Sử dụng các chất chống oxy hóa đường uống và tại chỗ có thể bảo vệ da và điều trị nhiều vấn đề về da như ung thư, chống lão hóa đã được biết đến từ hơn 25 năm trước. Mặc dù các chất chống oxy hóa như vitamin C, E, A và các carotenoid được biết đến với vai trò bảo vệ tế bào trước các tác hại từ các gốc tự do nhưng tác dụng của chúng trên việc chống lão hóa vẫn chưa được làm rõ. Các bằng chứng về tác dụng này vẫn chưa được nhiều nghiên cứu chú ý và thực hiện. Các kết quả nghiên cứu về tác dụng của các chất chống oxy hóa làm thị trường nóng lên bởi các sản phẩm bổ sung chất chống oxy hóa, các loại rau chứa chất chống oxy hóa và thị trường ngày càng tập trung vào việc tìm kiếm các sản phẩm tự nhiên chứa chất chống oxy hóa. Hiện nay, hầu như các sản phẩm dưỡng da đều chứa các chất chống oxy hóa như vitamin E, vitamin C và carotenoid. Câu hỏi liệu các chất chống oxy hóa trong các sản phẩm chăm sóc da có thật sự hữu dụng cho da hay không sẽ được khám phá dưới đây.

CHẤT CHỐNG OXY HÓA VÀ GỐC TỰ DO

Một chất chống oxy hóa là chất có khả năng ngăn chặn được sự oxy hóa từ các phân tử khác. Các chất này có vai trò quan trọng trong việc bảo về các tế bào khỏi các tổn hại bằng cách làm ngưng lại các quá trình oxy hóa bởi các gốc tự do.

Gốc tự do là các phân tử không cân bằng điện tử – có electron tự do. Các gốc tự do này có khả năng phản ứng hóa học cao hơn các phân tử cân bằng khác. Vì các phân tử luôn có xu hướng trở nên bền vững nên chúng sẽ cố gắng tìm kiếm và lấy electron từ các phân tử cân bằng khác. Quy trình này diễn ra tiếp tục và tiếp tục dẫn đến hiệu ứng “domino” và ngày càng nhiều gốc tự do được sinh ra. Từ đó, gây ra những tổn thương lên các phân tử khác trong cấu trúc tế bào như protein, lipid, màng tế bào và ADN. Hầu hết các gốc tự do trong hệ thống sinh hóa đều phát sinh từ oxy. Hầu hết các gốc tự do trong cơ thể phát sinh từ oxy là anion O₂^– và cation ⁺OH. Mặc dù các gốc tự do tồn tại rất ngắn, chỉ trong vòng vài nano giây hoặc micro giây nhưng thời gian đó cũng đủ cho chúng tác động vào các phân tử khác sinh ra những gốc tự do tiếp theo. Ngoài các gốc tự do từ oxy, còn có những phân tử gốc tự do khác (ROS) đóng vai trò quan trọng như Hydrogen peroxide và Hydrochloride ion.

Các gốc tự do có thể gây tác dụng sâu và không thể đảo ngược được trên protein, ADN và lipid, gây ra những hậu quả nghiêm trọng lên sự tồn tại của các tế bào, những biến đổi ác tính và hình thành bệnh tật. Một trong những tổn thương nghiêm trọng nhất là các gốc tự do ảnh hưởng lên màng lipid của tế bào – nơi nhận tín hiệu tế bào. Trong trường hợp này, các gốc hydroxy có thể loại bỏ các phân tử hydro ra khỏi mạch phân tử của acid béo, chuyển acid béo thành một gốc tự do mới. Các acid béo sẽ tác dụng với oxy để biến thành một gốc peroxyl. Các chuỗi phân tử sẽ bắt đầu từ 1 gốc lipid tự do đến 2 gốc lipid tự do. Cuối cùng, các gốc lipid tự do có thể liên kết hóa trị với phân tử khác để kết thúc quá trình tác động. Tuy nhiên, kết quả của quá trình này đã làm gãy các liên kết và phá hủy chức năng của lipid. Một ví dụ điển hình là gốc tự do phá hủy các lipid phân tử thấp (LDL). Ví dụ này sẽ được trình bày trong một chuyên đề khác.

Chất chống oxy hóa bảo vệ tế bào khỏi các gốc tự do bằng cách cung cấp electron cho gốc tự do, giúp cho phân tử ổn định và bền vững trở lại hoặc là thu nhặt electron tự do bị dư trong gốc tự do đề ngăn chúng phản ứng và phá hủy protein, AND và lipid. Bằng cách cung cấp cho chúng thêm 1 electron, chất chống oxy hóa có thể chuyển thành gốc tự do. Tuy nhiên, bởi cấu trúc đặc biệt mà các chất chống oxy hóa không hoạt động mạnh mẽ bằng các gốc tự do khác. Nếu sự ảnh hưởng trở nên lớn hơn thì tác động của các electron tự do cũng có thể được pha loãng ra bởi cấu trúc dài của chúng. Các gốc chống oxy hóa tự do có thể được trung hòa bằng một chất chống oxy hóa khác hoặc được hệ thống enzym hóa phục hồi lại trạng thái ổn định của chúng. Dạng oxy hóa của glutathione được phục hồi lại bởi enzym glutathione reductase và sau đó sẵn sàng tiếp tục trung hòa các gốc tự do khác.

Một chất chống oxy hóa tiềm năng có thể được đánh giá bởi chỉ số ORAC. ORAC là một phương pháp đo lường khả năng chống oxy hóa của các loại thức ăn, vitamin và các chất khác nhau. Phương pháp này đo lường khả năng oxy hóa một phân tử huỳnh quang sau khi trộn chúng với một nguồn sản sinh gốc tự do như peroxyl và hydroxyl. Bằng cách so sánh sự thay đổi của huỳnh quang trong ống chỉ chứa huỳnh quang và gốc tự do với ống có chứa chất chống oxy hóa, từ đó thu được chỉ số ORAC. Bảng dưới đây sẽ trình bày chỉ số ORAC của một số chất chống oxy hóa.

Nhiều chất chống oxy hóa hiện nay được sử dụng trong các sản phẩm dùng ngoài da, hai loại thường gặp nhất là vitamin C và vitamin E. Vitamin C là chất chống oxy hóa đáng chú ý nhất trong những phần chứa nước của tế bào. Nó có thể trung hòa các gốc hydroxyl, alkoxyl và peroxyl bằng cách cung cấp electron. Hơn nữa, vitamin C còn có thể phục hồi Vitamin E và Glutathione. Vitamin C được sử dụng nhiều trong các sản phẩm sử dụng ngoài da, kể cả kem chống nắng vì Vitamin C có thể trung hòa được các gốc tự do gây ra từ cả tia UVA và UVB. Tuy nhiên, cần phải thoa kem chống nắng lại liên tục vì chỉ với cường độ thấp thôi của tia UVB, từ 30-40% hàm lượng của Vitamin C đã bị tiêu tốn sau khi thoa lên da.

Vitamin E là một chất chống oxy hóa thân dầu quan trọng nhất vì nó liên kết với màng tế bào và bảo vệ màng tế bào trước các gốc tự do lipid. Vitamin E được tìm thấy ở lớp sừng của da được xem như là hàng rào đầu tiên chống lại UVR, kể cả gốc tự do. Gốc tự do Vitamin E có thể được phục hồi bằng Vitamin C và Glutathione cũng như ubiquinol (coenzyme Q10).

Còn nhiều chất chống oxy hóa khác được sử dụng trong các sản phẩm chăm sóc da bao gồm acid ferulic, CoQ10, retinol, idebenone, α-lipoic acid và epigal-locatechin gallate. Ngoài tác dụng thu gom các gốc tự do, các chất này còn có nhiều lợi ích khác trên da.

Bảng 1. Chỉ số ORAC của một số chất chống oxy hóa
Chất chống oxy hóa	ORAC (µmol TE/100 g)
Chiết xuất Olive	2700000
Clove	1078700
Quercetin	1090000
Resveratrol	620000
Cinnamon	267536
Vitamin C	189000
Vitamin E	135000
Cocoa	80000
Acai	38700
Pomegranate	10500
Blueberry (raw)	7700
Lycopene	5800

TÁC DỤNG CỦA CÁC CHẤT CHỐNG OXY HÓA TRÊN CON ĐƯỜNG TRUYỀN TÍN HIỆU

Có nhiều chất chống oxy hóa được sử dụng trong các sản phẩm dùng ngoài da có tác dụng chống viêm rất tốt, một số khác lại có tác dụng điều hòa lên hoặc xuống sự biểu hiện của gen. Vitamin C là một ví dụ, nó chẳng những có tác dụng như một co-factor cho enzym trong quá trình tổng hợp collagen mà còn kích thích gen sản sinh Collagen I và II, ức chế yếu tố viêm prostaglandin E₂ (PGE-2) và kích thích tăng sinh nguyên bào sợi. Chất chống oxy hóa tan trong dầu chính – Vitamin E có khả năng thay đổi sự biểu hiện của gen trong tế bào T và làm giảm sản sinh PGE-2. Tác dụng làm giảm sản sinh PGE-2 này một phần lý giải khả năng bảo vệ da của Vitamin E trước UVR.

Một trong những chất chống oxy hóa có tính kháng viêm tự nhiên là curcumin. Trong khi hợp chất này có khả năng trung hòa gốc tự do, nó cũng có khả năng ảnh hưởng lên quá trình nhận tín hiệu của tế bào thông qua quá trình viêm. Nhiều nghiên cứu cũng đã đầu tư vào nghiên cứu cơ chế tác động của curcumin trong hoạt động của tế bào. Các nghiên cứu này cho thấy một trong những tác động của curcumin là khóa yếu tố vận chuyển và kích hoạt NF-κB. Yếu tố này tham gia ảnh hưởng đến sự biểu hiện của các gen quy định vấn đề viêm bao gồm TNF-α, IL-8, COX-2. Curcumin cũng ức chế sự hoạt hó của các chất như ICAM và IL-2, những chất bị kiểm soát bởi con đường truyền tín hiệu Jak-STAT. Khả năng ức chế này làm cho Curcumin có thể khóa lại sự phosphoryl hóa và hoạt hóa yếu tố STAT.

Bên cạnh curcumin, một lượng lớn các hợp chất phenolic và polyphenolic được chiết xuất từ thực vật cũng thể hiện khả năng chống viêm trực tiếp cũng như là tính chát chống oxy hóa như quercetin, luteolin, resveratrol, ferulic acid, eugenol, apigenin, genistein và epigal-locatechin gallate. Trong số đó, một phần làm giảm phản ứng viêm thông qua tương tác với NF- κB, một số khác lại tương tác với con đường biểu hiện của tế bào JNK dẫn đến kích hoạt các yếu tố chuyển hóa và hoạt hóa protein (AP-1). Bằng cách tương tác với AP-1 để hoạt hóa các gen mục tiêu, các hợp chất này như là luteolin ngăn ngừa sự hoạt hóa các gen viêm như IL-6, COX-2, IL-8 và MCP-1. Liên quan đến tác dụng chống lão hóa cho da, luteolin không chỉ giảm sự biểu hiện của các hocmon viêm mà còn ức chế enzym hyaluronidase và từ đó duy trì hàm lượng acid hyaluronic trong da. Một mối liên quan khác của polyphenol, genistein là ức chế tyrosinekinase và sự phosphoryl hóa của yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGF-R). Một biểu đồ thể hiện những ảnh hưởng của một vài chất chống oxy hóa trong việc ức chế IL-1 và giảm nồng độ PGE-2 trong da được thể hiện qua hình 1 (a); sự ảnh hưởng của luteolin và ascorbyl acetate trong việc ức chế các cytokine viêm trong lớp sừng của kích hoạt plasminogen được thể hiện trong hình 1 (b). Rõ ràng, các chất chống oxy hóa polyphenolic như vitamin C và E có thể có tác dụng giảm viêm trên da. Tuy nhiên, để các hợp chất đó có thể tác dụng tại chỗ chúng cần thấm vào lớp sừng của da, đi vào hệ thống nguyên bào sợi và các tế bào miễn dịch di chuyển trong mạch máu.

VẤN ĐỀ BÀO CHẾ LIÊN QUAN ĐẾN CÁC CHẤT CHỐNG OXY HÓA

Làm sao thiết kế được một công thức bào chế cho một sản phẩm dùng ngoài có thể phóng thích các chất chống oxy hóa vào da nhằm bảo vệ các tế bào ở lớp biểu bì và trung bì khỏi sự tấn công của các gốc tự do do UVR, ô nhiễm và lão hóa không phải là một điều dễ dàng. Mặc dù có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng các chất này thấm qua lớp sừng vào lớp biểu bì nhưng có 2 yếu tố chính quan trọng nhất là kích thước phân tử và sự phân cực. Theo nguyên tắc ngón tay cái, phân tử nào có khối lượng lớn hơn 500Da sẽ khó thấm qua lớp sừng hơn là các phân tử nhỏ. Liên quan đến sự phân cực, một phân tử kỵ nước có khả năng thấm tốt hơn qua lipid trong lớp sừng so với các phân tử thân nước như vitamin C. Tuy nhiên, nếu phân tử đó quá thân dầu, mặc dù chúng sẽ dễ dàng di chuyển qua lớp sừng nhưng lại không thấm tốt vào lớp biểu bì và trung bì. Khả năng các chất chống oxy hóa có thể thấm vào da hoàn toàn có thể dự đoán được thông qua chỉ số logP. Đó là cách đo lường đơn giản nhất khi so sánh khả năng tan trong octanol của chất đó với khả năng tan trong nước của nó. LogP bằng 2 có nghĩa là chất ấy kỵ nước (tan trong octanol tốt hơn trong nước). Đối với các sản phẩm sử dụng ngoài da, các chất chống oxy hóa có giá trị từ 1-3 là có khả năng thấm qua da tốt nhất, tối ưu là 2.5. Curcumin có khối lượng phân tử là 386Da và logP là 3.77. Do đó, đôi khi các chất khá kỵ nước nhưng vẫn có khả năng thấm vào trung bì tốt dẫn đến hiệu quả dùng ngoài da cũng cao. Ngược lại, ubiquinone (CoQ10) có khối lượng phân tử là 863 Da và logP là 11. Mặc dù khối lượng phân tử quá lớn để sử dụng tại chỗ nhưng logP khá cao, giúp cho phân tử này có thể di chuyển qua lớp lipid một cách dễ dàng. Chính vì vậy, CoQ10 có thể được sử dụng trong các sản phẩm sử dụng ngoài da để trung hòa các gốc tự do trên bề mặt da nhưng không thể bảo vệ được tế bào ở những lớp phía dưới da. Thú vị là mặc dù Vitamin E (khối lượng phân tử 430 Da) rất kỵ nước lại có thể thấm qua lớp biểu bì sau 24 giờ sử dụng. Có thể phân tử chất này đã đi qua lớp sừng và thấm vào da qua những con đường khác như lỗ chân lông hoặc tuyến bã nhờn.

Vitamin C là một chất phân cực thân nước nên rất khó thấm qua lớp sừng. Có nhiều cách được thử nghiệm để tăng khả năng thấm của Vitamin C vào da bao gồm làm giảm pH để làm giảm sự phân cực của chất này. Ở pH 3.5 Vitamin C làm mất độ phân cực nên dễ dàng thấm vào da hơn.Vitamin C cũng như Vitamin E khi có mặt trong các sản phẩm dùng ngoài da cũng đối diện với vấn đề về độ ổn định. Serumm là dạng bào chế có khả năng duy trì sự ổn định của cả hai loại Vitamin đó. Thay vào đó, dạng nhũ tương cũng có thể chứa 2 loại vitamin này nhưng phải ở dạng ester. Vitamin E acetate khá là ổn định và thấm tốt vào da mặc dù khả năng chống oxy hóa của nó kém hơn Vitamin E ở dạng tự do. Liên quan đến Vitamin C, ascorbyl palmitate hoặc gần đây hơn là tetrahexydecyl ascorbate, cả 2 dạng đó đều khá ổn định và được sử dụng trong các sản phẩm dùng ngoài. Ít nhất là đối với tetrahexydecyl ascorbate, dẫn xuất Vitamin C này vừa có khả năng chống oxy hóa tốt vừa thúc đẩy các quá trình trong da (sản sinh collagen, tổng hợp lipid…)

Để xác định khả năng thấm vào da của các chất chống oxy hóa từ các sản phẩm, một tế bào Franz được sử dụng. Hệ thống này bao gồm 1 vách ngăn ở phía trên và bể chứa phía dưới. Hệ thống này mô phỏng da người, thử nghiệm được thực hiện khi cho sản phẩm ở màng ngăn phía trên, sau đó phân tích hàm lượng các chất chống oxy hóa có thể di chuyển xuống màng ngăn ở dưới. Từ phân tích này chúng ta có thể xác định được:

1. Lượng chất chống oxy hóa thấm được qua da
2. Tốc độ thấm của chúng
3. Hàm lượng chất chống oxy hóa giới hạn để bề mặt da có thể tiếp tục sử dụng
4. Nồng độ của các chất chống oxy hóa trong da

Tóm lại, việc kết hợp các chất chống oxy hóa vào các sản phẩm chăm sóc da và các sản phẩm da liễu đem đến nhiều lợi ích cho da. Các chất này không chỉ bảo vệ da trước các gốc tự do mà còn làm giảm quá trình viêm. Hơn nữa, một vài chất chống oxy hóa, ví dụ như Vitamin C có khả năng chống lão hóa bằng cách kích thích gen tổng hợp Collagen I và II và ức chế gen ăn mòn hệ thống như MMP.