Ánh sáng tự nhiên gồm nhiều sóng điện từ, có vectơ điện trường hướng ra xung quanh theo mọi hướng trong không gian, thẳng góc với phương truyền sóng.
Ánh sáng phân cực là ánh sáng mà vectơ điện trường đều hướng theo một phương dao động xác định và vuông góc với phương truyền sóng. Mặt phẳng ánh sáng phân cực (mặt phẳng phân cực) là mặt phẳng vuông góc với phương dao động của ánh sáng phân cực (Hình 1-1).
(a) (b)
Hình 1-1 a- Ánh sáng tự nhiên, b- Ánh sáng phân cực
Một số chất hữu cơ có khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực khi cho ánh sáng phân cực đi qua. Khả năng đó gọi là tính quang hoạt và những chất có tính đó gọi là chất quang hoạt. Chất làm quay mặt phẳng phân cực theo chiều kim đồng hồ được gọi là chất quay phải, chất làm quay mặt phẳng phân cực ngược chiều kim đồng hồ được gọi là chất quay trái [5].
Đồng phân quang học là những hợp chất có công thức cấu tạo phẳng giống nhau nhưng khác nhau về cấu trúc không gian, những đồng phân này chỉ khác nhau về hoạt động quang hoạt, nghĩa là khả năng quay mặt phẳng phân cực khác nhau [5].
Đối với những hợp chất hóa sinh như cacbohidrat và axit amin, để phân biệt các đồng phân quang học người ta dùng tên gọi đồng phân quay phải hay đồng phân D (Dextrogyre) và đồng phân quay trái hay đồng phân L (Levogyre) [5].
Nếu trộn những lượng bằng nhau của hai chất đối quang (50% đồng phân quay phải và 50% đồng phân quay trái) sẽ được hỗn hợp không có khả năng quay mặt phẳng phân cực. Hỗn hợp đó gọi là biến thể racemic hay hỗn hợp triệt quang [5].
1.2.2 Triệt quang hóa axit amin
Phần lớn axit amin trong cơ thể người tồn tại dưới hai dạng đồng phân quang học D hoặc L. Trên người sống, các axit amin cấu tạo thành các protein sinh học thường ở dưới dạng L axit amin, và có một vài ngoại lệ được tổng hợp dưới dạng D axit amin.
Phương truyền sóng Mặt phẳng phân cực
Sự tích tụ của axit amin dạng D liên quan đến tuổi và gần đây, các nghiên cứu cho thấy sự tích tụ axit min dạng D có liên quan với tình trạng bệnh lý ở các mô khác nhau (Bảng 1-1) [42] [76].
Bảng 1-1 Một số bệnh lý có liên quan đến sự tích tụ axit amin dạng D
D axit amin Bệnh liên quan Mô
D- Alanine Alzheimer Não
Bệnh lý thận Huyết tương
D- Aspartic Alzheimer Não, dịch não tủy
D- Serin Parkinson Não
Tâm thần phân liệt Não
(Nguồn: Kalikova và cs (2016) [42]) Tất cả các protein trong cơ thể con người ban đầu được hình thành từ các axit amin dạng L, đó là hình thức hoạt tính sinh học của một axit amin. Ngay lập tức, theo thời gian, các axit amin dạng L được chuyển hóa thành dạng D (Hình 1-2).
Quá trình này được gọi là sự triệt quang hóa axit amin, một phản ứng phụ thuộc rất nhiều vào thời gian và nhiệt độ [30][31].
L axit amin Planar carbabion D axit amin
Hình 1-2 Sự thay đổi cấu trúc chung từ L axit amin đến D axit amin với một bước trung gian
(nguồn: Bada (1985) [11]) Triệt quang là một quá trình tự nhiên, cuối cùng sẽ chuyển đổi các hợp chất hoạt tính quang học thành một hỗn hợp triệt quang. Quá trình triệt quang axit amin
xảy ra trong suốt cuộc đời và ngay cả sau khi chết. Sau khi chết, mức độ triệt quang giảm do sự giảm nhiệt độ trong môi trường chôn cất [95].
Tại nhiệt độ cơ thể (khoảng 37°C), lượng axit amin trong protein men răng trải qua quá trình triệt quang hóa từ dạng L thành dạng D với tốc độ khoảng 0,1 % mỗi năm [36]. Nếu ở 25oC, ước tính sẽ mất khoảng 100.000 năm ở 25°C cho tất cả các axit amin dạng L hiện tại trong cơ thể sống trải qua quá trình triệt quang hóa hoàn toàn đến trạng thái cân bằng [35].
Trong lĩnh vực pháp y, đánh giá tỷ lệ axit amin D/L trong các mẫu sinh học là cơ sở cho kỹ thuật ước lượng tuổi dựa vào triệt quang hóa axit amin [9] [59] [77].
1.2.3 Các phương pháp định lượng axit amin
Để định lượng axit amin trong răng, các nghiên cứu thường sử dụng phương pháp sắc ký khí và sắc ký lỏng hiệu năng cao.
1.2.3.1 Phương pháp sắc ký khí
Sắc ký khí (GC) là một kỹ thuật tách và phân tích đồng thời các chất trong một hỗn hợp mẫu ở trạng thái khí, phương pháp này rất phát triển và có nhiều cải tiến trong những năm gần đây sử dụng để phân tích định tính và định lượng các chất hữu cơ trong một hỗn hợp mẫu phức tạp [1].
Phương pháp sắc ký khí rất phát triển và đã được nhiều tác giả trên thế giới áp dụng để tách và xác định axit amin trong một số đối tượng khác nhau. Do axit amin là hợp chất không dễ bay hơi và không tan tốt trong các dung môi hữu cơ nên quá trình thực hiện khá phức tạp và tốn dung môi, vì vậy khó khăn khi áp dụng để phân tích axit amin thông dụng do phức tạp và giá thành cao [1].
1.2.3.2 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao
Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) (High Performance Liquid Chromatography), trước kia gọi là phương pháp sắc ký lỏng cao áp (High Pressure Liquid Chromatography). Phương pháp HPLC là phương pháp hiện đại, phát triển mạnh trong những năm 80, 90. Nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
khác nhau như sinh hóa, hóa học, môi trường và đặc biệt với việc phân tích các vitamin và axit amin [1].
Phương pháp này ra đời từ năm 1967-1968 trên cơ sở phát triển và cải tiến từ phương pháp sắc ký cột cổ điển. Phương pháp HPLC ngày càng phát triển và hiện đại nhờ sự phát triển nhanh chóng của ngành chế tạo máy phân tích. Hiện nay phương pháp này được áp dụng rất nhiều trong nhiều ngành kiểm nghiệm đặc biệt là ứng dụng cho ngành kiểm nghiệm thuốc. HPLC hiện là công cụ đắc lực trong phân tích các thuốc đa thành phần, cho phép định tính và định lượng và đây cũng là phương pháp phổ biến nhất để xác định axit amin [1] .
1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình triệt quang Asp trong mô răng 1.2.4.1 Môi trường
Nhiệt độ: Mức độ triệt quang axit amin ở điều kiện ấm cao hơn lạnh. Vì vậy, sau khi chết, mức độ triệt quang giảm do giảm nhiệt độ trong môi trường chôn cất.
Độ ẩm: Mức độ triệt quang hóa axit amin ở điều kiện ẩm cao hơn khô ráo.
pH: môi trường có tính axit tăng rất cao và tính kiềm từ trung bình đến mạnh làm tăng mức độ triệt quang hóa axit amin.
Ngoài ra, mức độ triệt quang hóa axit amin còn bị ảnh hưởng bởi độ sâu, ảnh hưởng xúc tác của kim loại và khoáng chất trong môi trường chôn cất.
[7] [28] [58] [62] [95]
1.2.4.2 Nhiệt độ cao (Đốt cháy)
Khi bị đốt cháy, nhiệt độ cao sẽ làm tăng mức độ triệt quang hóa của axit amin. Ohtani và Yamamoto (1997) [60] nghiên cứu mô phỏng tình trạng hài cốt bị đốt cháy. Kết quả cho thấy: nếu xét toàn bộ ngà răng, nhóm răng chịu nhiệt độ cao có mức độ triệt quang cao hơn nhiều so với răng nhóm không làm nóng. Do đó, độ tuổi ước tính cao hơn nhiều so với tuổi thật.
Gần đây có nghiên cứu thử nghiệm của Minegishi và cs (2019) [52] ghi nhận mức độ triệt quang Asp trong ngà răng có tương quan có ý nghĩa với thời gian đốt nóng đến 110oC. Mức độ triệt quang không thay đổi ở nhiệt độ 22-25oC, 4oC và -30oC. Nhưng tác giả đề nghị cần kiểm chứng lại trước khi ứng dụng trong pháp y.
1.2.4.3 Sâu răng
Đối với ngà, hầu hết các nghiên cứu cho thấy không có sự khác biệt về thành phần Asp trong ngà răng giữa răng sâu và răng lành mạnh. Chỉ có khó khăn khi thu thập được mô ngà thân răng ở răng bị sâu [37] .
Đối với men răng, ảnh hưởng của sâu răng thật sự phức tạp nên cho đến nay, chỉ có một số ít nghiên cứu về những ảnh hưởng của sâu răng đến thành phần axit amin của men và không có kết quả thống nhất giữa các nhóm nghiên cứu.
Ngay từ năm 1954, Hess và Lee [37] nhận thấy có sự khác biệt có ý nghĩa trong thành phần axit amin giữa men răng khỏe mạnh và răng sâu. Nghiên cứu ghi nhận sự sụt giảm nồng độ axit glutamic, serine và alanine trong men răng sâu.
Nghiên cứu của Griffin và cs (2008) [30] có kết quả có phần tương tự Hess và Lee, như nồng độ axit glutamic, serine, threonine thấp ở răng sâu, nhưng thành phần Asp và alanine lại không có sự khác biệt giữa răng sâu và răng khỏe mạnh.
Các tác giả cho rằng sự hiện diện của sâu răng làm thay đổi thành phần sinh hóa của men răng [29].
Ritz-Timme và cs (2000) [75] quan sát thấy sự gia tăng tỷ lệ Asp D/L trong men răng ở răng bị sâu. Nguyên nhân có thể do tác động của vi khuẩn sâu răng lên quá trình triệt quang hóa, hoặc do men bị nhiễm các protein của vi khuẩn vốn rất giàu D axit amin [16] [30] [75].
Ngược lại, trong nghiên cứu của Griffin và cs (2008) [30], phần lớn răng sâu không cho thấy sự tăng lên của tỷ lệ Asp D/L so với răng khỏe mạnh. Nghiên cứu cũng không thể chỉ ra mối liên hệ giữa mức độ sâu răng và sai lệch so với giá trị axit amin D/L.