Điện di huyết sắc tố (hemoglobin electrophoresis) là phương pháp xét nghiệm hóa sinh định lượng dùng tác động của điện trường để tách và phân tích tỷ lệ các phân đoạn huyết sắc tố khác nhau trong hồng cầu, giữ vai trò tiêu chuẩn vàng chẩn đoán Thalassemia.
1. Cơ sở lý hóa và nguyên lý phân tách điện di huyết sắc tố
Phân tử huyết sắc tố (Hemoglobin - Hb) là một phức hợp protein dị tứ phân tử (heterotetramer) gồm bốn tiểu đơn vị chuỗi globin, mỗi chuỗi liên kết với một nhân heme chứa sắt. Cấu trúc bậc một của các chuỗi globin bao gồm các acid amin mang điện tích dương (như lysine, histidine, arginine) và điện tích âm (như aspartate, glutamate). Ở một giá trị pH môi trường xác định, điện tích thực tổng thể của mỗi phân tử Hb phụ thuộc trực tiếp vào thành phần acid amin cấu thành nên các chuỗi globin đó.
Khi các phân tử Hb được hòa tan trong dung dịch đệm kiềm (thường ở pH từ 8,4 đến 8,6), tất cả các phân tử huyết sắc tố đều mang điện tích âm thuần và sẽ di chuyển về phía cực dương (anode) khi có dòng điện một chiều chạy qua. Vận tốc di chuyển điện di tỷ lệ thuận với độ lớn của điện tích âm và tỷ lệ nghịch với bán kính thủy động học của phân tử. Bất kỳ đột biến gen nào làm thay thế một acid amin bằng một acid amin mang điện tích khác (ví dụ sự thay thế glutamate mang điện tích âm bằng valine trung tính trong bệnh hồng cầu hình liềm) sẽ làm thay đổi vận tốc dịch chuyển, cho phép tách bạch hoàn toàn các biến thể Hb thành các vạch băng riêng biệt trên giá thể gel.
2. Bảng phân bố các loại huyết sắc tố bình thường và các biến thể bệnh lý
Ở người trưởng thành khỏe mạnh bình thường và các bệnh nhân mang rối loạn huyết sắc tố di truyền, cấu tạo chuỗi và tỷ lệ phần trăm phân bố trên kết quả điện di thể hiện rõ ràng:
| Phân đoạn huyết sắc tố | Cấu tạo chuỗi Globin | Tỷ lệ bình thường ở người lớn | Ý nghĩa thay đổi bệnh lý |
|---|---|---|---|
| HbA (HbA1) | Hai chuỗi alpha, hai chuỗi beta (lpha_2eta_2) | 95% đến 98% | Huyết sắc tố người lớn bình thường; giảm nặng trong bệnh Beta-thalassemia thể nặng. |
| HbA2 | Hai chuỗi alpha, hai chuỗi delta (lpha_2\delta_2) | 1,5% đến 3,5% | Tăng trên 3,5% là tiêu chuẩn vàng chẩn đoán người mang gen Beta-thalassemia thể ẩn (minor). |
| HbF | Hai chuỗi alpha, hai chuỗi gamma (lpha_2\gamma_2) | Dưới 1% đến 2% | Huyết sắc tố thai nhi; tăng cao bất thường trong Beta-thalassemia thể nặng và hội chứng HPFH. |
| HbE | Hai chuỗi alpha, hai chuỗi beta đột biến (lpha_2eta^E_2) | 0% (không có) | Biến thể huyết sắc tố phổ biến nhất tại Việt Nam và Đông Nam Á (đột biến codon 26 gen beta). |
| HbS | Hai chuỗi alpha, hai chuỗi beta đột biến (lpha_2eta^S_2) | 0% (không có) | Huyết sắc tố bệnh hồng cầu hình liềm (đột biến codon 6 gen beta làm hồng cầu biến dạng). |
| HbH / Hb Bart's | Bốn chuỗi beta (eta_4) / Bốn chuỗi gamma () | 0% (không có) | Dấu hiệu bệnh lý kinh điển của Alpha-thalassemia (thể bệnh HbH hoặc thể phù thai Bart's). |
3. Các kỹ thuật xét nghiệm huyết sắc tố hiện đại
Trong thực hành xét nghiệm huyết học lâm sàng hiện đại, nhiều phương pháp công nghệ cao được áp dụng phối hợp:
- Điện di trên gel Acetate Cellulose hoặc Agarose: Phương pháp kinh điển được thực hiện tuần tự ở hai môi trường đệm kiềm (pH 8,6) và đệm acid (pH 6,2). Điện di acid là bắt buộc để tách biệt các biến thể có cùng vận tốc di chuyển trên gel kiềm (như HbS di chuyển cùng vị trí với HbD, hoặc HbC di chuyển cùng vị trí với HbE và HbA2).
- Sắc ký lỏng hiệu năng cao trao đổi cation (Cation-Exchange HPLC): Phương pháp tự động hóa cao độ dựa trên ái lực liên kết ion giữa huyết sắc tố và cột sắc ký. Mỗi loại Hb được rửa giải tại một thời gian lưu giữ (Retention Time - RT) đặc hiệu với biểu đồ sắc ký đồ sắc nét, cho phép định lượng chính xác đến từng chữ số thập phân tỷ lệ phần trăm của HbA2 và HbF.
- Điện di mao quản (Capillary Electrophoresis - CE): Kỹ thuật tách điện di phân giải cực cao diễn ra trong các ống mao quản silica đường kính vài chục micromet dưới điện thế hàng ngàn volt. CE cho phép phân tách hoàn toàn dải HbA2 tách rời khỏi HbE mà HPLC đôi khi khó phân định.
4. Ứng dụng lâm sàng trong sàng lọc tiền hôn nhân và trước sinh
Việt Nam nằm trong vành đai dịch tễ có tỷ lệ mang gen bệnh Thalassemia cao trên thế giới, với ước tính trên mười ba phần trăm dân số mang gen bệnh. Xét nghiệm điện di huyết sắc tố là xét nghiệm sàng lọc trung tâm trong chương trình tiền hôn nhân và quản lý thai nghén:
Khi công thức máu toàn phần (CBC) cho thấy hồng cầu nhỏ nhược sắc (chỉ số MCV dưới 80 fL hoặc MCH dưới 27 pg) sau khi đã loại trừ nguyên nhân thiếu máu thiếu sắt, điện di huyết sắc tố được chỉ định ngay lập tức. Nếu người phụ nữ được xác định mang gen bệnh Thalassemia, việc điện di huyết sắc tố cho người chồng là bắt buộc. Trong trường hợp cả hai vợ chồng cùng mang đột biến dị hợp tử, thai nhi có hai mươi lăm phần trăm nguy cơ mắc Thalassemia thể nặng (phù thai tử vong trong tử cung đối với Alpha-thalassemia hoặc phụ thuộc truyền máu suốt đời với Beta-thalassemia). Khi đó, các kỹ thuật di truyền phân tử chuyên sâu (như PCR giải trình tự gen globin) và chẩn đoán trước sinh qua chọc ối hoặc chẩn đoán di truyền trước chuyển phôi (PGD) sẽ được kích hoạt để đảm bảo sinh ra những em bé khỏe mạnh.