Mỗi ngày, cơ thể con người thực hiện hàng tỷ phản ứng sinh học để duy trì sự sống. Tim phải đập liên tục, não phải xử lý thông tin, phổi phải hô hấp và các tế bào luôn cần năng lượng để hoạt động. Phần lớn năng lượng này được tạo ra nhờ quá trình sử dụng oxy trong chuyển hóa tế bào. Chính trong quá trình đó, nhiều phản ứng oxy hóa – khử diễn ra bên trong tế bào.

Nhiều người nghe đến “oxy hóa” thường nghĩ ngay đến điều tiêu cực, giống như kim loại bị gỉ sét ngoài không khí. Tuy nhiên trong cơ thể người, oxy hóa thực chất là một quá trình sinh học hoàn toàn tự nhiên và rất quan trọng. Phần lớn năng lượng giúp con người tồn tại được tạo ra nhờ các phản ứng oxy hóa diễn ra trong tế bào. Nếu không có các phản ứng tạo năng lượng này, cơ thể sẽ không thể duy trì sự sống lâu dài.

Điều thú vị là trong quá trình oxy hóa tạo năng lượng đó, cơ thể cũng đồng thời tạo ra một số phân tử có tính phản ứng cao gọi là gốc tự do. Đây là những phân tử có electron chưa ghép đôi nên rất dễ phản ứng với các chất xung quanh. Một số gốc tự do có chứa oxy được xếp vào nhóm ROS (Reactive Oxygen Species), tuy nhiên không phải mọi gốc tự do đều là ROS vì vẫn tồn tại nhiều gốc tự do không chứa oxy. Ở mức phù hợp, các phân tử này vẫn tham gia vào nhiều hoạt động sinh học bình thường như miễn dịch và truyền tín hiệu tế bào. Tuy nhiên, khi xuất hiện quá nhiều trong thời gian dài, chúng có thể bắt đầu gây tổn thương tế bào và làm tăng stress oxy hóa.

Ty thể: “nhà máy điện” của tế bào

Phần lớn quá trình tạo năng lượng sử dụng oxy diễn ra trong ty thể - một cấu trúc nhỏ nằm bên trong tế bào, thường được ví như “nhà máy điện” của cơ thể.

Khi chúng ta ăn cơm, thịt, cá, rau củ hoặc trái cây, cơ thể sẽ chuyển hóa thực phẩm thành các chất nhỏ hơn như glucose, acid béo và amino acid. Sau đó, tế bào sử dụng oxy để chuyển hóa những chất này thành ATP- nguồn năng lượng chính giúp tế bào hoạt động.

Nói dễ hiểu, cơ thể giống như một nhà máy năng lượng sinh học khổng lồ, còn oxy là yếu tố rất quan trọng giúp tế bào tạo ra năng lượng để duy trì sự sống.

Vì sao quá trình oxy hóa lại tạo ra ROS và gốc tự do?

Quá trình tạo năng lượng trong cơ thể không hoàn hảo tuyệt đối. Trong lúc oxy được sử dụng để tạo ATP bên trong tế bào, một phần nhỏ oxy có thể trải qua quá trình khử không hoàn toàn và tạo ra các phân tử có tính phản ứng cao gọi là ROS (Reactive Oxygen Species).

ROS là nhóm các phân tử oxy phản ứng mạnh, trong đó nhiều chất thuộc nhóm gốc tự do (gốc tự do là các chất có tính phản ứng rất cao và có khả năng gây hại cho tế bào.)Một số ROS phổ biến gồm:

Superoxide
Hydrogen peroxide
Hydroxyl radical

Nhiều quan điểm cho rằng ROS và gốc tự do không có lợi ích gì. Nhưng trên thực tế, cơ thể vẫn cần một lượng ROS nhất định để duy trì hoạt động bình thường. Chúng tham gia vào việc truyền tín hiệu giữa các tế bào, hỗ trợ miễn dịch và giúp cơ thể tiêu diệt vi khuẩn.

Điều đó có nghĩa là cơ thể không cần loại bỏ hoàn toàn ROS hay gốc tự do. Mà quan trọng hơn là duy trì chúng ở trạng thái cân bằng, vì mức ROS sinh lý phù hợp đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hoạt động bình thường của tế bào.

Stress oxy hóa là gì?

Khi lượng ROS được tạo ra quá nhiều hoặc kéo dài trong thời gian dài, cơ thể sẽ không còn đủ khả năng kiểm soát. Khi đó, cơ thể rơi vào trạng thái gọi là stress oxy hóa, và nếu tình trạng này kéo dài, tế bào có thể bắt đầu bị tổn thương.

Nói đơn giản, ROS và gốc tự do giống như những “tia lửa sinh học” bên trong tế bào, còn hệ thống chống oxy hóa giống như “đội chữa cháy” giúp kiểm soát chúng. Khi lượng “tia lửa” này quá nhiều trong thời gian dài, tế bào có thể bắt đầu bị tổn thương.

Nếu stress oxy hóa kéo dài, ROS và các gốc tự do có thể bắt đầu gây tổn thương màng tế bào, protein, DNA và cả ty thể.

Nhiều nghiên cứu hiện đại cho thấy stress oxy hóa có liên quan đến

Lão hóa
Bệnh tim mạch
Đái tháo đường
Bệnh thần kinh
Viêm mạn tính

Tuy nhiên, điều quan trọng cần hiểu đúng là stress oxy hóa chỉ là một trong nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sức khỏe, chứ không phải nguyên nhân duy nhất gây bệnh.

Những thói quen làm tăng stress oxy hóa

Lối sống hiện đại có thể khiến cơ thể tạo ra nhiều ROS hơn bình thường, hoặc làm suy giảm khả năng chống oxy hóa tự nhiên của tế bào:

Thiếu ngủ kéo dài: Thiếu ngủ có liên quan đến tăng stress oxy hóa và làm giảm khả năng phục hồi sinh học của cơ thể.

Hút thuốc lá: Khói thuốc lá chứa nhiều chất oxy hóa và các hợp chất có khả năng thúc đẩy stress oxy hóa.

Ăn nhiều thực phẩm siêu chế biến: Chế độ ăn nhiều đường tinh luyện, đồ chiên và thực phẩm siêu chế biến có liên quan đến tăng viêm và stress oxy hóa.

Stress kéo dài: Căng thẳng mạn tính có liên quan đến phản ứng viêm và stress oxy hóa.

Ô nhiễm và tia UV: Ô nhiễm môi trường và tiếp xúc tia UV quá mức có thể làm tăng ROS trong cơ thể, đặc biệt ở da và hệ hô hấp.

Vì vậy, ngủ đủ, vận động hợp lý, ăn nhiều thực phẩm thực vật, tránh hút thuốc, hạn chế rượu bia và kiểm soát stress có thể giúp cơ thể duy trì trạng thái cân bằng oxy hóa tốt hơn.

Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) khuyến nghị người trên 10 tuổi nên ăn ít nhất 400g rau và trái cây mỗi ngày. Rau củ và trái cây cung cấp nhiều hợp chất hỗ trợ hệ chống oxy hóa như vitamin C, carotenoid và polyphenol.

Những chất nào tham gia vào quá trình oxy hóa?

Ngoài oxy và ROS, trong tế bào còn có nhiều chất khác tham gia hoặc ảnh hưởng đến các phản ứng oxy hóa – khử. Trong đó, các ion kim loại như sắt và đồng đóng vai trò đặc biệt quan trọng vì chúng có thể thúc đẩy quá trình tạo ra các dạng oxy phản ứng mạnh (ROS).

Theo các nghiên cứu sinh học hiện đại, sắt và đồng thuộc nhóm “kim loại chuyển tiếp” - tức là các kim loại có khả năng tham gia trao đổi electron rất mạnh. Chính đặc tính này khiến chúng có thể thúc đẩy các phản ứng oxy hóa diễn ra nhanh hơn bên trong tế bào.

Điều này không có nghĩa sắt hay đồng là “xấu”. Thực tế, đây đều là những khoáng chất thiết yếu cho sự sống. Cơ thể cần sắt để vận chuyển oxy trong máu, còn đồng tham gia vào nhiều enzyme quan trọng liên quan đến chuyển hóa năng lượng và miễn dịch.

Tuy nhiên, nếu lượng ion sắt hoặc đồng tự do xuất hiện quá nhiều bên trong tế bào, chúng có thể thúc đẩy việc tạo ROS vượt mức cần thiết và làm tăng stress oxy hóa. Vì vậy, cơ thể phải kiểm soát rất chặt chẽ các ion kim loại này thông qua nhiều cơ chế sinh học khác nhau để duy trì trạng thái cân bằng oxy hóa ổn định.

Điều quan trọng nhất mà khoa học hiện đại muốn nhấn mạnh

Oxy hóa là quá trình sinh học tự nhiên giúp cơ thể tạo ra năng lượng để duy trì sự sống. Trong quá trình đó, cơ thể sinh ra ROS, trong đó nhiều chất thuộc nhóm gốc tự do. Ở mức phù hợp, chúng có vai trò quan trọng với miễn dịch và tín hiệu tế bào. Nhưng khi quá nhiều, chúng có thể gây stress oxy hóa và làm tổn thương tế bào.

Lối sống hiện đại như thiếu ngủ, hút thuốc, stress kéo dài và ăn uống mất cân bằng có thể làm tăng stress oxy hóa. Ngược lại, ngủ đủ, vận động hợp lý, ăn nhiều thực phẩm tự nhiên và kiểm soát stress có thể giúp cơ thể duy trì trạng thái cân bằng oxy hóa tốt hơn.

Điều thú vị là cơ thể con người không hề “thụ động” trước stress oxy hóa. Trên thực tế, cơ thể sở hữu cả một hệ thống chống oxy hóa rất tinh vi để giúp kiểm soát ROS và bảo vệ tế bào mỗi ngày.

Vậy những chất chống oxy hóa đó là gì? Cơ thể tự tạo ra chúng như thế nào và chúng có nhiều trong những thực phẩm nào trong tự nhiên? Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu trong bài viết tiếp theo.