1. Hiện tượng Glycosyl hoá.
1.1 Clycosyl hoá proteỉn
ở bệnh nhân ĐTĐ, nồng độ glucose trong máu tăng, glucose sẽ glycosyl hoá protein và enzym. Phản ứng kết hợp không cần enzym và phụ thuộc nồng độ glucose trong máu. Phản ứng glycosỵl hoá qua hai giai đoạn:
+) Giai đoạn thuận nghịcli xay ra nhanh và tạo thành sán phấm Amadori không bền. +) Giai đoạn không thuận nghịch xảy ra chậm và tạo thành sản phẩm cetoamin bền.[ 15]
1.1.1 Glycosyl hoá albiiinin
Phản ứng glycosyl hoá albumin xiíy ra như hình 8
HC=NR CH2-NHR H C =0 Protein Albumin HCOH HOCH HCOM HCOH CH2OH Base Schif c=o HOCH c=0 CH2 AGE. HCOH HCOH HCOH HCOH C H2OH Sản phẩm Amađori CH2OH 3- deoxyglucosom
Hình 8: Phản ứng glycosyl hóa protein
Nồng độ glucose trong máu càng cao thì hiện tượng glycosyl hoá càng nhiều và tỷ lệ fructosamin càng tăng. 13anh từ fructosamin đề cặp tới các celoamin liên kết giữa
cetoamin. Trong huyết thanh albumin chiếm tỷ lệ lớn nên việc định lượng fi uctosamin phần lớn là albumin glycosyl hoá. Các protein được glycosyl hoá thành sản phẩm Amadori còn có thể liên kết chéo Ihông qua phản ứng nhóm carbonyl của chúng với các protein, lipoprotein, amin và cả nucleotit trong phản ứng Maillard để tạo thành các sản phẩm tận của quá trình glycosyl hoá( AGE,- advanced glycation end products).[ 22]
Vai trò của phản ứng Maillard và nguồn gốc của những biến chứng ĐTĐ vẫn còn đang thảo luận, có rất nhiều đề nghị rằng phản ứng Maillard có một vai trò đáng kể trong biến chứng mạn tính của ĐTĐ. Phản ứng này giải thích được sự hình thành những biến chứng mạn tương tự nhau ở cả ĐTĐ typl và typ 2 cho dù nguyên nhân sinh bệnh của hai typ này khác nhau. Người la giai thích được sự hình thành những biến chứng thận, thần kinh, mạch máu, tổ chức mà ở đó sự vận chuyển glucose là tương đối độc lập với Insulin.
Khi các AGE gắn vào receptor của nó, chủ yếu ở đại thực bào và các tế bào nội bì sẽ gây phóng thích các cylokin, endothelin-l, các phân tử gây kết dính tiểu cầu và các yếu tố của mô, đặc biệt sẽ ảnh hưởng tới quá trình đông máu. Các AGE còn phá huỷ các tế bào nội bì tạo dãn xuất oxyt nitric. Chính các sản phẩm AGE này đẩy nhanh quá trình tổn thương mạch máu ở bệnh nhân ĐTĐ. Trên động vật thực nghiệm, các AGE có ihể bị hạn chế tác dụng bởi aminoguanidine, có thể nói aminoguanidine làm chậm các biến chứng võng mạc, thần kinh và thận.[51]
1.1.2 Glycosyl hoá hemoglobin trong hồng cầu.
Trong hồng cầu người trưởng thành chủ yếu là hemoglobin A( HbA), một lượng nhỏ HbA bị glycosyl hoá với các phân tử đường khác nhau. HbA gắn với fructose 1-6 diphosphat tạo thành HbA|,„ với JYuctose-6- phosphat tạo thành HbA|h với glucose tạo thành HbA|^.
Khi nồng độ glucose máu tăng cao thì hiện lượng glucosyl hoá cũng tăng. Người bình thường tỷ lệ HbAi( gồm ba loại) dao động trong khoảng 6-8% , HbA|,.: 4-6%. Với bệnh nhân ĐTĐ có nồng dộ glucose máu 13mmol/l, thời gian trước đó hai tháng có tỷ lệ
tỷ lệ HbAị^. thường > 9%. Hồng cầu tồn tại trong máu khoảng 120 ngày, vì vậy việc xác định tỷ lệ HbAjj, cho phép kiểm tra nồng độ glucose máu Irong khoảng hai tháng trước đó. Vị trí glycosyl hoá trên phân tử HbA| là ở nhóm NH2 của Valin tận của chuồi p. Cũng vị trí này liên quan cỉốn khoang rỗng ở trung lâm phân tử Hb, nơi gắn với phân tử 2,3 diphosphoglycerat( 2,3 -DPG), là thành phần không cô định của Hb có tác dụng làm giảm ái lực của Hb với OX)'. Sự glycosyl hoá Hb làm thay đổi hình dạng của Hb và làm giảm ái lực của Hb với 2,3- DPG sẽ dãn tới làm giảm khả năng tách oxy ra khỏi Hb, hậu quả là tổ chức sẽ bị thiếu Oxy. Mặc dù vậy đây vẫn là vấn đồ đang còn cần phải bàn luận tiếp.
1.2 Glycosyl hoá enzym
Nhiều enzym trong hồng cầu bị oxy hoá khi nồng độ trong máu tăng, trong số đó có nucleosid- diphosphokinase, purin Iiucleosid phosphorylase, aminolevulinat hydratase, Na’^/K'^ ATFase, Cii-Zn superoxid dismulase( Cu-Zn SOD), alcol dehydrogenase. Sự glycosyl hóa không những làm thay đổi tích chất hoá học mà còn làm thay đổi tính chất sinh học của các enzym. Nhìn chung sau khi bị glycosyl hoá hoạt tính của phân tử enzym thường giảm( Thí nghiệm in-vừro, ùt-vivo).
*t* Glycosyl hoá Cu- Zn superoxid dismutase trong hồng cầu.
Cu- Zn superoxid( Cu- Zn SOD) là enzym, chống oxy hoá có nhiều trong các tổ chức. Mức độ glycosyl hoá tăng lên ở bệnh nhân ĐTĐ. Theo Kawamura và cộng sự thì tỷ lệ phần trăm enzym Cu- Zn SOD bị oxy hoá tăng ở bệnh nhi ĐTĐ typ 1 là 40,2 ± 8,2% cao hơn hẳn ở nhóm Irẻ bìnli thường. Enzym Cu- Zn SOD bị bấl hoạt bởi sự oxy hoá ở phân tử lysin đặc biệt ở: Lys'^^ và Lys'^^, sự glycosyl hoá này đầu tiên gây sự cắt ở một vị trí đặc biệt của phân tử enzym giữa acid amin Pro*’‘ và acid amin Sau đó phíln tử cnzym bị gãy vụn ra và mất hoạt tính. Người ta cho rằng cả hai bước biến đổi này đều do tác dụng của oxy hoạt động được sản sinh ra lừ sự glycosyl hoá.
Vì Enzym Cu-Zn SOD là cnzym chống oxy hoá, có lác dụng dập các gốc lự do, ngăn cản tác dụng độc hại của chúng cũng như các oxy hoạt động. Do đó khi enzym này
bị bất hoạt do hiện tượng glycosyl hoá sẽ dẫn tới làm tăng các Rốc tự do, khi mức tăng quá ngưỡng sẽ có tác dụng bất lợi irên mạch máu là một trong các nguyên nhân gây lên biến chứng của bệnh ĐTĐ.[ 15]
*1* Glycosyl hoá enzvm diphosphoglycerat mutase trong hồng cầu.
Trên thí nghiệm in-vitro hiện tượng glycosyl hoá enzym diphosphogiycerat mutase ( DPGM) xảy ra ở các vị irí NH2 tận của các acid amin : Lys^, Lys“*, Lys'^, Lys Lys'-“’^, Lys'^'’. Trên in-vivo hiện lượng glycosyl hóa chỉ xảy ra ở vị trí Lys'“’’^. Vị trí này ở vùng quan trọng và sự glycosyl lioá đã ảnh hưởng đến hoại tính của cnzym.
Enzym DPGM là phức hợp của ba enzym gồm: 2,3 diphosphoglycerat synthase, phosphoglycerat mutase và phosphoglycerat phosphatase. Ba enzym này xúc tác cho cả quá trình tổng hợp và thoái hoá 2,3 DPG. Xác định hoạt tính của 2,3 DPGM ở bệnh nhân ĐTĐ bằng ELISA và bằng sắc ký irên cột Boronate, Tuyosi Fujita cũng thấy hoạt độ của 2,3 DPGM chỉ bằng 70% nhóm chứng trong khi nồng độ Hb không giảm. Như vậy sự glycosyl hoá 2,3 DPG làm giảm hoạt tính của nó nên làm giảm nồng độ DPG.
2. Hiện tượng Gluco- oxy hoá và một số enzym chống oxy hoá.
Khi glycosyl hoá phân tử glucose mở vòng tạo glucose dạng mở vòng (hydroxyaldehyd). Glucose ở dạng hydroxyaldehyd cân bầng động với 3-deoxygliicoson ( dạng ene- diol, nhóm ba hoá chức hydroxyl đứng cạnh nhóm hoá chức aldehyd). Sự oxy hoá 3- deoxyglucoson thành glucose dạng dicarbonyl sản sinh ra các gốc tự đo; anion Superoxid 0 ‘, hydroxv Superoxid H2O2 và các gốc tự do hydoxyl O H . Các gốc tự do này sẽ mở đầu cho một dây chuyền sản sinh ra gốc tự do( hình 9)
CH=:() CH--OH (7rlucose Hyclioxvaldeliyd C rI-O H ( '- 0 1 1 ả Eae-cliol 0-> 0 ' 10 C H =Ü c = 0 R (Dicatboayl) Cấc pliaa liag oxy lioa Pliảa úng vói pióte i a G liic o oxy [i6a
Hình 9 : Sơ đồ biểu diễn quá trình Gluco-oxy hóa
Trong cơ thể có hệ thống enzym chống oxy hoá bao gồm:
+ Superoxid dismutase( SOD) có tác dụng xuc tác cho sự phân huỷ o ■ theo phản ứng: 2 0 ,- + 2H" ► 2H2O2 + o.
+ Glutathion peroxidase( GPx) là enzym xúc tác phản ứng loại bỏ peroxid hữu cơ và vô cơ theo phản ứng;
ROOH + GSH GSSH + ROH + H2O
Trong đó GSH: là Glutathion dạng khử. GSSH: là Glutathion dạng oxy hoá. ROOH là peroxid, R có thể là gốc hữii cơ hoặc là Hidro trong H2O2
+ Catalase( CAT): xúc tác cho phản útig phân huỷ H2O2.
2H2O2 --- ► 2H2O + O 2
Ngoài ra còn có gliitathion reductase, glucose 6- phosphat dehydrogenase cũng tham gia vào hệ thống chống oxy hoá.
3. Stress oxy hoá.
Hình 10 : Sự liên kết giữa sự tăng nồng độ glucose trong máu với stress oxy hoá.
* Có nhiều con đường tạo ra gốc tự do khi đường huyết tăng:
- Quá trình gluco- oxy hoá: tạo ra các gốc tự do Superoxid anion 0 2', hydroxyl radical OH, hydroxy Superoxid H2O2.
- Hiện tượng gìycosyì hoá: cùng với các gốc tự do quá trình glycosyl hoá các protein có thể gây ra tổn thương lipid cũng như protein.
Tãng chuyển hoá theo con đường polvol: là một trong những nguyên nhân làm giảm khả năng chống oxy hóa của cơ thể, có thể thấy rõ qua sơ đồ trang bên.
ATP Glucose-6-p NAD NADH >Sorbitol- deliydfogeaase Fructose
Hình 11: Chuyên hóa glucose theo con đường polyol
Khi nồng độ glucose tăng, hexokinase bị bão hoà. Lúc này enzym aldose reductase được hoạt hoá và glucose trong tế bào được chuyển hoá theo con đường polyol tạo sorbitol, phản ứng này sẽ làm giảm nồng độ NADPH( nicotinamid adenin dinucleotide phosphat). Sau đó sorbitol dưới tác dụng của sorbitol dehydrogenase tạo thành fructose, phản úng này làm tăng NADH( nicotinamid adenin dinucleotide). Hậu quả là tỷ lệ NADPH/NADP^ giảm và tỷ lệ NADP/NAD^ tăng gây ra hiện tượng giả thiếu oxy “ pseudohypoxia ”, tăng gốc tự do VCI giảm khả năng chống oxy hoá. Mặt khác do sorbitol không qua màng tế bào nên bị tích tụ lại trong tế bào, tạo ra áp xuất hút nước vào trong và phá huỷ tế bào. Sự tích tụ sorbitol đã được chứng minh ở mô thần kinh, cầu thận, võng mạch. Sự tích tụ này làm giảm myoinositol, vốn rất cần cho hoạt động của hệ
NaVK”^ ATPase( là hệ duy trì điện thế màng). Mặt khác NaVK^ ATPase cũng bị glucosyl hoá khi nồng độ glucose máu tăng, vì vậy hoạt lính của Na VK^ ATPase càng giảm. Khi hoạt động của hệ thống này kém sẽ làm rối loạn sự khử cực của màng tế bào, góp phần quan trọng trong cơ chế bệnh sinh của các biến chứng mạn tính lại mô thần kinh, cầu thận, võng mạc( hình 12).[ 15, 22] Aỉdose reductase Sorbitol Dehydrogenase (SDH) -f Sorbitol --- — -> Tổng bựp NO (NOsynthetase) M/.DP'*' y #-N o , u Myoinositol Fru ctose
f NADH Tăng glycosyl
^ Na^/lCATPase
R ối loạn chức năng t ế bào
Hình 12: Tóm tắt tác động của con đường polyol lên chức năng tê bào. 3.1 Gốc tự do và sự peroxy hoá lipid.
ở bệnh nhân ĐTĐ có sự tăng sản phẩm malondialdehyd( MAD) một dấu ấn của sự peroxy hoá lipid. Người ta lìm thấy ở màng hồng cầu bệnh nhân ĐTĐ đồng thời với sự tăng MDA là sự giảm của nồng độ Glutathion khử của hồng cầu. Sự giảm của Glutathion khử tương quan nghịch biến với nồng độ HbA|^., một thông sô' có giá trị biểu hiện sự tăng nồng độ glucose. Mức độ lưu hành MDA trong huyếl tương của bệnh nhân ĐTĐ cao hơn so với người bình thường, điều này thể hiện mức độ peroxy hoá lipid tăng, cũng như sự xuất hiện các biến chứng mạch trong lâm sàng. Vì vậy mức độ peroxy hoá lipid tăng được quan tâm do làin tăng nguy cơ xuất hiện các biến chứng lim mạch. Những báo cáo gần đây cho thấy huyết thanh của những bệnh nhân ĐTĐ typ 2 có tính mẫn cảm cao đối với quá trình pcroxy hoá lipid bởi các gốc tự do hơn ở những người bình Ihường hoặc những người có dung nạp glucose bằng đường uống bình thường.[ 22]
3.2 Gốc tự do làm tổn thưoTìg ADN.
Trong một nghiên cứu tác dụng của glycosyl hoá enzym SOD trên sự mã hoá ADN đã phân tích được sự tạo thành chất 8-hydroxy- deoxyguanosin, một sản phẩm oxy hoá của ADN. Chất này được coi như chất chỉ thị cho tổn thương oxy hoá đối với ADN. Dandona và các cộng sự cũng chỉ ra rằno ở thời gian đầu của tổn thương ADN ở bệnh nhân ĐTĐ typ 1 cao hơn gấp 4 lần so với người không bị bệnh ĐTĐ. Nguyên nhân là do nồng độ glucose tăng gây ra quá trình gluco - oxy hoá và quá trình glycosyl hoá tạo ra các gốc tự do. Các gốc tự do sẽ oxy hoá ADN và ức chế quá trình sửa chữa ADN. Gốc tự do nhanh chóng bị dập tắt bởi các chất chống oxy hoá như Glutathion khử, vitamin E,
vitamin c . Nhứng ở bệnh nhân ĐTĐ thì nồng độ các chất này lại giảm.
3.3 Gốc tự do và bệnh lý mạch máu ở bệnh nhân ĐTĐ.[ 22]
Tế bào nội mô có vai trò quan trọng trong việc làm mồm mại thành mạch bởi chúng sản sinh ra chất oxid nitric - NO, có tác dụng làm giãn mạch do làm tăng sản xuất GMPv ( guanosin monophosphat vòng).
Superoxid anión O't ức chế hoạt tính sinh học của NO, phản ứng giữa NO và
Superoxid anión tạo thành peroxinitrit( OONO). Bên cạnh tác dụng dập tắt NO, hạn chế hiệu lực tế bào cơ trơn, hậu quả làm cho thành mạch trương lên, tế bào cơ trơn tăng sinh,
Superoxid anión còn hoạt hoá receptor prostagladin H2 và thromboxan A2 giúp đỡ trực
tiếp cho sự co thắt mạch.
Sự tăng glucose mạn tính trong máu còn có thể gián tiếp dập tắt NO, bằng chứng là người ta tìm ra chất aminoguanidin, một chất ức chế sự tạo thành NO. Aminoguanidin cũng ức chế sự tạo thành sản phẩm tận cùng của quá trình glucosyl hoá. Qua thực nghiệm Bucala và cộng sự íiiả thiết rằng sự tích tụ AGE trong Collagen dưới nội mô dập tắt NO và được tách khỏi lố bào nội mô trước khi chúng tác dụng với tế bào cơ trơn.
III. Vai trò của một sô hormon trong bệnh sinh bệnh ĐTĐ. 1. Glucagon.
Glucagon được bài liết ở tế bào a của tiểu đảo Langerhands trong tuyến tụy, đáp ứng nồng độ glucose máu giảm. Người ta còn thấy glucagon được bài tiết ở lế bào a nằm ở đáy dạ dày, glucagon này cũng có chức năng giống với glucagon tụy. Glucagon được bài tiết dưới dạng tiền hormon là pre-proglucagon, rồi chuyển thành proglucagon có 39 acid amin. Proglucagon được chuyển hóa thành glucagon có 29 acid amin( trọng lượng phân tử là 3500). Nồng độ a,lucagon trong huyết tương khoảng 0,05mmol/l. Glucagon là hormon chính được sản xuất làm tăng nhanh nồng độ glucose trong máu. Glucagon kết hợp với receptor trên màim tế bào và hàng loạt phan ứng xay ra. Glucagon có lác dụng sau [34, 37]
- Tăng sự phân huỷ glycogen ở gan do hoạt hoá glycogen phosphorylase. - Giảm sự tổng hợp glycogen ở gan do ức chế enzym glycogen- synthetase. - Giảm sự phân huỷ glucose ở gan do ức chế enzym phosphofructokinase.
- Tăng tân tạo glucose ở gan do hoạt hoá enzym fructose-1 -6 diphosphat aldolase và ức chế enzym pyruvat kinase.
- Tăng sự vận chuyển acici béo từ mô mỡ do hoạt hoá enzym triglycerid lipase.
ở người vì có hệ thống nội tiết hoàn chỉnh, nên tương quan chính giữa Insulin và Glucagon chỉ cảm nhận được như là hai chất đối kháng tuy nhiên trong một chừng mực nào đó chúng là những chấl hỗ trợ nhau. Khi nồng độ glucose trong máu giảm, glucagon có tác dụng chuyển glycogen trong gan thành glucose tự do đưa vào máu, đến các tổ chức để đáp ứng nhu cầu hoạt động sống của tế bào dưới tác dụng của Insulin. Nhưng sự điều chỉnh này sẽ rối loạn đặc biệt trong trường hợp thiếu Insulin. Một số tác giả lại cho rằng, hiện tượng tăng nồng độ glucose trong máu ở bệnh nhân ĐTĐ có vai trò quan trọng của glucagon. Bất kv các tnrờng họp tăng nồng độ slucose trong mău nào dù là trong bệnh ĐTĐ hay trong các trường hợp khác như: chấn thương, bỏng...đều xảy ra trên cơ sử lăng glucagon.Ị 25, 3 9 1
2. Epinephrin
Epinephrin cũng được biết như adrenalin và noradrenalin, có tên chung là catecholamin được bài tiếí ỏ' tuỷ thượng thận. Chúng cũng được bài tiết ở trong não và hệ thần kinh, có lác dụng nhu’ những chất dẫn truyền thán kinh. Epinephrin được bài tiếl khi có stress, xúc động. [22. 35]
Epinephrin ảnh hưởng lên sự điều hòa đường huyết ihông qua các tác dụng sau: - Gan: Cathecholamin kích thích sự phân huỷ glycogen qua trung gian AMP vòng, giải phóng glucose vào máu
- Cơ và xương: Cathecholamin phân huỷ glycogen trong điều kiện yếm khí giải phóng Lactat.
3. Somatostatin
Somatistatin là polypeptid có 14 acid amin được bài tiết ở vùng dưới đổi và tế bào
ổ ciía tụy nội tiết, có tác dụng ức chế đồng thời sự bài tiết Inslin, glucagon và ức chế cả sự bài tiết hormon tăng ti uủng( Somatotropin GH). Hiệu quả kép của Somalostatin gây