Sử dụng các hợp chất Selen chế tạo từ đồng vị phóng xạ 75Se để theo dõi sự phân bố của Selen trong cơ thể động vật thí nghiệm. Selen được đưa vào cơ thể bằng các đường uống, tiêm bắp, tiêm dưới da, tiêm tĩnh mạch, dưới dạng các hợp chất Selenit, Selenat, Selenomethionin, hoặc dùng cỏ linh lăng có bón Natri Selenid (Na2Se) cho động vật ăn. Sau khi đưa Selen vào trong cơ thể, nguyên tố này tập trung ở gan, sau đó có nồng độ cao nhất ở thận, tụy tạng, tuyến yên, rồi đến tim, cơ, não...
Các mô ruột và phổi có sự tập trung khá cao hàm lượng Selen, trong khi các mô thần kinh lại có lượng Selen thấp. 6 giờ sau khi Selen được đưa vào cơ thể, người ta thấy 75Se có mặt trong nhân tế bào, trong các protein của dịch tuỵ tạng, trong hồng cầu, bạch cầu, huyết thanh, cơ và trong hầu hết các tổ chức của cơ thể. Cuối cùng Selen được đào thải ra khỏi cơ thể bằng qua ba con đường: đường tiêu hoá, đường tiết niệu và đường hô hấp.
Selen đào thải qua đường hô hấp chủ yếu là ở dạng Dialkyl diselenid, có lượng rất nhỏ so với hai đường còn lại. Đường tiết niệu là đường đào thải chủ yếu của súc vật. Khi đó Selen đào thải ra ở dạng các hợp chất có khả năng hoà tan tốt, rất dễ được thực vật hấp thu. Nhưng với những loài nhai lại, như trâu b ò... Selen lại chủ yếu được đào thải qua đường tiêu hoá (phân) dưới dạng các muối Selenid kim loại nặng mà cây cỏ khó hấp thu. Dạng này cũng rất khó chuyển thành dạng Selen dễ hoà tan. Lượng
Selen đào thải qua đường tiết niệu của các loài động vật nhai lại rất thấp, do đó trên các đổng cỏ chăn nuôi gia súc, lượng Selen mà các loài thực vật có khả năng hấp thu ngày một nghèo nàn, dẫn đến hàm lượng Selen trong cây cỏ cũng dần giảm xuống.
Thời gian tồn tại của Selen trong cơ thể phụ thuộc vào lượng Selen đã sử dụng và tuỳ thuộc vào tình trạng đủ hay thiếu Selen của cơ thể. Nếu cơ thể đã bão hoà Selen và đưa Selen vào với liều lượng cao thì nó sẽ được đào thải nhanh. Còn ngược lại, nếu cơ thể thiếu Selen và lượng Selen đưa vào thấp thì 75Se có thể tổn tại trong cơ thể nhiều tháng sau đó. Do đó, nhiều tác giả cho rằng, cơ thể có một hàm lượng ngưỡng nhất định đối với lượng Selen hấp thu qua khẩu phần ăn hàng ngày. Khi lượng Selen đưa vào cơ thể vượt quá ngưỡng này thì nó sẽ bị đào thải.
Selen chứa trong cơ thể không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng Selen chứa trong thức ăn mà còn phụ thuộc vào dạng tồn tại của Selen trong hợp chất. Trên các loại gia cầm thí nghiệm, Selen được đưa vào cơ thể dưới dạng Selenomethionin thì hàm lượng Selen trong cơ cao hơn khi đưa vào cơ thể Selen dạng Selenit (Se4+) hoặc Selenocystin. Các thí nghiệm tiếp theo của Lashaw và Biggert (1981) cũng cho thấy nếu trong thức ăn có Selenomethionin thì hàm lượng Selen trong trứng cũng cao hơn.
Các nhà khoa học cũng đã chứng minh được rằng, Selenocystin mặc dù là một Selenoacid amin nhưng sự chuyển hoá của nó lại tương tự như các hợp chất Selen vô cơ, vì vậy có thể kết luận rằng cơ thể dễ hấp thụ Selen dạng hữu cơ hơn dạng vô cơ.
Hàm lượng Selen trong thận là rất cao, người ta cho rằng thận là nơi dự trữ Selen của cơ thể, và thận còn có chức năng chuyển hoá các hợp chất Selen từ dạng ban đầu trong thức ăn sang dạng hợp chất Selen cần thiết cho cơ thể.
ở gan, hàm lượng Selen tập trung cũng khá cao, Selen có trong ty lạp thể, trong microsom chủ yếu dưới dạng Selenit (Se4+), Selenat (Se6+) và một lượng rất nhỏ Selenid (Se2').
Trong cơ, người ta cũng nhận thấy sự có mặt của Selen. Cơ tim là cơ hoạt động mạnh nhất, nên hàm lượng Selen có trong đó là nhiều nhất. Thiếu Selen sẽ gây ra các trạng thái bệnh lý, chủ yếu là bệnh loạn dưỡng cơ. Đối với tim có thể gây ra viêm cơ tim.
Ở cơ thể người, hàm lượng Selen trong tóc cũng cao như ở súc vật do protein cấu tạo nên lông móng có các acid amin chứa Lưu huỳnh như Methionin, Cystein.
Selen rất dễ tác dụng với nhóm -SH của các acid amin đó để tạo thành nhóm -S-SeH, nên hàm lượng trong lông móng thường cao.
Hàm lượng Selen trong máu người cũng phụ thuộc vào lượng Selen có trong khẩu phần hàng ngày. Nếu thiếu hụt nguyên tố này trong thời gian dài, hàm lượng Selen trong máu cũng giảm rõ rệt. Trong các trạng thái bệnh lý, hàm lượng Selen giảm, đặc biệt trong máu các bệnh nhân ung thư thì hàm lượng này rất thấp.
Selen còn có trong sữa người và động vật. Dùng 75Se để theo dõi sự chuyển hoá và thòi gian để Selen có thể chuyển vào trong sữa ở bò sữa bằng cách tiêm Na2Se thì thấy thời gian cần thiết là 2 giờ sau khi tiêm. Nếu thay Na2Se bằng Selenomethionin thì hàm lượng Selen trong sữa còn cao hơn nữa. Sữa người chứa lượng Selen cao hơn sữa động vật.
Ngoài ra, Selen rất dễ qua nhau thai vào thai nhi. Thai nhi càng phát triển, hàm lượng Selen càng cao.
1.2.6.3. Bản chất hoá học của Selen trong cơ thể và sự chuyển hoá của nó
• Sơ lược
Vào năm 1944, người ta nhận thấy nếu nuôi chuột cống trắng bằng casein thuỷ phân vói dung dịch NaOH 0,1 N thì sẽ phát sinh sự thoái hoá có tính hoại tử ở gan.
Schwarz cho rằng sự thuỷ phân đã loại mất một hợp chất cần thiết cho sự sống trong Casein, có thể đó là Vitamin E hoặc các acid amin chứa Lưu huỳnh. Nhưng trong những thí nghiệm tiếp theo, sự thoái hoá có tính chất hoại tử đó vẫn xuất hiện nếu thêm Vitamin E và các acid amin có Lưu huỳnh vào thức ăn của chuột. Do đó, Schwarz cho rằng trạng thái bệnh lý đó xuất hiện không phải do thiếu hai chất trên mà do sự vắng mặt của một yếu tố thứ ba nào đó và được đặt tên là “yếu tố ba”. Năm 1957, khi cho chuột ăn sản phẩm thuỷ phân trên, Schwarz thấy rằng nếu cho thêm men bia hay cao thận động vật vào thì hoàn toàn ngăn chặn được bệnh thoái hoá hoại tử gan. Năm 1958, người ta đã tìm thấy Selen trong cao thận nói trên và tiến hành lại
I
các thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm đã phản ánh, nếu càng có hàm lượng Selen cao thì tác dụng điều trị càng mạnh. Do đó, người ta cho rằng, “yếu tố ba” chính là Selen.
Trong cơ thể tồn tại các dạng hợp chất hữu cơ của Selen như Selenomethionin, Selenocystein, Selenocystin... Các dạng này được gọi bằng tên chung là các Selenoacid amin. Các chất này có thể kết hợp với nhau hoặc kết hợp với các acid amin khác tạo các polypeptit, các protein có chứa Selen.
Bằng phương pháp đánh dấu đồng vị phóng xạ, hai nhà khoa học Godvvin và Fuss (1972) đã cho súc vật uống nước có chứa đồng vị phóng xạ 75Se để xác định chu trình chuyển hoá của Selen trong cơ thể động vật. Kết quả cho thấy Selen dưới dạng Na2Se đã chuyển hóa vào trong các chất Dimethyl selenit, Glutathion peroxidase (GSHPx) và Selenoacid amin. Lượng Selen lưu giữ trong GSHPx được phân tích chính là Selenocystein. Selencystin cũng được tìm thấy với một lượng nhỏ trong các mô của thỏ khi cho thỏ uống Se4+ được chế tạo từ 7 5Se.
Tuy nhiên, cho đến nay, người ta vẫn chưa khẳng định được sự hình thành Selenomethionin trong mô từ Se+ 4 do chưa tìm thấy đồng vị phóng xạ 75Se trong chất trên.
Người ta thấy rằng, trong mô thường xảy ra quá trình khử các hợp chất Selen và các hợp chất này có thể được chuyển hoá ngay trong mô. Khi tiêm Selenomethionin được chế tạo từ đồng vị phóng xạ 75Se thì thấy gan của gà con và chuột có xuất hiện Selenocystathionin, Selenoglutathion, Selenotaurin... Trong nhiều thí nghiệm khác, các nhà khoa học đã nhận thấy Selenomethionin có tác dụng mạnh gấp 4 lần Se4+ hoặc Selenocystin trong việc phòng ngừa thoái hoá tụy của gà, nhưng đối với trạng thái tạng tiết dịch thì Selenomethionin lại không có hiệu quả cao.
Mặc dù các Selenoacid amin rất cần cho cơ thể, nhưng cơ thể động vật lại ít có khả năng tự tổng hợp được các hợp chất đó. Nhu cầu về Selenoacid amin của cơ thể chủ yếu là do thực vật cung cấp, một phần nữa là do các vi sinh vật của hệ tiêu hoá tổng hợp từ Selen vô cơ. Các Selenoacid amin tiếp tục được gắn trong các protein tương tự như các quá trình chuyển hoá của các Sulíoacid amin.
Sự phân bố Selen trong cơ thể sau khi bổ sung các hợp chất Selen khác nhau có sự khác nhau. Người ta cho gà mái ăn bổ sung Selenomethionin và sau đó phân
tích hàm lượng Selen có trong trứng của gà thấy rằng Selen trong lòng trắng nhiều hơn trong lòng đỏ. Trái lại, khi bổ sung Se4+ hoặc Selenocystin vào thức ăn của gà mái thì thì Selen trong lòng đỏ lại nhiều hơn trong lòng trắng. Gà con có hàm lượng Selen trong tụy và cơ ngực khi ăn Selenomethionin cao hơn khi ăn Se4+ hoặc Selenocystin. Vì vậy các tác giả đã kết luận rằng Selenocystin không được chuyển hoá vào trong protein mà sự chuyển hoá của nó tương tự Selen vô cơ.
• Tính khử của Selen.
Năm 1979, Ganther đã đưa ra các thông tin cơ bản về quá trình khử Se4+ thành Se2'. Trong quá trình xảy ra ở các mô này, yếu tố không khí phải được loại trừ hoàn toàn để đảm bảo cho H2Se không bị oxy hoá thành Se° và để Glutathion dạng khử (G-SH) hoạt động tốt nhất với sự có mặt của cơ chất đặc hiệu NADPH. Qua một loạt các phản ứng khử, với phản ứng ban đầu là phản ứng không cần sự xúc tác của enzym giữa Se4+ với G-SH tạo ra 1 dạng trung gian mà Selen nối với G-SH bởi liên kết S-Se-
s.
Glutathion dạng khử phản ứng với Selenit, tạo thành Selenodiglutathion:
H2Se03 __ G~SH ► G-S-Se-S-G.
Selenodiglutathion bị khử do tác dụng của enzym Glutathion reductase, với sự có mặt của NADPH thành Selenoglutathion:
NADPH
G-S-Se-S-G --- ^ G-S-SeH GSH reductase
Selenoglutathion sẽ chuyển thành Hydro Selenid nhờ cơ chất NADPH:
NADPH
G-S-SeH --- ^ H2Se
• Selen trong hệ enzym của cơ thể.
Selen có trong thành phần nhiều enzym, trong đó quan trọng nhất là enzym Glutathion peroxidase (GSHPx). Theo kết quả của một nghiên cứu, 10% tổng lượng
Selen trong máu nằm trong enzym cực kỳ quan trọng của nhiều quá trình hoá sinh này. Enzym này thường tổn tại dưới hai dạng: dạng G-SH (dạng phụ thuộc Lưu huỳnh) và dạng G-S-SeH (dạng phụ thuộc Selen). Dạng phụ thuộc Selen có hoạt tính mạnh hơn dạng phụ thuộc Lưu huỳnh rất nhiều lần.
Khi cho chuột thí nghiệm ăn khẩu phần thiếu Selen trong 3 đến 4 tuần, người ta thấy hàm lượng các Lipoperoxid ở màng tế bào gan tăng cao, kèm theo sự giảm hoạt độ của GSHPx. Điều này chứng tỏ, nếu hàm lượng Selen trong huyết thanh thấp hơn bình thường thì hoạt độ của GSHPx giảm xuống (xảy ra ở những nơi mà hàm lượng Selen trong thức ăn quá thấp), có thể dẫn đến bệnh cơ trắng (ở người gọi là bệnh Keshan). Trong trường hợp này chỉ cần tiêm Selen thì mọi triệu chứng của bệnh sẽ hết, hoạt độ GSHPx sẽ trở lại bình thường.
Trong trường hợp ngược lại, nếu tăng lượng Selen trong khẩu phần ăn nhằm làm tăng hàm lượng Selen trong máu thì hoạt độ GSHPx chỉ tăng đến một ngưỡng nhất định nào đó, vượt quá ngưỡng này thì dù lượng Selen trong máu có tăng đến cực đại thì hoạt độ GSHPx cũng không tăng hơn nữa.
Ngoài enzym GSHPx còn có nhiều enzym khác có chứa Selen hoặc cần thiết sự có mặt của Selen mới có thể sinh tổng hợp được. Có thể ví dụ một số loại enzym:
- Ị3-galactosidase: là một enzym có tác dụng thuỷ phân lactose trong sữa, tạo điều kiện tiêu hoá sữa dễ dàng. Theo kết quả phân tích, trong thành phần của enzym có khoảng 80 phân tử Selenomethionin và 70 phân tử methionin.
- Formiat dehydrogenase: có thể chiết được từ E-Coli. Nếu trong môi trường nuôi cấy không có Selen, vẫn có thể chiết được enzym này, nhưng hoạt độ enzym không có hoặc rất thấp.
- Nitrat reductase: sự có mặt của Selen quyết định hoạt tính của enzym.
ở nồng độ tương đối cao, Selen có thể ức chế hoạt tính của nhiều enzym. Đây chính là nguyên nhân trực tiếp gây ra độc tính của Selen.
Không những Selen tác dụng trên các enzym mà còn có tác dụng trong sinh tổng hợp nhiều loại Co-enzym, ví dụ như Co-enzym Q ( hay Ubiquinon). Khi cho
chuột cống trắng ăn thức ăn có thêm lOOịig Selen vào 1 kg thức ăn, hàm lượng Co- enzym Q tăng lên rõ rệt ở mọi tổ chức của cơ thể.
• Các yếu tố ảnh hưởng tới sự chuyển hoá của Selen
- Lưu huỳnh: Do Selen và Lưu huỳnh có các tính chất hoá học gần giống nhau nên Lưu huỳnh có ảnh hưởng lớn nhất tói sự chuyển hoá của Selen trong cơ thể. Các nhà khoa học đã làm rất nhiều thí nghiệm nhằm tìm ra ảnh hưởng của nguyên tố này đối vói sự chuyển hoá Selen, nhưng vẫn chưa có các kết luận rõ ràng. Sử dụng đồng vị phóng xạ 75Se để tiêm vào dạ dày của các động vật nhai lại thì thấy: nếu thức ăn chứa lượng Lưu huỳnh thấp thì hàm lượng Selen được duy trì trong máu cao hơn và sự bài tiết Selen qua nước tiểu ít so với trường hợp ngược lại.Vì vậy, các hợp chất của Selen sẽ chuyển hoá mạnh nhất khi cơ thể thiếu hụt Lưu huỳnh.
- Vitamin E: Selen và Vitamin E có mối quan hệ hết sức chặt chẽ trong việc phòng ngừa một số bệnh khá phổ biến mà nguyên nhân là do thiếu hụt Selen. Sử dụng đồng thời cả Selen và Vitamin E thấy có tác dụng rất tốt trong các bệnh tim mạch, ngăn ngừa hoại tử gan, chống lão hoá, điều trị viêm khớp...
- Arsen: Arsen có tác dụng giải độc Selen và ngược lại. Theo nhiều nghiên cứu, Arsen làm tăng quá trình đào thải Selen, làm giảm lượng Selen còn tồn tại trong các tổ chức của cơ thể. Tương tự như vậy, Selen cũng làm tăng đào thải Arsen. Tuy nhiên, Arsen không thể thay thế Selen trong các chức năng chuyển hoá. Việc thúc đẩy hay ngăn ngừa các bệnh do thiếu hụt Selen ở động vật bằng cách bổ sung Arsen đều không đem lại kết quả.
1.2.7. Vòng tuần hoàn của Selen
Hình 2. Vòng tuần hoàn của Selen trong tự nhiên
Các hợp chất Selenid hữu cơ trong đất, nước
(Se2)
Hình 3. Vòng tuần hoàn sinh học của Selen
1.3. Chức năng sinh học của Selen 1.3.1. Vai trờ antỉoxydant của Seỉen
Chất antioxydant là những chất có thể ngăn ngừa, chống lại, loại trừ và làm giảm tác dụng độc hại của các dạng Oxy hoạt động. Nó có tác dụng phân huỷ các peroxyd, trang hoà tác dụng của các gốc tự do lạ có trong cơ thể. Những gốc tự do của Oxy hay các dạng Oxy hoạt động nói chung là nhữrig tiểu phân có khả năng phản ứng cao được sinh ra hàng ngày, hàng giờ để tham gia vào nhiều quá trình sinh hoá học trong cơ thể. Đồng thời cơ thể có một hệ thống các chất chống oxy hoá có tác dụng phân huỷ, lọại bỏ các gốc tự do khi cần thiết để duy trì cho nồng độ các gốc tự do trong cơ thể chỉ ở mức độ cần thiết. Một số gốc tự do của Oxy và các chất chống oxy hoá chính được tóm tắt trong hình 2 dưới đây (xem hình 2 ).
Selen có vai trò rất quan trọng trong sự hình thành và phân huỷ gốc tự do trong cơ thể. Nó tham gia vào trung tâm hoạt động của enzym Glutathion peroxydase ở trong tế bào và tham gia vào thành phần của nhiều chất hoạt động sinh học chứa nhóm -SH, -SeH như: GSH, Selenomethionin... Tính chất antioxydant của Selen không chỉ do bản thân các hợp chất có sẩn của Selen, mà phần quan trọng hơn là do Selen xúc tác cho sự tổng hợp Co-enzym Q - một chất chống oxy hoá chủ yếu của cơ thể. Các chất chống oxy hoá này đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các peroxyd nói chung và các gốc tự do nói riêng.
Các gốc tự do có thể tấn công vào bất cứ cơ quan nào của cơ thể gây ra các nguy cơ như dưới đây:
- Tấn công vào ADN gây đột biến, các ADN bị đột biến dần theo năm tháng là nguyên nhân dẫn đến các giai đoạn phát sinh ung thư.
- Tấn công vào các lipoprotein tỷ trọng thấp, sẽ tạo ra nhiều dạng LDL bị oxy hoá ở thành động mạch và là nguyên nhân xuất hiện đám tế bào bọt, hình thành mảng xơ vữa động mạch cũng như nhiều bệnh tim mạch khác.
- Tấn công dần dần vào các phân tử protein, các cấu trúc màng, sự tích tụ các tổn thương ngày một gia tăng sẽ dẫn đến dấu hiệu tuổi già.