GLYCATION, LIÊN KẾT CHÉO VÀ SỰ LÃO HÓA
Một số hợp chất góp phần nhất định vào tiến trình lão hóa (chẳng hạn như nhựa thuốc lá) có thể tránh được. Tuy nhiên, một số khác lại là một phần không thể thiếu của chuyển hóa trong cơ thể, trong đó quan trọng nhất là glucose.
Glucose là loại carbohydrate nhiều nhất trong thực phẩm. Nó là đơn vị cấu trúc chính của tinh bột và là một phần của sucrose. Hầu hết năng lượng có được từ bánh mì, ngũ cốc, mì ống và nhiều loại thực phẩm khác đều có nguồn gốc từ glucose. Mức glucose trong máu là một trong những chỉ số sinh lý quan trong nhất bởi vì nó là nguồn năng lượng chính cho hoạt động của hệ thống thần kinh trung ương. Nếu nồng độ glucose máu giảm xuống đến một mức nào đó (thấp hơn bình thường) trong thời gian đủ dài, nó có thể gây nên tình trạng mất ý thức, hôn mê và thậm chí tử vong. Nồng độ glucose máu cao ở các bệnh nhân tiểu đường cũng tỏ ra nguy hại mặc dù không nghiêm trọng bằng hạ glucose máu. Để tránh những biến động nguy hiểm về lượng glucose trong máu, cơ thể có một hệ thống khá phức tạp giúp duy trì nồng độ của thành phần này trong một khoảng thích hợp. Glucose luôn được dự trữ ở gan dưới dạng glycogen (một loại polymer tương tự như tinh bột). Ngoài ra, gan cũng có thể tổng hợp đường từ protein trong trường hợp cần thiết. Trong suốt thời gian đói, cơ thể có thể phân hủy dần protein trong cơ nhằm cung cấp glucose cho hệ thống thần kinh trung ương.
Vì vậy, dù glucose có được cung cấp từ thực phẩm hay không, thành phần này luôn tồn tại trong máu để đảm bảo các hoạt động sinh lý bình thường của cơ thể. Không may thay, bên cạnh vai trò là nguồn nguyên liệu quan trọng, glucose còn là một hợp chất có thể gây tổn thương thông qua sự kết hợp ngẫu nhiên với protein và ADN. Quá trình này được gọi là glycation hoặc phản ứng Maillard. Một ví dụ điển hình của phản ứng Maillard là màu nâu và xơ cứng của vỏ bánh nướng. Bên cạnh đó, một hiện tượng khác trong cơ thể với tỷ lệ thấp hơn nhưng gây nhiều hậu quả tiêu cực là các enzyme sau phản ứng glycation thường không thể thực hiện chức năng một cách bình thường. Các protein sau glycation khác thường mất đi hình dạng vốn có, trở nên không tan hoặc không ổn định. Ví dụ, phản ứng glycation các protein được tin là một trong những nguyên nhân chính của tình trạng đục thủy tinh thể bởi nó làm giảm độ hòa tan của các protein ở vùng này, từ đó gây nên tình trạng kết tủa.
Hậu quả nghiêm trọng nhất của glycation có lẽ là liên kết chéo – sự hình thành cầu nối hóa học giữa các protein hoặc các phân tử có kích thước lớn khác. Các thành phần trải qua liên kết chéo thường trở nên cứng hơn, ít đàn hồi hơn và có xu hướng dễ vỡ. Liên kết chéo thường được ứng dụng để làm cứng thảm cao su hoặc ổng tưới nước trong vườn thường xuyên tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời. Ở cơ thể lão hóa, liên kết chéo góp phần vào việc hình thành nếp nhăn, các tình trạng xơ cứng động mạch và cứng khớp.
Một ví dụ điển hình của tổn thương gây ra bởi glycation và liên kết chéo là một số biến chứng của tiểu đường vốn có nhiều điểm tương đồng với sự lão hóa. Đặc điểm lâm sàng chính của tiểu đường là nồng độ cao glucose trong máu. Vì tốc độ phản ứng hóa học tỷ lệ với nồng độ của chất phản ứng, lượng glucose càng cao, tốc độ các phản ứng glycation và tạo liên kết chéo càng tăng. Khi liên kết chéo diễn ra, thành mạch sẽ trở nên cứng, giòn và ít có khả năng co giãn theo nhịp tuần hoàn, bên cạnh đó các mao mạch cũng giảm đi tính thấm đối với các dưỡng chất và oxy. Kết quả là lưu lượng tuần hoàn cần thiết cho mô bị giảm xuống dẫn đến các tình trạng chữa lành vết thương khó khăn, tổn thương thần kinh và hình thành vết loét. Hầu hết các mô, chẳng hạn như cơ và phổi, cần insulin để có thể hấp thu glucose từ dòng máu. Tuy nhiên ở một số mô như dây thần kinh, thận và võng mạc, glucose có thể xâm nhập mà không cần có sự hỗ trợ của insulin và có thể gây tổn hại nặng nề. Các mô này chịu tổn thương nhiều nhất từ trình trạng glucose máu cao, điều này giải thích vì sao các bệnh thần kinh ngoại biên, suy thận và mù lòa là một trong số những biến chứng thường thấy ở bệnh nhân tiểu đường.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng loại liên kết chéo từ glucose phổ biến nhất ở các mô lão hóa là glucosepane, một cầu nối hóa học hình thành khi các protein sau glycation phản ứng với các acid amin của các protein khác. Bệnh nhân tiểu đường có khoảng gấp 2 lần số lượng liên kết chéo glucosepane so với người bình thường ở cùng độ tuổi. Ngoài ra, lượng glucosapane cũng tăng lên một cách tương quan với các bệnh liên quan tuổi tác.
Glucose không phải là thành phần duy nhất có thể gây phản ứng liên kết chéo. Khói thuốc, bức xạ UV, kim loại nặng, peroxide, acetaldehyde (một sản phẩm chuyển hóa của rượu) đều là các tác nhân liên kết chéo mạnh. Gốc tự do thúc đẩy hình thành nhiều dạng liên kết chéo và bản thân chúng cũng có thể tự tạo liên kết chéo theo cách riêng.
Có thể làm những gì để hạn chế tối đa hoặc đảo ngược tình trạng liên kết chéo? Bước đơn giản nhất là ngăn ngừa sự hình thành liên kết chéo bởi các yếu tố từ môi trường có thể tránh được. Cần tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời hết mức có thể và / hoặc sử dụng các sản phẩm chống nắng hiệu quả (UVA + UVB) (việc này sẽ giúp giảm liên kết chéo trên da). Giảm uống rượu và tránh hút thuốc (chất chuyển hóa của rượu là acetaldehyde và khói thuốc là những tác nhân liên kết chéo mạnh mẽ). Cần đảm bảo chế độ chống oxy hóa hợp lý, đặc biệt là trong thời gian stress.
Có phương pháp điều trị đặc biệt nào có thể ngăn chặn hoặc đảo ngược glycation và liên kết chéo hay không? Ở các nghiên cứu về động vật, carnosine đã được chứng minh có khả năng ức chế sự hình thành liên kết chéo. Cụ thể, carnosine ức chế các phản ứng liên kết chéo giữa protein-protein và ADN-protein thông qua các aldehyde khác nhau và glucose. Liệu việc bổ sung carnosine trong thời gian dài có cung cấp những lợi ích lâu dài cho người hay không vẫn cần được làm rõ bởi nhiều nghiên cứu hơn nữa. Nhiều dẫn xuất vitamin, đặc biệt là benfothiamine (một dạng tan trong dầu của vitamin B1) và pyridoxamine (một dạng của vitamin B6) cho thấy nhiều hứa hẹn với vai trò là các tác nhân ức chế glycation và liên kết chéo thông qua một số cơ chế nhất định. Dù vậy, tương tự như carnosine, hiệu quả lâu dài trên người của các thành phần này vẫn chưa được làm rõ. Một số nhà khoa học cũng đang nghiên cứu các chế phẩm bổ sung protease chẳng hạn như serrapeptidase hay bromelain để mang lại tác dụng phá hủy các liên kết chéo protein-protein.
