Khả năng chống oxy hóa là gì? Các nghiên cứu khoa học

Giới thiệu

Khả năng chống oxy hóa (antioxidant capacity) là thước đo tổng hợp phản ánh mức độ mà một hệ mẫu—thực phẩm, huyết thanh, dịch mô, chiết xuất—có thể trung hòa các tác nhân oxy hóa như gốc tự do và các loài oxy phản ứng (ROS), từ đó hạn chế tổn thương lipid, protein và DNA. Khái niệm này mang tính chức năng, không chỉ phụ thuộc nồng độ của từng chất chống oxy hóa riêng lẻ mà còn bao gồm tương tác cộng hưởng, tái sinh lẫn nhau và hiệu ứng ma trận trong mẫu phức hợp.

Trong dinh dưỡng và y sinh, chỉ số tổng khả năng chống oxy hóa (Total Antioxidant Capacity, TAC) giúp mô tả trạng thái cân bằng oxy hóa-khử (redox) của cơ thể hoặc của thực phẩm/đồ uống. TAC không thay thế các dấu ấn stress oxy hóa (ví dụ F2-isoprostanes, 8‑oxo‑dG) nhưng cung cấp bức tranh bổ sung về năng lực bảo vệ của hệ kháng oxy hóa nội sinh và ngoại sinh. Các tổng quan phương pháp luận đã nhấn mạnh việc đọc cẩn trọng TAC bởi tính phụ thuộc mạnh vào nền tảng thí nghiệm và cơ chế phản ứng được khảo sát (PubMed: 11121717; ACS J. Agric. Food Chem. 2016).

Về bản chất cơ học, các tác nhân chống oxy hóa có thể hoạt động theo nhiều cơ chế: chuyển nguyên tử hydro (HAT), chuyển electron đơn (SET), chelat hóa kim loại xúc tác Fenton, hoặc dập tắt trạng thái kích thích của phân tử. Điều này giải thích vì sao cùng một mẫu có thể cho kết quả khác nhau giữa các phép đo dựa trên HAT và SET (NCBI PMC 8347950). $\text{ROO}^{\bullet} + \text{AH} \rightarrow \text{ROOH} + \text{A}^{\bullet}\quad\text{(HAT, ví dụ trong ORAC)}$

Định nghĩa và phân biệt thuật ngữ

Antioxidant capacity: đại lượng tích hợp thể hiện khả năng cuối cùng của hệ mẫu trong việc ức chế/quét gốc tự do hoặc ngăn chuỗi phản ứng oxy hóa trong điều kiện thí nghiệm quy định; thường được chuẩn hóa theo chất chuẩn như Trolox và biểu thị dưới dạng “đương lượng Trolox”. Khái niệm này gắn với kết quả sau cùng (endpoint) hoặc diện tích dưới đường cong tín hiệu phản ứng.

Antioxidant activity: mô tả đặc tính động học (tốc độ/phần trăm phản ứng) của một chất hoặc hỗn hợp trong bối cảnh cơ chế cụ thể (HAT, SET), thường phụ thuộc mạnh vào thời gian, pH, dung môi và bản chất gốc tự do. Hoạt tính có thể cao nhưng năng lực tổng thể đo bằng phép khác không nhất thiết tương đương.

Antiradical power và reducing power: các thuật ngữ chuyên biệt dùng cho phép đo khả năng khử hệ mang màu (ví dụ FRAP) hoặc suy giảm tín hiệu của gốc ổn định (ví dụ DPPH, ABTS•+). Tài liệu phương pháp học nhấn mạnh rằng các phép đo này không hoán đổi cho nhau và chỉ phản ánh một lát cắt cơ chế nhất định (ACS J. Agric. Food Chem. 2016; NCBI PMC 8347950).

Phương pháp đo khả năng chống oxy hóa

Các phép đo TAC chủ đạo được nhóm theo cơ chế phản ứng và đầu dò tín hiệu. Lựa chọn phương pháp cần căn cứ vào ma trận mẫu (huyết thanh, huyết tương, thực phẩm), mục đích nghiên cứu (sàng lọc so sánh hay định lượng tuyệt đối), và tính tương thích sinh học của điều kiện thí nghiệm.

Những phép đo thường dùng gồm ORAC (HAT, theo dõi suy giảm huỳnh quang), ABTS/TEAC và DPPH (SET/HAT tùy điều kiện, theo dõi hấp thụ), FRAP (SET, công suất khử ion Fe3+), CUPRAC (SET, khử Cu2+). Tài liệu hướng dẫn kỹ thuật và đối chiếu cơ chế có thể tham khảo các tổng quan cập nhật (Apak et al., 2016; Flieger et al., 2021).

Chuẩn hóa kết quả thường dùng Trolox làm chuẩn ngoại và báo cáo theo đơn vị mmol Trolox equivalents/100 g (thực phẩm) hoặc μmol TE/L (huyết thanh). Phép chuẩn nội có thể cần thiết khi ma trận mẫu gây nhiễu tín hiệu, đi kèm kiểm soát chất lượng liên lô và đánh giá độ thu hồi. Các khía cạnh tính đúng (trueness), độ lặp (repeatability) và độ tái lập (reproducibility) nên được báo cáo theo hướng dẫn phương pháp học thực nghiệm (NCBI PMC 8347950).

Ứng dụng và ý nghĩa

Trong nghiên cứu dinh dưỡng, TAC hỗ trợ xếp hạng mẫu thực phẩm, đồ uống theo năng lực dập tắt gốc tự do, phục vụ sàng lọc nguyên liệu, tối ưu quy trình chế biến và lưu trữ nhằm bảo toàn hoạt tính sinh học. Trong bối cảnh lâm sàng và dịch tễ, đo TAC huyết thanh/huyết tương giúp mô tả trạng thái redox, theo dõi biến thiên theo bệnh lý chuyển hóa, viêm mạn, hoặc đáp ứng can thiệp, nhưng cần kết hợp với dấu ấn stress oxy hóa và thông số viêm để suy luận cơ chế (PubMed: 11121717).

Các điểm ứng dụng tiêu biểu: sàng lọc polyphenol thực vật, carotenoid, vitamin E/C; đánh giá công thức bổ sung chống oxy hóa; kiểm định tác dụng bảo vệ lipid màng trong hệ mô phỏng; giám sát ảnh hưởng lối sống (chế độ ăn, hoạt động thể lực) lên trạng thái chống oxy hóa nội sinh. Những phân tích này đang được mở rộng với định danh phân tử đồng thời bằng sắc ký-khối phổ và cách tiếp cận đa ômics để liên hệ giữa TAC, thành phần hóa học và kết cục sinh học (MDPI Processes 2022).

Trong công nghiệp thực phẩm và dược–mỹ phẩm, TAC hỗ trợ kiểm soát chất lượng lô, tối ưu tá dược, và lập hồ sơ ổn định của sản phẩm có tuyên bố chống oxy hóa. Các cơ sở nghiên cứu khuyến nghị diễn giải TAC trong bối cảnh sinh học cụ thể, tránh sử dụng một chỉ số đơn lẻ để suy ra lợi ích sức khỏe phổ quát, đồng thời khuyến khích sử dụng ma trận phép đo bổ sung dựa trên cơ chế khác nhau (ACS J. Agric. Food Chem. 2016; NCBI PMC 8347950).

Hạn chế và thách thức

Mặc dù tổng khả năng chống oxy hóa (TAC) đã trở thành công cụ phổ biến trong nghiên cứu thực phẩm và y sinh, vẫn còn nhiều hạn chế cản trở việc diễn giải kết quả. Một vấn đề lớn là sự không đồng nhất về phương pháp, khi các kỹ thuật dựa trên cơ chế HAT (hydrogen atom transfer) và SET (single electron transfer) thường cho ra kết quả khác biệt rõ rệt. Ví dụ, một mẫu giàu polyphenol có thể cho giá trị cao trong phép đo FRAP (SET) nhưng lại không nổi bật trong ORAC (HAT), dẫn đến khó khăn khi so sánh liên phòng thí nghiệm (Apak et al., J. Agric. Food Chem. 2016).

Một thách thức khác là TAC in vitro không phản ánh trực tiếp hiệu quả sinh học in vivo. Sau khi ăn, nhiều hợp chất chống oxy hóa bị biến đổi sinh học nhanh chóng tại ruột và gan, tạo thành các chất chuyển hóa có hoạt tính thấp hoặc khác biệt. Do đó, giá trị ORAC hay FRAP cao trong thực phẩm không đồng nghĩa với khả năng bảo vệ oxy hóa trong cơ thể (Flieger et al., 2021). Thực tế này đã khiến Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) rút bỏ cơ sở dữ liệu ORAC thực phẩm vì lo ngại công chúng hiểu sai về lợi ích sức khỏe (ScienceDirect – Antioxidant Capacity).

Ngoài ra, các yếu tố gây nhiễu như protein, chất béo, ion kim loại và pH mẫu có thể tác động mạnh đến phép đo. Ví dụ, trong huyết thanh người, albumin chiếm phần lớn khả năng khử đo được trong FRAP, che lấp đóng góp của các vi chất dinh dưỡng chống oxy hóa. Điều này cho thấy TAC không phải lúc nào cũng là chỉ số tốt để đánh giá trạng thái chống oxy hóa thực sự của hệ sinh học (Ghiselli et al., 2000).

• Không có phương pháp chuẩn hóa toàn cầu cho TAC.
• TAC in vitro thường không tương thích với điều kiện sinh học.
• Ảnh hưởng lớn từ ma trận mẫu và các chất gây nhiễu.

Hướng nghiên cứu tương lai

Một xu hướng nổi bật là kết hợp TAC với các dấu ấn sinh học của stress oxy hóa để có đánh giá toàn diện hơn. Ví dụ, so sánh TAC huyết tương với nồng độ F2-isoprostane, malondialdehyde (MDA) hoặc 8-oxo-deoxyguanosine (8-oxo-dG) có thể phản ánh chính xác hơn mối quan hệ giữa khả năng chống oxy hóa và tổn thương oxy hóa thực tế (Silvestrini et al., Int. J. Mol. Sci. 2023).

Phát triển mô hình tế bào 3D và organoids cũng là một hướng mới, cho phép đánh giá trực tiếp tác động của hợp chất chống oxy hóa trong vi môi trường gần giống mô sống. Các công cụ này có thể khắc phục hạn chế của phép đo in vitro truyền thống vốn tách biệt khỏi hệ thống sinh học phức tạp. Bên cạnh đó, kỹ thuật giải trình tự thế hệ mới (NGS) và các công cụ proteomics, metabolomics đang được tích hợp để xác định mạng lưới tín hiệu redox và cách chất chống oxy hóa can thiệp vào các con đường này (MDPI Processes 2022).

Một thách thức nghiên cứu khác là phát triển các phương pháp TAC động học (dynamic TAC) để theo dõi sự biến thiên theo thời gian và tốc độ tái sinh chất chống oxy hóa. Điều này giúp phân biệt các hợp chất có tác động nhanh nhưng ngắn hạn với các hợp chất có khả năng duy trì hoạt tính lâu dài. Việc mô phỏng cơ chế oxy hóa trong điều kiện mô phỏng sinh lý (pH trung tính, có mặt ion sắt/đồng, oxy hòa tan) cũng được kỳ vọng nâng cao tính ứng dụng lâm sàng của TAC (Apak et al., 2016).

Kết luận

Khả năng chống oxy hóa là khái niệm trung tâm trong nghiên cứu dinh dưỡng và y sinh, phản ánh hiệu quả tổng hợp của các chất chống oxy hóa trong việc ức chế quá trình oxy hóa. Dù cung cấp thông tin hữu ích, các phép đo TAC vẫn còn hạn chế lớn, đặc biệt về tính tương thích sinh học và sự thiếu chuẩn hóa. Xu hướng nghiên cứu mới tập trung vào kết hợp TAC với dấu ấn stress oxy hóa, phát triển mô hình sinh học phức hợp và mở rộng ứng dụng đa ômics. Những nỗ lực này sẽ giúp hiểu rõ hơn vai trò thực sự của khả năng chống oxy hóa đối với sức khỏe con người.

Tài liệu tham khảo

• Apak R, Özyürek M, Güçlü K, Çapanoğlu E. "Antioxidant Activity/Capacity Measurement. 1. Classification, Physicochemical Principles, Mechanisms, and Electron Transfer (ET)–Based Assays." J. Agric. Food Chem. 2016;64(5):997–1027. Link
• Flieger J, Flieger M. "Antioxidants: Classification, Natural Sources, Activity/Capacity Measurements, and Usefulness for the Synthesis of Nanoparticles." Materials. 2021;14(15):4135. Link
• Ghiselli A, Serafini M, Natella F, Scaccini C. "Total antioxidant capacity as a tool to assess redox status: critical view and experimental data." Free Radic Biol Med. 2000;29(11):1106–1114. Link
• Sadowska-Bartosz I, Bartosz G. "Evaluation of the antioxidant capacity of food products: a review." Processes. 2022;10(10):2031. Link
• Silvestrini A, et al. "Total Antioxidant Capacity: Biochemical Aspects and Clinical Significance." Int. J. Mol. Sci.. 2023;24(13):10978. Link
• ScienceDirect. "Antioxidant Capacity – an overview." Link