thnlscantho-5 - Thử tìm hiểu HbA1c trong bịnh tiểu đường là gì

1/2/2016

Thử tìm hiểu HbA_Ic (Glycosylated Haemoglobin) trong bịnh tiểu đường là gì?

(Thân tặng Dr. Nguyen Phan Khue, CA. USA;

Dr. Ngo Anh Tuan, S.A. Australia)

BÙI THẾ TRƯỜNG, PhD

1-Khái niệm.

Bây giờ mình định sáng mai đi thử máu. Tối nay sau 9 tối, nhịn ăn, nhưng lại được uống nước. Ngày mai,sáng sớm, đến phòng mạch BS nhờ lấy máu và gởi máu đó đi thử. Hai ngày sau thì có kết qủa về lượng đường trong máu cách đó hai ngày. Kết qủa như vậy có thật sự là đúng không? Tại sao? Kết qủa đó dĩ nhiên là đúng, nhưng thật sự đúng cho ngày mình đi lấy máu mình thử. Còn cái thử đúng hơn hết là kết qủa trung bình cho ba tháng.Trung bình ba tháng? Có nghiã là lấy tổng kết qủa của kết qủa của việc thử máu từng ngày một của ba tháng rồi chia cho 90 ngày, là có kết quả trung bình?. Nhưng làm sao mà có kết quả từng ngày của ba tháng liên tục thử máu?

Ví dụ dể hiểu như: học trò già đi học, trong ba tháng, thi sáu lần. Kết `qủa năm lần đều là C + hay C-; nhưng có một lần được A grade. Lấy điểm A đó về khoe vợ,- (còn C+ hay C- thì không khoe mà giấu vì sợ bi chê)- để vợ thưởng kẹo, cho ăn kem và nũng-nịu ! Nhưng thật tế, kết qủa trung bình của ba tháng chỉ là C+ mà thôi, chớ không phải là A. Thi cử căn cứ vào điểm C+ là điểm trung bình mà cho lên lớp, hay ở lại lớp, chứ không phải chỉ có một điểm A. Cũng vậy,ngày hôm thử đường, thấy lượng đường xuống, dưới mức an toàn,điểm A rồi là điểm an toàn nhất , thì vội hý hửng, ăn uống bừa bải, quên cả kiêng cữ, thế là sai. Thử máu của ngày đi thử là chỉ có giá tṛi của ngày đi thử. Còn hàm lượng đường trung bình của nó trong ba tháng mới là đúng hơn.

2-T̀im hiểu HbA₁c là gì?

Đi khám bịnh, BS thường xem kết qủa của HbA₁c mà trị liệu. Gọi là HbA₁c là do chử Glycosylated Haemoglobin được viết tắt. Còn chữ A là gì? Rắc rối lắm lắm. Tại sao? Máu của người trưởng thành chứa ba loại hemoglobin (Hb); Hemoglobin A (₂₂97%); hemoglobin A₂ (₂₂2.5%); và hemoglobin F(₂₂5%). HbA được gọi là hemoglobin bình thường (normal hemoglobin), còn Hemoglobin bào thai (fetal hemoglobin) có rất nhiều một số lượng lớn trong bào thai. Còn cái nghĩa sinh hoá của HbA₂ thì không được rỏ cho lắm.

Những cuộc nhiên cứu gần đây, theo R.Bohinski, (1995) và Gonen B et al , (1979) tại Uni. John Carroll University cho biết rằng ít nhất là có năm loại hợp thành HbA. Đó là HbA₀ (96%), HbA_1a1 (0.2%), HbA_1a2 (0.2%), HbA_1b (0.4%), HbA_1c (3%). Đối với những người bình thường khỏe mạnh ta thấy HbA_1a1, HbA _1a2 và HbA_1b đều có từ 0.4% đến 0.8% trong tổng số hemoglobin và còn HbA_1ccó từ 4% đến 5% tổng số hemoglobin. Tổng số HbA₁ở trạng thái bình thường có từ 5% đến 7% hemoglobin. Tất cả đều có chung một thành phần là (₂₂). Nhưng cái chuổi của trong bốn cái hợp thành nhóm trên đều có chung một đơn vị đường liên kết cộng hóa trị (covalent bond) gắn vào nó. Thế chúng được gọi là glycosylated haemoglobin viết bằng ký hiệu là HbA₁c.

Tất cả sự hợp thành trên được thấy qua các hình thức như tự phát (spontaneous), phản ứng không cần diếu tố (nonenzymatic) giữa nhóm carbonyl của đường và với nhóm amino acid của chuỗi . Nhóm carbonyl là nhóm hợp thành trong hợp chất hữu cơ trong đó, nguyên tử carbon liên kết với nguyên tử oxy, được viết: -CO- . Trong trường hợp của HbA_Ic trong đó đường glucose (glc) và nhóm amino đóng ǵop vào bằng cách nối N của valine thì được gắn vào phần cuối của chuỗi . Valine là một amino acid thiết yếu trong chuỗi amino acid. Đó là một hợp chất hữu cơ có chứa nhóm amino (–NH₂) và một nhóm carboxyl (–COOH-). Trong số các amino acids gồm có: alanine, arginine, asparagine, asparic acid, cysteine, cystine, glutamic acid, glutamine glycine, histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, profine, serine, threonine, tryptophan, tyrosine và valine. Phần lớn các amino acids nầy được thấy trong cơ thể sẵn có , và một số các acid amin tối cần do thức ăn cung cấp. Một vài amino acids không t̀im thấy trong chất đạm như: citrulline, gamma amino butyric acid , ornithine và taurine.

Phản ứng trên xãy ra nhanh chóng tạo thành một aldimine làm chất trung gian theo sau nó là một sự sắp xếp chậm hơn và rất bền vững hơn của 1-deoxyfructosyl liền thay thế nó (xem hình dưới)

(Source: R.Bohinski, 1995)

Còn Lubert Stryer, 2004, Giáo sư tại Stanford University, cho rằng: các tế bào máu đỏ, mà các glucose, glucose-6-phosphate và tất cả đường khác đều hợp lại một cách bền vững với nhóm -amino acid của chuổi của hemoglobin. Cái nhóm aldehyde là nhóm hữu cơ có chứa CHO để được đón nhận nhiều đường với nh́om amino để làm thành Shiff base. Sau cùng ta được một chất g̣oi là ketimine. Đó là sự thay đổi của nối đôi nơi C ở đầu, xuống thành nối đôi nơi C dưới nó, được gọi là sự sắp xếp lại Amadori (Amadori rearrangement) (xem hình) mà kết qủa viện dẫn (adduct) sau cùng có được cũng giống như sự công thức của Bohinski. 1955 ở trên.

Sự lập th̀anh của Shiff base để cho ta một sản phẩm bền vững do sự xấp xếp nối đôi ở vị trí đầu của C đến vị trí kế tiếp nó gọi là Amadori,

Một cách giải thích khác dễ hiểu hơn là những tế bào của máu đỏ trong cơ thể con người chứa đựng một tỷ lệ nhỏ về hemoglobin A_Ic.Tỷ lệ của sự hợp hành nầy thì tỷ lệ theo hàm lượng của đường trong máu, nghĩa là khi đường có nhiều thi HbA_Ic càng nhiều. Nhận xét trên dựa vào nhiều cuộc thí nghiệm cho thấy tại sao người bịnh tiểu đường lại có hemoglobin A_Ic nhiều hơn và cao hơn người không mắc ḅinh tiểu đường (tù 6 đến 15% A_Ic của người bịnh tiểu đường so với 3 đến 5% của người khỏe (Lubert Stryer, 2004). Hàm lượng hemoglobin A_Ic biểu lộ toàn bộ đường trong máu tập trung trong nhiều tháng. Thế nên, đo hàm lượng trung bình Hemoglobin A_Ic trong nhiều tháng thì rất là hữu ích trong việc xác định đường trong máu của người bịnh tiểu đường,bằng cách hàm lượng đường được t́inh trung bình, để kiểm soát và trị bịnh.

Hơn thế nữa, một khi mà đường trong máu của người bịnh tiểu đường tăng lên qúa cao trong trạng thái nguy hiễm thì được chở đến bịnh viện để chăm sóc và kiểm soát, sau đó thì nhận thấy khi người bịnh tiểu đường qua kh̉oi cơn nguy hiểm, thì HbA_Ictrở lại bình thường,. Ch́inh vì thế đưa đến kết luận là có sự liên quan thiết yếu gọi là cơ b̉an thì chính hàm lượng HbA_Ictrong máu mà đưa đến bịnh tiểu đường và cũng nhờ nó mà khoa học tìm cách điều trị về bịnh tiểu đường và đồng thời đánh gíá mức độ thành công trong công việc dùng insulin để điều trị bịnh.

Nói theo kiểu Ông già Ba Tri ở Bến Tre, thì hemoglobin A_Ic ví như cái “đó” để chận bắt cá. Cá nhiều, cá ít thì cái “đó” chứa nhiều cá hay ít cá. Nói một cách khác, trọng lượng của cái đó nặng hay nhẹ tuỳ theo tṛong lượng của cá có trong đó. Mang “đó” lên, đổ ra cân rồi chia cho 90 ngày, thì biết chính xác hàm lượng trung bình của một ngày là bao nhiêu. Hay nói theo gia đình Bác Tám là hemoglobin A_Ic ví như con heo đất để bỏ tiền, bửa 50 xu, bửa 10 đồng, sau ba tháng lấy ra đ̣ếm được 180 đồng, thì mỗi ngày trung bình bỏ vào là 2 đồng. Khoa học dựa vào cái trung bình nầy mà t́inh toán.

Áp dụng việc bỏ tiền của gia đình Bác Tám, nếu dùng Thống kê (Statistic) ta gọi trung bình là mean và tổng số những những ngày bỏ ống hay những lần dữ kiện của việc thí nghiệm là “n” tại mẩu số, còn tử số là tổng số của những lần , thì ta có công thức đơn giản nhất của mean (trung bình) như sau:

Còn J. Myers, 2003 là Professor của St Louis University Missouri cho rằng tổng số đường trong hồng huyết cầu erythrocytes hay goi là red blood cells là tế baò máu chứa hemoglobin mà chức năng của nó là chuyên chở oxygen. Số lượng đường trong hồng cầu tuỳ thuộc vào số lượng đường hiện hưũ trong huyết tương có tuổi thọ tối đa (lifespan) là 120 ngày. Glycohemoglobin còn gọi là glucosylated hemoglobin (HbA_Ic) sẽ cho một chỉ số thật sự của hàm lượng đường hiện hữu trong máu trong 2-3 tháng trước khi xét nghiệm. Hàm lượng của đường càng nhiều trong huyết tương thì hàm lượng HbA_Ic cũng càng lớn trong đó.

Thêm nữa, những người bịnh tiểu đường đều có tổng số HbA₁và HbA_1c phần trăm (% ) đều tăng lên một cách đáng kể. Tỷ lệ nầy càng cao nếu hàm lượng đường trong máu càng nhiều. Vì thế glycosylated hemoglobin là rất hữu ích để biết trong việc chẩn đoán những người bịnh tiểu đường. Bảng nghiên cứu dưới đây cho ta một ý niệm chính HbA1c là yếu tố xác định là đã hay đang bị bịnh tiểu đường.

Thành phần của glycosylated hemoglobincủa người bịnh tiểu đường và không bị bịnh

(Source: Kaplan and Pesce, 2000)

Ghi chú: labile ;không ổn định, stable: ổn định

Nhìn vào bảng trên ta thấy người bịnh tiểu đường có A_Ic cao nhất, còn A_{Ia1 ,}A_Ia2 và A_Ib thì tương đối tăng rất ít coi như không đáng kể, nếu so sánh với người không bịnh. Như thế một lần nữa, chính HbA_Ic là hàm lượng đường trong máu trung bình trong 3 tháng gíúp của người bịnh để BS căn cứ vào đó mà điều tṛi.

Tuy nhiên việc xét nghiệm sẽ không có hiệu qủa trong khoảng thay đổi ngắn hạn như việc luyện tập thể dục, sự âu lo stress và việc mới ăn uống cũng như sự thay đổi của hàm lượng đường, thế nên phải đợi một thời gian lâu hơn để việc thử đường trong máu mới cho kết qủa chính xác về tình trạng của người bịnh tiêu đường. Thêm nữa, khi thử nghiệm HbA_Ic khi hàm lượng HbA_Ic nầy tăng lên nhưng được coi không đúng khi những người đàn bà có bầu trên ba tháng, hoặc khi thận của những người đang xử dụng bằng máy lọc thận, thì sự tăng nầy không phải là bịnh tiểu đường; hoặc khi gặp trường hợp HbA_Ic xuống rất thấp, thì kết qủa nầy không có nghiã là người bịnh tiểu đường có mức đường đã ổn định, bởi vì sự xuống thấp đó xãy ra là do vì hồng huyết cầu bị bể (hemolytic) và vì hồng huyết cầu thiếu B và vì bịnh hư thận mản tính.

3-Cấu trúc của hemoglobin.

Máu đỏ gọi là hemoglobin (Hb) là protein có mang theo oxygen được thấy trong các tế-bào của máu. Nó gồm hai cặp của chuổi polypeptide khác nhau. Mỗi chuổi mang chính chất Fe có chứa porphyrin tạm gọi là heme, hay là ferroprotoporphyrin IX, nơi đó nhân của nó là nguyên tử Fe bao quanh bởi vòng porphyrin. Chuổi polypeptide là tập hợp của globin moiety của hemoglobin. Mỗi chuổi polypeptide đều có một ký hiệu viết bằng chử Hy-lạp: ̣(alpha), (beta), (gamma), (delta), (epsilon), (zeta). Các loài động vật có vú, thi hemoglobin có chứa từng hai cặp một của các chuổi: hai caí và hai cái không . Trong những chuổi thì khi nó nối với những chuổi cho ra một Hb lớn bình thường là (HbA=₂₂.), rồi chính chuổi lại nội với gamma cho ta máu trong bào thai fetal Hb ̣(HbF=₂ ₂), rồi lại chính khi nối với chuổi delta cho ra HbA₂(HbA₂ = ₂₂). Về hàm lượng thì HbA₂ có vào khoảng 2.5% Hb của người lớn bình thường. Hai loai còn trong bào thai gọi là Hbs, là Hbs Grower 1 và Hbs grower 2, có chứa alpha giống như chuổi (zeta) và (beta) như chuổi (epsilon). Chuổi (alpha) chứa 141 amino acid residues, các chuổi (beta), (delta), (epsilon) có chứa 146 amino acids residues.

Cấu trúc của phân tử HbA.

Cấu trúc của phân tử HbA gồm có 4 heme dính vào một phân tử globin, mà globin nầy có 4 chuổi

poltpeptides, hai trong chúng nó có hai amino acid giống nhau chuổi alpha và chuổi beta. Mỗi chuổi đều liên kết với một heme moiety.

Trong tất cả chuổi hemoglobin và myoglobin đều có khoảng 75% amino acids được sấp xếp trong dạng -helix với 3 hay 6 aminđo acids lần lượt. Cấu trúc thứ ba của hemoglobin thì được miêu tả theo hình sau

(Source: Kaplan and Pesce, 2000)

Chuổi -globin cho thấy những đoạn xoắn (helix) và không xoắn (non helical segments). Những đoạn xoắn thì ghi tên từ A cho đến H, trong khi những đoạn không xoắn thì đánh dấu từ NA cho những phần còn lại giữa N điểm cuối và điểm A của xoắn; và đoạn CD của phần dư giữa C và D của xoắn (helix) vân vân

Nơi tâm của hemoglobin thì có đầy nước, và để cho các phân tử được vào kể cả những phân tử nhỏ như là 2,3-diphosphoglycerate (2,3–DPG) và muối ( salt). Sự di chuyển của mỗi chuổi globin, kể cả mọi sự chuyển động của những chuổi globin liên quan đến những chuổi khác trong việc chuyên chở oxygen hay loại bỏ đi oxygen, c̃ung đều do globin thực hiện nhiệm vụ. Sự thay thế của một amino acid đơn lẻ có thể thay đổi các cấu trúc của máu từ cấu trúc chia hai, chia ba, và cả chia tư, gây nên một sự nhiêm trọng và nguy hiễm ngay cả sự sống còn do thay đổi đó mà ra. Xem họa hình sau:

Cấu trúc chia hai và chia ba của hemoglobin

Cấu trúc chia hai va ba của hemoglobin cho thấy những carbon và sự phối hợp của heme. Sơ đồ chp thấy ở gần giữa histidine F8 thì được nối với heme sắt,khoảng cách của các residues His E7 và Val E11, và cũng luôn cho Tyr HC₂ , đều là quan trọng trong cơ cấu cuả máu của loài có vú. Sự chính xác của các số cuả residues trong những đoạn khác nhau thì lại giống nhau nhưng lại thay đổi theo các loài có xương sống. Các chử M, V và P là methyl, vinyl và propionate của một mặt của những chuổi của heme.

Cấu trúc chia tư của hemoglobin

(Source: Kaplan and Pesce, 2000)

Cấu trúc chia tư của máu thấy gì? Những chuổi ₁ và₂là gần nhất hay nổi bật và ₁₂ thi tiếp cận tại tâm điểm.

4-Ba giai đoạn phát triển của máu trong con người.

Máu phát triển qua nhiều giai đoạn như giai đoạn của phôi và thai nhi thì máu đỏ có những chuổi (epsilon), chuổi nầy giống như chuổi

(beta) về cấu trúc cơ bản của nó (Bunnet al.,1986). Ngay tức khắc, hầu hết là có sự tổng hợp của các chuổi như: -, _- _-bắt đầu. Tiếp theo là sự hoạt động liên tục hay bất liên tục, hoặc nhanh hơn trong những genes có chứa và không có -, được gom tụ lại kết qủa lại cho ra 4 phôi của hemoglobin. Chúng là: Gower 1: ₂₂ ; Gowe2: ₂_2;Portland: ₂ ₂ và máu bào thai (fetal hemoglobins) ₂ ₂

Máu của loại Gower 1 và Gower 2 có từ 42% đến 24% theo thứ tự lần lược, có trong 5 tuần thai nghén (gestation). Sau các tuần đó, máu đó lại tùy thuộc vaò máu của thai nhi (fetal hemoglobin). Hemoglobins phát triển nhanh hơn trong giai đoạn như phôi trứng, thai nhi, và sự ph́at triển lúc trưởng thành. Xem hình sau đây:

Ba giai đoạn của máu ph́at triển trong con người

(Source: Kaplan and Pesce, 2000)

Biểu đồ trên cho thấy máu trong cơ thể biến đổi từ giai đoạn còn phôi (embryoic), giai đoạn bào thai và giai đoạn trưởng thành phát triển. Các genes được chuyển biến từ phôi phát triển và liền được thay thế bằng globin và gene globin của người trưởng thành. Tại điểm được sanh ra, thì máu của thai nhi hợp thành khoảng 75% va5 máu HbA thì có 25% của tất cả. Sự diển biến của gene bắt đầu hạ thấp trước khi sanh, và khi sanh được 6 tháng tuổi, thì gene nầy còn lại một hàm lượng rất thấp. Sự diễn đạt của gene globin bắt đầu gần sanh.Những người trưởng thành HbA gồm có 97%, HbA có khoảng 2.5%, và còn máu của thai nhi thì it́ hơn 1% trong tổng số.

Bảng so sánh hàm lượng % của máu bình thường của người trưởng thành và bé mới sanh. Bé mới sanh thì fetal hemoglobin HbF rất cao, là còn thuộc thai nhi, và đồng thời máu HbA lại tăng bằng 1/5 máu của người trưởng thành.

5-Tại sao cấu trúc của máu lại bền vững.

Hơn nữa, theo Ganong, 2005, tế bào của thì máu đỏ (red blood cells) của các sinh động vật có vú, có chứa protein mà trọng lượng phân tử là 64,450,trong lúc ấy myoglobin thì có 17,500. Công dụng của nó là ̣đem oxygen từ phổi đến các tế bào của các bắp thịt nơi đó có myoglobin. Myoglobin là một sắc tố có chứa sắc giống như hemoglobin, mà công dụng của nó là ngồn dự trử oxy trong các sợi cơ. Hemoglobin là phân tử hình cầu cấu tạo bởi 4 cái gọi là subunits mà còn gọi theo Francis (2003) là four heme units, trong khi myoglobin thì chỉ có thấy một heme unit mà thôi. Vậy Heme là gì? Heme là nhóm giả quan trọng (important prosthetic group) mà trong đó cái nhân Fe được nối liền với bốn nguyên tử nitrogen của bốn vòng của một hợp chất thơm mà tên gọi là porphyrin. Xem hinh dưới

Cấu trúc của heme

Chuổi hemoglobin gồm có bốn hemes và bốn protein (four protein), nơi đó ta thấy mỗi hai cặp giống nhau thì gọi là chuổi (alpha chains) và hai cặp khác cũng tương tự với ch́inh nó thì gọi là chuổi (beta chains) (Francis A Carey.,2003).

Mỗi subunits có chứa một heme moiety kế hợp với polypeptide. Mỗi hem đều có chất sắt iron trong đó chứa porphyrin- một porphyrin tạo thành bằng cách kết hợp với chất sắt,hay magnesium, kẽm, nickel, đồng và cobalt. Sự kết hợp như vậy làm thânh phần của hemoglobin,myoglobin, cytochrome và lục diệp tố, nên máu có một vai trò quan tṛong trong ph̉an ứng khử oxy trong mọi sinh vật.

Cái gọi là polypeptides là một tập hợp theo tỷ lệ của globin được thấy trong hồng huyết cầu hemoglobin hay trong myoglobin được thấy trong các cơ. Cứ mỗi phân tử hồng cầu (hemoglobin) thì có 2 cặp (two pairs) polypeptides. Trong máu của người trưởng thành thì có hồng huyết cầu gọi (hemoglobin A) , thì cứ 2 loại polypeptide được gọi là chuổi , mà mỗi chuỗi có 141 amino acids residues, và chuổi , mà mỗi chuổi có chứa 146 amino acids residues. Thế nên, hemoglobin A được viết bằng ký hiệu là ₂₂. Không phải tất cả tất cả hemoglobin trong máu người trưởng thành đều có hemoglobin A cả đâu. Nó còn chứa những thứ khác như là : cứ khoảng 2.5% của hồng huyết cầu là thuộc về hemoglobin A₂ , tuy nhiên trong chuổi thì khác , nó được thay thế bằng là (₂₂ ) .Chuổi có chứa 146 amino acids thặng dư, nhưng cứ 10 phần thặng dư trong chuổi , nơi đó hòan toàn khác với chuổi .

Có một hàm lượng nhỏ về hemoglobin A rất gần và giống với hemoglobin A kể trên mà nó có một tên gọi là glycosylatd hemoglobins. Một trong chúng nó được thấy đó là hemoglobin A1c (HbA1c), tại nơi đó hàm lượng glucose được nối với đầu cuối của valine của chuổi và chính vì thế tạo nên một quan tâm rất đặc biệt liên quan đến lượng đường trong máu của những người bị bịnh tiểu đường.

Tất cả có 20 amino acids làm thành những khối cho cả 10 ngàn loại protein khác nhau hợp trong cơ thể con người. Các loại protein có trọng lượng phân tử gram vaò khoảng từ 5000 g tới 1x10⁷ g. Thânh phần khối lượng có trong các protein đáng được coi chủ yếu như sau: carbon (C) có

từ 50-55%, hydrogen (H) 7%, Oxygen (O) 23%, Nitrogen (N) 16%, và sulfure (S) 1%. Protein cũng được chia thành hai nhóm: nhóm protein đơn giản và nhóm protein liên hợp. Nhóm protein đơn giản thì chỉ có một amino acids mà thôi. Trái lại, nhóm kia gồm nhiều phần khác thêm vào amino acids.

Nếu tổng hợp các phân tử protein lại với nhau thì ta sẽ có phản ứng ngưng tụ (condensation reaction) của hai loại amino acids. Sự hợp th̀anh

của các phân tử của hai loại amino acids như thế thì được gọi là dipeptide, và nhóm –CO--NH—thì gọi là nhóm amide (amide group). Tiếp tục từ dipeptide để tạo thành phản ứng ngưng tụ nữa, ta có tripeptide, và tiếp tục...đến cái sau cùng, thì phân tử protein lúc nầy là polypeptide.

Công thức trên do phản ứng của cả hai phân tử với nhau mà ra, tạo nên sự mất đi một phân tử nước, và cho kết qủa là nối carbon nitrogen gọi là nối peptide (peptide bond).

Một đơn vị amino acid trong chuổi polypeptide được gọi l̀a residues. Nên trong một chuổi polypeptide có chứa từ 100 hay hơn amino acid residues. Cách viết amino acids trong chuổi polypeptide là được viết từ trái sang phải, khởi đầu bằng amino terminal residue và cuối bằng carboxyl terminal residue. Ví dụ theo hình dưới đây ta có Alanylglycine và Glycylalanine, cả hai đều khác nhau về phân tử gram molecules.

Với 20 amino acids khác nhau được chọn, ta có 20² hay 400 loại dipeptides khác nhau có thể nẩy sanh ra. Chẳng hạn như, các loại protein rất là nhỏ như insulin chẳng hạn, nó chứa ̀50 amino acid residues, nếu viết theo cấu trúc hóa học khác nhau ta có đến con số 20⁵⁰ hay 10⁶⁵ . Thật là một con số to lớn kinh khủng làm cho chúng ta liên nghĩ đến tổng số những tinh thể trong thiên hà của chúng ta là 10^68.Nhưng trong cơ thể con người có hơn 100,000 loại protein khác nhau, đó là một con số gọi là mẫu mực, thì vẫn còn quá nhỏ nếu so với 10^65. Dưới những điều kiện thích hợp, các protein bị thuỷ phân (hydrolysed) cho ta những thành phần của amino acids. Câu hỏi nêu ra là: hình dáng phân tử của protein ra sao? Và chuổi polypeptide như thế nào?

Câu hỏi trên phải đợi đến năm 1930, khi Linus Pauling và các cộng sự viên của Ông đã đầu tư vào việc nghiên cứu về cấu trúc của protein, như về phương diện cấu trúc hình học của nhóm amide, về cấu trúc và mối nối của nhóm amide. Họ nhận thấy rằng sự vặn xoắn của nối đôi thì rất khó hơn nối đơn khi khảo cứu bốn nguyên tử của nhóm amide được locked ở cùng trong một mặt phẳng

Đây là chuổi polypeptide ̣(polypeptide chain); R có thể hiểu là đặc tính cấu trúc đặc biệt của mỗi

lọai amino acids, như glycine, hay đơn giản là một nguyên tử H.

Để đo kích thước của nhóm polypeptide người ta dùng tia X (X ray). Các nối C-C hay C-N có độ dài 1.53 và 1.47A tương ứng, nó có khoảng cách gọi là bình thường đối với các nối đối đơn giữa hai nguyên tử. Tuy nhiên, độ dài giữa nguyên tử N và C của nhóm carboxyl là 1.32A, được coi hơi nhỏ hơn 1.47A của nối đơn C-N. Mỗi nhóm peptide có planar amide group hay cân bằng động (conformation), có nghĩa là các dấu nối amino nitrogen và carbonyl của carbon đều liên kết với nhau cùng trong một mặt phẳng.

Source: R Chang, 2000 Source: B.H. Mahan, 1995

Đây là planar amide group Căn bản kích thước của nhóm peptide và các

trong protein: nguyôn tử xám độ dài của các khoảng cách C-N và C-C, cùng các

là Carbon, xanh: nitrogen, đỏ: gốc độ̣ tạo th̀anh –theo hình vẽ-.

oxygen, xanh lá chuối:R group,

vàng: hydrogen.

Khi Pauling và Corey vào năm 1951 đã nghiên cứu và thấy phần lớn các protein trong các chuổi polypeptide thì nó hợp lại thành một cấu trúc rộng lớn đó là alpha xoắn ốc (-helix). Sau đó, xét về khía cạnh lý thuyết của tính chất cuả những cân bằng động (conformations) của chuổi protein, thì

-helix có năng lượng thấp nhất, và những gốc và độ dài hợp bởi các dấu nối luôn luôn tồn tại trong amino acid residues. Xem hình dưới.

Thêm nữa, sự bền vững của cấu trúc trên còn có thể cho tối đa một số lớn các nối hydrogen có thể hợp thành giữa các amino hydrogen của một acid và carbonyl oxygen thừa để tạo th̀anh sợ xoắn helix

Source: B.H. Mahan, 1995 Source: B.H. Mahan, 1995

Mộp phần của chuổi polypeptide mở Phía tay mặt thì là cấu trúc của -helix

rộng, hay gọi là -conformation (xoắn) trong chuổi polypeptide. Đường gạch

cũng được gọi là cân bằng động là nối hydrogen (H).

(Source: R Chang, 2000)

Cấu trúc -helix của chuổi polypeptide. Những qủa cầu vàng là nguyên tử hydrogen, Những cấu trúc của các vị trí của các nối hydrogen nội nguyên từ có những dấu chấm, chấm...nguyên tử xám là Carbon, xanh: nitrogen, đỏ: oxygen, xanh lá chuối: R group

Ngoài ra, cũng có nhiều protein mà cấu trúc của nó lại không có cái cấu trúc tương ứng như -helix hay cấu trúc . Tuy nhiên, Các nhà hóa học nhận thấy rằng các cấu trúc ba chiều của các polyme sinh học (biopolymers) là vẫn được duy trì vì sự bền vững của nó bởi do bởi các lực giữa các phân tử, và cộng thêm các nối hydrogen. Xem hình phía dưới.

(Source: R Chang, 2000)

Các nội lực giữa các phân tử trong phân tử protein gồm có: (a) ionic force ; (b) nối Hydrogen;(c) lực phân tán dispersion forces (d) dipole-dipole forces những lực lưỡng –cực lưỡng -cực.

Thêm nữa, phân tử protein có thể có thêm nhiều chuổi polypeptide. Thế nên, lại có nhiều tác động qua lại kh́ac nhau ở trong chuổi đó, và đưa đến

cấu trúc chia hai hay chia ba và chia bốn nữa. Đó là lý do mà ta phải nghĩ đến những tác động khác nhau ở giữa những chuổi đó. Ví dụ như phân tử hemoglobin gồm có các chuổi polypeptide rời nhau, hay gọi là subunits do bởi các lực như là ionic force và van der Waals force.

Ngoài trừ khi gần cuối cuả xoắn ốc helix, thì mỗi carbonyl oxygen và nitrogen thì cũng được nối bởi nối hydrogen.Vòng xoắn (helix) chính nó thì cuộn quấn lại (coiled) rất là chặt ch̉̃e, sít sao (tightly), không có khoảng trống ở chính giữa của bất cứ các phân tử đều bịt kín. Điều nầy được thấy tại hình trên ở phía tay mặt của cấu trúc -helix. Tất cả giải thích tại sao Bohinski. (1955) cho rằng cấu trúc của máu bền vững và theo J. Myers, (2003), thì tại sao với sự bền vững như thế, nó có tuổi thọ (lifespan) lâu tới 120 ngày.

7-Đạo quân bảo vệ đường trong máu nơi con người.

Ngoài ra, đaọ quân trong cơ thể con người có tới 1-2 triệu tiểu đảo langerhans (islets of Langerhans).Tổng số các tiểu đảo nặng bằng 1-2% trọng lượng của tuyến giáp trạng (pancreas). Các tế bào của các tiểu đảo nầy được chia ra tuỳ theo tính chất về màu và hình thể của nó. Có 4 loại tế bào trong con người. A, B, D và F. Người ta gọi các tế bào A, B và D là các tế bào: , Tại sao như vậy. Vì các tế bào A thì tiết ra glucagon, còn B thì cho insulin, còn D thì được somatostatin , còn F thì tiết ra pancreatic polypeptide. Về hàm lượng thì tế bào B chiếm khoảng 60-75% tổng tế bào thộc tiểu đảo. Còn tế bào A có hàm lượng khoảng 20% trong tổng số của tiểu đảo, lại được bao quang bởi tế bào B, và các tế bào có hàm lượng kém nhất là D và F. Trong các tế bào B, các phân tử insulin lại hợp thành polymers và liên hợp với kẽm (zinc), và chúng tạo thành các hình dạng khác nhau. Còn các tế bào A , chứa glucagon, thì thấy tương đối đồng nhất cho từng loại một.

(Source: Ganong. 2005)

Bốm loại tế bào A, B, C và D trong tụy tạng pancreas. Tế bào A gọi là , tiết ra glucagon; còn B là tiết ra insulin ; kế C là cho ta somatostatin; còn F cho ta pancreatic polypeptide.

Tế bào A và B trong tụy tạng pancreas. (Source: Ganong, 2005)

Tại sao đường trong máu lại nguy hiểm?

Lại cũng có những điều cũng cần được hiểu rỏ là liệu khi tăng hàm lượng glycohemoglobin trong bịnh tiểu đường, thì sẽ xảy ra những hiện tượng do biến chứng từ tiểu đường sanh ra. Sau nầy, nhiều cuộc nghiên cứu cho biết rằng chất glycosylated hemoglobin có ái lực (affinity) thấp với oxygen. Gọi là ái lực (affinity) là mức độ của chất đó hay một nhóm nào đó tham dự vào ph̉an ứng hoá học với chất đã cho. Thế nên, khi hàm lượng của hemoglobin tăng cao thì có thể đưa đến mức làm giảm đi hàm lượng oxygen (O₂) phân phối nơi các tế bào khác trong cơ thể.

Đây là một việc rất cần quan tâm vì hậu qủa của nó là thiếu vắng oxygen nhất là khi hàm lượng đường trong máu tăng cao.

Kế đến, xét qua các cấu trúc và công thức hóa hoc của đươǹg trong máu mà ta đã phân tách ở trên, chất glycosylated hemoglobin mà trong đó các chất như CO và CN^- làm nên những nối mạnh để nối với sắt của heme, và ch́ung cũng khá mạnh để tống khứ O₂ ra khỏi chúng. Riêng về nối CO (carbon monoxide) thì từ 30 đến 50 lần hiệu quả hơn là nối Oxygen với myoglobin và gấp 100 lần hơn và tốt hơn là nối Oxygen với hemoglobin. Cái nối của CO rất mạnh gây nên một mặt nó có tác động làm trở ngại rất nhiều về khả năng của heme trong khía cạnh sinh học và trong việc chuyên chở và tồn trử Oxygen, mà kết qủa đưa đến sự chết chóc.

Đọc đến đây, rút ra 2 điều quan trọng cần nhớ: 1- ṭai vì có đường cao trong máu nên hàm lượng oxygen mà máu đưa đi đến các tế baò lại giãm, và các mối nối –CO- và –CN- trong công thức qúa mạnh nên máu có đường không có khả nâng chuyên chở oxygen đem đến các tế baò trong thân. Tóm lại điều số 1 là thiếu oxygen, nên các cơ quan trong thân làm sao sống? Càng thiếu nhiều oxygen thi các cơ quan nội tại mà sự sống của chúng rất ư là mỏng manh, như chỉ mành treo chuông. Khi sự sống của ngủ tạng bấp bênh, thì mạng sống của con người như ngọn đèn trước gió...... Điều thứ 2, là làm sao làm giãm hàm lượng đường trong máu bằng cách kiễm soát kỹ thức ăn hay uống trước khi bỏ vào miệng, và bửa ăn phải được chia ra nhiều bửa trong ngày. Kế đến là phải t̀ập thể dục, và hít thật sâu và hít thật nhiều Oxygen vào và thở ra nhiều thán khí. Đó là lý do, tai sao khoa học khuyên người bịnh tiểu đường phải tập thể dục và tại sao phải chọn cái gì phải ăn, phải uống và cái gì phải không được ăn hay uống.

Và một vài triệu chứng của bịnh tiểu đường cũng có thể mang đến là sự phân huỷ bằng diếu tố (enzyme) của những protein trong các tế bào, chẳng hạn như thủy tinh thể (lens) thận (kidney), dây thần kinh (nerve) mà kết qủa là nó tạo thành bịnh đục thủy tinh thể hay cườm (cataract) và sự kém năng lực của thận (impaired renal) cũng như hệ thần kinh (Lubert Stryer, 2004; R. Bohinski, 1995). Cũng cần biết thêm là enzyme hay gọi là diếu tố là gì? Đó là một protein, với hàm lượng rất nhỏ, làm thúc đẩy phản ứng sinh học như một chất xúc tác, bằng cách kết hợp với các chất liên quan trong phản ứng và chuyển đổi chúng thành những chất khác, khi có đủ điều kiện như nhiệt độ, pH vv. Enzyme rất cần thiết cho các hoạt động phát triển bình thường trong cơ thể. Khi enzyme không còn hoạt động nữa, thì gây nên nhiều sự rối loạn chuyển hoá đôi khi rất nghiêm trọng. Phần lớn các rối loạn đêu do di truyền. Tôi sẽ trở lại vấn đề enzyme sau nầy, đó là một đề tài nghiên cưú đáng quan tâm.

Một câu hỏi cần nêu lên là: Còn hai loại máu kia như: HbA₀ (96%), HbA_Ia2 (0.2%), thì chưa thấy khoa học nghiên cứu tại sao nó không ảnh hưởng đến tiểu đường? Nếu không có ảnh hưởng thì sự hiện diện của nó để làm gì? Và tại sao?

8- Thí dụ cụ thể:

Kết qủa thử đường trong máu tại Úc cho ta HbA_Ic sau hơn ba tháng.

Theo nhật ký của người thử máu HbA1c nầy, ta thấy ngay trong ba tháng, Ông hay Bà có ăn phở, một hai tô trong tuần, có dùng McDonald về Hamburger, tất cả là sáu lần, ăn nhiều bánh mì trắng (white bread) và một điểm cần quan tâm là đương sự ngủ rất nhiều, lười tập thể dục, con người lừ đừ, chậm chạp. Sự lười là vì khi thử thấy hàm lượng HbA1c chỉ có 6.9, nên đâm ra lười không tập luyện thân thể, không kiểm soát thức ăn, và thích ngủ ngày và cả đêm. Đương sự cũng giải thích vì đường trong máu đã xuống, nên hồ hởi phấn khởi vung tay cho thoả chí sau những ngày nhịn ăn, và tập luyện mệt mõi thân thể.

9- Kết luận:

Đọc qua một số nghiên cứu của các nhà khoa hoc giải thích sự thành hình của máu từ phôi thai cho đến trưởng thành, và sự cấu tạo của nó ra sao, khác nhau thế nào, và tại sao đường glucose nó lại kết vào máu và chỉ kết vào một loại máu là HbA₁c, và sự kết hợp đó cũng được giải thích là rất bền vững và có tuổi thọ rất lâu, khoảng 120 ngày. Chính vì thế, BS căn cứ vào sự thử đường trong máu qua HbA₁c gọi là kết qủa trung bình trong 3 tháng mà dựa vào đó mà cho thuốc điều tṛi bịnh tiểu đường.

Dựa thêm vào kết qủa của việc thử đường trên, ta thấy ba tháng trước HbA_Ic là 6.9. (ngày 17/7/06). Vi không tập thể dục, nên sau ba tháng HbA_Ic là 7.2 (ngày 21/11/06). Còn đường ngày đi thử là 6.6 nhỏ hơn HbA_Ic là 7.2 (cùng ngày 21/11/06). Thế nên chỉ để ý kết qủa của HbA_Ic7.2 thay vi 6.6 là ngày đi thử trước đó ba tháng.Vả lại, cái ngày đi thử đường trong máu là ngày 17/7/06, trong đó hàm lượng đường ngày thử của hơn ba tháng trước là bao nhiêu, thì ngày thử mới nhất nầy cũng không ghi vào kết qủa kỳ nầy để so sánh, lý do là nó không đáng quan tâm, mà chỉ quan tâm kết qủa của HbA1c để BS coi và so sánh để mà tṛi liệu. Đó là cách giải thích cho bà con mình biết rỏ ràng hơn về sự chính xác của đường trong máu do việc thử máu là phải thử về HbA1c.

Thế nên, nơi trang 72, trong Quyển sách Diabetes Management in General Practice năm 2005, tại Úc Châu, có khuyên công dân Úc bị bịnh tiểu đường, nên đo thử HbA1c trong ba tháng và luôn luôn kiễm soát hàm lượng đường HbA1c trong mỗi 3 hay 6 tháng.

Buì Thế Trường, PhD

References:

Australian Medicines Handbook, 2006.

Bruce H Mahan, 1995 University Chemistry; pub Addison Wesley company

Bunn HF, Forget BG, 1986 Hemoglobin: molecular, genetic andclinical aspect.pun Philadelphia Saunders.

Diabetes Management in General Practice, 2005, Diabetes Australia

F.A.Carey., 2003. Organic Chemistry, Department of chemistry, Uni of Virginia. Pub McGraw Hill, Inc.

Gonen.B, Rochman H, Rubenstein AH., 1979. Metabolic control in diabetes patients: assessment by hemoglobin A1 values. Metabolism vol 28, pp 448

J. Myers, 2003 là Professor của St Louis University Missouri. Aldult Health Nursing. Pub Mostby

Laurance A Kaplan, Amadeo J. Pesce. 2000 Clinical Chemistry pub Mosby.

Lubert Stryer, 2004, Biochemistry, at the Stanford University, pub.

W.H Freeman and company/ New York

Raymond Chang, 2000 Chemistry; pub McGraw-Hill, Inc

R.C. Bohinski, 1995, John Carroll University. Modern Concepts in Biochemistry.

Roth M., 1983. “Glycated hemoglobin” not “glycosylated” or glucosylated. Clin Chem.vol 29,pp 1991

W.F. Ganong, 200̀5 Professor of Physiology Emeritus, Uni of California, San Francisco. Review of Medical Physiology.