Ánh nắng mặt trời là nguồn sống thiết yếu, nhưng tiếp xúc ngoài trời nhiều giờ mỗi ngày lại tiềm ẩn nhiều nguy cơ cho đôi mắt mà ít người để ý. Không ít người chỉ bận tâm đến việc che chắn làn da khỏi đen sạm, bỏ quên việc bảo vệ cơ quan thị giác trước tác hại của tia cực tím.
Bức xạ tử ngoại từ ánh sáng mặt trời thúc đẩy quá trình oxy hóa tích lũy, làm biến tính và vón cục các protein cấu trúc trong thể thủy tinh, dẫn đến tình trạng suy giảm thị lực và hình thành bệnh đục thủy tinh thể [1]. Quá trình này diễn ra âm thầm trong nhiều năm, khiến thể thủy tinh dần mất đi độ trong suốt tự nhiên vốn có [2].
Thể thủy tinh và vai trò quyết định của các protein crystallin
Về mặt giải phẫu, thể thủy tinh là một cấu trúc thấu kính trong suốt, có hai mặt lồi, chịu trách nhiệm truyền dẫn ánh sáng và điều tiết để hội tụ hình ảnh một cách tinh chỉnh lên võng mạc [1]. Nhờ vào độ trong suốt quang học lý tưởng này, đôi mắt có thể nhìn rõ các vật thể ở nhiều cự ly khác nhau trong không gian [1].
Cấu trúc đặc biệt của thể thủy tinh được tạo thành chủ yếu bởi các protein hòa tan trong nước có tên gọi là crystallin [1]. Các phân tử crystallin này sở hữu cách sắp xếp cực kỳ ổn định, trật tự và đồng nhất bên trong các tế bào sợi thể thủy tinh, tạo nên môi trường truyền ánh sáng gần như không bị tán xạ [1]. Trong số các thành phần này, alpha-crystallin là loại protein dồi dào nhất và giữ vai trò sống còn để duy trì độ trong suốt của cấu trúc quang học này [3]. Ngoài ra, sự hòa tan và tính bền vững của các phân tử protein khác như gamma-crystallin cũng quyết định trực tiếp đến khả năng hội tụ hình ảnh của mắt [4].
Tuy nhiên, các protein trong thể thủy tinh có đặc tính là tồn tại suốt đời và không hề có cơ chế thay thế, tái tạo mới sau giai đoạn phát triển ban đầu của con người [5]. Khi các yếu tố bên ngoài tác động, các phân tử crystallin rất dễ bị biến đổi về mặt cấu hình không gian [1]. Hiện tượng biến tính này khiến các phân tử protein không còn cuộn gập chuẩn xác, dần kết tụ lại với nhau thành các đám lắng đọng có trọng lượng phân tử lớn, mở đầu cho sự phát triển của bệnh đục thủy tinh thể [1]. Đục thủy tinh thể hiện là nguyên nhân phổ biến nhất gây ra tình trạng mù lòa có thể phục hồi trên phạm vi toàn cầu [1].
Bức xạ UV kích hoạt stress oxy hóa trong mô mắt như thế nào?
Hằng ngày, đôi mắt của chúng ta liên tục tiếp nhận bức xạ mặt trời phân bố từ các vùng bước sóng tử ngoại UVC, UVB, UVA cho đến dải ánh sáng nhìn thấy và dải hồng ngoại [2]. Trong tự nhiên, thể thủy tinh của người phải trực tiếp phơi nhiễm với dải bức xạ tử ngoại có bước sóng nằm trong khoảng từ 295 đến 400 nm [1]. Trong các dải sóng này, UVC và UVB là những tác nhân chính chịu trách nhiệm kích hoạt các phản ứng quang hóa nguy hiểm [2]. Ngược lại, tia UVA, ánh sáng nhìn thấy và dải hồng ngoại trước đây thường được xem là ít gây hại hơn nhưng thực tế vẫn đem lại nhiều tác động sinh học bất lợi [2].
Tác động hủy hoại lớn nhất từ tia UV đến từ việc kích thích sản sinh ồ ạt các gốc tự do và phản ứng quang hóa tạo ra các dạng oxy hoạt tính (ROS) [1]. Khi bức xạ UV chiếu vào các vật chất hữu cơ có oxy trong mắt, nó nhanh chóng sản sinh ra nhiều chất oxy hóa mạnh như superoxide, hydro peroxide, gốc tự do hydroxyl và oxy đơn [2]. Thậm chí, tia UV còn có khả năng tương tác bất lợi với các hợp chất chứa sắt để sản sinh ra các chất oxy hóa gây hại, đồng thời phá hủy các chất dinh dưỡng nhạy cảm với ánh sáng [6].
Sự dư thừa các gốc tự do vượt quá khả năng dọn dẹp nội sinh sẽ dẫn đến tình trạng stress oxy hóa nghiêm trọng ở cả tế bào biểu mô thể thủy tinh, các tế bào sợi nông và môi trường dịch tiền phòng của mắt [2]. Mặc dù mô thể thủy tinh thông thường tồn tại trong điều kiện nồng độ oxy rất thấp hoặc gần như thiếu oxy, bức xạ tử ngoại tích lũy vẫn đủ khả năng khơi mào các phản ứng oxy hóa phá hủy [6]. Các tổn thương tích lũy do stress oxy hóa tác động trực tiếp lên cấu trúc DNA và làm biến tính các protein crystallin, làm gãy vỡ trật tự quang học bình thường của thể thủy tinh [6].
Bằng chứng thực nghiệm về biến tính quang hóa và kết tụ protein
Ảnh hưởng của bức xạ cực tím lên cấu trúc sinh hóa của thể thủy tinh đã được chứng minh qua nhiều nghiên cứu thực nghiệm quy mô trong phòng thí nghiệm. Ngay từ những năm 1984, nghiên cứu thực nghiệm chiếu laser UV vào thể thủy tinh của chuột đã ghi nhận hàng loạt biến đổi quang hóa sâu sắc [7]. Bức xạ cực tím làm biến đổi các gốc tryptophan trong protein thể thủy tinh, dẫn đến hiện tượng suy giảm tín hiệu huỳnh quang tự nhiên của tryptophan [7].
Đồng thời, phương pháp quang phổ phát hiện các dải hấp thụ tia cực tím mới xuất hiện, phản ánh sự hình thành của các sản phẩm quang oxy hóa từ protein [7]. Phương pháp điện di gel SDS-PAGE còn chứng minh sự xuất hiện của các liên kết chéo giữa các chuỗi polypeptide trong protein thể thủy tinh chịu tác động của UV [7]. Đáng chú ý, toàn bộ những biến đổi cấu trúc do bức xạ UV gây ra trên mẫu chuột thí nghiệm này có sự tương đồng rất lớn với những thay đổi được tìm thấy trên thể thủy tinh của bệnh nhân đục thủy tinh thể tự nhiên [7].
Nhiều nghiên cứu hiện đại tiếp tục làm sáng tỏ các con đường phân tử cụ thể liên quan đến từng bước sóng tia cực tím. Một nghiên cứu trên mô hình chuột cái Sprague-Dawley và tế bào biểu mô thể thủy tinh người cho thấy việc phơi nhiễm tia UVB kích hoạt stress oxy hóa và làm chết tế bào theo chương trình [3]. Sự chiếu xạ của UVB làm sụt giảm rõ rệt hàm lượng protein alpha-crystallin thiết yếu, đồng thời kích thích tăng biểu hiện của các protein thúc đẩy chết tế bào như Bax và cleaved caspase-3 [3]. Khi quá trình tự hủy tế bào bị đẩy mạnh, các tế bào biểu mô thể thủy tinh bị hư hại nặng nề, làm suy giảm khả năng duy trì độ trong suốt của thấu kính mắt [3].
Đối với dải sóng UVA, các nhà khoa học cũng phát hiện cơ chế gây tổn thương gen tương tự trên dòng tế bào biểu mô thể thủy tinh người và thể thủy tinh chuột khi chiếu liều lượng 10 J/cm2 [8]. Bức xạ UVA làm tăng mức độ khử methyl ở vùng promoter của gen Keap1, kích hoạt tăng biểu hiện của các enzyme khử methyl DNA chủ động gồm Dnmt1, Dnmt3a và Dnmt3b [8]. Sự xáo trộn này làm gián đoạn con đường tín hiệu chống oxy hóa Keap1/Nrf2, đẩy nhanh quá trình chết theo chương trình của tế bào và thúc đẩy tiến trình làm đục thể thủy tinh của chuột [8].
Hệ thống tự bảo vệ của mắt và giới hạn của cơ thể trước thời gian
Trên thực tế, cơ thể người không hoàn toàn bất lực trước ánh sáng mặt trời. Cấu trúc mắt tự nhiên được trang bị sẵn nhiều cơ chế bảo vệ sinh lý phong phú để thu gom các gốc ROS và giữ chúng ở mức thấp nhằm ngăn ngừa tổn hại oxy hóa [2]. Hệ thống phòng vệ này bao gồm mạng lưới enzyme chống oxy hóa hùng hậu như superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) và glutathione peroxidase (GPX) chuyên biệt xử lý phân tử H2O2 [2].
Bên cạnh mạng lưới enzyme, mắt còn nhận được sự bảo vệ từ các chất chống oxy hóa hóa học như vitamin E (alfa-tocopherol), beta-carotene, vitamin C (ascorbate) và glutathione (GSH) [2]. Các chất chống oxy hóa thuộc màng cấu trúc như cholesterol cùng các protein màng cũng tham gia bảo vệ tế bào trước sự tấn công của các gốc oxy hóa từ lipid [2]. Ngoài ra, các phân tử protein thu gom kim loại chuyển tiếp như ceruloplasmin trong huyết tương và thủy dịch cũng giúp hạn chế việc phát sinh thêm các chất oxy hóa tự do [2].
Ở cấp độ tế bào, một số cơ chế sinh học nội sinh cũng được huy động khi tế bào gặp stress. Chẳng hạn, sự gia tăng gốc tự do ROS có thể kích hoạt con đường Sirt1, kích thích biểu hiện của các yếu tố điều hòa phiên mã SREBF2, enzyme HMGCR và enzyme lanosterol synthase (LSS) [3]. Nghiên cứu chỉ ra rằng việc tăng cường biểu hiện LSS có tác dụng giảm chỉ số chết theo chương trình ở tế bào biểu mô thể thủy tinh người khi bị tia UVB chiếu xạ [3].
Đáng tiếc là khả năng tự vệ này không thể duy trì mãi mãi. Theo quy luật tự nhiên, hệ thống bảo vệ chống oxy hóa của thể thủy tinh sẽ suy giảm dần theo tuổi tác [2]. Khi tuổi càng cao, cộng thêm việc phơi nhiễm kéo dài với stress oxy hóa tích lũy từ môi trường, các tế bào mắt sẽ không còn đủ sức chống đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho đục thủy tinh thể phát triển [2]. Các số liệu nghiên cứu dịch tễ học cũng khẳng định tỷ lệ mắc bệnh đục thủy tinh thể luôn ở mức cao hơn rõ rệt tại các quần thể dân cư có thời gian tiếp xúc nhiều với ánh sáng mặt trời [2].
Giới hạn của các bằng chứng và tiềm năng nghiên cứu chất chống oxy hóa
Mặc dù mối liên hệ giữa tia cực tím và đục thủy tinh thể đã được nhiều nghiên cứu dịch tễ và thực nghiệm ủng hộ, một số khía cạnh về mặt cơ chế vật lý và tế bào diễn ra trong điều kiện sống thực tế vẫn cần được khám phá chi tiết hơn [6]. Rất nhiều dữ liệu khoa học hiện nay được thực hiện trong môi trường in vitro trên các tế bào nuôi cấy hoặc trên mô hình động vật như chuột, nơi mức độ phơi nhiễm tia UV thường được thiết kế nhân tạo ở cường độ cao trong thời gian ngắn [3] [8].
Việc tiếp xúc trong đời thực lại mang tính chất phơi nhiễm liều thấp, ngắt quãng nhưng kéo dài liên tục hàng chục năm. Ngoài bức xạ tử ngoại, tính hòa tan và độ cuộn gập ổn định của protein crystallin còn chịu tác động đan xen từ nhiều yếu tố ngoại cảnh khác như nồng độ pH thấp, sự biến thiên nhiệt độ và việc tiếp xúc với các hóa chất độc hại [4].
Từ việc hiểu rõ cơ chế tổn thương do stress oxy hóa, các nhà khoa học đang thử nghiệm nhiều hợp chất chống oxy hóa để tìm kiếm giải pháp bảo vệ mắt. Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm cho thấy hoạt chất epigallocatechin gallate (EGCG) - một polyphenol dồi dào trong trà xanh - có khả năng bảo vệ protein gammaB-crystallin tái tổ hợp ở người trước tổn thương quang học do tia UV gây ra [4]. Tương tự, hoạt chất axit ferulic (FA) với đặc tính chống oxy hóa mạnh cũng được ghi nhận có khả năng kích hoạt con đường Nrf2, giảm mức độ khử methyl của promoter Keap1, từ đó ức chế quá trình chết tế bào và làm chậm quá trình đục thể thủy tinh trên động vật thí nghiệm [8]. Tuy vậy, các kết quả trên vẫn chỉ dừng lại ở phạm vi nghiên cứu thực nghiệm và chưa thể dùng để thay thế cho các biện pháp bảo vệ vật lý hiện nay.
Những ai cần đặc biệt thận trọng với bức xạ tử ngoại?
Tác động hủy hoại của tia UV mang tính chất tích lũy theo năm tháng, do đó bất kỳ ai cũng có thể trở thành nạn nhân của căn bệnh này [2]. Dẫu vậy, một số nhóm đối tượng có nguy cơ tổn thương cao hơn bình thường và cần chủ động thực hiện các biện pháp phòng hộ nghiêm ngặt.
Nhóm đối tượng đầu tiên là những người lao động ngoài trời thường xuyên như nông dân, ngư dân, công nhân xây dựng, người giao hàng hoặc vận động viên thể thao ngoài trời. Việc phơi nhiễm với ánh sáng mặt trời liên tục trong nhiều giờ mỗi ngày làm gia tăng lượng bức xạ UV tiếp xúc trong khoảng từ 295 đến 400 nm, thúc đẩy gốc tự do hình thành với tốc độ vượt trội [1].
Nhóm đối tượng thứ hai là người cao tuổi. Do hệ thống enzyme bảo vệ nội sinh như SOD, CAT, GPX và lượng chất chống oxy hóa tự nhiên suy giảm dần theo năm tháng, mắt của người lớn tuổi trở nên cực kỳ mong manh trước tác động của stress oxy hóa [2].
Ngoài ra, những người sinh sống tại khu vực gần xích đạo, vùng nhiệt đới có chỉ số UV quanh năm ở mức cao, người thường xuyên hoạt động ở vùng có độ phản xạ ánh sáng mạnh như mặt nước biển, đồi cát hoặc vùng núi cao tuyết phủ cũng là những đối tượng chịu lượng bức xạ UV tích lũy lớn hơn bình thường [2].
Cách bảo vệ mắt chủ động trước ánh sáng mặt trời
Để ngăn chặn quá trình oxy hóa protein thể thủy tinh do bức xạ tử ngoại tích lũy, việc chủ động giảm thiểu lượng tia UV đi vào mắt là biện pháp thực tế và quan trọng nhất. Khi tham gia giao thông hoặc làm việc ngoài trời, bạn nên hình thành thói quen đeo kính râm có khả năng chống tia cực tím đạt chuẩn. Một chiếc kính mát đạt chuẩn cần có khả năng ngăn chặn được các bước sóng UV gây hại trong khoảng từ 295 đến 400 nm [1].
Bên cạnh kính râm, việc kết hợp đội nón rộng vành, mũ lưỡi trai hoặc sử dụng ô che nắng sẽ giúp tạo ra bóng râm vật lý, cản bớt ánh sáng trực tiếp và ánh sáng khuếch tán chiếu vào mắt. Bạn cũng nên hạn chế ra đường vào các khung giờ có cường độ nắng gắt nhất trong ngày, thông thường từ 10 giờ sáng đến 4 giờ chiều, thời điểm lượng tia UVB và UVA đạt đỉnh.
Về chế độ dinh dưỡng, dù không thể thay thế cho các biện pháp bảo vệ vật lý, việc duy trì một thực đơn cân bằng và giàu chất chống oxy hóa là điều hết sức cần thiết. Bạn có thể bổ sung các thực phẩm dồi dào vitamin C, vitamin E, beta-carotene và các hợp chất polyphenol tự nhiên để hỗ trợ hệ thống phòng vệ của cơ thể [4] [2]. Cần lưu ý rằng các chất bổ sung chống oxy hóa không phải là thuốc chữa bệnh và không thể làm trong suốt trở lại một thể thủy tinh đã bị đục. Khi nhận thấy các dấu hiệu bất thường như nhìn mờ, lóa mắt khi gặp ánh đèn hoặc suy giảm thị lực, bạn cần đến khám tại các cơ sở y tế chuyên khoa mắt để được chẩn đoán chính xác và tư vấn điều trị kịp thời.
Việc bảo vệ thể thủy tinh trước tia UV là một hành trình dài hạn đòi hỏi sự kiên trì mỗi ngày. Thấu hiểu cơ chế oxy hóa protein do ánh nắng sẽ giúp bạn có ý thức che chắn cho đôi mắt từ sớm, giữ gìn thị lực sáng khỏe trước tác động của thời gian.
