Việc sử dụng các chất chống oxy hóa tại chỗ để phòng và điều trị các bệnh khác nhau, bao gồm ung thư, và để ngăn chặn lão hóa đã trở nên phổ biến một cách đáng kể trong hơn 25 năm qua. Trong khi rõ ràng là các chất chống oxy hóa như vitamin C, E, A và các carotenoid có thể bảo vệ các tế bào từ sự phá hủy các gốc tự do thì vẫn chưa rõ liệu dùng lượng lớn các chất chống oxy hóa có thể ngăn chặn sự xuất hiện bệnh hoặc làm chậm tiến trình lão hóa hay không. Một số nghiên cứu lâm sàng đã đưa ra vai trò này của các chất chống oxy hóa trong khi các nghiên cứu khác chưa đưa ra bằng chứng cụ thể về việc bổ sung chất chống oxy hóa có thể giảm nguy cơ ung thư, bệnh tim mạch hoặc lão hóa. Không quan tâm đến các kết quả nghiên cứu lâm sàng, thực tế là các chất chống oxy hóa có thể chặn gốc tự do phá hủy các tế bào, điều này dẫn đến phát triển nhanh chóng thị trường thực phẩm bổ sung dinh dưỡng chống oxy hóa, thức uống chống oxy hóa và đã thúc đẩy toàn bộ nền công nghiệp tập trung vào việc tìm ra các thực phẩm với khả năng chống oxy hóa cao. Hầu hết nhưng không phải là tất cả, các sản phẩm chăm sóc tại chỗ đã sản xuất hiện nay đều chứa các chất chống oxy hóa như vitamin E, vitamin C và các carotenoid.

CÁC CHẤT CHỐNG OXY HÓA VÀ CÁC GỐC TỰ DO

Chất chống oxy hóa là một phân tử đơn giản mà có thể ngăn chặn sự oxy hóa của các phân tử khác. Chúng có tầm quan trọng trong việc bảo vệ các tế bào từ sự phá hủy do khả năng chặn tiến trình phá hủy oxy hóa gây ra bởi các gốc tự do.

Các gốc tự do là các phân tử hoặc nguyên tử có các electron chưa ghép cặp. Có một electron chưa ghép cặp làm cho vỏ electron không đầy đủ và làm cho các nguyên tử hoặc phân tử hoạt động hóa học hơn những vỏ electron đầy đủ. Do các nguyên tử này có xu hướng luôn tìm cách để đạt đến một trạng thái ổn định tối đa nên chúng sẽ cố gắng điền đầy lớp vỏ bên ngoài bằng cách lấy đi một electron từ phân tử khác. Khi các phân tử đích bị mất một điện tử cho gốc tự do, sau đó đến lượt nó trở thành một gốc tự do và phải tìm một phân tử cho khác để lấy đi 1 electron. Do đó, một phản ứng dây chuyền bắt đầu xảy ra, gây ra sự phá hủy đáng kể các protein tế bào, các lipid, các màng và DNA. Phần lớn các gốc tự do trong các hệ thống sinh học là các dẫn chất của oxy. Các gốc oxy phổ biến nhất trong cơ thể là anion superoxide (O₂•−) và gốc hydroxyl (•OH). Các gốc tự do có chu kỳ bán thải cực kỳ ngắn, nano giây hoặc micro giây, đây là thời gian đủ để tấn công các phân tử và tạo ra các gốc tự do mới. Ngoài các gốc oxy, có những loại oxy hoạt động khác (ROS), chúng không thực sự là các gốc nhưng chúng hoạt động và có tầm quan trọng sinh học. Chúng bao gồm hydrogen peroxide và ion hypochlorite.

Các gốc tự do có thể gây ra sự phá hủy lớn và không thể phục hồi lại được đối với các protein, DNA và các lipid, và điều này có thể đem lại những hậu quả nghiêm trọng đối với sự sống tế bào, sự biến đổi ác tính và sự phát triển của bệnh. Một trong những sự phá hủy nguy hại nhất của các gốc tự do là sự peroxid hóa lipid đối với các lipid màng có vai trò quan trọng trong truyền tín hiệu tế bào. Trong trường hợp này, gốc hydroxyl có thể loại bỏ một nguyên tử hydro khỏi chuỗi bên của acid béo, do đó chuyển đổi acid béo thành dạng gốc. Sau đó, acid béo phản ứng với oxy để hình thành gốc peroxyl hoạt động. Phản ứng dây chuyền bắt đầu khi mà một gốc lipid trở thành 2 gốc lipid. Cuối cùng, các gốc lipid có thể hình thành các liên kết cộng hóa trị với nhau do đó kết thúc phản ứng dây chuyền. Điều không may là phản ứng dây chuyền này tạo ra các lipid liên kết chéo và bị phá hủy về mặt chức năng, ví dụ như sự phá hủy gốc tự do đối với lipoprotein mật độ thấp (LDL) gây ra xơ vữa động mạnh.

Các chất chống oxy hóa bảo vệ các tế bào khỏi sự phá hủy gốc tự do bằng cách cho gốc tự do 1 electron do đó làm ổn định gốc tự do và ngăn chặn phản ứng dây chuyền hoặc bằng cách nhận một electron chưa ghép cặp, một lần nữa ổn định gốc tự do và ngăn chặn không cho nó tương tác và phá hủy các protein, DNA và các lipid. Bằng cách cho gốc tự do 1 electron để làm dừng phản ứng dây chuyền, bản thân chất chống oxy hóa trở thành một gốc tự do. Tuy nhiên, do cấu trúc nên chất chống oxy hóa ít hoạt động hơn các gốc tự do khác. Gốc của chất chống oxy hóa có thể cũng được vô hiệu hóa bởi các chất chống oxy hóa khác hoặc nó có thể được phục hồi lại bằng enzym thành dạng gốc không tự do. Glutathione là một chất chống oxy hóa có thể cho gốc hydroxyl một nguyên tử hydro do đó làm vô hiệu hóa gốc này, sau đó glutathion bị oxy hóa được chuyển đổi lại về dạng khử bằng glutathione reductase.

Hiệu lực của một chất chống oxy hóa có thể được định lượng bằng cách sử dụng phân tích ORAC (Oxygen Radical Absorbance Capacity) – khả năng hấp thu gốc oxy. ORAC là một phương pháp đo lường khả năng chống oxy hóa của các thực phẩm, vitamin và các hợp chất khác nhau. Phân tích này đo lường sự phá hủy của phân tử huỳnh quang (ví dụ như fluorescein) sau khi nó được phối hợp với chất tạo gốc tự do có khả năng tạo ra các gốc hydroxyl và peroxyl. Bằng cách so sánh sự thay đổi huỳnh quang trong ống phản ứng chỉ chứa phân tử huỳnh quang và gốc tự do với sự thay đổi huỳnh quang được đo lường trong ống phân tích chứa chất chống oxy hóa cùng với gốc tự do.

Trong số nhiều chất chống oxy hóa mà hiện nay được đưa vào các sản phẩm tại chỗ, hai thành phần phổ biến và quan trọng nhất là vitamin C và E. Vitamin C là một chất chống oxy hóa đáng chú ý nhất trong gian chứa nước của các tế bào. Nó có thể vô hiệu hóa các gốc hydroxyl, alkoxyl, peroxyl bằng cách cho hydro, và do đó đây là một chất chống oxy hóa cực kỳ quan trọng cho hệ thống sinh học. Hơn nữa, vitamin C có thể tái sinh lại vitamin E bị oxy hóa và bản thân nó được tái sinh bởi glutathion. Nó là một chất chống oxy hóa hiệu quả để kết hợp vào các sản phẩm tại chỗ (bao gồm các sản phẩm chống nắng) do trên da vitamin C vô hiệu hóa các gốc tự do sinh ra bởi bức xạ UVA và UVB. Điều không may là vitamin C cần được thay thế liên tục vì thậm chí ở liều bức xạ UV thấp cũng có thể làm cạn kiệt 30-40% sự hiện diện của vitamin C trên da.

Vitamin E là một trong những chất chống oxy hóa lipid quan trọng nhất từ thiên nhiên bởi vì nó liên kết với các màng và bảo vệ môi trường lipid bằng cách loại bỏ các gốc peroxyl lipid. Vitamin E được tìm thấy trong lớp sừng nơi nó có thể hoạt động như một “mặt trận phòng thủ” chống lại các gốc tự do gây ra bởi bức xạ UV. Gốc vitamin E có thể được tái sinh lại bằng vitamin C và cũng bằng glutathion và ubiquinol (coenzyme Q10).

Có nhiều chất chống oxy hóa khác đã được đưa vào các sản phẩm chăm sóc da, gồm có acid ferulic, CoQ10 (ubiquinone), retinol, idebenone, α -lipoic acid, và epigallocatechin gallate.

Bảng 1. Các giá trị khả năng hấp thu gốc oxy (ORAC) của một số chất chống oxy hóa