ĐẶT VẤN ĐỀ Atropin và scopolamin là các chất độc tự nhiên có cấu trúc Tropan alcaloid (TA) có trong các cây thuộc họ Solanaceae và một số họ khác (như Brassicaceae, Erythroxylaceae, Euphorbiaceae, Convulvulaceae) [7, 10, 35]. Thực vật thuộc họ Solanaceae là nguồn lây nhiễm TA vào thực phẩm phổ biến nhất với các loài Datura, Hyoscyamus và Atropa. Nguyên nhân là do chúng phát triển dễ dàng trong tự nhiên và mọc lẫn cùng các loại cây lương thực khác. Các alcaloid này được tìm thấy trong hạt, lá, rễ, hoa, quả và có thể bị lây nhiễm chéo với các loại lương thực khi thu hoạch bằng máy móc [10, 40].
Hạt của Datura stramonium (cỏ dại jimson hoặc táo gai), các loài Datura khác và D. ferox là loại xuất hiện nhiều nhất trong thực phẩm [7]. Chúng phân bố rộng rãi ở các vùng ấm áp trên thế giới. Những hạt này thường được xác định là tạp chất trong các loại hạt lanh, đậu nành, kê, hướng dương và kiều mạch [23].
Vào năm 2015, Ủy ban Châu Âu đã khuyến nghị phải kiểm soát các TA (chủ yếu là atropin và scopolamin) trong thực phẩm, đặc biệt là thực phẩm chế biến từ ngũ cốc dành cho trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ [30]. Các thực phẩm dễ bị nhiễm TA là sản phẩm không chứa gluten, thực phẩm bổ sung, trà và thảo dược, cây họ đậu, hạt chứa dầu, ngũ cốc và các sản phẩm chế biến từ kiều mạch, lúa miến, kê, ngô… Tại Việt Nam, atropin và scopolamin có trong cây Cà độc dược - Datura metel L. mọc hoang ở nhiều nơi như Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh… Trong các vùng trồng cây lương thực và thảo dược, cây cà độc dược có thể là nguồn lây nhiễm atropin và scopolamin chính vào nông sản [3]. Hiện nay, Bộ Y tế Việt Nam chưa có khuyến cáo về sự phơi nhiễm atropin và scopolamin trong thực phẩm và cũng chưa có phương pháp xác định các Tropan alcaloid có trong thực phẩm.
Vì vậy, nhóm nghiên cứu thực hiện đề tài “Xác định atropin và scopolamin trong thực phẩm, thực phẩm chức năng bằng kỹ thuật sắc ký lỏng khối phổ” với 2 mục tiêu sau: 1. Xây dựng và thẩm định phương pháp định lượng atropin và scopolamin trong thực phẩm bằng LC-MS/MS. Áp dụng phương pháp trên để xác định hàm lượng atropin và scopolamin trong một số thực phẩm, thực phẩm chức năng đang lưu hành trên thị trường. TỔNG QUAN Tổng quan về atropin và scopolamin 1.
Giới thiệu chung 1. Cấu trúc hóa học Atropin và scopolamin thuộc nhóm Tropan alcaloid. Đây là một nhóm alcaloid tự nhiên, cấu trúc hóa học đặc trưng là vòng tropan, gồm vòng pyrrolidin (CH2)4NH và piperidin (CH2)5NH có chung một nguyên tử nitơ và hai nguyên tử carbon như ở hình 1. Hầu hết chúng là các este có nguồn gốc từ acid hữu cơ và hydroxytropan [10].
Mặc dù các TA có cấu trúc hóa học cơ bản là giống nhau, nhưng có sự khác nhau về đặc tính sinh học và dược lý do gốc acid hữu cơ, các nhóm thế gắn với khung hydroxytropan và do cấu trúc lập thể của chất đó. Cấu trúc hóa học atropin và scopolamin 1. Tác dụng dược lý Atropin và scopolamin là các chất kháng cholinergic tự nhiên, ức chế hệ muscarinic, ức chế cạnh tranh acetylcholin và các chất kích thích hệ muscarinic khác. Nó ngăn cản gắn acetylcholin vào receptor muscarinc (mAChR) ở cả thần kinh trung ương và ngoại vi, gây kích thích thần kinh trung ương và hủy hệ phó giao cảm [5].
Ở liều điều trị, atropin kích thích nhẹ một số trung tâm thần kinh ở não như vagus, trung tâm hô hấp và vận mạch. Liều cao gây bồn chồn, ảo giác, mê sảng. Ngược với tác dụng của atropin trên thần kinh trung ương, scopolamin lại có tác dụng an thần. 2 Atropin ức chế chọn lọc trên hệ M (ít tác dụng trên hệ N) gây tác dụng hủy phó giao cảm, biểu hiện trên các cơ quan và tuyến (như mắt), hệ tuần hoàn, trên cơ trơn, trêncác tuyến ngoại tiết [5].
Atropin và scopolamin gây giãn đồng tử do giãn cơ vòng mống mắt, gây liệt thể mi dẫn tới giảm khả năng điều tiết của mắt làm tăng nhãn áp. Chúng ít ảnh hưởng tới tim mạch và huyết áp ở liều thấp, nhưng khi dùng liều cao hoặc khi hệ tuần hoàn bị ức chế do cường phó giao cảm thì atropin và scopolamin phong bế hệ M, làm tim đập nhanh, mạnh, co mạch và tăng huyết áp. Phong bế hệ M trên cơ trơn, làm giảm trương lực, giảm nhu động và giãn các cơ trơn hô hấp, tiêu hóa, tiết niệu; tác dụng giãn cơ rõ rệt khi cơ trơn ở trạng thái co thắt. Giảm tiết dịch ngoại tiết như giảm tiết nước bọt, mồ hôi, dịch mật, dịch ruột [5] Tác dụng dược lý của TA phụ thuộc vào các đồng phân lập thể do ái lực liên kết với các thụ thể muscarinic của các đồng phân là khác nhau.
Atropin và scopolamin thường được dùng với liều lượng thấp. Các chế phẩm thuốc có dạng muối (atropin sulfat), dẫn xuất bán tổng hợp (homatropin bromid hoặc N- butylscopolamin bromid) [35]. Các chế phẩm này được dùng để điều trị nhiều triệu chứng và bệnh lý như buồn nôn, nôn, điều trị các vấn đề về tim, hô hấp và chống co thắt đường tiêu hóa, chống dị ứng, giãn đồng tử để điều trị nhãn khoa [17, 32, 44, 45]. Mặc dù có nhiều công dụng trong y học nhưng atropin và scopolamin cũng là nguyên nhân gây ra nhiều vụ ngộ độc do sử dụng thực vật có chứa TA hoặc thực phẩm bị nhiễm các loại thực vật có chứa TA.
Định danh và tính chất vật lý hóa học 1. Định danh Thông tin về định danh hóa học của atropin và scopolamin được thể hiện trong bảng 1. Định danh hóa học của atropin và scopolamin Đặc Thông tin điểm Atropin Scopolamin Tên [(1R,3R,5S)-8-methyl-8- (1R,2R,5S,7S)-9-methyl-3-oxa-9- hóa azabicyclo[3.1]octan-3-yl] 3- azatricyclo[3.0]nonan-7-yl (2S)-3- học hydroxy-2-phenylpropanoat hydroxy-2-phenylpropanoat Tên DL – hyoscyamin; Tropin tropat; 6,7 – Epoxytropin tropat; (-) – Hyoscin; gọi Atropinum Sulphuricum. khác 3 Công thức C17H23NO3 C17H21NO4 hóa học Công thức cấu tạo (±)-Hyoscyamin (-)-Scopolamin 1.
Tính chất lý hóa Một số tính chất lý học và hóa học của atropin và scopolamin được trình bày trong bảng 1. Tính chất lý hóa của atropin và scopolamin Thông tin Đặc tính Atropin Scopolamin Khối lượng phân tử 289,4 g/mol 303,35 g/mol Trạng thái vật lý Rắn, bột màu trắng Rắn, bột màu trắng Nhiệt độ nóng chảy 118,5°C 59°C pKa 9,25 7,75 Tỷ trọng (g/cm3) 1,2 1,3 Độ tan - 200 mg/L (25°C) - 17400 mg/L (25°C) - trong nước - Tan trong ethanol (96%), - tan trong ether, cloroform, - trong dung môi DMSO. Ít tan trong cloroform aceton. Ít tan trong cồn tuyệt hữu cơ đối Hệ số log Kow 1,83 0,98 (n- octanol/ nước) 1.
Độc tính Atropin và scopolamin gây ra hội chứng kháng cholinergic với các triệu chứng như mất nước, giãn đồng tử, khô miệng và giảm tiết mồ hôi, tăng nhiệt độ cơ thể, sốt và mê sảng [6, 16, 40]. 4 Tùy thuộc vào liều lượng và thời gian sau khi tiếp xúc, các chất kháng cholinergic gây tác động lên hệ thần kinh trung ương CNS với các biểu hiện: bồn chồn, sợ hãi, nói năng bất thường, nhầm lẫn, kích động, run, mất điều hòa, hôn mê. Uống liều cao, chúng làm tim đập nhanh, mạnh, gây co mạch và tăng huyết áp, ức chế hoạt động bài tiết đường hô hấp cũng như giãn phế quản và giãn đồng tử, mê sảng và thậm chí có thể gây tử vong [6, 10]. Tác dụng của atropin lên hệ thần kinh có liên quan đến liều dùng đã được ghi nhận như ở bảng 1.
Độc tính của atropin theo liều lượng Liều Triệu chứng 0,5 mg Tim đập hơi chậm, hơi khô miệng, ức chế tiết mồ hôi 1 mg Khô miệng, khát nước, tim đập nhanh, đồng tử giãn nhẹ Tim đập nhanh, đánh trống ngực, khô miệng rõ rệt, đồng tử giãn, nhìn gần 2 mg mờ Khó nói, khó nuốt, cảm giác bồn chồn mệt mỏi, nhức đầu, da khô, nóng, 5 mg đại tiện khó, nhu động ruột giảm Các triệu chứng trên rõ rệt, mạch nhanh và yếu, mống mắt mờ, da đỏ bừng, 10 mg nóng, khô, mất khả năng điều hòa thân nhiệt, cảm giác bồn chồn, tinh thần trở lên phấn khích, gây ảo giác mê sảng, hôn mê. Ở liều lượng có tác dụng dược lý, scopolamin khác với atropin là không kích thích các trung tâm tủy, do đó không làm tăng hô hấp hoặc tăng huyết áp. Scopolamin ức chế thần kinh trung ương gây buồn ngủ, mất trí nhớ, mệt mỏi và ngủ không có giấc mơ, đồng thời kèm theo phản ứng nghiêm trọng như rối loạn tâm thần cấp tính (nhầm lẫn, kích động, nói lan man, ảo giác) [20, 22, 27]. Các triệu chứng đặc trưng của hội chứng thuốc kháng cholinergic xảy ra sau khi uống hoặc nhỏ vào mắt ít nhất 4 - 5 giọt thuốc nhỏ mắt chứa 0,25% scopolamin hydrobromid.
Một liều 0,45 mg scopolamin (5 giọt dung dịch nhỏ mắt scopolamin 0,25%) đã gây ra chứng rối loạn tâm thần nhiễm độc kéo dài 10 ngày [22, 28]. Liều cao có thể dẫn đến kích thích thần kinh trung ương (như phấn khích, bồn chồn, khó chịu, ảo giác và mê sảng) tương tự như triệu chứng với liều độc của atropin và các thuốc muscarinic khác [13, 26]. Với liều lượng lớn, scopolamin hydrobromid gây mất trí nhớ tạm thời. 5 Physostigmin salicylat được sử dụng để điều trị ngộ độc do thuốc kháng cholinergic scopolamin và atropin.
Physostigmin là một alcaloid pyrolo-indole, nó hoạt động bằng cách ức chế có hồi phục cholinesterase tăng cường truyền tín hiệu acetylcholin trong não và có thể vượt qua hàng rào máu não [41], [24] Năm 2019, Uganda ghi nhận đợt bùng phát ngộ độc thực phẩm khiến hơn 300 ca nhập viện với 5 ca tử vong do sử dụng ngũ cốc được viện trợ, trong đó ngô và đậu nành có nhiễm TA của D. Một nghiên cứu được thực hiện bởi EFSA công bố vào năm 2016 [25], trong 1305 mẫu thực phẩm có nguồn gốc thực vật được sản xuất ở Châu Âu được phân tích, cho thấy nồng độ TA cao trong các loại thực phẩm khác nhau như bột, thực phẩm làm từ ngũ cốc, trà, các loại đậu… Theo dữ liệu RASFF, rau bina xay nhuyễn đông lạnh bị nhiễm TA của D. stramonium (hơn 3000 µg/kg tính tổng của atropin và scopolamin) là nguyên nhân gây ra đợt ngộ độc thực phẩm xảy ra vào tháng 3 năm 2021 ở Slovakia và Cộng hòa Séc với hơn 100 ca nhập viện.4 là một số vụ việc nhiễm độc TA được ghi nhận trong giai đoạn 2015 - 2019.