Nhiều người thường tin rằng cây cỏ mọc hoang dã đều là những vị thuốc nam lành tính và có thể tùy ý sắc uống để thanh nhiệt hoặc bồi bổ cơ thể. Tuy nhiên, trong tự nhiên có không ít loài thực vật chứa đựng những hợp chất hóa sinh cực độc đối với phủ tạng con người và vật nuôi mà mắt thường không thể phân biệt được. Điển hình trong số đó là lục lạc lá ổi tròn (tên khoa học là Crotalaria spectabilis), một loài cây bụi thuộc họ Đậu chứa hoạt chất monocrotaline nguy hiểm.
Các bằng chứng khoa học cho thấy monocrotaline không gây độc trực tiếp ngay tại thời điểm đi vào cơ thể mà phải trải qua quá trình chuyển hóa phức tạp tại gan [1]. Sau khi được các enzym kích hoạt thành các phân tử chuyển hóa trung gian có ái lực điện tử cao, hoạt chất này mới bắt đầu tấn công làm tổn thương các tế bào nội mô mạch máu, dẫn đến hủy hoại tế bào gan, đồng thời gây ra tình trạng tăng áp lực động mạch phổi và xơ hóa mô phổi nghiêm trọng trên động vật thực nghiệm [1] [2] [3] [4].
Lục lạc lá ổi tròn và độc chất tiềm ẩn monocrotaline
Lục lạc lá ổi tròn là loài cây bụi thuộc chi Crotalaria, có nguồn gốc thực vật chứa nhiều hợp chất tự nhiên thuộc nhóm alkaloid pyrrolizidine [1] [5]. Hoạt chất chính được quan tâm nhiều nhất trong loài thực vật này là monocrotaline, một hợp chất este đôi vòng thuộc nhóm retronecine [5]. Trong lịch sử nghiên cứu y sinh học, monocrotaline từng được chiết tách từ hạt cây nghiền nhỏ bằng kỹ thuật dùng carbon dioxide siêu tới hạn kết hợp với dung môi ethanol để phục vụ cho các thử nghiệm hóa trị liệu và mô hình bệnh học [6].
Mặc dù có tiềm năng nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, monocrotaline trên thực tế lại là một độc chất tự nhiên có khả năng gây ngộ độc cấp tính và tổn hại lâu dài [5]. Cấu trúc phân tử của monocrotaline có đặc điểm là vị trí liên kết đôi 1,2 không bão hòa, một dấu hiệu hóa học đặc trưng của các alkaloid pyrrolizidine gây độc cho gan [2] [5]. Khi động vật hoặc con người vô tình hấp thu các bộ phận của cây lục lạc qua các bài thuốc dân gian hoặc thực phẩm bị tạp nhiễm, hoạt chất này sẽ nhanh chóng đi vào hệ tuần hoàn [5] [4].
Điểm đáng chú ý là bản thân phân tử monocrotaline khi ở dạng nguyên vẹn lại không hề tác động trực tiếp hay gây hại ngay lập tức cho các mô phổi [1]. Các nhà khoa học đã chứng minh độc tính chỉ bộc phát sau khi phân tử này được xử lý bởi hệ thống enzym tại gan [1] [2]. Chính cơ chế biến đổi sinh học này đã biến một chất ban đầu tương đối trơ trở thành mối đe dọa phá hủy tế bào nội mô mạch máu và các cơ quan nội tạng quan trọng [1].
Cơ chế chuyển hóa tại gan: Nguồn gốc kích hoạt độc tính
Để làm sáng tỏ cách thức gây hại của monocrotaline, các thí nghiệm sinh lý học kinh điển đã sử dụng mô hình tưới máu cô lập trên gan và phổi chuột [1]. Khi monocrotaline được tưới qua lá gan cô lập, hệ thống tế bào gan đã chuyển hóa chất này thành các chất chuyển hóa có phản ứng Ehrlich (E+) [1]. Tốc độ chuyển hóa monocrotaline ở gan chuột đực diễn ra nhanh hơn đáng kể so với gan chuột cái [1]. Quá trình sinh hóa này có thể được tăng cường mạnh mẽ nếu trước đó động vật được cho dùng phenobarbital để cảm ứng hệ enzym gan [1].
Ngược lại, khi các nhà khoa học ức chế hệ enzym oxy hóa chức năng hỗn hợp cytochrome P-450 bằng hợp chất SKF-525A, hoặc thực hiện tưới máu trong điều kiện thiếu oxy và nhiệt độ thấp, quá trình chuyển hóa monocrotaline thành các chất trung gian gây độc gần như bị chặn đứng [1]. Trong các nghiên cứu sau này, enzym CYP3A4 được xác định là tác nhân chính chịu trách nhiệm kích hoạt chuyển hóa monocrotaline thành dehydro-monocrotaline (DHM) mang ái lực điện tử [4].
Bản chất của các chất chuyển hóa gây độc này là các pyrrole hay dehydroalkaloid [2]. Sau khi được tạo ra, các pyrrole sơ cấp có mức độ phản ứng cực kỳ mãnh liệt, chúng nhanh chóng bị thủy phân và trùng hợp chỉ trong vòng vài giây ngắn ngủi trong môi trường dung dịch nước [2]. Do tính chất kém bền nhưng có khả năng phản ứng rất cao, chúng dễ dàng tấn công và liên kết cộng hóa trị với các đại phân tử sinh học, các protein cấu trúc và acid nucleic trong tế bào, khởi phát chuỗi phản ứng hủy hoại mô [2].
Tổn thương gan: Tác động cộng hưởng từ phản ứng viêm
Tại gan, tác động phá hủy tế bào của monocrotaline là nguyên nhân cốt lõi gây ra các bệnh lý mạch máu gan nghiêm trọng [2] [4]. Khi dehydro-monocrotaline phản ứng với các thành phần tế bào nội mô lót trong các xoang gan và tĩnh mạch trung tâm tiểu thùy, nó làm biến dạng và hoại tử các tế bào này [2]. Hậu quả dẫn tới sự tắc nghẽn dòng máu chảy ra khỏi gan, tạo nên bệnh cảnh tắc tĩnh mạch gan và tổn thương tế bào gan cấp diễn [2] [4].
Đặc biệt, các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng tình trạng viêm nhiễm có vai trò như một chất xúc tác làm bùng phát mạnh mẽ hơn độc tính của monocrotaline trên gan [4]. Bên cạnh enzym CYP3A4, enzym myeloperoxidase (MPO) có trong các tế bào bạch cầu cũng trực tiếp tham gia vào quá trình hoạt hóa sinh học monocrotaline [4]. Người ta đã phát hiện thấy sự hình thành của N-chloromonocrotaline trong các phản ứng có mặt MPO, hydro peroxide và ion chloride [4]. Đồng thời, các sản phẩm liên hợp giữa dehydro-monocrotaline với N-acetylcysteine cũng được phát hiện trong các hệ thống thử nghiệm này [4].
Khi chuột thí nghiệm bị gây viêm bằng lipopolysaccharide, hoạt tính của enzym MPO trong gan tăng cao rõ rệt, thúc đẩy sự chuyển hóa độc chất monocrotaline và làm gia tăng đột biến nồng độ các men gan AST và ALT trong huyết thanh [4]. Hiện tượng tổn thương gan tăng nặng này có thể được đảo ngược khi sử dụng chất ức chế MPO là 4-aminobenzoic acid hydrazide [4]. Thậm chí, những cá thể chuột bị biến đổi gien làm mất chức năng enzym MPO (chuột Mpo-KO) đã hoàn toàn đề kháng với tác động khuếch đại tổn thương gan do phản ứng viêm gây ra khi tiếp xúc với monocrotaline [4].
Tăng áp động mạch phổi: Hiệu ứng trễ nguy hiểm trên hệ hô hấp
Không chỉ tàn phá gan, monocrotaline còn nổi tiếng trong giới khoa học thực nghiệm như một tác nhân kinh điển dùng để tạo mô hình bệnh tăng áp lực động mạch phổi [2] [3]. Như đã đề cập, mô phổi tự thân không có khả năng kích hoạt sinh học các alkaloid pyrrolizidine mà hoàn toàn phụ thuộc vào các chất chuyển hóa thoát ra từ gan [2]. Khi các sản phẩm chuyển hóa từ gan cô lập được dẫn vào tưới tuần hoàn qua phổi, khả năng vận chuyển chất dẫn truyền thần kinh serotonin của lớp tế bào nội mô mạch máu phổi lập tức bị sụt giảm tỷ lệ thuận với lượng chất phản ứng Ehrlich sinh ra [1]. Nếu ức chế chuyển hóa ở gan bằng SKF-525A hoặc hạ nhiệt độ, chức năng vận chuyển serotonin ở nội mô phổi vẫn duy trì bình thường như nhóm đối chứng [1].
Tác động gây độc trên phổi do monocrotaline không xảy ra ngay tức khắc mà biểu hiện dưới dạng đáp ứng muộn [2]. Thông thường, phải mất khoảng hai tuần sau khi động vật tiếp xúc với monocrotaline thì các biểu hiện tăng áp lực động mạch phổi và phì đại tâm thất phải mới bắt đầu phát triển hoàn chỉnh [2]. Khoảng thời gian trễ này phản ánh quá trình tổn thương âm ỉ và sự tích tụ dần dần của các biến đổi bệnh lý trong vi tuần hoàn phổi [2].
Những thay đổi sớm nhất tại phổi được ghi nhận ở lớp cơ trơn mạch máu và trong sự tương tác phức tạp giữa tế bào cơ trơn với lớp tế bào nội mô lót lòng mạch [2]. Các chất chuyển hóa phản ứng cao làm tổn thương hàng rào nội mô, kích hoạt sự tăng sinh bất thường của các sợi cơ trơn thành mạch phổi, làm hẹp lòng mạch và gia tăng sức cản mạch máu phổi, cuối cùng buộc tâm thất phải của tim phải co bóp quá tải để thắng lực cản này [2].
Xơ hóa phổi và tái cấu trúc mạch máu: Nghiên cứu can thiệp thực nghiệm
Quá trình tiến triển từ tổn thương nội mô mạch máu đến viêm và xơ hóa mô kẽ phổi dưới tác động của monocrotaline đã được phân tích chi tiết qua các nghiên cứu mô bệnh học [3]. Hoạt chất này kích hoạt một loạt các biến đổi bệnh lý bao gồm viêm mạch máu phổi, viêm phổi kẽ và hình thành các dải xơ hóa lan tỏa trong nhu mô phổi [3].
Trong một nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành nhằm đánh giá các cytokine và biến đổi mô học, chuột được chia thành 8 nhóm điều trị với 6 cá thể trong mỗi nhóm [3]. Các nhóm bao gồm: nhóm đối chứng không điều trị; nhóm dùng thuốc ức chế men chuyển captopril; nhóm dùng chất chống oxy hóa acid retinoic; nhóm dùng kết hợp captopril và acid retinoic; cùng với 4 nhóm tương tự nhưng được tiêm monocrotaline dưới da [3]. Sau 28 ngày, các mẫu mô phổi được thu thập để phân tích mô bệnh học và đo lường nồng độ các chất trung gian gây viêm gồm TGF-beta, TNF-alpha, interleukin 6 và IFN-gamma [3].
Kết quả cho thấy monocrotaline làm sụt giảm nồng độ TGF-beta tại thời điểm 28 ngày, tuy nhiên hiện tượng này đã được đảo ngược khi kết hợp điều trị bằng captopril và acid retinoic [3]. Acid retinoic có ảnh hưởng đến việc sản xuất cytokine IFN-gamma của tế bào Th1 và cho thấy khả năng ức chế mạnh nhất đối với sự gia tăng TNF-alpha do monocrotaline kích thích [3]. Trong khi đó, thuốc captopril lại thể hiện ưu thế vượt trội trong việc hạn chế bệnh lý viêm mạch máu, viêm phổi kẽ và xơ hóa mô phổi [3]. Tình trạng biểu hiện quá mức của actin cơ trơn ở động vật dùng monocrotaline phối hợp acid retinoic cũng được giảm bớt khi có sự hiện diện của captopril [3]. Cả captopril và acid retinoic đều đem lại hiệu quả bảo vệ phổi trước tác hại của monocrotaline sau 30 ngày theo dõi mà không xuất hiện tương tác hiệp đồng hay đối kháng bất lợi, chứng minh rằng mỗi hoạt chất can thiệp vào các mắt xích bệnh lý khác nhau trong quá trình xơ hóa [3].
Độc chất phân bố thế nào trong cây lục lạc?
Sự nguy hiểm của lục lạc lá ổi tròn và các loài thuộc chi Crotalaria không chỉ nằm ở độc tính mạnh của monocrotaline mà còn ở sự phổ biến của hợp chất này trên toàn bộ các bộ phận của cây [5]. Một công trình phân tích hiện đại sử dụng kỹ thuật phân tán pha rắn nền phối hợp sắc ký lỏng siêu hiệu năng và khối phổ Orbitrap đã khảo sát chi tiết thành phần alkaloid pyrrolizidine trên rễ, lá, hoa và hạt của nhiều loài lục lạc khác nhau [5].
Nghiên cứu đã phát hiện tổng cộng 45 loại alkaloid pyrrolizidine, trong đó các este đôi dạng vòng của retronecine chiếm ưu thế chủ đạo gồm monocrotaline, crotaleschenine, integerrimine, usaramine cùng với các dạng N-oxide tương ứng của chúng [5]. Đáng chú ý, các nhà khoa học còn lần đầu tiên xác định được 5 alkaloid mới trong chi thực vật này, bao gồm 14-hydroxymonocrotaline, 12-acetylcrotaleschenine, 12-acetylmonocrotaline, 12-acetylintegerrimine và dihydrointegerrimine [5]. Trong một số loài lục lạc khác như Crotalaria assamica, monocrotaline thậm chí là alkaloid pyrrolizidine duy nhất được tìm thấy qua phân tích khối phổ [7].
Phân tích định lượng dựa trên hệ số đáp ứng của monocrotaline chỉ ra một quy luật phân bố sinh học rất đáng ngại: hoa và hạt của cây chứa hàm lượng alkaloid pyrrolizidine cao hơn hẳn so với rễ và lá cây [5]. Ngoài ra, trong các thí nghiệm chiết xuất hạt nghiền của cây lục lạc lá ổi tròn, độ hòa tan của monocrotaline trong pha lưu chất siêu tới hạn có thể đạt mức 0,07% khối lượng, và bị suy giảm từ 50% đến 98% khi có sự hiện diện của các thành phần thực vật khác đi kèm [6]. Sự tích tụ đậm đặc độc chất tại hạt và hoa biến các bộ phận này thành nguồn nguy cơ gây độc cực kỳ lớn nếu chẳng may bị thu hái lẫn vào nguồn dược liệu hoặc thức ăn chăn nuôi [5].
Những hiểu lầm tai hại và nhóm đối tượng cần đặc biệt cẩn trọng
Một hiểu lầm rất phổ biến trong cộng đồng là cho rằng các loại thảo dược thiên nhiên mọc hoang đều an toàn và có thể dùng làm trà uống hàng ngày hoặc ngâm rượu chữa bệnh. Tuy nhiên, các báo cáo khoa học đã xác nhận rằng việc tiêu thụ hạt hay bất kỳ bộ phận nào của cây lục lạc thông qua các sản phẩm thảo dược, nước sắc hay bài thuốc dân gian đều tiềm ẩn hiểm họa sức khỏe nghiêm trọng đối với cả con người và gia súc [5]. Độc chất alkaloid pyrrolizidine thậm chí còn có khả năng gây ô nhiễm đất, nguồn nước, xâm nhập vào các cây trồng lân cận và tồn dư trong chuỗi thực phẩm [4]. Nhiều trường hợp ngộ độc ở người do ăn phải thực phẩm bị nhiễm độc chất alkaloid pyrrolizidine đã được ghi nhận tại nhiều quốc gia [4].
Cần nhấn mạnh rằng các dữ liệu bệnh lý chi tiết về tổn thương tắc tĩnh mạch gan, tăng áp động mạch phổi và tái cấu trúc mạch máu hiện nay chủ yếu được chứng minh trên mô hình động vật thực nghiệm (như chuột cống, chuột nhắt) và các hệ thống nội tạng cô lập [1] [2] [3] [4]. Chưa có bất kỳ nghiên cứu can thiệp y khoa trực tiếp nào trên các đối tượng nhạy cảm như phụ nữ mang thai, phụ nữ đang cho con bú hay trẻ em do tính chất độc hại và khả năng gây đột biến gien của nhóm alkaloid này [5]. Do đó, tuyệt đối không được suy diễn rằng loài cây này an toàn cho bất kỳ nhóm dân số nào, và phụ nữ mang thai hay trẻ nhỏ là những đối tượng cần phải tránh xa hoàn toàn [5].
Bên cạnh đó, những người đang mắc các bệnh lý gan mạn tính hoặc có tình trạng viêm nhiễm toàn thân cần đặc biệt thận trọng [4]. Như nghiên cứu đã chỉ rõ, phản ứng viêm sẽ kích hoạt enzym MPO của hệ miễn dịch, làm tăng tốc độ chuyển hóa monocrotaline thành các chất cực độc và làm tăng vọt các chỉ số men gan AST, ALT [4]. Nếu một người đang bị viêm nhiễm hoặc suy giảm chức năng gan mà vô tình tiếp xúc với độc chất này, mức độ hủy hoại tế bào gan sẽ trở nên trầm trọng hơn gấp nhiều lần [4].
Lời khuyên an toàn khi tiếp xúc với thảo dược tự nhiên
Để phòng ngừa những rủi ro ngộ độc nguy hiểm từ monocrotaline và các alkaloid pyrrolizidine có trong lục lạc lá ổi tròn, người dân cần tuân thủ các nguyên tắc an toàn sinh học trong đời sống thường ngày. Tuyệt đối không tự ý hái các loại cây cỏ hoang dại mang hình dáng cây họ Đậu có quả lục lạc phát ra tiếng kêu để sắc uống, làm rau ăn hay ngâm rượu theo các bài thuốc truyền miệng không rõ nguồn gốc [5].
Bộ phận hạt và hoa của cây là nơi tập trung nồng độ độc tố cao nhất [5]. Trong sản xuất nông nghiệp và chăn nuôi, người dân cần chú ý làm sạch cỏ dại, tránh để hạt cây lục lạc rụng lẫn vào ngũ cốc, thức ăn của gia súc hoặc nguồn nước sinh hoạt [5] [4]. Khi thu hái dược liệu, các cơ sở sản xuất cần thực hiện quy trình kiểm nghiệm nghiêm ngặt để loại trừ tạp nhiễm alkaloid pyrrolizidine, bảo vệ an toàn cho người tiêu dùng [5].
Tóm lại, monocrotaline trong cây lục lạc lá ổi tròn là một độc chất sinh học có cơ chế tác động kép nguy hiểm, khởi phát từ chuyển hóa qua gan rồi lan rộng phá hủy hệ mạch máu phổi và gây xơ hóa mô [1] [2] [3]. Việc hiểu rõ nguồn gốc và độc tính của thảo dược tự nhiên là biện pháp tốt nhất để tránh những ngộ độc đáng tiếc. Người dân khi có các vấn đề sức khỏe mạn tính nên tìm đến các cơ sở y tế uy tín và tham khảo ý kiến chuyên gia thay vì tự ý sử dụng các loài cây cỏ mọc hoang không được kiểm chứng khoa học.
