Mối liên hệ giữa HA (Hyaluronic Acid) và chức năng sinh lý da

Hyaluronic Acid hay Hyaluronan (HA) là một hợp chất cao phân tử* tự nhiên [Hình 1], được phân lập lần đầu tiên vào năm 1934 từ thể dịch thủy tinh** của bò bởi Meyer và Palmer. HA trong nước có tính trong suốt như thủy tinh nên tên gọi của nó xuất phát từ lý do này (Hyaluronic có nghĩa là trong suốt như thủy tinh). HA là một trong những thành phần quan trọng nhất của ma trận ngoại bào. Sự ổn định hoặc thiếu hụt HA có ảnh hưởng đến một số chức năng sinh lý quan trọng của da.

 *Cao phân tử là những hợp chất có khối lượng phân tử lớn
**Thể thuỷ tinh: Là một cấu trúc trong suốt nằm phía sau đồng tử, có vai trò như một thấu kính làm ánh sáng hội tụ trên võng mạc sau khi đã đi qua đồng tử.

Hình 1. Hình thái của HA qua kính hiển vi điện tử
HA trọng lượng phân tử cao (HMW-HA)
HA trọng lượng phân tử thấp (LMW-HA)

Trong mô khỏe mạnh bình thường, HA có sự phân bố đa phân tán với khối lượng trung bình khoảng 6.000 kDa, tương ứng với chiều dài chuỗi khoảng 15.000 nm, chiếm một miền hình cầu khoảng 600 nm³, được gọi là HA trọng lượng phân tử cao (HMW-HA). Trong mô ở điều kiện bệnh lý như ung thư, viêm hoặc tái tạo mô, HMW-HA bị phân hủy nhanh hơn, tạo ra nồng độ HA trọng lượng phân tử thấp (LMW-HA).

I. Chức năng của HA tự nhiên trong da

Hình 2. Cấu trúc hóa học của HA tự nhiên

Do cấu trúc phân tử ở độ pH trung tính, HA có khả năng thu hút các phân tử nước nh ờvào những chức phân cực bao gồm: các nhóm alcol (-OH), carboxylic acid (-COOH) và nhóm amide (-CO-NH-). Các nhóm này có khả năng tạo cầu nối hydrogen với nước khiến cho Hyaluronic acid có khả năng ngậm nước mạnh mẽ. Tính chất này giúp HA trở thành thành phần quan trọng trong việc hydrat hóa mô da.

1. Phạm vi phân bố của HA

HA phân bố rộng rãi từ tế bào nhân sơ đến tế bào nhân chuẩn. Ở người, HA tự nhiên có nhiều nhất ở da, chiếm 50% tổng lượng HA trong cơ thể. HA còn có mặt ở dịch kính của mắt, ở dây rốn, dịch khớp và trong tất cả các mô và dịch của cơ thể như mô xương, van tim, phổi, động mạch chủ, tuyến tiền liệt, bao trắng thể hang và thể xốp của dương vật.

Riêng đối với da, HA phân bố chủ yếu ở lớp biểu bì và trung bì. Trong đó, hàm lượng HA ở lớp trung bì (nơi chứa các sợi collagen và elastin) cao hơn đáng kể so với lớp biểu bì. Riêng ở trung bì, lớp nhú trung bì (nằm sát với lớp đáy của lớp biểu bì) có hàm lượng HA cao hơn nhiều so với lớp lưới trung bì.

*Lớp nhú trung bì là nơi rất quan trọng để cung cấp dinh dưỡng cho toàn bộ lớp biểu bì.

2. Chức năng sinh học của HA

HA tự nhiên có khả năng tương thích sinh học cao, ưa nước và có tính đàn hồi nhớt độc đáo. Những đặc điểm này khiến nó trở thành chất dưỡng ẩm được ưu tiên lựa chọn trong các sản phẩm da liễu, chăm sóc da thẩm mỹ cũng như được chọn làm vật liệu sinh học tiềm năng trong kỹ thuật mô. Bên cạnh đó, HA cũng sở hữu những công năng quan trọng giúp nó luôn là tiêu điểm nghiên cứu và phát triển để tạo ra các sản phẩm mỹ phẩm chất lượng phục vụ nhiều nhu cầu da trong suốt nhiều năm qua.

2.1. Hydrat hóa, ổn định hàng rào bảo vệ da và cấu trúc không gian ngoại bào

Chức năng hydrat hóa của HA đặc biệt biểu hiện ở lớp biểu bì. Khi lượng HA ở biểu bì được duy trì ổn định, da đủ ẩm, các chức năng sinh lý của da sẽ diễn ra tự nhiên. Tiêu biểu như quá trình bong da chết theo chu kỳ ở lớp sừng của biểu bì. Các enzyme phân huỷ protein (cấu thành nên các liên kết tế bào sừng) sẽ cần một môi trường nước dồi dào để thực hiện suôn sẻ chức năng của mình, từ đó giúp sừng chết rụng tự nhiên, tránh trường hợp dày sừng, da thô ráp, sần sùi.

Ngoài ra, sự có mặt của HA cũng giúp cân bằng quá trình thẩm thấu (tạo môi trường thuận lợi cho các hoạt chất bên ngoài di chuyển vào da), góp phần tăng cường sức đề kháng của các mô chống lại các áp lực vật lý và đảm bảo độ ẩm phù hợp cho da mềm mịn, căng bóng.

Bên cạnh đó, cấu trúc dạng lưới đặc biệt của HA cũng giúp nó hoạt động như một rào cản chống lại một số thành phần ngoại sinh, bao gồm vi khuẩn và các tác nhân truyền nhiễm (trừ S. aureus và S. pyogenes). HA cũng đóng vai trò bảo vệ như một chất ức chế các gốc tự do được tạo ra khi tiếp xúc với bức xạ mặt trời.

Ngoài ra, HA còn là thành phần giúp duy trì cấu trúc không gian ngoại bào ở lớp trung bì [Hình 3]. Khi lượng HA được duy trì ổn định, cấu trúc không gian ngoại bào sẽ được ngậm nước đầy đủ, tạo môi trường cho các tế bào di chuyển, tạo bệ đỡ cho các sợi collagen, elastin cùng với các thành phần thuộc ma trận ngoại bào khác được duy trì vững chắc. Trên cơ sở đó, da bảo toàn độ săn chắc và đàn hồi nhất định.

Hình 3. Vai trò của HA ở lớp trung bì

2.2. Sửa chữa mô và điều hoà miễn dịch, kích thích quá trình lành thương và phục hồi da

HA cũng đóng góp vai trò quan trọng đối với giai đoạn viêm – giai đoạn tất yếu trong quá trình sửa chữa và làm lành vết thương. HA thường xuất hiện ở nồng độ thấp trong máu. Tuy nhiên, nồng độ HA sẽ tăng nhanh ở vị trí da bị tổn thương. Lúc này, HA sẽ tích tụ trên vết thương và hoạt động như một chất điều chỉnh tình trạng viêm. Chức năng chính của nó là điều chỉnh sự di chuyển của các tế bào viêm và nguyên bào sợi, tổng hợp các cytokine tiền viêm và quá trình thực bào của vi khuẩn xâm nhập.

Tuy nhiên, quá trình lành thương cũng tăng cường các phản ứng miễn dịch. Trong trường hợp này, HA cũng có thể tương tác với một số cytokine cụ thể, từ đó điều chỉnh chức năng của tế bào miễn dịch. Ví dụ, HA có liên kết yếu với IL-8. Do đó, việc sử dụng HA như một hợp chất bao phủ IL-8 có thể có lợi trong việc ức chế phản ứng miễn dịch không mong muốn.

Ngoài ra, sự tăng sinh vừa đủ của các mạch máu là một quá trình thiết yếu để chữa lành vết thương và sửa chữa các mô bị tổn thương. Tuy nhiên, sự hình thành mạch quá mức có thể gây bất lợi vì nó có thể thúc đẩy sự phát triển và di căn của khối u.

Trong trường hợp này, HMW-HA có tác dụng chống tạo mạch trong khi các LMW-HA có thể là tác nhân kích thích gây viêm và hình thành mạch để đẩy nhanh quá trình lành thương. Điều này cho thấy trọng lượng phân tử HA cũng là một yếu tố quan trọng, quyết định chức năng của HA trong quá trình lành thương.

Hình 4. HA hoạt động như một chất điều chỉnh tình trạng viêm.

II. Sự suy thoái HA và tác động đối với da

1. Diễn biến quá trình suy thoái HA tự nhiên

Tuy đảm nhiệm nhiều chức năng quan trọng trong da nhưng HA lại được chứng minh là có tỷ lệ luân chuyển cao. Thời gian bán hủy HA trong máu từ 3 – 5 phút, ở da chưa đến 1 ngày và ở sụn từ 1 – 3 tuần. Sự phân huỷ HA trong cơ thể con người được thực hiện theo hai cơ chế riêng biệt: Cơ chế đặc hiệu thông qua trung gian các enzyme (hyaluronidases, HYALs) và cơ chế không đặc hiệu do các phản ứng oxy hóa (ROS) sinh ra từ các phản ứng viêm, tổn thương mô và hình thành khối u. [Hình 5]

Tổng lượng chuyển hoá HA ở người khoảng 15g mỗi ngày. Trong đó, enzyme và ROS làm suy giảm khoảng 30% trên tổng số 15g. 70% còn lại được dị hóa một cách có hệ thống: HA chủ yếu sẽ được vận chuyển đến các hạch bạch huyết, nơi nó được nội hóa và dị hóa bởi các tế bào nội mô. Ngoài ra, một lượng nhỏ HA sẽ được vận chuyển vào máu và bị phân hủy bởi các tế bào nội mô của gan.

Hình 5. Sơ đồ biểu hiện quá trình phân huỷ HA

2. Những tác động đến da khi HA bị suy thoái

2.1. Gây lão hoá da

Sự thay đổi mô hóa học đáng chú ý nhất được quan sát thấy ở làn da lão hóa là sự biến mất rõ rệt của HA biểu bì. Do đó, khi biểu bì mất đi phân tử HA chịu trách nhiệm liên kết và giữ lại các phân tử nước, da sẽ bị mất độ ẩm, biểu hiện là tình trạng khô, bong tróc, sần sùi, dày sừng, sạm màu.

Ở lớp trung bì, sự thay đổi HA chủ yếu liên quan đến tuổi tác. Cụ thể là do sự gia tăng ái lực của HA với các cấu trúc mô và sự giảm/ mất khả năng chiết xuất HA tự nhiên. Khi đó, sự giãn chùng của các sợi collagen ngày càng tăng do lượng HA trong biểu bì không đủ để làm “bệ đỡ” cho các sợi này. Tất cả các hiện tượng trên góp phần gây ra biểu hiện đặc trưng của lão hoá da: tình trạng mất nước, teo da, rãnh nhăn sâu và mất độ đàn hồi rõ rệt.

Ngoài ra, quá trình tổng hợp HA ở biểu bì bị ảnh hưởng và chịu sự kiểm soát riêng biệt bởi quá trình tổng hợp HA ở trung bì. Do đó, khi HA ở trung bì bị suy giảm, HA ở hạ bì cũng ảnh hưởng, kéo theo tình trạng mất nước xuyên biểu bì và lão hoá đa tầng.

2.2. Ảnh hưởng đến quá trình phục hồi da và lành thương

Mỗi ngày, da liên tục chịu những tác động tiêu cực từ môi trường gây ra những tổn thương viêm ở cấp độ vi mô, không quan sát được bằng mắt thường và nếu được sửa chữa kịp thời chúng sẽ không tích lũy trở thành những vấn đề da nghiêm trọng.

Bên cạnh đó, cũng có những tổn thương da diễn ra trên quy mô lớn, có thể quan sát được bằng mắt thường mà ta gọi là vết thương. Sự chữa lành những vết thương này là một quá trình phức tạp, được chia thành 4 giai đoạn: Cầm máu – Viêm có kiểm soát – Tăng sinh và sản xuất mô – Tái tạo.

Các giai đoạn này tạo thành một chuỗi các sự kiện có tổ chức cao liên quan đến nhiều loại tế bào, bao gồm tế bào máu, tế bào biểu mô và mô liên kết, tế bào viêm và nhiều yếu tố hòa tan, chẳng hạn như yếu tố đông máu, yếu tố tăng trưởng và cytokine. Quá trình này bắt đầu ngay sau khi mô bị tổn thương và kéo dài cho đến khi vết thương khép kín hoàn toàn.

Do một số tác động, quá trình phục hồi (đặc biệt là giai đoạn viêm có kiểm soát) thất bại, sẽ có thể dẫn đến các biến chứng nghiêm trọng tiềm ẩn, chẳng hạn như viêm mãn tính. HA đóng vai trò quan trọng, hỗ trợ rút ngắn giai đoạn viêm. Do đó, việc da suy giảm HA có thể góp phần làm gián đoạn giai đoạn viêm hoặc góp phần làm phản ứng viêm diễn ra thái quá, từ đó làm trì hoãn hoặc rối loạn quá trình lành thương của da.

III. KẾT LUẬN: Sức hút của HA với ngành mỹ phẩm

Hiện nay, HA được sử dụng ở nhiều dạng khác nhau như gel, tinh chất, kem dưỡng da, chất tiêm làm đầy, chất tiêm vi điểm (mesotherapy, filler)…. Với tính ứng dụng sâu rộng nên luôn có sự tranh cãi xoay quanh nguồn gốc của HA, trọng lượng phân tử liên quan tới tính tương thích sinh học, khả năng làm việc, những phản ứng viêm trên da. Đặc biệt trong mảng da liễu thẩm mỹ. Do đó, tính an toàn và hiệu quả của việc sử dụng HA bôi ngoài da và tiêm vào da cần được sự quan tâm nghiên cứu một cách cẩn trọng, xác minh bằng các nghiên cứu lâm sàng có giá trị.

Có thể nói, nhìn chung HA vẫn có thể mang đến nhiều công dụng chuyên sâu cho da hơn chỉ là cấp ẩm thông thường. Tuy nhiên, cũng chính vì điều này mà đôi lúc HA được thần thành hóa hoặc bị tầm thường hóa.

Điều quan trọng của mỹ phẩm luôn nằm ở công thức bào chế, hơn là tên gọi của hoạt chất. Với từng mục tiêu sử dụng khác nhau việc bào chế và công dụng của các sản phẩm có chứa HA cũng rất khác nhau. Và một sản phẩm cần thiết hay dư thừa phụ thuộc vào sự hiểu biết, vấn đề và nhu cầu cá nhân hóa của mỗi người.

 

Lưu ý: Nội dung thuộc quyền sở hữu của Twinsskin, vui lòng không sao chép dưới mọi hình thức.

 

Tài liệu tham khảo

1. Andreia Marinho., Cláudia Nunes., Salette Reis. Hyaluronic Acid: A Key Ingredient in the Therapy of Inflammation. Biomolecules. 2021 Oct; 11(10): 1518. doi: 10.3390/biom11101518.

2. Zhu Zhu., Yin-Min., WangJun., YangXu-Song Luo. Hyaluronic acid: a versatile biomaterial in tissue engineering. Plast Aesthet Res 2017;4:219-27. doi: 10.20517/2347-9264.2017.71.

3. Prasad N Sudha., Maximas H Rose. Beneficial effects of hyaluronic acid. 2014:72:137-176. doi: 10.1016/B978-0-12-800269-8.00009-9.

4. Martin Juhaščik., Andrej Kováčik., Gloria Huerta-Ángeles. Recent Advances of Hyaluronan for Skin Delivery: From Structure to Fabrication Strategies and Applications. Polymers (Basel). 2022 Nov; 14(22): 4833. doi: 10.3390/polym14224833.

5. Eleni Papakonstantinou., Michael Roth., George Karakiulakis. Hyaluronic acid: A key molecule in skin aging. Dermatoendocrinol. 2012 Jul 1; 4(3): 253-258. doi: 10.4161/derm.21923.

6. Callejas-Quijada Graciela., Escobar-Chávez José Juan., Campos-Lozada Gieraldin., Pérez-Marroquín Xóchitl Alejandra., Aguirre-Álvarez Gabriel. Hyaluronic Acid – Extraction Methods, Sources and Applications. Polymers 2023, 15(16), 3473. doi: 10.3390/polym15163473.

7. Prasad N. Sudha., Maximas H. Rose. Chapter Nine – Beneficial Effects of Hyaluronic Acid. Volume 72, 2014, Pages 137-176. doi: 10.1016/B978-0-12-800269-8.00009-9.

8. Giorgia Natalia Iaconisi. et al. Hyaluronic Acid: A Powerful Biomolecule with Wide-Ranging Applications – A Comprehensive Review. Int J Mol Sci. 2023 Jun; 24(12): 10296. doi: 10.3390/ijms241210296

9. Petra Žádníková. et al. The Degradation of Hyaluronan in the Skin. Biomolecules 2022, 12(2), 251. doi:10.3390/biom12020251.