Vanadium

Đặc điểm của Vanadium là gì?

Vanadium là một nguyên tố tự nhiên, thường tồn tại dưới dạng tinh thể màu trắng đến xám. Đây là một nguyên tố kim loại chuyển tiếp có thể tồn tại ở nhiều trạng thái hóa trị khác nhau, bao gồm 1, 2, 3, 4 và 5. Trong các hệ sinh học, hai dạng phổ biến nhất của Vanadium là anion vanadat (VO₃⁻) ở hóa trị 5 và cation vanadyl (VO₂⁺) ở hóa trị 4.

Vanadium có thể kết hợp với các nguyên tố khác như oxy, natri, lưu huỳnh hoặc clo, tạo thành các hợp chất, có mặt trong vỏ trái đất, trong các loại đá, một số quặng sắt, và các mỏ dầu thô. Một dạng phổ biến của hợp chất Vanadium là Vanadium oxit.

Vanadium đóng vai trò là một vi chất dinh dưỡng quan trọng đối với sự sống.

Danh pháp quốc tế (IUPAC)

Vanadium

Trọng lượng phân tử

50,9415 g/mol

Tính chất vật lý

Hình dạng và màu sắc: Vanadium ở dạng bột có màu xám nhạt hoặc trắng, với bề mặt sáng bóng. Nó cũng có thể xuất hiện dưới dạng các cục kết dính cứng hoặc tinh thể có cấu trúc lập phương tâm khối.

Mùi: Không có mùi.

Điểm nóng chảy: 1.910°C.

Điểm sôi: 3.407°C.

Tính tan: Không tan trong nước, nhưng có khả năng hòa tan trong các axit mạnh như axit nitric, axit flohydric và axit sunfuric đặc. Ngoài ra, Vanadium phản ứng với kiềm để tạo ra vanadat, một hợp chất tan trong nước.

Trọng lượng riêng: 6,11 (ở 18,7°C).

Áp suất hơi: 2,34 × 10⁻² mmHg (ở 1.916°C).

Tính ổn định: Vanadium dễ bị oxy hóa ở nhiệt độ trên 660°C. Khi bị phân hủy bởi nhiệt, nó giải phóng khí độc là Vanadium oxit.

Nhiệt hóa hơi: 458,6 kJ/mol.

Vanadium có tác dụng gì?

Cơ chế tác dụng – Dược lực học

Vai trò chính của Vanadium được xác định là một cofactor, hỗ trợ hoặc ức chế hoạt động của các enzyme trong cơ thể. Vanadium được biết đến có khả năng cạnh tranh với phosphate tại vị trí hoạt động của các enzyme như phosphatase, tyrosine phosphorylase, và protein vận chuyển phosphate.

Các hợp chất Vanadium như vanadyl sulfate, natri metavanadate, và peroxovanadate-nicotinic acid, khi sử dụng ở liều cao hơn mức sinh lý, có khả năng giảm lượng đường trong máu mà không phụ thuộc vào tác dụng của insulin. Điều này có thể do sự ức chế enzyme protein phosphotyrosine phosphatase và kích hoạt protein tyrosine kinase không phụ thuộc vào thụ thể.

Tác động đến tuyến giáp: Vanadium tham gia điều chỉnh quá trình trao đổi chất của tuyến giáp. Sự thiếu hụt Vanadium đã được phát hiện làm tăng trọng lượng tuyến giáp và giảm hoạt động của enzyme peroxidase tuyến giáp ở chuột.

Ảnh hưởng đến enzyme và cơ chế điều hòa: Hợp chất vanadyl-diascorbate được xác định là một chất ức chế sinh lý quan trọng của enzyme Na-K-ATPase, với cơ chế hoạt động tương tự như ouabain. Phức hợp này có thể đóng vai trò trong việc điều hòa thể tích dịch cơ thể và huyết áp.

Ở người, việc bổ sung Vanadium ở mức dược lý (cao hơn gấp 10 đến 100 lần lượng tiêu thụ thông thường) có ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa cholesterol và triglyceride, đồng thời tác động đến hình dạng hồng cầu.

Vanadium còn kích thích quá trình oxy hóa glucose và tổng hợp glycogen trong gan.

Dược động học

Hấp thu: Vanadium được hấp thu qua đường hô hấp là chủ yếu, trong khi qua da và đường tiêu hóa rất thấp. Dạng vanadat có khả năng hấp thụ tốt hơn vanadyl, với sinh khả dụng cao hơn 3-5 lần.

Phân bố: Sau khi hấp thu, Vanadium phân bố nhanh chóng trong huyết tương và tập trung chủ yếu tại các cơ quan như thận, gan, phổi, tim và xương. Trong xương, nồng độ Vanadium ổn định trong nhiều tuần, trong khi lượng nhỏ được tìm thấy ở não, nhau thai và tinh hoàn. Vanadat chủ yếu tồn tại trong dịch ngoại bào, còn vanadyl là dạng phổ biến trong nội bào. Vanadyl liên kết với hemoglobin và transferrin, trong khi vanadat gắn với protein liên kết phosphate. Điều này giúp Vanadium lưu thông trong máu như một phần của các phức hợp đại phân tử.

Chuyển hóa: Vanadium có thể chuyển đổi qua lại giữa hai trạng thái oxy hóa, vanadyl (V+4) và vanadat (V+5), nhờ enzyme cytochrome P-450. Axit ascorbic, NADH, và glutathione cũng tham gia vào quá trình khử vanadat thành vanadyl. Vanadium dễ tạo phức hợp với các hợp chất như metalloprotein, ATP, và các hợp chất chứa cis-diol.

Thải trừ: Vanadium được bài tiết chủ yếu qua nước tiểu, với thời gian bán hủy sinh học từ 20-40 giờ. Một mô hình ba ngăn cho thấy thời gian bán hủy sau khi tiêm tĩnh mạch là 1,2 giờ, 26 giờ, và 10-12 ngày.

Ứng dụng trong y học

Vai trò của một nguyên tố vi lượng

Vanadium được coi là một nguyên tố vi lượng cần thiết với lượng nhỏ cho sự tăng trưởng và phát triển. Tuy nhiên, chức năng cụ thể của Vanadium đối với sức khỏe con người chưa được xác định rõ.

Khuyến nghị bổ sung hàng ngày là khoảng 100 µg, với chỉ 1-5% được cơ thể hấp thụ.

Hậu quả của thiếu hụt Vanadium chưa được ghi nhận, vì nhu cầu thường được đáp ứng qua chế độ ăn. Tiêu thụ liều cao (>10 mg/ngày) có thể gây khó chịu đường tiêu hóa, lưỡi đổi màu xanh lục, thậm chí suy thận, hô hấp và tim mạch ở liều rất cao.

Ứng dụng điều trị tiềm năng

Vanadium được nghiên cứu trong điều trị các loại bệnh nghiêm trọng như tiểu đường, ung thư, xơ vữa động mạch và các bệnh viêm nhiễm.

Một khảo sát qua Pubmed cho thấy 4000 bằng sáng chế liên quan đến Vanadium đã được nộp, chủ yếu cho ứng dụng chống tiểu đường và ung thư. Vanadium cũng được nghiên cứu như chất chống ký sinh trùng, chống vi khuẩn, chống vi-rút, chống viêm và chống xơ vữa động mạch.

Vanadium đã được thử nghiệm lâm sàng từ những năm 1990 để điều trị bệnh tiểu đường, cho thấy tác dụng hạ đường huyết và giảm kháng insulin. Các hợp chất Vanadium hoạt động như chất bắt chước insulin, giúp cải thiện chuyển hóa glucose, giảm lipid máu và tăng cường miễn dịch.

Các hợp chất như BMOV (bis(3-hydroxy-2-methyl-4-pyronato)oxoVanadiumum(IV)) hiệu quả hơn so với vanadyl sulfate trong kiểm soát đường huyết ở động vật. Ở bệnh nhân tiểu đường, Vanadium giúp giảm nồng độ glucose lúc đói, tăng độ nhạy insulin và giảm hemoglobin glycosyl hóa (HbA1c).

Các nghiên cứu trên mô hình động vật (như chuột tiểu đường do STZ gây ra) có nhiều hạn chế, khiến khó đánh giá đầy đủ tác dụng của Vanadium. Cần thêm nghiên cứu để hiểu rõ hơn về dược lý, độc tính và tiềm năng điều trị của Vanadium trong y học.

Nghiên cứu mới trong y học liên quan đến Vanadium

Vanadyl sulphate, một muối vô cơ hóa trị bốn của kim loại Vanadium, được sử dụng phổ biến trong điều trị bệnh tiểu đường và làm chất bổ sung cho người luyện tập thể hình. Nghiên cứu này nhằm đánh giá hiệu quả của vanadyl sulphate như một chất hạ đường huyết và tác động của nó lên các chỉ số lipid khi sử dụng ở liều điều trị (áp dụng cho người) trên chuột Sprague Dawley khỏe mạnh trong thời gian dài.

Phương pháp: Một trăm lẻ năm con chuột Sprague Dawley được chia ngẫu nhiên thành ba nhóm, mỗi nhóm gồm 35 con:

Nhóm I (đối chứng): Chuột được cho uống 0,5 ml nước lọc hàng ngày qua ống thông dạ dày.
Nhóm II và III: Lần lượt nhận liều vanadyl sulphate là 0,25 mg/kg/ngày và 1,2 mg/kg/ngày trong 24 tuần.

Tất cả các nhóm đều được nuôi dưỡng bằng chế độ ăn tiêu chuẩn và nước uống tự do. Cuối tuần thứ 24, lấy mẫu máu từ tim để đo glucose máu, insulin, và chỉ số lipid.

Kết quả: Glucose huyết tương, insulin và HDL-c: Giảm đáng kể ở nhóm điều trị. LDL-c, triglyceride (TG), và cholesterol toàn phần (TC): Tăng đáng kể theo liều lượng.

Kết luận: Vanadyl sulphate có tác dụng hạ đường huyết rõ rệt trên chuột khỏe mạnh, nhưng đồng thời làm giảm nồng độ insulin, có thể liên quan đến tình trạng hạ đường huyết. Tuy nhiên, việc sử dụng vanadyl sulphate gây ra rối loạn nghiêm trọng các chỉ số lipid, với nguy cơ tác động tiêu cực đến lipid máu. Kết quả cho thấy cần đánh giá lại tính an toàn khi sử dụng vanadyl sulphate ở người, đặc biệt trong bối cảnh ảnh hưởng đến lipid máu.