Endothélium là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa và vị trí giải phẫu của endothélium

Endothélium là lớp tế bào biểu mô dạng vảy đơn (simple squamous epithelium) lót mặt trong của toàn bộ hệ thống mạch máu và mạch bạch huyết trong cơ thể. Đây là thành phần cấu trúc thiết yếu giúp tạo nên ranh giới giữa dòng máu tuần hoàn và mô xung quanh. Mặc dù chỉ dày khoảng 1–2 micromet, endothélium thực hiện hàng loạt chức năng sinh lý và bệnh lý có ảnh hưởng toàn thân.

Lớp nội mô này hiện diện ở các vị trí:

• Động mạch và tĩnh mạch lớn
• Tiểu động mạch, tiểu tĩnh mạch và mao mạch
• Buồng tim (nội tâm mạc)
• Hệ thống mạch bạch huyết

Diện tích bề mặt của endothélium ở người trưởng thành dao động từ 1 đến 7 mét vuông, tương đương diện tích của gan hoặc da. Trọng lượng tổng cộng khoảng 1–1.5 kg, tương đương một cơ quan nội tạng độc lập.

Vị trí giải phẫu và cấu trúc đơn lớp cho phép endothélium đảm nhận vai trò kiểm soát trao đổi chất, điều hòa huyết động, cũng như tham gia vào các đáp ứng miễn dịch, đông máu và sửa chữa mô. Mỗi phân đoạn mạch máu sẽ có đặc điểm nội mô riêng biệt để thích nghi với chức năng tại chỗ.

Cấu trúc tế bào và đặc điểm sinh học

Tế bào nội mô có hình dẹt, kéo dài, với chiều dài khoảng 30–50 µm và chiều rộng 10–30 µm, tùy theo loại mạch. Nhân tế bào thường nằm ở giữa, lớn, và chứa nhiều chất nhiễm sắc thưa. Bào tương có các cấu trúc đặc trưng như thể Weibel-Palade, là nơi lưu trữ von Willebrand factor (vWF) và P-selectin – hai phân tử quan trọng trong quá trình đông máu và kết dính bạch cầu.

Tế bào nội mô được kết nối chặt chẽ với nhau qua các liên kết gian bào:

• Liên kết chặt (tight junctions)
• Liên kết khe (gap junctions)
• Desmosome và adherens junction

Các liên kết này kiểm soát tính thấm chọn lọc của lớp nội mô, giúp ngăn cản sự rò rỉ của huyết tương và tế bào miễn dịch trong điều kiện bình thường.

Bề mặt của tế bào nội mô được bao phủ bởi lớp glycocalyx – một lớp polysaccharide phức tạp có khả năng giữ nước, cảm biến cơ học và ngăn kết dính tế bào. Cấu trúc này bị tổn thương trong nhiều tình trạng bệnh lý như sốc nhiễm trùng, tăng glucose máu và viêm hệ thống.

Chức năng sinh lý của endothélium

Endothélium là một cơ quan nội tiết hoạt động năng động, thực hiện nhiều chức năng thiết yếu:

1. Điều hòa trương lực mạch qua sản xuất các chất giãn mạch (NO, prostacyclin) và co mạch (endothelin-1).
2. Tham gia điều hòa huyết áp và phân phối lưu lượng máu tại chỗ.
3. Ức chế kết tập tiểu cầu, duy trì trạng thái chống huyết khối bề mặt mạch máu.
4. Kiểm soát tính thấm của mạch máu với protein, lipid, và bạch cầu.
5. Tham gia đáp ứng miễn dịch qua biểu hiện phân tử bám dính và trình diện kháng nguyên.

Sự cân bằng giữa các yếu tố giãn và co mạch là chìa khóa để duy trì huyết động ổn định: $NO \uparrow \Rightarrow Vasodilation; \quad Endothelin \uparrow \Rightarrow Vasoconstriction$ Khi lớp nội mô hoạt động bình thường, cơ thể duy trì được huyết áp tối ưu, lưu lượng máu đầy đủ đến cơ quan, và ngăn ngừa hình thành huyết khối bất thường.

Các chất quan trọng do tế bào nội mô tiết ra và chức năng tương ứng:

Chất tiết	Chức năng chính	Ảnh hưởng sinh lý
Nitric Oxide (NO)	Giãn mạch, chống viêm	Hạ huyết áp, chống kết tập tiểu cầu
Endothelin-1	Co mạch mạnh	Tăng huyết áp, tăng sức cản ngoại vi
Prostacyclin (PGI2)	Ức chế tiểu cầu	Chống huyết khối
Von Willebrand Factor	Kết dính tiểu cầu	Khởi phát đông máu khi nội mô tổn thương
Interleukin-6, IL-8	Gây viêm	Huy động bạch cầu đến mô bị tổn thương

Endothélium trong quá trình viêm và đáp ứng miễn dịch

Khi nội mô bị kích thích bởi vi khuẩn, virus, cytokine tiền viêm hoặc tổn thương cơ học, tế bào nội mô chuyển từ trạng thái chống viêm sang trạng thái hoạt hóa. Biểu hiện gen thay đổi nhanh chóng, dẫn đến sản xuất các phân tử kết dính tế bào (CAMs), cytokine và chemokine – tất cả đều đóng vai trò trung gian trong đáp ứng miễn dịch.

Những thay đổi chức năng điển hình trong đáp ứng viêm:

• Tăng biểu hiện ICAM-1, VCAM-1, E-selectin → hỗ trợ bạch cầu bám dính
• Tiết cytokine như IL-6, IL-1β, TNF-α → điều hòa viêm toàn thân
• Tăng tính thấm thành mạch → gây phù, rò rỉ protein huyết tương

Endothélium đóng vai trò như một “sensor” miễn dịch, phát hiện các tín hiệu từ máu và truyền thông tin đến các tế bào miễn dịch bẩm sinh và thích nghi. Trong các tình trạng như sốc nhiễm trùng, viêm hệ thống hoặc bệnh tự miễn, sự hoạt hóa quá mức của nội mô góp phần vào tổn thương đa cơ quan và rối loạn huyết động.

Vai trò trong đông máu và tiêu sợi huyết

Endothélium có vai trò quyết định trong việc duy trì cân bằng giữa hệ thống đông máu và tiêu sợi huyết. Khi ở trạng thái bình thường, tế bào nội mô có đặc tính chống đông máu mạnh mẽ. Tuy nhiên, khi bị tổn thương hoặc hoạt hóa, nội mô chuyển sang trạng thái tiền đông máu, thúc đẩy hình thành huyết khối.

Một số yếu tố chống đông do nội mô tiết ra gồm:

• Thrombomodulin: liên kết với thrombin, biến nó từ yếu tố đông máu thành chất kích hoạt protein C (chống đông).
• Heparan sulfate: kích hoạt antithrombin III, ức chế yếu tố Xa và thrombin.
• Prostacyclin (PGI₂) và nitric oxide (NO): ức chế kết tập tiểu cầu, giãn mạch.
• Tissue plasminogen activator (tPA): xúc tác chuyển plasminogen thành plasmin để phân hủy fibrin.

Khi nội mô bị tổn thương, một loạt cơ chế tiền đông máu được kích hoạt: $Endothelial \, injury \Rightarrow Exposure \, of \, Tissue \, Factor \Rightarrow Activation \, of \, Coagulation \, Cascade$ Điều này dẫn đến sự hình thành thrombin, chuyển fibrinogen thành fibrin, và hình thành huyết khối.

Rối loạn chức năng nội mô dẫn đến tăng nguy cơ huyết khối tĩnh mạch sâu (DVT), nhồi máu cơ tim, đột quỵ và thuyên tắc phổi, đặc biệt ở các bệnh nhân có yếu tố nguy cơ như rung nhĩ, hội chứng kháng phospholipid hoặc bệnh tự miễn.

Rối loạn chức năng nội mô (Endothelial dysfunction)

Rối loạn chức năng nội mô là một tình trạng mất cân bằng giữa các yếu tố giãn mạch và co mạch, chống đông và tiền đông, chống viêm và tiền viêm. Đây là một yếu tố nền quan trọng trong cơ chế bệnh sinh của nhiều bệnh lý tim mạch, chuyển hóa và viêm mạn tính.

Nguyên nhân gây rối loạn chức năng nội mô bao gồm:

• Hút thuốc lá, ô nhiễm không khí
• Tăng huyết áp, đái tháo đường, rối loạn lipid máu
• Kháng insulin, béo phì
• Stress oxy hóa, viêm mạn tính hệ thống

Chẩn đoán rối loạn nội mô có thể thực hiện thông qua các kỹ thuật như:

• FMD (Flow-mediated dilation): đo khả năng giãn mạch qua siêu âm
• Reactive hyperemia index (RHI): đánh giá đáp ứng giãn mạch ở đầu chi
• Xét nghiệm NO huyết tương, endothelin-1, VCAM-1: biomarker huyết thanh học

Phục hồi chức năng nội mô là một mục tiêu điều trị chiến lược trong phòng ngừa bệnh tim mạch. Các thuốc như statin, ức chế men chuyển (ACEi), chẹn thụ thể angiotensin II (ARB), và hoạt động thể chất đều được chứng minh cải thiện chức năng nội mô.

Endothélium trong bệnh lý tim mạch

Bệnh lý tim mạch là hệ quả rõ rệt nhất của sự suy giảm chức năng nội mô. Xơ vữa động mạch bắt đầu từ tổn thương nội mô, dẫn đến xâm nhập LDL, oxy hóa lipid, kết dính bạch cầu đơn nhân và tích tụ foam cell. Quá trình này thúc đẩy hình thành mảng xơ vữa và nguy cơ hẹp lòng mạch.

Một số bệnh lý liên quan đến nội mô:

Bệnh lý	Vai trò của nội mô	Biểu hiện lâm sàng
Tăng huyết áp	Giảm NO, tăng endothelin-1	Huyết áp cao mạn tính, biến chứng tim thận
Đái tháo đường typ 2	Kháng insulin tại nội mô, giảm giãn mạch	Rối loạn tưới máu mô, nguy cơ mạch vành
Hội chứng vành cấp	Rách mảng xơ vữa, huyết khối nội mạch	Đau ngực, nhồi máu cơ tim

Các chỉ số đánh giá chức năng nội mô được sử dụng như chỉ dấu tiên lượng trong bệnh lý mạch vành, suy tim và tăng huyết áp kháng trị. Cải thiện nội mô thông qua can thiệp sớm là trọng tâm trong dự phòng thứ phát bệnh tim mạch.

Endothélium trong ung thư và di căn

Tế bào nội mô đóng vai trò trung tâm trong quá trình tạo mạch (angiogenesis) – bước thiết yếu để nuôi dưỡng mô u và thúc đẩy di căn. Tín hiệu VEGF do tế bào u tiết ra hoạt hóa receptor VEGFR-2 trên nội mô, thúc đẩy tăng sinh và di chuyển của tế bào nội mô. $VEGF \uparrow \Rightarrow Endothelial \, cell \, proliferation \Rightarrow Angiogenesis$

Mạch máu trong mô u có cấu trúc bất thường: thành mạch rò rỉ, không đều, thiếu lớp màng đáy, dẫn đến tình trạng giảm oxy mô (hypoxia) và tăng khả năng di căn. Mạch máu u cũng làm cản trở hiệu quả vận chuyển thuốc hóa trị do áp lực kẽ tăng.

Liệu pháp kháng tạo mạch (anti-angiogenesis therapy) nhắm vào nội mô u bao gồm:

• Bevacizumab (kháng VEGF-A)
• Sorafenib, sunitinib (ức chế tyrosine kinase receptor)
• Endostatin và angiostatin (ức chế tự nhiên)

Các thuốc này không chỉ làm giảm tưới máu mô u mà còn "bình thường hóa" mạch để tăng hiệu quả điều trị phối hợp.

Ứng dụng lâm sàng và hướng nghiên cứu mới

Endothélium đang là mục tiêu nghiên cứu và điều trị đa ngành trong y học hiện đại. Một số hướng ứng dụng nổi bật:

• Điều trị hội chứng viêm mạch nội mô trong COVID-19 nặng
• Ứng dụng tế bào nội mô cảm ứng (iPSC-derived endothelial cells) trong tái tạo mô
• Thiết kế mô hình vi mạch nhân tạo (organ-on-chip) để mô phỏng đáp ứng mạch máu

Công nghệ giải trình tự đơn bào (single-cell RNAseq) đang được ứng dụng để xác định các nhóm nội mô chuyên biệt tại từng cơ quan như gan, phổi, não – mở ra khả năng điều trị cá thể hóa theo mô đích. Ngoài ra, việc sử dụng chất chỉ thị nội mô trong chẩn đoán hình ảnh, như siêu âm vi tương phản (CEUS), cũng đang được phát triển.

Tài liệu tham khảo

1. Deanfield, J. E., Halcox, J. P., Rabelink, T. J. (2007). Endothelial function and dysfunction. Circulation, 115(10), 1285–1295.
2. National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI). Atherosclerosis.
3. Cines, D. B., et al. (1998). Endothelial cells in physiology and in the pathophysiology of vascular disorders. Blood, 91(10), 3527–3561.
4. Carmeliet, P. (2005). Angiogenesis in life, disease and medicine. Nature, 438(7070), 932–936.
5. NIH National Cancer Institute. Definition of Endothelial Cell.
6. Gimbrone, M. A., García-Cardeña, G. (2016). Endothelial Cell Dysfunction and the Pathobiology of Atherosclerosis. Circulation Research, 118(4), 620–636.