt. Mặc dù còn rất nhiều kim loại khác có thể bám vào transferrin nhưng Fe3+ có ái lực cao nhất đối với transferrin. Fe2+ không bám vào transferrin. Có 2 dạng Fe3+ bám vào transferrin. Sắt được hấp thu vào tế bào nhờ sự phosphoryl hóa thụ thể màng tế bào của PKC. Sau đó phức hợp sắt-transferrin-thụ thể sẽ được nội bào hóa. Sau đó, vì tính acid của endosome, sắt được giải phóng còn transferrin và thụ thể được đưa trở về màng tế bào.

Hình 19.5: Chu trình của Transferrin trong tế bào

Xem toàn bộ bài viết tại đây.

Sinh lý học vitamins và khoáng chất

Phùng Trung Hùng – Lê Minh Châu – Nguyễn Phước Long

Vitamin là những phân tử hữu cơ đóng vai trò rất quan trọng đối với cơ thể chúng ta. Trong đó,  chức năng cofactor (co-enzyme) trong phản ứng enzyme là quan trọng nhất. Các vitamin chỉ được cung cấp bởi thức ăn hằng ngày chứ không được cơ thể tổng hợp và được chia làm 2 loại: tan trong nước và tan trong dầu.

Chất khoáng rất quan trọng trong các phản ứng sinh hóa của cơ thể. Có 2 loại chất khoáng: nguyên tố đa lượng và nguyên tố vi lượng. Nguyên tố đa lượng gồm: sodium, magnesium, phosphorus, sulfur, chlorine potassium và calcium. Nguyên tố vi lượng gồm: các nguyên tố cần thiết cho cơ thể  (manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, selenium, molybdenum và iodine) và các nguyên tố không thiết yếu (boron, chromium, fluoride và silicon)

Thiamin

Hình 17.1: Cấu trúc của thiamin. Đây là vitamin được phát hiện đầu tiên.

Còn được gọi là thiamine hay vitamin B1. Thiamin được tạo từ 1 phân tử dẫn xuất của pyrimidine nối với 1 phân tử thiazole bằng cầu nối methylene. Ở não và gan dưới tác động của enzyme thiamin diphosphotransferase, thiamin nhanh chóng chuyển thành dạng hoạt động (thiamin pyrophosphate, TPP).

Thiamin pyrophosphophate

TPP là cofactor của enzyme tham gia xúc tác phản ứng trong chu trình TCA hay xúc tác các phản ứng transketolase trong con đường pentose phosphate(pyruvate dehydrogenase (PDH) và α-ketoglutarate dehydrogenase. Chính vì vai trò này mà khi thiếu thiamin, tế bào sẽ giảm khả năng tạo ra năng lượng.

Hình 17.2: Cơ chế chuyển hóa kị khí.

Lượng thiamin đưa vào cơ thể dao động trong khoảng từ 1-1.5 mg/ngày ở người lớn. Dù vậy lượng thiamin này cần cân đối với lượng calo đưa vào (đối với khẩu phần ăn chứa nhiều carbohydrate thì cần phải tăng lượng thiamin cần được đưa vào).

Hình 17.3: Quá trình tổng hợp TPP.

Hình 17.4: Nitrogen tích điện dương trên vòng thiazole của TPP sẽ giúp phản ứng decarboxyl xảy ra, tạo thành hydroxyethyl-TPP.

Trong quá trình phân hóa carbohydrate không có oxygen, pyruvic acid được tạo ra rồi sau đó bị khử thành lactic acid khi tế bào cơ hoạt động. Khi lactic acid vào thể dịch, nó sẽ được oxy hóa bởi oxygen để trở thành lại pyruvic acid; phân tử này được tích lũy trong cơ thể và sau đó được chuyển đổi thành AcetylCoA (dưới sự xúc tác của TPP/cocarboxylase pyruvate carboxylase, Co A, NAD nicotinamide adenine dinucleotide và lipoic acid).

Các biểu hiện lâm sàng của thiếu hụt thiamin

Các triệu chứng sớm là: Táo bón, giảm ngon miệng, buồn nôn, trầm cảm, bệnh lý thần kinh ngoại biên và mệt mỏi. Thiếu thiamin mạn đưa đến những triệu chứng nghiêm trọng hơn đối với thần kinh như: ataxia, rối loạn tâm thần, mất khả năng phối hợp mắt (loss of eye coordination). Thiếu thiamin lâu ngày có thế làm xuất hiện các triệu chứng lâm sàng có liên quan đến khiếm khuyết ở hệ tim mạch và hệ cơ.

Beriberi là bệnh thiếu thiamin trầm trọng nhất, do chế độ ăn nhiều carbohydrate nhưng lại thiếu thiamin. Ngoài ra thiếu thiamin còn gây hội chứng Wernicle-Korsakoff, thường thấy ở những bệnh nhân nghiện rượu lâu năm do chế độ ăn nghèo dinh dưỡng. Hội chứng Wernicle-Korsakoffgồm: “wet brain” và sau đó là suy giảm trí nhớ ngắn hạn. Những bệnh nhân mắc hội chứng Wernicle-Korsakoff thường có bất thường về chuyển hóa ngay từ lúc mới sinh và hội chứng chỉ xảy ra khi chế độ ăn thiếu cân bằng thiamin. Người ta nghĩ rằng những người này thường có bất thường về enzyme transketolase.  Mặc dù đã có rất nhiều enzyme transketolase được nghĩ là liên quan đến hội chứngWernicle-Korsakoff nhưng hiện nay vẫn chưa có đột biến nào được tìm thấy trên các gene mã hóa enzyme được dòng hóa từ những cha mẹ có hội chứng này.

 

 

Riboflavin

Riboflavin tạo nên các coenzyme: flavin mononucleotide (FMN) và flavin adenine dinucleotide (FAD). Riboflavin tổng hợp 2 cofactor này theo 2 bước. FMN được tổng hợp từ riboflavin thông qua enzyme riboflavin kinase phụ thuộc ATP (RFK). RFK đưa nhóm phosphate đến kết hợp với đầu tận hydroxyl của riboflavin và chuyển thành FAD khi có mặt AMP (được tạo ra từ ATP) thông qua hoạt động của FAD pyrophosphorylase (hay còn được gọi là FMN adenylyltransferase, FMNAT).

Hình 17.5: Mối liên quan giữa RF, FMN và FAD.

Các flavoprotein là những enzyme cần đến FMN và FAD. Vài enzyme này có ion kim loại nên được gọi là metalloflavoprotein. Cả 2 loại enzyme đều có trong các phản ứng oxi hóa khử (ví dụ: succinate dehydrogenase và xanthine oxidase).  Khi phản ứng xảy ra, FMNH2 và FADH2 được tạo thành. FADH2 có hydrogen ở nitrogen 1 và 5. Một ngày, một người lớn cần 1,2 đến 1,7 mg riboflavin

Triệu chứng lâm sàng của thiếu Flavin

Thiếu riboflavin rất hiếm ở Mĩ vì chế độ ăn nhiều trứng, sữa, thịt và ngũ cốc. Thiếu hụt Riboflavin chỉ gặp ở những người nghiện rượu lâu năm do chế độ ăn thiếu dinh dưỡng hằng ngày của họ.

Các triệu chứng của thiếu riboflavin: ngứa và đỏ mắt, viêm khóe miệng và nứt môi (môi và miệng xuất hiện các vết nứt và đau), mắt đỏ, viêm lưỡi (viêm làm lưỡi có màu tím), tăng tiết bã nhờn (gàu và vẩy xuất hiện ở da đầu và mặt), run, uể oải và sợ ánh sáng. Riboflavin phân hủy khi gặp ánh sáng do vậy các trẻ sơ sinh bị tăng bilirubin trong máu được điều trị bằng liệu pháp ánh sáng dễ bị thiếu hụt riboflavin.

Hình 17.6: Flavin coenzyme có thể thamg gia phản ứng oxi hóa – khử 1 hay 2 electron để tạo thành gốc tự do flavin trung gian.

Niacin

Còn được gọi là vitamin B3, được tạo nên bởi nicotinic acid và nicotinamide. Niacin cần thiết để tổng hợp nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) và nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP+) – 2 dạng hoạt động của vitamin B3. NAD+ và NADP+ đều là cofactor của nhiều enzyme dehydrogenase như lactate dehydrogenase và malate dehydrogenase.

Xét về bản chất Niacin không được xem là vitamin thật sự vì niacin có thể được tạo từ amino acid tryptophan.  Mặc dù vậy, khả năng tổng hợp niacin của tryptophan rất kém (để tổng hợp được 1 mg niacin cần đến 60 mg tryptophan) và để tổng hợp được niacin từ tryptophan còn cần các vitamin B1, B, B6Mỗi ngày, một người lớn cần được cung cấp 13 đến 19 NE (niacin equivalent), 1 NE tương đương với 1 mg niacin tự do.

Những triệu chứng lâm sàng của thiếu niacin và nicotic acid

Khẩu phần ăn thiếu niacin hay tryptophan có thể dẫn đến các hậu quả sau: viêm lưỡi (lưỡi trở nên tím), viêm da, sụt cân, tiêu chảy, trầm cảm và mất trí. Pellagra là bệnh bao gồm các triệu chứng nặng của thiếu niacin như là trầm cảm, viêm da, tiêu chảy. Ngoài khẩu phần ăn, một số tình trạng sinh lí (như mắc bệnh Hartnup) hay đang dùng thuốc  Isonazid (dạng hydrazide của isonicotinic acid) để điều trị bệnh lao cũng có thể dẫn đến tình trạng thiếu hụt niacin. Trong bệnh Hartnup, khả năng hấp thu tryptophan của cơ thể bị suy giảm và trong malignant carcinoid syndrome,  quá trình chuyển hóa tryptophan bị thay đổi do serotonin được tổng hợp quá nhiều.

Nicotinic acid (không phải nicotinamide),khi dùng ở liều 2-4g/ngày có thể làm hạ nồng độ cholesterol trong bào tương và được dùng trong điều trị bệnh cholesterol trong máu cao. Cơ chế của việc này là, ở liều lượng như trên, nicotinic acid làm giảm sự huy động acid béo từ mô mỡ cũng như giải phóng glycogen và mỡ dự trữ trong cơ vân và cơ tim. Sự tạo uric acid luôn đi kèm với việc tăng glucose trong máu vì vậy không dùng nicotinic acid cho người béo phì có đái tháo đường và người bị bệnh gout.

Pantothenic acid

Hình 17.7: Cấu trúc của Pantothenic acid.

Còn được gọi là vitamin B5. Pantothenic acid được tạo thành từ β-alanine và acid pantoic. Quá trình tổng hợp coenzyme A từ pantothenate trải qua 5 giai đoạn. Dưới tác động của pantothenate kinase, nhóm hydroxyl của pantothenateđược phosphoryl hóa và nhóm sulfhydryl phản ứng của cysteine được thêm vào nhờ vào hoạt động của phosphopantothenoylcystein synthase. Sau 3 phản ứng nữa, phân tử được khử carboxyl và ADP được thêm vào để tạo nên coenzyme A hoàn chỉnh về chức năng.

Pantothenate cần cho quá trình tổng hợp coenzyme A – CoA và cũng là thành phần câu tạo nên protein vận chuyển nhóm acyl (acyl carrier protein – ACP) của quá trình tổng hợp acid béo. Vì vậy, pantothenate cần cho quá trình chuyển hóa của carbohydrate trong qua chu trình TCA. Ít nhất 70 enzyme cần CoA hay ACP cho hoạt động của chúng.

Tình trạng thiếu hụt pantothenic acid rất hiếm gặp vì chúng có trong ngũ cốc nguyên chất, đậu và thịt. Rất khó phát hiện các tình trạng thiếu hụt pantothenic acid vì tình trạng có các triệu chứng rất giống triệu chứng thiếu hụt các vitamin B khác như là đau rát bàn chân, biến dạng da, chậm phát triển, chóng mặt, rối loạn tiêu hóa, nôn, bồn chồn, chuột rút.

Vitamin B6

Chất khoáng

Calcium: cần cho quá trình khoáng hóa xương, chức năng tim mạch, chức năng của hệ tiêu hóa co cơ và đông máu. Biểu hiện và chức năng của Ca2+ sẽ được đề cập rõ ràng hơn ở các chương khác.

Chlorine (hay chloride ion): quan trọng trong việc duy trì chức năng của các bơm tế bào và được dùng để tạo HCl trong dạ dày.

Sắt: mặc dù là nguyên tố vi lượng nhưng chúng có vai trò rất quan trọng trong việc vận chuyển oxygen. Sắt là trung tâm chức năng của hem và vai trò của sắt là gắn oxi phân tử vào heme của hemoglobin để vận chuyển oxi từ phổi đến mô.

Magnesium: cần cho quá trình khoáng hóa xương và cần để ATP có thể hoạt động. Tất cả ATP trong tế bào đều có magnesium bám vào phosphate, phức hợp magnesium-ATP này giúp cho ATP có thể dễ dàng tách đầu tận phosphate (γ-phosphate) trong quá trình cung cấp năng lượng trong chuyển hóa tế bào. Cơ chế điều hòa nồng độ của Magnesium sẽ được thảo luận ở một chương riêng.

Phosphorus:là chất điện phân hệ thống quan trọng nhất, có vai trò như chất đệm trong máu dưới dạng phosphate ion PO43–. Phosphate cũng cần cho quá trình khoáng hóa xương và sử dụng năng lượng.

Potassium:là chất điện phân tuần hoàn chủ chốt trong quá trình điều hòa kênh Na+ phụ thuộc ATP, kênh này còn được gọi là Na+/K+-ATPases và chức năng cính của nó là dẫn truyền xung thần kinh trong não.

Sodium: cũng là chất điện phân tuần hoàn chủ chốt trong quá trình điều hòa kênh Na+ phụ thuộc ATP, kênh này còn được gọi là Na+/K+-ATPases và chức năng cính của nó là dẫn truyền xung thần kinh trong não.

Sulfur: có chức năng chính trong chuyển hóa amino acid nhưng cũng cần để điều chỉnh phức hợp carbohydrate có trong protein và lipid . Mặc dù vậy ở chức năng sau, sulfur có thể trở thành amino acid methionine

Nguyên tố vi lượng có chức năng chủ yếu là làm cofactor hay điều hòa chức năng của enzyme. Từ vi lượng nói lên rằng các chất khoáng này có thể tác động lên cơ thể dù có liều lượng rất nhỏ.

Đồng: quan trọng trong quá trình tạo máu, tổng hợp hemoglobin và tạo xương. Đồng còn có khả năng tạo năng lượng, chữa lành vết thương, đóng vai trò trong việc tạo vị giác, và góp phần tạo nên màu tóc và da. Đồng cũng tham gia vào sự tạo thành collagen (protein nhiều nhất trong cơ thể) nên đồng rất quan trọng trong việt tạo da, xương và mô liên kết

Iodine:cần cho quá trình tổng hợp hormone tuyến giáp vì vậy chúng đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa chuyển hóa năng lượng thông qua chức năng của tuyến giáp

Manganese: tham gia vào phản ứng chuyển hóa protein và chất béo, giúp cho hệ thần kinh khở mạnh, cần thiết cho chức năng tiêu hóa, tăng trưởng xương, chức năng miễn dịch. Ngoài ra manganese còn cần thiết cho chức năng của super oxide dismutase – SOD, enzyme cần cho quá trình ngăn chặn super oxide anions phá hủy tế bào.

Molybdenum” có vai trò chủ yếu là làm cofactor cho vài oxidase như xanthine oxidase (trong quá trình chuyển hóa purine nucleotide catabolism), aldehyde oxidase và sulfite oxidase.

Selenium:có vai trò điểu chỉnh hoạt động của  glutathione peroxidasethông qua sự gắn kết của nó vào protein để tạo selenocysteine.

Kẽm: là cofactor của hơn 300 enzyme khác nhau. Kẽm tương tác với insulin nên chúng vai trò rất quan trọng trong quá trình điều hòa lượng glucose trong máu thông qua hoạt động của insulin. Kẽm cũng thúc đẩy quá trình lành vết thương, điều hòa chức năng miễn dịch, là cofactor của các enzyme chống oxy hóa và rất cần thiết cho quá trình tổng hợp protein và tạo collagen.

Xem toàn bộ bài viết tại đây.

Sốc phản vệ: trẻ không tha, già không thương!

Lý do đưa đến cái chết của ba trẻ sơ sinh ngay sau khi được chích ngừa vắcxin viêm gan B tại bệnh viện đa khoa huyện Hướng Hoá của tỉnh Quảng Trị được công bố là “sốc phản vệ”. Vậy sốc phản vệ là gì?

Phản ứng mạnh mẽ quá mức của cơ thể

Cơ thể con người được coi là tiến hoá nhất, hoàn hảo nhất và luôn sẵn sàng phản ứng bảo vệ chính mình trước các mối nguy hại từ bên ngoài. Khi vật lạ xâm nhập cơ thể, phản ứng để bảo vệ nhẹ nhất được gọi là dị ứng, nặng nhất là sốc phản vệ. Phản ứng bảo vệ nhìn chung là có lợi. Ví dụ: khi bạn ăn phải thức ăn bị nhiễm khuẩn, phản ứng của cơ thể là nôn ói, đi cầu nhiều lần, tiêu chảy… nhằm loại bỏ tác nhân độc hại là lũ vi khuẩn. Khi tay bạn chạm phải vật nóng, phản xạ tự nhiên là co tay lại để tránh xa. Khi bị đau do tổn thương, cơ thể tiết ra một chất gọi là morphin nội sinh có tác dụng giảm đau ngay tức thì. Nếu bị mất máu, cơ thể sẽ phản ứng bằng cách co mạch máu nhỏ lại để hạn chế chảy máu… Nhưng đôi khi, phản ứng mạnh mẽ, rầm rộ, ngay lập tức lại trở thành phản ứng có hại, điển hình là hiện tượng sốc phản vệ bởi diễn tiến rầm rộ, ngay tức thì ở nhiều cơ quan gây tổn hại nghiêm trọng và nguy cơ tử vong rất cao do thiếu oxy não không hồi phục.

Nguyên nhân không chỉ do dùng thuốc

Nói đến sốc phản vệ, chúng ta thường hay nghĩ đến sốc do thuốc. Điều này không hoàn toàn đúng, vì ngoài thuốc, có rất nhiều chất có thể gây phản ứng dị ứng mà biểu hiện nặng nề nhất là sốc phản vệ. Ví dụ: găng tay y tế, nhựa latex, trái cây, thịt bò, sữa đậu nành, nọc ong… Không chỉ có thuốc kháng sinh mới gây sốc, nhiều loại thuốc khác, thậm chí rất “lành” như các loại vitamin cũng có nguy cơ tương tự. Cũng cần kể đến các thuốc hay dùng trong bệnh viện như: vắcxin, thuốc giảm đau, thuốc hạ sốt, thuốc cản quang, thuốc giãn cơ, dịch truyền (hay gọi là nước biển), dịch nuôi dưỡng bằng đường tĩnh mạch… Thậm chí, ngay cả thuốc dùng chống sốc cũng có thể gây sốc phản vệ. Vì vậy, phải thận trọng nếu bạn có thói quen tự mua thuốc về dùng hay sử dụng thuốc mà không có sự tư vấn của bác sĩ. Ngoài ra, dùng thuốc theo quảng cáo cũng là một nguy cơ phải phòng tránh.

Nguy cơ tiềm ẩn, hậu quả khó lường

Phản ứng dị ứng không trừ một ai, ở bất kỳ độ tuổi nào, ngay trong bệnh viện hay bất kỳ nơi nào khác. Cũng giống như người tham gia giao thông vậy, cho dù bạn di chuyển bằng máy bay hay đi bộ, thời tiết tốt hay xấu, ban ngày hay ban đêm thì yếu tố nguy cơ luôn luôn thường trực.

Biểu hiện của phản ứng dị ứng rất đa dạng: đỏ da, nổi mề đay, ho, sưng phù mắt, phù miệng, khó thở, mệt mỏi… đến suy hô hấp thậm chí ngưng tim. Đôi khi, tử vong là khó tránh khỏi. Phản ứng dị ứng có khi xảy ra ngay tức thì hoặc có thể xảy ra muộn hơn sau một vài giờ tiếp xúc với chất lạ, đôi khi nó chỉ có thể xảy ra ở các lần tiếp xúc sau. Biểu hiện của phản ứng dị ứng có thể ở một cơ quan, nhưng đôi khi biểu hiện ở nhiều cơ quan cùng lúc, có thể quy thành hội chứng được ghi nhận trong y văn thế giới như hội chứng Steven – Johnson hoặc hội chứng Lyell…

Cấp cứu sốc phản vệ phải được thực hiện ở nơi có đầy đủ con người và dụng cụ hỗ trợ, trong đó không thể thiếu bác sĩ và hộp thuốc chống sốc. Vì vậy, nếu bạn có tiền sử dị ứng thì hãy nói với bác sĩ. Ngoài ra, bạn cần biết cách nhận diện các dấu hiệu sớm về dị ứng như đã nêu và nói với bác sĩ ngay khi chúng mới xuất hiện. Sốc phản vệ có thể xảy ra sớm, đôi khi muộn hơn sau một vài giờ, nhưng khi đã xảy ra sốc phản vệ, diễn tiến sẽ rất nhanh trong vòng 1 – 2 phút và chuyển sang trạng thái nguy kịch, lúc này rất khó để đảo ngược tình huống.

BS.CK1 BÙI HẠNH TÂM, SGTT

bác sĩ gây mê – hồi sức khoa phẫu thuật tim mạch, bệnh viện Đại học Y dược TP.HCM.

Chúng ta nên chủ động tự bảo vệ bằng cách tham vấn bác sĩ trước khi dùng thuốc hoặc khi thấy bất kỳ dấu hiệu nghi ngờ nào sau khi cơ thể tiếp xúc với vật lạ, thức ăn lạ, thuốc hay côn trùng, vật nuôi… kể cả khi bạn đang được chăm sóc trong các cơ sở y tế như phòng mạch, phòng khám, bệnh viện…

ĐẠI CƯƠNG VỀ MÀNG TẾ BÀO ĐỘNG VẬT NHÂN THỰC

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long – Lê Phi Hùng – Lê Minh Châu

Chúng ta đã nói các tri thức cơ sở về cấu trúc màng tế bào xuyên suốt nội dung các chương trước. Do vậy, chương này sẽ đi sâu, đề cập một cách hoàn chỉnh và hệ thống hóa những tri thức về màng tế bào.

Giới thiệu về màng sinh học

Màng sinh học được cấu tạo bởi lipid, protein và các carbohydrate bán rắn. Màng sinh học có cấu trúc khảm động, luôn thay đổi thành phần cấu tạo trong suốt cuộc đời của tế bào, bao quanh tế bào và  có vai trò điều hoà các hoạt động của tế bào. Các màng bên ngoài tế bào tạo nên màng bào tương còn các màng bên trong tế bào tạo nên các màng trong của các bào quan đặc biệt như nhân và ti thể

Thành phần và cấu trúc của màng sinh học

Màng sinh học được cấu tạo bởi lipids, protein và carbohydrates.

Carbohydrates liên kết với lipid tạoglycolipid và liên kết với protein tạo nên glycoprotein. Các loại tế bào khác nhau có thành phần protein và lipid khác nhau. Protein chiếm từ 20% đến 70% khối lượng màng.

Hình 22.1: Cấu trúc lớp lipid kép và tính chất khảm động

Có 3 loại lipid màng chính là: glycerophospholipids, sphingolipids, và cholesterol. Các loại lipid này sẽ được đề cập kĩ hơn ở phần lipids, tổng hợp lipid, sphingolipid và cholesterol. Sphingolipids và glycerolphospholipid chiếm phần lớn khối lượng lipid màng. Các phân tử của 2 loại lipid này với đặc điểm cấu trúc một đầu phân cực (đầu ưa nước) và một đầu không phân cực (đầu kị nước) tạo thành một lớp lipid kép (lipid bilayer) với 2 đầu kị nước quay vào nhau (xem hình dưới) . Lớp lipid kép này có thể khuếch tán bên (lateral diffusion – các phân tử của lớp có thể di chuyển dễ dàng giữa 2 lớp và thay đổi chỗ cho nhau) cũng như có thể khuếch tán ngang (transvere diffusion, flip-flop – các phân tử lipid khuếch tán từ mặt này sang mặt khác của màng). Tuy nhiên các phân tử muốn qua màng theo kiểu flip-flop này cần tạo nên cấu trúc có các đầu phân cực bao bên ngoài để qua lõi hydrocacbon của lớp kép lipid nên việc vận chuyển chất theo kiểu này là rất khó nếu không có enzyme flipase hỗ trợ quá trình này.

Hình 22.2: Cấu trúc điển hình của một phosphate-lipid (phospholipid)

Màng sinh học cũng chứa protein, glycoprotein và lipoprotein. Có 2 dạng protein thường gặp trên màng là: protein xuyên màng (integral protein) và protein ngoại vi (peripheral protein). Các protein xuyên màng hay còn gọi là protein nội màng (intrinsic protein) bám chặt vào màng và nằm trong lớp lipid kép nhờ vào các liên kết kị nước còn protein ngoại vi còn được gọi là protein ngoại màng (extrinsic protein) liên kết với màng bằng các liên kết lỏng lẻo với các đầu phân cực (mặt trong hay mặt ngoài của lớp lipid kép) hay với protein xuyên màng. Các protein ngoại vi thường nằm ở mặt bào tưởng của màng sinh học hay mặt trong của các màng bào quan.

Bảng 22.1: CTHH một số acid béo không no

Các protein liên kết màng sinh học được gọi là lipoprotein, phần lipid của lipoprotein giúp phân tử protein này bám vào màng sinh học bằng liên kết trực tiếp với lớp lipid kép hay gián tiếp thông qua protein xuyên màng. Phần lipid này là các isoprenoid như farnesyl và geranyl – các acid béo như myristic, acid palimitic, glycoslphosphatidylinositol, GPI (còn được gọi là glipiated protein).

Hoạt động của lớp màng sinh học

Hình 22.3: Màng bào tương là vị trí thích hợp của nhiều protein bề mặt: Thụ thể, kênh ion, transporter và phân tử kết dính.

Protein và lipid phân bố trên màng không giống nhau. Ví dụ: mặt trong của lớp lipid kép có nhiều phosphatidylethanolamine còn mặt ngoài thì nhiều phosphatidyl choline. Các carbohydrate bám vào lipid hay protein được tìm thấy nhiều nhất ở mặt ngoài của màng. Sự phân bố không giống nhau giữa protein và lipid đã tạo ra các tiểu vùng (sub-domain) chuyên biệt cao trong màng và các cấu trúc có màng chuyên biệt cao (như lưới nội bào tương (ER), bộ máy golgi và các túi tiết). Các túi tiết tổng hợp các yếu tố tế bào trong ER rồi sau đó được đưa đến bộ máy Golgi và cuối cùng đến màng sinh học để hoạt hóa các protein xuyên màng như thụ thể của yếu tố tăng trưởng (growth factor receptor). Trong quá trình vận chuyển từ nang đến màng sinh học các protein tiết này đã trải qua nhiều sự biến đổi trong đó có cả hiện tượng glycosyl hóa.

Hình 22.4: Cấu trúc bất đối xứng của lớp phospholipid màng

Các túi tiết được bộ máy golgi xuất ra được gọi là túi tiết trưởng thành  (coated vesicle). Màng của các nang này được tạo bởi các protein giá đỡ chuyên biệt có khả năng tương tác với môi trường ngoại bào. Dựa vào protein tạo thành lớp bao của túi tiết, người ta phân các túi tiết này thành 3 loại chính: (1) túi clathrin (Clathrin-coated vesicle) bao gồm protein gian màng, GPI-linked protein và protein tiết để đưa đến màng sinh học. Các túi tiết này còn tồn tại trong quá trình nhập bào (như trong quá trình hấp thu LDL bào tương của gan thông qua thụ thể của LDL); (2) COPI (COP = coat protein) tạo nên bề mặt cho các túi vận chuyển giữa các khoang của bộ máy golgi. (3) COPII tạo nên bề mặt các túi tiết được chuyển tử ER sang bộ máy golgi.

Cấu tạo bề mặt màng của mỗi tế bào phụ thuộc vào các tế bào lân cận mà nó tiếp xúc. Bề mặt màng của tế bào tương tác với các thành phần ống còn được gọi là mặt đỉnh (apical surface), mặt còn lại được gọi là mặt đáy bên (basolateral surface). Hai bề mặt này có thành phần lipid và protein cấu tạo tương đối khác nhau.

Hình 22.5: Mô tả mặt đỉnh và mặt đáy bên của màng tế bào.

Hầu hết các tế bào nhân thực đều tiếp xúc với các tế bào kế cận và đây là cơ sở để tạo nên các hệ cơ quan. Các tế bào nằm kế cận nhau trao đổi chất với nhau thông qua các liên kết khe (gap junction). Liên kết khe là các kênh liên tế bào và được cấu tạo từ các connexin có nhiệm vụ chính là dinh dưỡng cho các tế bào của cơ quan không tiếp xúc trực tiếp với dòng máu.

Xem toàn bộ bài viết tại đây.

Có nên ngưng chích ngừa bệnh viêm gan siêu vi B không?

Với tư cách một thầy thuốc, tôi đã xuất hiện nhiều lần trên các phương tiện thông tin đại chúng để nói về các bệnh viêm gan B, và C. Trong đó, tôi đã đề cập đến chương trình chích ngừa bệnh viêm gan siêu vi B (VGSV B).

Một trong ba gia đình đau đớn vì mất con sau khi tiêm ngừa vắcxin VGSV B tại bệnh viện Hướng Hoá, Quảng Trị. Ảnh: CTV

Hôm nay, khi tin tức đang tràn ngập trên báo chí, tivi về việc ba trẻ sơ sinh xấu số ở bệnh viện Hướng Hoá, Quảng Trị bị tử vong ngay sau khi được chích ngừa bệnh VGSV B. Vắcxin này còn hạn dùng đến năm 2015, do công ty Vắcxin sinh phẩm số 1 (Vabiotech) thuộc bộ Y tế cung cấp. Theo trang web của công ty (http://vabiotech.com.vn/?act=info&id=8) vắcxin này đã “đoạt giải nhì VIFOTECH 1995, công trình đoạt giải nhì VIFOTECH 1995, giải thưởng KOVALEVSKAIA 1999, huy chương vàng hội chợ Vì tuần lễ xanh quốc tế, sản phẩm được chứng nhận đạt tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn quốc tế”.

Bên cạnh những giải thưởng khoa học đó, lần đầu tiên, y giới Việt Nam có được bằng chứng cụ thể về nguyên nhân của những cái chết xảy ra liên tiếp sau khi chích ngừa: cơ địa em bé trước khi chích hoàn toàn khoẻ mạnh, cái chết xảy ra chỉ dăm phút sau khi chích thuốc. Và quan trọng hơn hết, bằng chứng mổ tử thi mà theo báo cáo của bệnh viện đa khoa huyện Hướng Hoá, các cháu bé tử vong nghi do “sốc phản vệ” sau khi tiêm thuốc (nguồn:http://www.thanhnien.com.vn/pages/20130721/tam-dung-tiem-vac-xin-viem-gan-b-cho-tre-so-sinh-tai-quang-tri.aspx)

Dĩ nhiên, tôi nhận được rất nhiều câu hỏi, email, điện thoại… để chất vấn về sự việc này. Trong đó, hoàn toàn hữu lý khi nhiều bậc phụ huynh có ý định không cho con cái đi tiêm phòng bệnh VGSV B nữa. Họ có lý khi nói: “không tiêm chưa chắc đã chết, mà tiêm chết ngay như thế thì làm sao tôi dám mang con đi được?”

Để rộng đường dư luận, tôi đưa lại một số thông tin, có dẫn nguồn tham khảo từ những tạp chí y học có uy tín. Tự những con số sẽ nói lên tất cả!

Bệnh VGSV B có phổ biến và nguy hiểm không?

Việt Nam là một trong những nước có tỷ lệ VGSV B cao nhất thế giới: 20% (một phần năm dân số). Bệnh này là nguyên nhân hàng đầu của ung thư gan. 25% bệnh nhân mắc phải siêu vi B sẽ đi vào biến chứng xơ gan, ung thư gan nếu không điều trị. 100% ung thư gan ở trẻ em là do VGSV B.

Ở trẻ em Việt Nam, tỷ lệ bị mắc VGSV B vào khoảng từ 13 – 18%. Chủ yếu các em bị lây nhiễm theo chiều dọc từ mẹ sang con trong quá trình chuyển dạ.

Có thể phòng ngừa bệnh VGSV B không?

Tuy nguy hiểm, nhưng hoàn toàn có thể phòng ngừa được bệnh bằng chích ngừa. Vắcxin có thể ngừa được bệnh trong ít nhất 95% trường hợp. Ở Đài Loan, chỉ 10% sau khi áp dụng tiêm chủng đại trà cho trẻ em, tỷ lệ bé sơ sinh nhiễm bệnh từ 10% đã giảm còn 1%. Đồng thời, tỷ lệ ung thư gan ở trẻ em trong cùng thời điểm giảm gần 50%.

Thiên vương Lưu Đức Hoa, một người mắc bệnh VGSV B, đã được Chính phủ Trung quốc mời sang Hoa lục để cổ suý cho việc chích ngừa VGSV B. Với hiệu quả như vậy, vắcxin ngừa VGSV B đã được mệnh danh là vắcxin ngừa ung thư đầu tiên của nhân loại.

Miễn dịch với bệnh kéo dài trong bao lâu?

Với phác đồ chuẩn 0, 1, 6 tháng, hiệu quả bảo vệ của vắcxin có thể kéo dài ít nhất 15 năm, thậm chí cả đời. Trừ một số trường hợp đặc biệt, không cần thiết phải theo dõi nồng độ kháng thể để chỉ định tiêm nhắc liều thứ tư. Lý do: cơ chế bảo vệ của vắcxin chủ yếu là qua hệ miễn dịch tế bào, vai trò kháng thể chỉ là thứ yếu. Do đó, tiêm nhắc liều thứ tư sau 5 năm là một tuỳ chọn, không phải bắt buộc để bảo đảm hiệu quả bảo vệ của vắcxin.

Chủng ngừa có an toàn không?

Có nhiều tranh luận đã nổ ra quanh độ an toàn của vắcxin ngừa bệnh VGSV B. Tuy nhiên, hệ thống thu thập dữ liệu về an toàn thuốc của Hoa Kỳ cho thấy: từ năm 1991 – 1998, có 18 trẻ em tuổi từ 0 đến 28 ngày tử vong sau khi tiêm vắcxin ngừa viêm gan B. Phân tích chi tiết nguyên nhân tử vong cho thấy có 12 trường hợp chết do đột tử (sudden infant death syndrome hay SIDS), ba trường hợp do nhiễm trùng, một trường hợp do xuất huyết não, còn lại không rõ nguyên nhân.

Trang thông tin chính thức của trung tâm Kiểm soát bệnh tật Hoa Kỳ (CDC) khẳng định: “kể từ khi áp dụng vào năm 1982, đã có hơn 100 triệu lượt người được chích và hoàn toàn không ghi nhận được tác dụng phụ nghiêm trọng nào. Tác dụng phụ chủ yếu là đau chỗ tiêm chích” (http://www.cdc.gov/hepatitis/B/bFAQ.htm#bFAQ38)

Dựa vào những con số thống kê này, y học hoàn toàn không ghi nhận được trường hợp tử vong nào có liên quan trực tiếp, nhân quả với tiêm ngừa vắcxin VGSV B, nếu nó được bào chế đúng chuẩn, bảo quản đúng quy cách. Vắcxin này tiêm bắp thịt, nên nếu việc tiêm thuốc không đúng quy cách thì bất quá là không gây miễn dịch cho trẻ, không thể làm chết người được. Do đó, vắcxin ngừa VGSV B vẫn được tiếp tục sử dụng ở mức độ chương trình tiêm chủng toàn quốc ở hơn 150 quốc gia (bộ Y tế Mỹ từ năm 1991 đã áp dụng chương trình này cho toàn bộ trẻ sơ sinh).

Thông tin từ y văn và thế giới là vậy! Nhưng như nhiều chuyện đáng buồn khác, tình hình nước ta có những “đặc thù” riêng (?). Với tư cách một thầy thuốc và một người làm cha mẹ, tôi cũng đang chờ câu trả lời minh bạch, trung thực từ bộ Y tế.

Trong lúc chờ đợi, tôi vẫn khuyên bệnh nhân của mình đi chích ngừa VGSV B. Dĩ nhiên, với một loại vắcxin tin cậy (mặc dù chúng không có huy chương hay giải thưởng): Engerix-B (GSK), Recombivax HB (Merck) hay Twinrix (vắcxin phối hợp ngừa VGSV A và B, GSK). Xin đừng trách tôi “sính ngoại”: it nhất, tôi có quyền tin rằng bệnh nhân của mình sẽ không chết thảm, như nhiều em bé vô tội vừa qua.

BS LÊ ĐÌNH PHƯƠNG

SGTT

Ngừng toàn bộ việc tiêm phòng lô vắcxin viêm gan B ở Quảng Trị

Ngày 21.7, sau vụ ba trẻ sơ sinh tử vong ngay sau khi tiêm vắcxin phòng viêm gan B tại bệnh viện đa khoa huyện Hướng Hoá, Quảng Trị, Công an Quảng Trị đã vào cuộc tìm nguyên nhân cái chết. Trong khi đó, ông Trần Văn Thành, giám đốc sở Y tế tỉnh Quảng Trị cho biết, vắcxin tiêm cho ba trẻ sơ sinh nói trên sản xuất tại Việt Nam thuộc lô V-GB 020812E, nhằm phục vụ chương trình Tiêm chủng quốc gia, hoàn toàn miễn phí. Lô vắcxin được sản xuất năm 2012 và có hạn dùng đến năm 2015, do công ty Vắcxin sinh phẩm số 1 sản xuất. Bệnh viện đa khoa huyện Hướng Hoá vừa tiếp nhận lô vắcxin nói trên chiều 18.7.2013, từ trung tâm Y tế dự phòng tỉnh Quảng Trị. Trước sự việc này, tỉnh Quảng Trị đã cho niêm phong toàn bộ vỏ vắcxin đã tiêm cho ba trẻ nói trên và niêm phong 29 lọ vắcxin còn lại để gửi cơ quan chức năng. Nói rõ hơn với báo giới, ông Nguyễn Xuân Tường, giám đốc trung tâm Y tế dự phòng Quảng Trị cho biết, lô vắcxin trên do viện Pasteur Nha Trang – bộ Y tế cung cấp.

Theo lãnh đạo sở Y tế Quảng Trị, ngày 21.7, bộ trưởng bộ Y tế Trần Thị Kim Tiến đã vào đến Quảng Trị. Theo bộ trưởng, nếu đội ngũ y, bác sĩ bệnh viện Hướng Hoá của kíp trực làm đúng quy trình thì bộ Y tế phải làm rõ trách nhiệm của đơn vị cung cấp số vắcxin và nguồn gốc lô vắcxin này. Ngược lại, nếu kíp trực tiêm vắcxin viêm gan B không thực hiện đúng theo quy trình thì phải bị xử lý nghiêm theo đúng quy định của pháp luật. Tỉnh Quảng Trị cũng đã giao cơ quan chức năng kiểm tra toàn bộ quy trình chuyên môn của đội ngũ y, bác sĩ trực để xem có sai sót gì không.

Ông Nguyễn Đức Chính, phó chủ tịch UBND tỉnh Quảng Trị cho biết, nhận định ban đầu từ phía các cơ quan chức năng địa phương qua việc khám nghiệm ban đầu, có thể ba trẻ tử vong do sốc phản vệ. Tuy nhiên, các cơ quan chức năng vẫn chưa thể khẳng định nguyên nhân cuối cùng. Hiện tỉnh Quảng Trị đã thông báo về toàn tuyến y tế cơ sở dừng việc tiêm chủng lô vắcxin nói trên.

Quốc Nam

GIỚI THIỆU VỀ MÔ MỠ

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long – Nguyễn Thị Huyền Trang

Mô mỡ không chỉ đơn thuần là một cơ quan được thiết kế để dự trữ thụ động carbon dư thừa dưới dạng các acid béo glycerol ester (triacylglycerol). Những tế bào mỡ trưởng thành tổng hợp và tiết ra một số enzyme, các yếu tố tăng trưởng (growth factors), các cytokine và hormone có liên quan đến tổng cân bằng năng lượng nội môi. Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo mỡ (adipogenesis) cũng liên quan đến các quá trình khác như cân bằng lipid nội môi và điều hòa phản ứng viêm. Ngoài ra, một lượng protein được tiết ra từ tế bào mỡ đóng vai trò quan trọng trong những quá trình tương tự. Thật vậy, những bằng chứng gần đây đã chứng minh rằng nhiều yếu tố được tiết ra từ tế bào mỡ là tiền chất trung gian của phản ứng viêm (pro-inflamlatory mediators) và những protein này được gọi là adipocytokines hay adipokines. Hiện có trên 50 adipokines khác nhau được  tiết ra từ mô mỡ. Những adipokines này liên quan đến sự điều khiển hàng loạt các phản ứng sinh lý bao gồm kiểm soát việc thèm ăn và cân bằng năng lượng. Quá trình trao đổi chất đặc biệt của mô mỡ bao gồm trao đổi lipid, cân bằng glucose nội môi , viêm nhiễm, hình thành mạch, cầm máu (theo quy định của đông máu) và huyết áp.

Hình 29.1: Tế bào mỡ và tình trạng bệnh lý

Dạng chủ yếu của mô mỡ ở động vật có vú (thường gọi là “mỡ”) là mỡ trắng, WAT (white adipose tissues). Mô mỡ biệt hóa có nhiệm vụ sinh nhiệt (thermogenesis), đặc biệt ở trẻ sơ sinh, là mỡ nâu, BAT (brown adipose tissues). BAT  được gọi như thế vì có màu đậm do mật độ ty thể cao trong cytochromes. BAT chuyên sản xuất nhiệt và oxy hóa lipid. WAT bao gồm các tế bào mỡ liên kết lỏng lẻo với nhau tập trung nhiều mạch máu vàcác dây thần kinh. Ngoài ra, WAT chứa các đại thực bào, bạch cầu, nguyên bào sợi, tế bào mầm của mô mỡ  (adipocyte progenitor cells), và tế bào nội mô. Các nguyên bào sợi, các đại thực bào, bạch cầu hiện diện cùng với các tế bào mỡ, có rất nhiều loại protein được tiết ra từ WAT trong các điều kiện khác nhau. Nơi tích lũy WAT cao nhất ​​là các vùng dưới da của cơ thể, xung quanh các nội tạng (nội tạng của ngực và bụng).

Hình 29.2: Sự hình thành mô mỡ

WAT có thể được tìm thấy ở một số cơ quan, nó không chỉ có vai tròcách nhiệt mà còn là một kho dự trữ để sản xuất năng lượng mà còn có nhiều chức năng khác. Tùy thuộc vào vị trí của nó, WAT có chức năng chuyên biệt. WAT ở các cơ quan bụng và ngực (không bao gồm tim), gọi là mỡ nội tạng, tiết cytokine viêm và do đó liên quan đến các quá trình viêm khu trú và viêm hệ thống. WAT ở cơ xương tiết ra acid béo tự do, interleukin-6 (IL-6) và yếu tố hoại tửu-α (tumor necrosis factor-α)(TNFα), đóng vai trò quan trọng trong sự đề kháng insulin.WAT ở mô tim tiết nhiều cytokine trong các phản ứng viêm khu trú và hóa hướng viêm, điều này có thể phát triển xơ vữa động mạch và tăng huyết áp tâm thu. WAT ở thận đóng vai trò trong việc tái hấp thu natri và do đó có thể ảnh hưởng đến thể tích máu nội mạch và cao huyết áp.

Trọng tâm chính của bài viết này tập trung vào các hoạt động sinh học liên quan đến WAT, tuy nhiên, BAT cũng sẽ được đề cập. WAT có nhiều chức năng bao gồm cách nhiệt, dự trữ năng lượng carbon dư thừa dưới dạng triacylglycerol và là trung gian cân bằng glucose nội môi. WAT cũng đóng vai trò quan trọng như một cơ quan nội tiết/miễn dịch bằng cách tiết adipokines như các cytokine viêm, yếu tố bổ trợ, chemokine, và protein giai đoạn cấp tính. Chức năng nội tiết của WAT ​​điều khiển sự thèm ăn, chuyển hóa năng lượng, chuyển hóa glucose và lipid, quá trình viêm, hình thành mạch, và các chức năng sinh sản.

Hình 29.3: Cơ chế dự trữ và huy động lipid của tế bào mỡ. Triglycerides được vận chuyển trong máu và bạch huyết từ ruột non về gan nhờ chylomicrons và VLDLs. Ở tế bào nội mô mao mạch của mô mỡ, các phức hợp lipoprotein trên sẽ được phân hủy bởi tác dụng của lipoprotein lipase, giải phóng acid béo và glycerol. Acid béo tự do khuếch tán từ mao mạch vào tế bào mỡ. Sau đó, acid béo sẽ được gắn trở lại vào glycerol phosphate để tạo thành triglyceride. Norepinephrine từ đầu tận của dây thần kinh sẽ hoạt hóa hệ thống tín hiệu cAMP (thụ thể β3) và hoạt hóa lipase nhạy cảm hormone để thủy phân các triglyceride dự trữ trở lại thành acid béo và glycerol. Các phân tử này sẽ khuếch tán trở lại vào mao mạch và tại đó, acid béo tự do sẽ gắn kết với albumin để chuyển tới các vị trí cần sử dụng năng lượng.

Điều hoà sự tạo mỡ

Các quá trình biệt hoá tế bào mỡ từ các tiền tế bào (precursor preadipocyte) thành tế bào mỡ hoàn toàn trưởng thành là một loạt các trật tự chính xác các sự kiện sắp xảy ra. Các tiền tế bào mỡ xuất hiện từ tế bào gốc trung mô (MSCs) có nguồn gốc từ lớp trung bì của phôi thai. MSCs toàn năng (pluripotent) nhận được tín hiệu ngoại bào dẫn đến các thông tin chắc chắn đối với dòng preadipocyte. Những tiền tế bào mỡ không được phân biệt về mặt hình thái từ các MSCs tiền thân của chúng, nhưng chúng đã mất khả năng biệt hóa thành các loại tế bào khác. Sự biệt hoá hay sự xác định các tế bào mỡlà bước đầu tiên và dẫn đến sự tăng về số lượng nhưng ngừng tăng trưởng các tiền tế bào mỡ. Sự ngừng tăng trưởng ban đầu xảy ra trùng khớp với các biểu hiện của hai nhân tố sao chép chính, CCAAT / protein liên kết tăng cường α (C/EBPα) và thụ thể kích hoạt peroxisome proliferator-γ (Peroxisome proliferator-activated receptor,PPARγ). Kế tiếp sự cảm ứng của hai yếu tố phiên mã quan trọng đó là giai đoạn ngừng tăng trưởng, tiếp theo là biểu hiện của kiểu hình biệt hoá hoàn toàn tế bào mỡ. Giai đoạn sau của sự  tạo mỡ này là sự biệt hoá cuối cùng.

Mặc dù PPARγ và C / EBPα là những yếu tố quan trọng nhất điều hoà sự tạo mỡnhưng  yếu tố phiên mã bổ sung khác cũng được biết là có ảnh hưởng đến quá trình này. Những yếu tố bổ sung này bao gồm sterol-regulated element binding protein 1c (SREBP1c, còn được gọi là ADD1 for adipocyte differentiation -1), đầu dò tín hiệu,chất kích hoạt phiên mã 5 (STAT5), AP-1 và các thành phần giống như yếu tố Krüppel (Krüppel-like factor) (Klf4, KLF5, KLF15), C / EBPβ và C / EBPδ.  Mặc dù những yếu tố phiên mã này đã được chứng minh ảnh hưởng đến sự tạo mỡ, cách tích cực hay tiêu cực, PPARγ là yếu tố duy nhất cần thiết cho sự tạo mỡ diễn ra. Trong thực tế, nếu vắng mặt của PPARγ thì sự biệt hoá tế bào mỡ khôngxảy ra và không có yếu tố nào xác định có thể thay thế sự tạo mỡ trong sự vắng mặt của PPARγ. Mặc dù vậy nhưng PPARγ khôngphải là yếu tốbiểu hiện đầu tiên trong quá trình kích hoạt biệt hoá tế bào mỡ ,nó chỉ xảy ra sau khi đáp ứng bởisự tác dụng của STAT5, Klf4, KLF5, AP-1, SREBP1c, và C / EBPβ và C / EBPδ .

PPARγ ban đầu biểu hiện trong sự biệt hoá tế bào mỡ và bây giờ công nhận là hệ thống điều chỉnh sự tạo mỡ tổng thể. PPARγ được xác định là mục tiêu của các thiazolidinedione (TZD) lớp thuốc nhạy cảm insulin. Cơ chế hoạt động của các TZDs là kích hoạt các PPARγ và khởi phát chuyển kết quả cho các gen cần thiết cho sự biệt hoá tế bào mỡ. Gen PPARγ của người (biểu tượng PPARG) nằm trên nhiễm sắc thể 3p25 kéo dài hơn 100kb và bao gồm 9 exon mã hóa hai đồng dạng sinh học hoạt động như mRNA thay thế và sử dụng như một codon bắt đầu quá trình dịch mã. Các sản phẩm protein chủ yếu của gen PPARG được xác định là PPARγ1 và PPARγ2. PPARγ1 mã hóa bởi exon A1 và A2 exon chung từ 1 đến 6. PPARγ2mã hóa bởi exon B và exon chung từ 1 đến 6. PPARγ2 hầu như đặc biệt dành riêng cho các tế bào mỡ. Giống như tất cả các thụ thểnhân,các protein PPARγ chứa một DBD và LBD. Ngoài ra, như PPARα, các protein PPARγ chứa ligand-dependent activation function domain (được xác định là AF-2) và ligand-independent activation function domain (được xác định là AF-1). Vùng AF-2 nằm trong LBD và vùng AF-1 ở khu vực N-terminal của protein PPARγ.PPARγ2 protein chứa 30 acid amin ở N-terminal liên quan đến PPARγ1 và các acid amin bổ sung này tăng 5-6 lần trong quá trìnhkích hoạt sao mã (transcription-stimulating activity) của AF-1 khi so sánh với vùng tương tự trong protein PPARγ1. PPARγ1 hiện diện ở khắp nơi. PPARγ2 gần như dành riêng cho  mỡ trắng (WAT), liên quan đến dự trữ lipid và mỡ nâu (BAT), liên quan đến tiêu hao năng lượng.

Hình 29.4:  Minh họa một số quá trình tạo thành mô mỡ

Như đã nói ở trên, trong quá trình biệt hoá tế bào mỡ một số gen ngược dòng (upstream genes)  được yêu cầu để kích hoạt các gen PPARG. Chúng bao gồm C / EBPβ và C / EBPδ, SREBP-1c, KLF5, KLF15, proteinzinc-finger 423 (Zfp423), và các yếu tố tế bào B sớm (early B-cell factor)  (Ebf1). PPARγ kích hoạt hầu hết các gen cần thiết cho quá trình biệt hoá tế bào mỡ. Những gen này bao gồm aP2-cần thiết để vận chuyển các acid béo tự do (FFAs) và perilipin-một loại protein bao phủ bề mặt của các giọt lipid trưởng thành trong tế bào mỡ. Các gen quy định cho PPARγ có liên quan đến chuyển hóa lipid hay cân bằng glucose nội môi bao gồm lipoprotein lipase (LPL), acyl-CoA synthase (ACS), acetyl-CoA acetyltransferase (ACAT), vài gen phospholipase A  (PLA) , adiponectin, enzyme gluconeogenic PEPCK, và glycerol-3 phosphate dehydrogenase (GPDH). PPARγ cũng có chức năng trong quá trình chuyển hóa lipid ở đại thực bào bằng cách gây ra sự biểu hiện của các macrophage scavenger receptor, CD36. Thụ thể CD36 cũng được gọi là translocase acid béo (FAT) và nó là một trong các thụ thể chịu trách nhiệm cho sự hấp thu các acid béo của tế bào.

Vai trò của SREBP-1c trong việc kích thích sự biệt hoá tế bào mỡ được cho là kết quả của yếu tố phiên mã này bắt đầu biểu hiện của gen đó, như là một phần hoạt động của mình, tạo ra các chất gắn PPARγ. Thực tế, sự biểu hiện của SREBP trước PPARγ là cần thiết. Mặc dù vậy, người ta chứng minh rằng những con chuột thiếu SREBP-1 không cho thấy việc giảm đáng kể WAT. Tuy nhiên, mức SREBP-2 tăng lên ở những động vật chỉ ra rằng điều này có thể là một cơ chế đền bù. Mặc dù mất SREBP-1 không dẫn đến một mức  thiếu hụt đáng kể trong phát triển mô mỡ, sự biểu hiện quá mức của SREBP-1c tăng cường hoạt động adipogenic của PPARγ.

Các yếu tố phiên mã họ C/EBP đóng vai trò đầu tiên trong sự biệt hoá tế bào mỡ. Ba thành viên của họ (C / EBPα, C / EBPβ và C / EBPδ) được bảo tồn các yếu tố leucine-cơ bản nơi chứa các yếu tố phiên mã. Tầm quan trọng của các yếu tố này trong sự tạo mỡ đã được chứng minh trong các con chuột biến đổi gen. Ví dụ như toàn bộ cơ thể gián đoạn sự biểu hiện của C / EBPα trong toàn bộ cơ thể bị gián đoạn dẫn đến cái chết ngay sau khi sinh do khiếm khuyết gan, hạ đường huyết, và không tích luỹ WAT ​​hoặc BAT. Sử dụng chuột biến đổi gen, người ta xác định vai trò của C / EBPβ và C / EBPδ tác dụng sớm trong quá trình biệt hoá tế bào mỡtrong khi C / EBPα tác dụng sau. Trong thực tế,  C / EBPα biểu hiện trễ hơn trong sự tạo mỡ và phong phú nhất trong các tế bào mỡ trưởng thành. Biểu hiện của  C / EBPα và PPARγ một phần được điều hoà bởi nhữnghoạt động của C / EBPβ và C / EBPδ. Một trong những tác động chủ yếu của sự biểu hiện C / EBPα trong tế bào mỡ là tăng cường độ nhạy cảm insulin của các mô mỡ. Thực tế này sau đó được chứng minh rằng biến đổi gen C / EBPα không phá huỷ sự tạo mỡ nhưng WAT không nhạy cảm với các hoạt động của insulin.

Mô hình chung của yếu tố phiên mã hoạt hoá sự tạo mỡ cho thấy rằng AP-1, STAT5, Klf4, và KLF5 được kích hoạt sớm và dẫn đếnviệc tăng sự biểu hiện gen trung gian qua phiên mã (transactivation) của C / EBPβ và C / EBPδ. Hai yếu tố này lần lượt hoạt hoá sự biểu hiện của SREPB-1 và KLF15 dẫn đến hoạt hoá PPARγ và C / EBPα. Điều quan trọng là phải giữ quan điểm rằng nó không chỉ là yếu tố sao chép kích hoạt các tiền tế bào mỡ điều khiển sự tạo mỡ. Ngoài ra còn có một sự cân bằng tác dụng ở mức độ ức chế yếu tố sao chép trung gian của sự tạo mỡ. Một số trong những yếu tố đang chống tạo mỡ (anti-adipogeneic) bao gồm các thành viên của họ yếu tố giống Krüppel (Krüppel-like factor family) như, KLF2 và KLF3.GATA2 và GATA3 cũng tác động chống tạo mỡ. Gọi là yếu tố GATA bởi vì chúng kết hợp các phân tử DNA có chứa một chuỗi GATA cốt lõi. Hai yếu tố sao chép của họ yếu tố điều hoà interferon, IRF3 và IRF4, chống lại quá trình tạo mỡ.

Những thay đổi trong biểu hiện của các yếu tố phiên mã điều khiển quá trình tạo mỡ tổng thể liên quan với những thay đổi trong động lực học nhiễm sắc. Những thay đổi trong động lực học nhiễm sắc liên quan đến việcmethyl hóa protein histone và methyl hóa DNA. Nhiễm sắc thể trong tế bào gốc đa năng hiển thị một tính chất rất năng động với một mức độ cao của DNA linh động “DNA decondensed”. Sự biệt hoá được cảm ứng là do có sự thay đổi trong mô hình tổng thể của gen methyl hóa. Các gen Lineage chuyên biệt được demethylated trong khi các gen đa năng bị methyl hóa dẫn đến kích hoạt phiên mã và im lặng tương ứng. Khi quá trình biệt hoá mỡ tiến hành mã hóa gen PPARγ và C / EBPα được quan sát thay đổi vị trí vào bên trong hạt nhân trùng với tỷ lệ tăng phiên mã. Kể từ khi MSCs có thể được cảm ứng để biệt hóa thành xương và cơ bắp, cũng nhưmỡ,các gen biệt hoá mỡ như PPARγ và C / EBPα không cần thiết biểu hiện  nếu con đường gây ra là xương hay cơ bắp.

Liên quan với không biểu hiện phiên mã là phức hợp protein gọi là đồng kìm hãm (co-repressors) và phức hợp kích hoạt phiên mã được gọi là đồng-kích hoạt (co-activators). Khi MSCs là do xương dòng  protein histone3 trong khu vực promoter PPARγ là methyl hóa lysine 9 (xác định là H3K9) bởi một phức tạp đồng kìm hãm bao gồm SETDB1 histone methyltransferase và các protein liên quan NLK (Nemo-kinase) và CHD7 (chromodomain helicase DNA gắn protein-7). Ngoài việc không biểu hiện của các promoter PPARg, hoạt động của protein PPARγ về gen đích của nó cũng bị hạn chế bởi liên kết với các phức hợp đồng kìm hãm. Trongtiền tế bào mỡ, hoạt động của PPARγ được ngăn chặn bởi liên kết với PRB và HDAC3 (histone deacetylase 3). Sự cảm ứng của quá trình biệt hoá kéo theo phản ứng phosphoryl hóa PRB giải phóng từ phức hợp ức chế. Điều này dẫn đếntăng hoạt động acetyltransferases histone (HATs) và đồng hoạt hóa protein CBP/p300 (CBP CREB gắn protein, CREB là cAMP- response element-binding protein) đến phức hợp PPARγ kết quả làhoạt hoá phiên mãgen mục tiêu PPARγ.

Nhiều thí nghiệm đã bắt đầu xác định các mảng lớn của việc sửa đổi histone điều hoà sự biểu hiện của gen liên quan đến tổng thể sự tạo mỡ đặc biệt là biểu hiện của PPARγ. Những thay đổi phức histone bao gồm HATs, HDACs, methyltransferases histone (HMTs), và demethylases histone (HDMs). Hậu quả chung sự hoạt hóa của HATs và HMTs là kích hoạt PPARγ biểu hiện và / hoặc tăng cường các hoạt động PPARγ trong chất hoạt hoá gen mục tiêu của nó. Ngược lại, như mong đợi, hoạt hoá HDAC dẫn đến ức chế hoạt động PPARγ tại chất ức chế gen mục tiêu  của nó.

Điều hoà trao đổi lipid trong tế bào mỡ

Các triacylglycerol (TAG) được tìm thấy trong WAT là nguồn dự trữ năng lượng chính của cơ thể. Vùng chứa TAG là một vùng ổn định được điều hoà bởi lượng thức ăn vào, nhanh và bởi hậu quả của chế độ ăn uống trên mức hormon tuyến tuỵ. Ngoài ra, hồ chứa chất béo của mô mỡ thay đổi là kết quả của biến động hormon khác, quá trình viêm, và sinh lý bệnh. tổng thể quá trình hóa sinh trong  trao đổi chất củaTAG của được trình bày trong trang tổng hợp lipid và trang oxy hóa acid béo. Mục đích của phần này là để thảo luận chi tiết hơn về các hoạt động enzyme điều hoà tổng cân bằng TAG nội môi của mô mỡ cũng như sự điều hoà hormon và các quá trình sinh lý

Ban đầu người ta tin rằng việc giải phóng các acid béo từ nơi dự trữ TAG của mô mỡ được kích hoạt riêng biệt thông qua hoạt hoá hormone nhạy cảm lipase (hormone-sensitive lipase) (HSL). Tuy nhiên, khi HSL-null của chuột được tạo ra người ta đã phát hiện ra rằng quá trình này liên quan đến việc thêm adipocyte HSL-independent TAG lipase. Nghiên cứu sau đó đã dẫn đến việc xác định ít nhất là năm lipases TAG của mô mỡ ngoài HSL ra. HSL là chất xúc tác hoạt động đa dạng bao gồm TAG, diacylglycerols (DAG), và este cholesterol (CES). Khi khảo nghiệm  in vitro hoạt động của HSL ít nhất là 10 lần cao hơn so với DAG hơn TAG. Khi tác động trên TAG hoặc DAG, HSL có hoạt động mạnh nhất chống lại các acid béo có trong vị trí sn-1 hoặc sn-3 của xương sống glycerol. Cho đến khi những thí nghiệm trên chuột biến đổi gen gần đây đã chứng minh rằng, HSL được cho là enzyme cơ bản liên quan đến TAG mỡvà thủy phân DAG cũng như hoạt động chính của  neutral cholesteryl ester hydrolase (NCEH) .

Mặc dù chuột HSL-null vẫn còn biểu hiện hoạt động hydrolase TAG, kết quả từ các nghiên cứu ở những con chuột này cho thấy rằng sự phân giải lipid qua trung gian HSL có đóng góp đáng kể cho tổng thể giải phóng acid béo từ các tế bào mỡ. Ở những con chuột thiếu HSL có thấy giảm mức độ lưu thông acid béo tự do và TAG cũng như giảm lưu trữ TAG trong gan. Những kết quả này chỉ ra rằng nếu thiếu HSL thì sẽ không đủ phân giải lipid từ  mô mỡ để hỗ trợ các nhu cầu năng lượng của tế bào từ các acid béo và cũng không để tổng hợp VLDL đầy đủ trong gan. Kết quả các nghiên cứu về vai trò của HSL trong phân giải lipid tổng thể ở mô mỡ chứng minh rằng nó không hoàn toàn cần thiết cho sự thủy phân TAG như suy nghĩ ban đầu. Tuy nhiên, những con chuột HSL-null có tích luỹ DAG chỉ ra rằng vai trò quan trọng đối với HSL là giải phóng acid béo từ DAG lần lượt tạo ra monoacylglycerols (MAGs). Tỷ lệ giải phóng acid béo từ DAG là khoảng 10 – 30 lần so với tỷ lệ giải phóng từ TAG. Cho đến nay chỉ DAG lipase được xác định trong mô mỡ là HSL.

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.

SINH LÝ HỌC MẠCH MÁU

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Tổng quan

 Mạch máu tham gia điều hòa cân bằng nội môi một cách nhanh chóng (moment-to-moment) và góp phần vào các rối loạn sinh lý bệnh của tất cả các cơ quan trong cơ thể. Do vậy, việc tìm hiểu các  hoạt tính sinh học nền tảng của mạch máu sẽ giúp chúng ta hiểu được các hoạt động bình thường của các hệ cơ quan trong cơ thể, kể cả các rối loạn bệnh lý nói chung.

Hình 32.1: Cấu trúc mao mạch và tĩnh mạch. Mao mạch có lớp pericyte không liên tục và tĩnh mạch có lớp ngoài dày.

Mao mạch là mạch máu nhỏ nhất, có một lớp tế bào biểu mô và có cấu trúc phân cực với một màng đáy, sát bên các tế bào giống cơ trơn (smooth-muscle-like cell) hay còn gọi là pericytes. Không giống như các mạch máu lớn, pericytes không bao lấy toàn bộ lớp vi mạch để tạo thành vỏ bao liên tục (continuous sheath).

Tĩnh mạch và động mạch có cấu trúc gồm 3 lớp: (1) Lớp màng trong (intima) có một lớp tế bào biểu mô liên tục với các mao mạch. (2) Lớp giữa (tunica media) có một lớp tế bào cơ trơn. Lưu ý; trong tĩnh mạch, lớp giữa chỉ có một vài lớp tế bào cơ trơn. (3) Lớp ngoài (adventitia) bao gồm các chất dịch ngoại bào lỏng cùng nhiều nguyên bào sợi, dưỡng bào và các đầu tận thần kinh. Các động mạch lớn hơn có các mạng mạch riêng (vasculature); cấu trúc vasa vasorum nuôi dưỡng phần mặt ngoài của lớp giữa. Lớp ngoài của tĩnh mạch dày hơn lớp trong.

Hình 32.2: Các động mạch nhỏ có lớp giữa đáng chú ý. Động mạch lớn có lớp giữa và lớp cơ trơn bao lấy dịch ngoại bào.

Sinh học tế bào của mạch máu

Tế bào nội mô

Là loại tế bào chính của lớp trong mạch máu. Chúng có nhiều chức năng quan trọng trong sức khỏe và bệnh tật. Trong hầu hết các trường hợp, lớp nội mô là nơi tiếp xúc giữa mô và các thành phần có trong máu. Do vậy, nó điều hòa dòng phân tử và tế bào vào mô một cách có chọn lọc. Tế bào biểu mô có các kênh bán thấm chọn lọc và nó sẽ bị hủy hoại trong các trường hợp bệnh lý như xơ vữa động mạch và cao huyết áp. Tình trạng rối loạn điều hòa (dysregulation) tính bán thấm cũng có thể xảy ra trong trường hợp phù phổi và các tình trạng rò mao mạch (capillary leak).

Bảng 32.1: Chức năng của nội mô trong sức khỏe và bệnh tật. (Harrison’s principles of internal medicine 18th)

Lớp nội mô cũng tham gia các quá trình điều hòa cục bộ của dòng máu và kích thước mạch. Các chất nội sinh được tổng hợp bởi tế bào biểu mô như prostacyclin, endothelium-derived hyperpolarizing factor (yếu tố quá phân cực có nguồn gốc nội mô), NO và H2O2 có chức năng gây giãn mạch trong điều kiện sinh lý của cơ thể. Rối loạn tiết NO (chất giãn mạc phụ thuộc nội mô) sẽ gây ra hiện tượng co mạch quá mức trong nhiều tình trạng bệnh lý. Ngược lại, tế bào nội mô cũng có thể sản xuất các chất co mạch mạnh như endothelin như một “lực đối kháng” lại với các chất gây giãn mạch. Sự sản xuất quá mức ROS (các gốc oxygen tự do hoạt động) như anion O2 bởi tế bào nội mô hay tế bào cơ trơn trong bệnh lý có thể bất hoạt NO và tạo nên tình trạng stress oxi hóa.

Lớp nội mô góp phần quan trọng vào các quá trình viêm trong các cơ chế tự vệ bình thường và trong tình trạng bệnh lý. Bình thường lớp nội mô hạn chế bớt sự tiếp xúc với tế bào bạch cầu. Tuy nhiên, khi được hoạt hóa bởi các sinh vật ngoại lai, nội độc tố hay là các cytokines tiền viêm do nhiễm trùng hoặc tổn thương, tế bào nội mô sẽ“trình diện” các phân tử kết dính tế bào bạch cầu. Tùy tình trạng bệnh lý mà tế bào nội mô sẽ có ái lực với các loại bạch cầu khác nhau.

Toàn bộ các phân tử kết dính và các chemokines được tạo ra trong quá trình nhiễm khuẩn cấp huy động ưu thế các bạch cầu hạt. Tuy nhiên, trong các trường hợp bệnh lý viêm mạn tính như lao hay xơ vữa động mạch, tế bào nội mô có các phân tử kết dính ưu thế với việc huy động các bạch cầu đơn nhân hơn.

Tế bào nội mô còn điều hòa sự hình thành huyết khối (thrombosis) và cầm máu (hemostasis). Ngoài chức năng giãn mạch, NO còn có thể giới hạn quá trình hoạt hóa và kết tụ tiểu cầu. Cũng giống như NO, prostacyclin trong điều kiện bình thường không chỉ kích hoạt giãn mạch mà còn là một antagonist, ngăn cản hoạt hóa và kết tụ tiểu cầu. Thrombomodulin hiện diện ở bề mặt tế bào biểu mô có khả năng gắn với thrombin ở nồng độ thấp và ức chế quá trình đông (coagulation) bằng cách kích hoạt lộ trình tín hiệu của protein C. Do vậy, nó bất hoạt các yếu tố đông máu Va, VIIIa và chống lại sự hình thành huyết khối.

Hình 32.3: Mặt cắt ngang của thành động mạch lớn đàn hồi (large elastic artery)

Bề mặt tế bào biểu mô có chứa heparan sulfate glycosaminoglycans – một lớp chống đông máu nội sinh (endogenous antithrombotic coating) cho các mạng mạch (vasculature). Và các tế bào này cũng tham gia quá trình phân giải fibrin (fibrinolysis) và sự điều hòa của nó. Chúng trình diện các thụ thể cho plasminogen, chất hoạt hóa plasminogen (plasminogen activators) và tổng hợp các chất hoạt hóa plasminogen thuộc týp mô. Thông qua sự sản sinh các plasmin cục bộ này, tế bào nội mô có thể kiểm soát quá trình tiêu các cục máu đông mới hình thành.

Khi được hoạt hóa bởi các cytokines phản ứng viêm, nội độc tố hay angiotensin II, các tế bào nội mô tạo ra các chất ức chế chính của quá trình phân giải fibrin, plasminogen activator inhibitor 1 (PAI-1). Do vậy, trong tình trạng bệnh lý, tế bào nội mô có thể tạo huyết khối thay vì chống lại quá trình đó. Các yếu tố kích thích trong đáp ứng viêm cũng trình diện các yếu tố tiền đông máu mô mạnh, gây ra tình trạng đông máu nội mạch lan tỏa (disseminated intravascular coagulation) trong trường hợp nhiễm trùng máu (sepsis).

Tế bào nội mô cũng có vai trò trong các bệnh lý liên quan miễn dịch (immune-mediated disease), như sự phân giải tế bào nội mô chẳng hạn. Sự hiện diện của các phức hợp tương hợp mô (histocompatibility complex) ngoại lai trong kháng nguyên của tế bào nội mô ở trường hợp cấy ghép mô rắn (solid-organ allografts) có thể gây ra phản ứng đào thải. Do vậy ta thấy là tế bào nội mô cũng tham gia vào các đáp ứng miễn dịch bẩm sinh.

Các tế bào nội mô điều hòa sự tăng trưởng (growth) của các tế bào cơ trơn bên dưới. Heparan sulfate glycosaminoglycans được tạo ra bởi tế bào nội mô có thể kiểm soát quá trìnhphát triển (proliferation) của tế bào cơ trơn. Ngược lại, khi bị tổn thương, các tế bào biểu mô có thể sản sinh ra các yếu tố tăng trưởng và hóa hướng động như platelet-derived growth factor chẳng hạn để kiểm soát sự di trú và phát triển của các tế bào cơ trơn mạch máu. Các rối loạn điều hòa trong việc tạo ra các phân tử kích thích tăng trưởng này có thể khiến hình thành các mảng xơ vữa.

Tế bào cơ trơn mạch máu

Hình 32.4: Các lộ trình tín hiệu gây co cơ trơn mạch máu. Lưu ý là các agonist co mạch tương tác với GPCRs, liên quan đến lộ trình của PLC, PLD, DAG, IP3, Ca2+, PKC, p38MAPK, JNK và ERK 1/2.

Là loại tế bào chính trong mạch máu, liên quan nhiều đến các bệnh lý mạch máu. Sự co và giãn tế bào cơ trơn kiểm soát huyết áp, lưu lượng máu và áp lực hậu tải (afterload experienced) ở tâm thất trái.Trương lực vận mạch của tĩnh mạch thì bị chi phối bởi trương lực cơ trơn, nó điều hòa dung tích (capacitance) của mạng tĩnh mạch và áp lực tiền tải (preload experienced) ở cả hai tâm thất. Điều đặc biệt là, tế bào cơ trơn ở mạch máu người trưởng thành ít khi được tái tạo. Trạng thái “ngủ đông” (homeostatic quiescence) của các tếbào cơ trơn thay đổi trong các tổn thương động mạch hay hoạt hóa phản ứng viêm. Sự phát triển và di cư của các tế bào cơ trơn mạch máu có liên quan tới sự phân hóa kiểu hình (phenotype) do giảm hàm lượng protein co và tăng sản xuất các đại phân tử trong chất nền ngoại bào. Điều này gây ra hẹp động mạch (arterial stenoses) trong xơ vữa động mạch, tái cấu trúc động mạch trong cao huyết áp và đáp ứng tăng sản của động mạch bị tổn thương khi đặt stent.

Trong tuần hoàn phổi, sự di cư và phát triển của tế bào cơ trơn liên quan chặt chẽ với các bệnh mạch máu phổi xảy từ từ trong đáp ứng chống đỡ (sustained) trạng thái lưu lượng máu cao, như trong trường hợp shunts trái phải chẳng hạn. Các bệnh mạch máu phổi này là chướng ngại lớn nhất trong việc kiểm soát các bệnh nhân bị bệnh tim bẩm sinh.Hiểu biết của nhân loại về các lộ trình tín hiệu điều hòa giai đoạn “quá độ” (transition) của việc tái cấu trúc kiểu hình các tế bào cơ trơn mạch máu đang được tiếp tục tập trung nghiên cứu. Tuy nhiên, người ta đã xác định được microRNA là phân tử điều hòa mạnh mẽ quá trình này.

Cũng giống như các tế bào nội mô, tế bào cơ trơn mạch máu không chỉ đơn thuần đáp ứng lại các kích thích vận mạch hay đáp ứng viêm của các loại tế bào khác mà còn tự mình đóng vai trò đó. Ví dụ, khi nhiễm nội độc tố hoặc các kích thích tiền viêm, tế bào cơ trơn có thể sinh ra cytokines và các chất sinh viêm khác. Trong quá trình hoạt hóa phản ứng viêm, tế bào cơ trơn động mạch có thể tạo ra các mediator của prothrombotin như yếu tố mô, antifibrinolytic protein PAI-1 và các phân tử khác để điều biến sự đông máu và phân giải fibrin. Các tế bào cơ trơn cũng có thể sinh ra các yếu tố tăng trưởng theo hình thức tự tiết để “khuếch đại” các đáp ứng tăng sản trong thương tổn động mạch.

Chức năng của tế bào cơ trơn mạch máu

Tế bào cơ trơn mạch máu chi phối trương lực cơ. Những tế bào này co lại khi được kích thích bởi sự gia tăng nồng độ calcium nội bào từ dòng Calcium nhập bào (influx) và từ nguồn calcium được giải phóng trong các nguồn dự trữ nội bào.

Trong tế bào cơ trơn mạch máu, kênh calcium phụ thuộc điện thế týp L mở ra khi màng tế bào bị khử cực, nó được điều hòa bởi bơm Na+-K+-ATPase và các kênh ion như kênh Knhạy cảm với Ca2+. Sự thay đổi cục bộ nồng độ Ca2+ nội bào được gọi là Calcium sparks, có được bởi dòng Ca2+ nhập bào thông qua các kênh Ca2+ phụ thuộc điện thế và sự hoạt hóa hiệp đồng của các kênh Ca2+nhạy cảm với ryanodine trên màng SR. Calcium sparks trực tiếp làm tăng nồng độ Ca2+ nội bào và gián tiếp tăng nồng độ Ca2+ nội bào thông qua việc hoạt hóa các kênh Cl. Hơn nữa, calcium sparks làm giảm lực co cơ trơn vì hoạt hóa một lượng lớn các kênh K+ nhạy cảm với Ca2+, quá khử cực màng tế bào và do vậy giới hạn sự gia tăng nồng độ Ca2+ phụ thuộc điện thế.

Hình 32.5: Quá trình điều hòa nồng độ Ca2+ trong tế bào cơ trơn mạch máu và cơ chế co cơ phụ thuộc ATP của actomyosin (phức hợp actin, myosin và ATP)

Các agonist cũng làm tăng nồng độ Ca2+ nội bào thông qua hoạt động của phospholipase C. Lộ trình này xảy ra bởi sự thủy phân của PtdIns4,5P2, sinh ra DAG và IP3, sau đó hoạt hóa PKC kết quả là tăng nồng độ Ca2+nhập bào. Hơn nữa, IP3 vào các thụ thể đặc hiệu trên màng SR để tăng dòng Ca2+ đi vào tế bào chất từ các “vũng dự trữ Ca2+” (calcium storage pool).

Sự co các tế bào cơ trơn mạch máu được kiểm soát cơ bản bởi sự phosphoryl hóa myosin sợi nhỏ, một quá trình được điều hòa chặt chẽ bởi sự cân bằng trong hoạt động của myosin light chain kinase và myosin light chain phosphatase. Ca2+ hoạt hóa MLCK thông qua phức hợp calcium-calmodulin. Sự phosphoryl hóa MLC bởi kinase này làm tăng hoạt tính của myosin ATPase và tăng co cơ. Ngược lại, MLC phosphatase dephosphoryl hóa MLC, làm giảm hoạt tính của ATPase và lực co cơ. Sự phosphoryl hóa tiểu đơn vị gắn myosin (Thr695) của MLCP bởi Rho kinase sẽ ức chế hoạt tính của phosphatase và giảm sự nhạy cảm với Ca2+ của các thành phần co cơ. Rho kinase tự hoạt hóa nó bởi GTPase RhoA nhỏ (phân tử này được hoạt hóa bởi các yếu tố chuyển đổi guanosine và bị bất hoạt bởi các protein hoạt hóa GTPase).

Cả cAMP và cGMP đều “giải phóng” tế bào cơ trơn bởi các cơ chế phức tạp. β agonist hoạt động thông qua GPCR hoạt hóa AC để chuyển ATP thành cAMP; NO hoạt động trực tiếp còn các peptide lợi niệu nhĩ hoạt độngn thông qua GPCR để hoạt hóa GC và chuyển GTP thành cGMP. Những tác nhân này sau đó sẽ hoạt hóa PKA và PKG để bất hoạt MLCK và làm giảm trương lực cơ. Hơn nữa, PKG có thể tương tác trực tiếp với các tiểu đơn vị cơ chất gắn myosin của MLCP, tăng hoạt tính phosphatase và giảm trương lực cơ. Còn một số cơ chế điều hòa liên quan đến hoạt động của RhoA, cGMP kinase, IP3, phospholamban,… sẽ được đề cập ở chương lộ trình tín hiệu.

Sự kiểm soát trương lực cơ trơn mạch máu

Hình 32.6: Sự kiểm soát trương lực cơ của tế bào nội mô. Tế bào nội mô tổng hợp sau đó tiết NO, EDHF, PGI2 (các yếu tố giãn cơ) và Angiotensin II, ET-1 (các yếu tố co cơ)

Trương lực cơ trơn mạch máu được kiểm soát bởi hệ thần kinh tự động và bởi tế bào nội mô. Các neuron tự động đi vào lớp giữa của mạch máu từ lớp ngoài và điều biến (modulate) trương lực tế bào cơ trơn thông qua các thụ cảm áp suất (baroreceptor) và thụ cảm hóa(chemoreceptor) ở cung động mạch chủ, thân động mạch cảnh và các thụ cảm nhiệt ở da. Các thành phần điều hòa bao gồm các cung phản xạ nhanh được điều hòa bởi các đáp ứng với tín hiệu cảm giác và xúc cảm. 3 loại điều hòa thần kinh tự động của trương lực cơ là:

–          Trực giao cảm (sympathetic): Các neurotransmitter như epinephrine và norepinephrine.

–          Đối giao cảm (parasympathetic): Các neurotransmitter như acetylcholine.

–          Nhóm phân tử nonadrenergic/noncholinergic bao gồm hai phân nhóm:

o   Nitrergic: Neurotransmitter là NO.

o   Peptidergic: Neurotransmitter là chất P, vasoactive intestinal peptide, calcitoningene-related peptide và ATP.

Mỗi neurotransmitter hoạt động thông qua thụ thể đặc hiệu của nó trên tế bào cơ trơn để điều biến dòng Ca2+ nội bào và trương lực cơ.

Norepinephrine hoạt hóa thụ thể α, epinephrine hoạt hóa thụ thể α và β; trong hầu hết mạch máu, norepinephrine hoạt hóa thụ thể α1 hậu khớp nối (postjuntion) ở các động mạch lớn và α2 trong các động mạch nhỏ và tiểu động mạch, gây co cơ.

Hầu hết các mạch máu đều có thụ thể β2 trên tế bào cơ trơn và đáp ứng với các β agonist gây giãn mạch phụ thuộc cAMP.

Acetylcholine được giải phóng từ các neuron trực giao cảm gắn kết với các thụ thể hướng chuyển hóa (có 5 týp M1 – M5) trên tế bào cơ trơn mạch máu để gây ra sự giãn mạch. Hơn nữa, NO hoạt hóa các thụ thể tiền synapse để giải phóng acetylcholine, sau đó Ach hoạt hóa việc giải phóng NO từ các tế bào nội mô.

Các neuron nitrergic giải phóng NO bởi nNOS gây giãn cơ thông qua lộ trình cGMP và một số cơ chế khác. Các peptidergic neurotransmitter đều là các chất giãn mạch, hoạt động trực tiếp hay gián tiếp thông qua NO để làm giảm trương lực cơ.

Tế bào nội mô điều biến trương lực cơ trơn mạch máu bằng các chất tác hiệu trực tiếp như NO, prostacyclin, H2S và các yếu tố quá phân cực có nguồn gốc nội mô. Tất cả các chất tác hiệu này đều là chất giãn mạch và endothelin, angiotensin II có chức năng gây co mạch. Tế bào nội mô phóng thích các chất tác hiệu này khi bị kích hoạt bởi các yếu tố cơ học (đứt mạch máu, căng thẳng kéo dài,…) và các mediator hóa sinh học (purinergic agonist, muscarinic agonist, peptidergic agonist). Các mediator này hoạt động thông qua các thụ thể đặc hiệu trên tế bào nội mô.

Sự tái tạo mạch máu

Hình 32.7: Sơ đồ mô tả quá trình hình thành mạch máu phôi thai (vasculogenesis) và sự tái tạo mạch máu (angiogenesis). Các yếu tố tái tạo mạch của từng giai đoạn cũng được mô tả.

Sự tăng trưởng của các mạch máu mới đáp ứng lại các tình trạng thiếu oxy máu mạn (chronic hypoxemia) và thiếu máu mô. Các yếu tố tăng trưởng như VEGF và FGF (fibroblast growth factor) hoạt hóa các lộ trình tín hiệu để kích hoạt sự tăng sinh mạch máu và sự hình thành cấu trúc ống. Sự phát triển của hệ thống mạch bàng hệ (collateral vascular networks) trong tình trạng thiếu máu cục bộ cơ tim (ischemic myocardium) cho thấy quá trình này có thể là kết quả của hiện tượng hoạt hóa có chọn lọc các tế bào gốc của tế bào nội mô (endothelial progenitor cell). Sự tái tạo mạch máu thật sự phải tạo các mạch máu có đủ 3 lớp thường không xảy ra ở hệ tim mạch của người trưởng thành.

Hình 32.8: Cơ chế khác nhau của HIF-1α và HIF-2α trong sự phát triển của mạch máu.

Sự kiện tăng sinh mạch máu hay tái cấu trúc ở người trưởng thành không bao giờ có đủ 3 lớp như trạng thái ban đầu cho thấy tái cấu trúc hay tăng sinh không thể tái tạo mạch máu hoàn hảo và luôn là tiền đề của mọi sự rối loạn ở mô tân tạo. Các phần mạch máu tân tạo cũng không có sự biểu hiện bình thường của các protein thiết yếu như thụ thể và kênh ion điều này cho thấy sác lộ trình tín hiệu bình thường cũng như đáp ứng với thuốc có thể hoàn toàn sai lạc. Trong điều kiện đó lực ma sát (shear force) tác động lên thành mạch thường không có tác động dãn mạch vì sự biểu hiện kém của eNOS (endothelial nitric oxide synthetase) & iNOS (inducible Nitric Oxide Synthetase) cũng như EDHF (endothelial derived hyperpolarization factor), lực ma sát lúc đó thành một yếu tố phá hoại. Mặt khác, Angiotensin II có thể hoạt hóa men MAPK (mitogen activating protein kinase) tạo ra những protein bất thường như Fibronectin, Tenescin xâm lấn vào tổ chức cơ trơn tạo nên sự tái cấu trúc sai lạc, điều này giúp giải thích vai trò tối ưu của các thuốc ức chế ACE trong tác dộng chống tái cấu trúc sai lệch, ưu điểm mà các nhóm thuốc khác không thể có được kể cả thuốc ức chế thụ thể AT1.

Thiếu máu cục bộ mãn tính hoạt hóa HIF1α & HIF2α (hypoxia induced factor) cục bộ gây ra sự tập hợp và biệt hóa của EPC (endothelial progenitor cell)cũng như tế bào myeloid CD45+ hình thành mạng lưới mạch máu sơ cấp để hình thành vascular bedcũng bị khiếm khuyết do đó ở cấp độ vascular bed sự tái tạo cũng không hoàn hảo đưa đến tắc mạch điều này giải thích vì sao sự tái cấu trúc hay kèm theo với hiện tượng đông máu cục bộ.

Có thể tóm tắt 2 điểm quan trọng mà người ta biết được từ khảo sát sinh học mạch máu:

1.      Mạch máu của phần thân trên có diện tích rộng tiếp xúc với các tế bào di trú có nguồn gốc từ neural crest (mào thần kinh), mạch máu tại phần thân trên có tác động như một rào chắn sự di trú của các tế bào của mào thần kinh (neural crest – barriers to crest cell migration) do đó có sự biểu hiện protein tích hợp màng tương đối khác với mạch máu phần thân dưới; sự di trú của tế bào từ neural crest lên phía nội sọ không có khoảng không gian đủ và nhất là không tiếp xúc với môi trường chất nền ngoại bào (extracellular matrix) đặc biệt là ở mô thần kinh nên có sự biệt hóa khác biệt với mạch máu phần thân dưới. Chính sự tiếp xúc với ECM đã làm cho mạch máu nội sọ và mạch máu ngoại sọ phản ứng hoàn toàn khác nhau với những thuốc “giãn mạch máu não”, thật vậy những thuốc giãn mạch máu mà người ta đã tưởng chỉ làm giãn mạch máu ngoại sọ. Mạch máu phần thân dưới đáp ứng mạnh và ưu thế với hệ thần kinh tự động trong khi mạch máu phần thân trên nhất là mạch máu nội sọ đáp ứng với nhiều yếu tố vận mạch hơn đặc biệt là phản ứng với pCO2 cao. Hệ thống mạch máu của thận vị là hệ thống đáp ứng đa dạng nhất với các yếu tố điều chỉnh gần như là một ngoại lệ của toàn thể hệ thống mạch máu.

2.      Những mạch máu tân tạo không bao giờ hoàn chỉnh và luôn là tiền đề cho những rối loạn chức năng phức tạp tỷ lệ tái cấu trúc mạch máu càng cao thì sự đáp ứng với thuốc càng không thể tiên liệu được tác động.

Xem bài viết gốc tại đây.

Thoi cơ – cấu trúc và chức năng

Vui lòng đăng nhập hoặc đăng kí tại đây để xem hình.

  • Cấu trúc thoi cơ

4.png
Mỗi thoi cơ ( muscle spindles) gồm 3 yếu tố: (1) 1 nhóm đặc biệt intrafusal (sợi vân liên quan đến thoi cơ) với cực tận có thể co lại và đoạn giữa không thể co; (2) sợi hướng tâm có myelin đường kính lớn (type I và II) tổ chức ở giữa của intrafusal và (3) các sợi ly tâm có myelin kích thước nhỏ tạo synapse ở vùng co được của intrafusal.

1.GIF

Rất quan trọng, mối liên hệ giữa các thành phần này và cơ xương giúp tự nó đánh giá cơ quan về cảm nhận sự thay đổi chiều dài của sợi cơ nơi đó ở. Sự thay đổi chiều dài liên quan đến góc chỗ nối, bởi vậy thoi cơ cung cấp thông tin về vị trí.

Intrafusal song song với extrafusal (đơn vị điều hòa của cơ-nằm bên ngoài trục vân). Intrafusal không góp phần trong tạo lực co cơ, nhưng có 1 vài chức năng trong cảm giác.

Có 2 loại sợi intrafusal ở thoi cơ, loại đầu tiên gồm nhiều nhân ở trung tâm giãn là sợi túi nhân(nuclear bag fiber). Loại này thì có 2 loại đó là động và tĩnh (dynamic và static). Thường thì có 2-3 sợi túi nhân mỗi thoi cơ. Loại intrafusal thứ 2 là sợi chuỗi nhân (nuclear chain fiber), chúng mỏng hơn và ngắn hơn dạng túi.

Có 2 loại đầu cảm giác trong mỗi thoi cơ là primary ending(group Ia) và secondary ending(group II). Sợi hướng tâm Ia choàng quanh sợi động và tĩnh của sợi túi nhân và sợi chuỗi nhân, rất nhạy cảm với tốc độ thay đổi chiều dài cơ trong quá trình duỗi(đáp ứng động)→cung cấp thông tin về tốc độ và sự chuyển động cho phép nhìn nhận chính xác sự di chuyển. trạng thái trương lực hoạt động nhờ sợi ly tâm nhóm I và II cung cấp thông tin về chiều dài của cơ (đáp ứng tĩnh).

Vai trò của primary ending và secondary ending vào chiều dài của receptor-đáp ứng tĩnh: một cách dễ hiểu đó chính là cả primary và secondary ending tiếp tục truyền thông tin của chúng cho tới một vài phút nếu thoi cơ vẫn còn giãn(xảy ra khi chiều dài receptor trên thoi cơ tăng chậm). Ngược lại khi có sự gia tăng đột ngột về chiều dài receptor trên thoi cơ, primary ending (chú ý là không có secondary ending) kích thích rất mạnh, gọi là đáp ứng động đáp ứng được truyền rất nhanh về tủy sống.

Group II ở liền kề trung tâm của sợi túi nhân và sợi chuỗi nhân. Những sợi này đều không phân bố thần kinh ở sợi động của sợi túi nhân.
Thoi cơ tự nó có dây vận động ly tâm gọi là γ-motor neurons. Chúng có đường kính nhỏ, chiếm 30% sợi của rễ bụng. Cũng có 2 loại γ-motor neurons là động(γ-d) và tĩnh(γ-s).

4.gif

Kiểm soát cường độ của đáp ứng động và tĩnh vởi γ motor nerves: những kích thích đầu tiên của sợi γ chủ yếu do sợi túi nhân intrafusal, và các kích thích thứ 2 chủ yếu kích thích bởi sợi chuỗi nhân intrafusal. γ-d kích thích bởi sợi túi nhân xảy ra, đáp ứng động của thoi cơ được tăng cường trong khi đáp ứng tĩnh bị hạn chế. Ngược lại, kích thích γ-s sợi chuỗi nhân, nó gia tăng đáp ứng động và ít có tác dụng lên đáp ứng tĩnh.
a.png
Thoi cơ cùng với thể Golgi tạo ra các phản xạ quan trọng bậc nhất của tủy sống.

Nguyễn Văn Tiến

Xem thêm và thảo luận tại đây.