Cholesterol là gì? Các nghiên cứu khoa học về Cholesterol

Định nghĩa và vai trò sinh học của cholesterol

Cholesterol là một phân tử lipid thuộc nhóm sterol, có cấu trúc đặc trưng bởi nhân steroid gồm bốn vòng hydrocarbon kết hợp với một chuỗi hydrocacbon ở vị trí C17 và nhóm hydroxyl ở C3. Đây là một hợp chất không tan trong nước, có mặt phổ biến trong màng tế bào của tất cả các mô động vật. Cholesterol không hiện diện trong thực vật hoặc vi sinh vật.

Trong cơ thể người, cholesterol thực hiện nhiều chức năng sinh học thiết yếu. Nó tham gia cấu tạo màng tế bào, ảnh hưởng đến tính linh hoạt, độ bền cơ học và tính thấm của màng. Ngoài ra, cholesterol là tiền chất cho tổng hợp các hormone steroid như cortisol, aldosterone, estrogen, progesterone và testosterone. Nó cũng là tiền chất tạo ra vitamin D và muối mật – chất quan trọng trong tiêu hóa lipid.

Nồng độ cholesterol máu quá cao, đặc biệt là cholesterol trong LDL (low-density lipoprotein), có liên quan đến sự hình thành mảng xơ vữa động mạch. Tuy nhiên, bản chất cholesterol không độc hại, vấn đề là sự mất cân bằng trong chuyển hóa và vận chuyển nội sinh. Chi tiết định nghĩa và vai trò của cholesterol được trình bày tại NCBI - StatPearls.

Cấu trúc hóa học và tính chất phân tử

Cholesterol có công thức phân tử là $\text{C}_{27}\text{H}_{46}\text{O}$. Cấu trúc gồm một nhân tetracyclic steroid (ba vòng cyclohexane và một vòng cyclopentane), với một nhóm hydroxyl (-OH) tại vị trí C3 và một mạch nhánh aliphatic tại C17. Cấu trúc này quyết định tính chất lý hóa của cholesterol, đặc biệt là tính lưỡng tính: phần hydroxyl là phân cực, còn phần thân steroid và mạch nhánh là kỵ nước.

Tính chất vật lý nổi bật của cholesterol gồm:

• Điểm nóng chảy: khoảng 148–150°C
• Không tan trong nước nhưng tan trong ethanol, ether, chloroform
• Ổn định dưới nhiệt độ sinh lý

Trong màng tế bào, cholesterol chèn vào lớp phospholipid, tạo thành cấu trúc “lipid raft” – các vùng màng giàu cholesterol và sphingolipid có vai trò trong dẫn truyền tín hiệu và nội bào hóa.

Mô hình đơn giản hóa cấu trúc:

Vị trí	Nhóm chức năng	Vai trò
C3	Hydroxyl (-OH)	Tạo liên kết hydrogen với phospholipid
C17	Chuỗi alkyl	Gia tăng tính kỵ nước
Nhân steroid	4 vòng hydrocarbon	Đảm bảo độ cứng và ổn định màng

Sinh tổng hợp và nguồn cholesterol trong cơ thể

Cholesterol được tổng hợp chủ yếu ở gan (chiếm ~80% tổng lượng cholesterol), phần còn lại đến từ thức ăn như thịt, trứng, sữa. Quá trình sinh tổng hợp xảy ra tại bào tương và lưới nội chất trơn, khởi đầu từ acetyl-CoA và trải qua hơn 30 phản ứng enzyme. Trung gian quan trọng là mevalonate và squalene trước khi hình thành cholesterol hoàn chỉnh.

Enzyme giới hạn tốc độ trong chu trình là 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase (HMG-CoA reductase). Đây là đích tác động chính của nhóm thuốc statin – thuốc hạ cholesterol phổ biến nhất hiện nay. Điều hòa tổng hợp cholesterol được kiểm soát theo cơ chế feedback âm, nghĩa là khi cholesterol nội sinh tăng, enzyme HMG-CoA reductase bị ức chế.

Tổng quan quá trình sinh tổng hợp:

1. 2 acetyl-CoA → acetoacetyl-CoA
2. + acetyl-CoA → HMG-CoA
3. → mevalonate (qua HMG-CoA reductase)
4. → isopentenyl pyrophosphate → squalene
5. → lanosterol → cholesterol

Chi tiết có thể tham khảo tại NCBI - Mevalonate Pathway.

Vận chuyển cholesterol trong máu và phân loại lipoprotein

Vì cholesterol không tan trong nước, nó được vận chuyển trong huyết tương dưới dạng liên kết với các lipoprotein – là phức hợp giữa lipid và protein. Tùy theo tỷ lệ lipid:protein và kích thước, lipoprotein được phân loại thành: chylomicron, VLDL (very low-density lipoprotein), LDL (low-density), và HDL (high-density).

LDL có nhiệm vụ mang cholesterol từ gan đến mô ngoại biên. Khi dư thừa, LDL có thể thâm nhập thành mạch máu, bị oxy hóa và gây xơ vữa. Do đó, LDL được gọi là “cholesterol xấu”. Ngược lại, HDL thu gom cholesterol từ mô, vận chuyển về gan để tái chế hoặc bài tiết qua mật, nên được gọi là “cholesterol tốt”. Cân bằng giữa LDL và HDL là chỉ số đánh giá nguy cơ tim mạch.

So sánh đặc điểm các loại lipoprotein:

Loại	Chức năng chính	Ảnh hưởng sức khỏe
Chylomicron	Vận chuyển triglyceride từ ruột	Ít liên quan đến cholesterol
VLDL	Vận chuyển triglyceride từ gan	Có thể chuyển thành LDL
LDL	Phân phối cholesterol đến tế bào	Tăng nguy cơ xơ vữa động mạch
HDL	Thu gom cholesterol về gan	Bảo vệ mạch máu

Chức năng sinh lý của cholesterol

Cholesterol là một thành phần không thể thiếu trong cấu trúc màng tế bào. Nó phân bố chủ yếu trong lớp phospholipid kép, làm tăng tính ổn định, giảm tính thấm và điều chỉnh độ linh hoạt của màng. Sự hiện diện của cholesterol đặc biệt quan trọng tại màng tế bào thần kinh, nơi đòi hỏi tính ổn định cao cho hoạt động dẫn truyền.

Cholesterol là tiền chất quan trọng để tổng hợp các hợp chất sinh học như:

• Hormone steroid: cortisol (tuyến thượng thận), estrogen và progesterone (buồng trứng), testosterone (tinh hoàn)
• Muối mật: cần thiết để nhũ hóa và hấp thu lipid trong ruột non
• Vitamin D3 (cholecalciferol): được tổng hợp từ cholesterol dưới tác dụng của tia UVB trên da

Ngoài ra, cholesterol còn tham gia vào các vi môi trường màng tế bào như lipid raft – nơi tập trung các protein truyền tín hiệu, ảnh hưởng đến miễn dịch và sinh trưởng tế bào.

Rối loạn chuyển hóa cholesterol và các bệnh liên quan

Khi quá trình chuyển hóa hoặc vận chuyển cholesterol bị rối loạn, nồng độ cholesterol trong máu có thể tăng bất thường, gây ra các bệnh lý tim mạch. Một trong những hệ quả nghiêm trọng nhất là xơ vữa động mạch – quá trình tích tụ cholesterol trong lớp nội mạc mạch máu, hình thành mảng xơ, làm hẹp và cứng mạch, gây thiếu máu cục bộ.

Các dạng rối loạn phổ biến bao gồm:

• Tăng LDL-C (hypercholesterolemia): yếu tố nguy cơ chính cho bệnh tim mạch
• Giảm HDL-C: làm giảm khả năng loại bỏ cholesterol dư thừa
• Rối loạn di truyền: như familial hypercholesterolemia – đột biến gen LDLR, PCSK9 hoặc APOB

Ở những người mang đột biến di truyền, nồng độ LDL-C có thể cao gấp 2–4 lần bình thường và biểu hiện sớm bệnh tim mạch, thậm chí từ tuổi thiếu niên.

Tăng cholesterol máu còn liên quan đến các biến chứng khác như bệnh động mạch ngoại biên, nhồi máu não, đột quỵ, thậm chí thoái hóa thần kinh (liên quan Alzheimer). Việc tầm soát lipid máu định kỳ là cần thiết, đặc biệt ở nhóm nguy cơ như người béo phì, hút thuốc, ít vận động, hoặc có tiền sử gia đình mắc bệnh tim.

Chẩn đoán và chỉ số lipid máu

Để đánh giá tình trạng lipid máu, xét nghiệm máu thường quy gồm bốn chỉ số chính:

• Tổng cholesterol
• LDL-C (cholesterol “xấu”)
• HDL-C (cholesterol “tốt”)
• Triglyceride (mỡ trung tính)

Mẫu máu thường được lấy sau 9–12 giờ nhịn ăn để đảm bảo độ chính xác. Các chỉ số được so sánh với ngưỡng khuyến nghị để phân loại mức độ nguy cơ tim mạch.

Bảng đánh giá chỉ số lipid theo khuyến cáo của CDC:

Thành phần	Mức lý tưởng (mg/dL)	Ý nghĩa lâm sàng
Tổng cholesterol	< 200	Bình thường
LDL-C	< 100	Tốt, nguy cơ thấp
HDL-C	> 60	Bảo vệ tim mạch
Triglyceride	< 150	Bình thường

Các giá trị cao hơn có thể dẫn tới khuyến nghị điều trị bằng thay đổi lối sống hoặc thuốc.

Điều trị và kiểm soát cholesterol máu

Kiểm soát cholesterol máu bao gồm kết hợp thay đổi lối sống và sử dụng thuốc khi cần thiết. Với nhóm nguy cơ thấp hoặc trung bình, thay đổi chế độ ăn uống, tăng cường vận động, giảm cân và ngừng hút thuốc có thể giúp cải thiện đáng kể hồ sơ lipid.

Các nhóm thuốc phổ biến bao gồm:

• Statin: ức chế HMG-CoA reductase, giảm tổng hợp cholesterol ở gan (simvastatin, atorvastatin)
• Ezetimibe: ức chế hấp thu cholesterol tại ruột non
• PCSK9 inhibitors: kháng thể đơn dòng làm tăng số lượng receptor LDL tại gan
• Fibrate và omega-3: hỗ trợ kiểm soát triglyceride

Liệu pháp được lựa chọn dựa trên mức LDL-C, nguy cơ tim mạch 10 năm và khả năng dung nạp thuốc của bệnh nhân.

Hướng dẫn điều trị của American College of Cardiology và AHA đề xuất mục tiêu điều trị LDL-C < 70 mg/dL cho bệnh nhân có bệnh tim mạch hiện hữu, và < 100 mg/dL cho người có nguy cơ cao.

Cholesterol trong bối cảnh dinh dưỡng và tranh cãi khoa học

Trong nhiều năm, cholesterol trong thức ăn (dietary cholesterol) bị cho là nguyên nhân gây tăng cholesterol máu. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây cho thấy mối liên hệ không rõ ràng giữa lượng cholesterol ăn vào và nồng độ LDL-C ở phần lớn người khỏe mạnh. Thay vào đó, chất béo bão hòa và trans-fat mới là tác nhân ảnh hưởng mạnh hơn.

Các thực phẩm như trứng, gan, nội tạng dù chứa nhiều cholesterol nhưng có thể không làm tăng LDL nếu được ăn trong chế độ ăn cân bằng. Hướng dẫn dinh dưỡng mới từ Dietary Guidelines for Americans 2020–2025 đã loại bỏ giới hạn cứng về cholesterol ăn vào (trước đây là < 300 mg/ngày), thay vào đó tập trung vào tổng năng lượng từ chất béo và thành phần chất béo tiêu thụ.

Chế độ ăn kiểu Địa Trung Hải, giàu dầu olive, cá, rau quả và ít thực phẩm chế biến sẵn, được chứng minh là có hiệu quả cải thiện cholesterol máu, giảm nguy cơ tim mạch mà không cần hạn chế khắt khe cholesterol từ thực phẩm.