Điều gì sẽ xảy ra với bộ não phi hành gia khi họ tới Sao Hỏa?

Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ NASA đã cam kết đưa con người đặt chân lên Sao Hỏa vào những năm 2030. Cho nên, bây giờ là thời điểm mà chúng ta có thể tưởng tượng sớm về một chuyến đi tới hành tinh đỏ sẽ như thế nào.

Phi hành đoàn dự kiến sẽ phải trải qua chuyến hành trình dài từ 3-6 tháng trong không gian vũ trụ, trước khi hạ cánh xuống bề mặt Sao Hỏa. Sau đó, họ sẽ ở lại ngôi nhà mới của mình trong 2 năm. Đó là khoảng thời gian để Sao Hỏa và Trái Đất sắp hàng trên một khoảng cách phù hợp nhất để về nhà.

Điều đó có nghĩa là các phi hành gia sẽ phải sống trong môi trường trọng lực giảm (vi trọng lực) khoảng 3 năm - vượt quá kỷ lục hiện tại của phi hành gia người Nga Valery Polyakov là 438 ngày liên tục.

Nhiệm vụ Sao Hỏa sẽ đặt các phi hành gia vào môi trường vi trọng lực trong suốt 3 năm

Trong những ngày đầu của kỷ nguyên chinh phục vũ trụ, các nhà khoa học đã phải làm việc chăm chỉ để tìm ra cách vượt qua lực hấp dẫn. Mục tiêu khi đó là làm sao để một tên lửa có thể phóng ra ngoài không gian mà không bị Trái Đất kéo lại.

Nhờ những hiểu biết tinh tế về lực hấp dẫn, chúng ta đã phóng những vệ tinh thành công lên quỹ đạo, đưa con người vào không gian và đặt chân lên Mặt Trăng.

Khi nói đến mục tiêu là chinh phục Sao Hỏa, lực hấp dẫn vẫn được xếp trên đầu chương trình nghiên cứu khoa học. Nhưng lần này, các nhà khoa học quan tâm hơn đến việc giảm trọng lực sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe của các phi hành gia như thế nào - đặc biệt là bộ não của họ.

Một thực tế là, con người được sinh ra và lập trình để sống trong môi trường chịu lực hấp dẫn của Trái Đất (1 g), chứ không phải môi trường không trọng lực ngoài không gian (0 g) hoặc trọng lực thấp như Sao Hỏa (0,3 g).

Vậy chính xác thì bộ não con người sẽ đối phó với những mức trọng lực cực nhỏ này như thế nào?

Bộ não con người bị ảnh hưởng thế nào trong môi trường vi trọng lực?

Đầu tiên, các phi hành gia trong môi trường trọng lực thấp sẽ chịu ảnh hưởng của một trạng thái gọi là "hiệu ứng Charlie Brown" hay "hội chứng đầu sưng chân chim". Khi không còn chịu lực hút lớn như ở dưới mặt đất, máu bao gồm các tế bào hồng cầu và huyết tương, cùng với dịch não tủy sẽ chảy về phía đầu phi hành gia.

Nó khiến cho mặt họ tròn lên, sưng húp và chân họ thì nhỏ đi, đúng như cái tên "hội chứng đầu sưng chân chim". Để kiểm chứng thì bạn cứ nhìn những phi hành gia trên Trạm Vũ trụ Quốc tế ISS thì biết, trông mặt ai cũng béo và đỏ.

Việc các chất lỏng tràn lên đầu không chỉ ảnh hưởng đến vẻ bề ngoài của các phi hành gia, dĩ nhiên rồi, nó cũng có thể ảnh hưởng đến chức năng não bộ. Hội chứng đầu sưng chân chim có liên quan đến các cảm giác như đau đầu, buồn nôn giống say tàu xe.

Gần đây, các nhà khoa học còn phát hiện nó có thể là nguyên nhân làm mờ thị lực. Hội chứng này còn có thể khiến não nổi lên trong hộp sọ - một tình trạng gọi là hội chứng áp lực nội sọ.

NASA rất ưu tiên nghiên cứu về những hội chứng này, và coi đó là nguy cơ sức khỏe hàng đầu cho bất kỳ nhiệm vụ nào đến Sao Hỏa. Mặc dù vậy, các nhà khoa học vẫn chưa tìm ra được nguyên nhân chính xác và cách để ngăn chặn nó.

Cứ nhìn những phi hành gia trên Trạm Vũ trụ Quốc tế ISS thì biết, trông mặt ai cũng béo và đỏ.

Mới đây, nghiên cứu của Damian Bailey, một nhà khoa học đến từ Đại học South Wales đã hé mở ra một bí ẩn trong hội chứng đầu sưng chân chim. Cô cho rằng một số phần nhất định của não đã bị nhồi quá nhiều máu trong môi trường trọng lực thấp vì sự tích tụ nitric oxide (NO).

Bình thường, các phân tử NO sẽ trôi nổi trong dòng máu, nhưng khi nó tích tụ quá nhiều ở một phần nào đó, NO có tác dụng làm cho các động mạch nở ra. Kết quả là máu được khơi dòng lớn để đổ về não, làm sốc hàng rào máu não khiến nó mở ra.

Hệ quả của quá trình này là làm nước tích tụ, gây ra một tình trạng gọi là phù nề. Sưng não và tăng áp lực lên não cũng khiến cho nước khó thoát hơn, tạo ra một vòng luẩn quẩn. Não bị tăng thể tích khiến oxy không đến đủ nhanh tới một số bộ phận, gây ra các hiệu ứng như mờ mắt, buồn nôn, đau đầu, say xe...

Nó cũng có khả năng ảnh hưởng đến các chức năng nhận thức khác, khiến phi hành gia mất tập trung, phân tích, suy nghĩ kém và di chuyển không được nhanh nhẹn.

Hội chứng đầu sưng chân chim là so sự tích tụ của NO?

Để tìm hiểu xem lý thuyết mà Damian Bailey đưa ra có đúng không, cô đã tiến hành một thử nghiệm. Dĩ nhiên, chuyện đưa những phi hành gia ra ngoài Trái Đất để nghiên cứu họ là khó khăn, cho nên, Damian Bailey đã thiết kế một chuyến đi trên chiếc máy bay đặc biệt có tên là "sao chổi nôn".

Nó sẽ cho phép bạn mô phỏng một môi trường không trọng lực trong chốc lát, bằng cách rơi tự do. Chiếc máy bay sẽ nhào lộn 30 lần, thực hiện một kỹ thuật gọi là "parabolas". Nó sẽ liên tục bay lên cao rồi thả rơi tự do để triệt tiêu lực hút của Trái Đất tác dụng lên những "phi hành gia" bên trong.

Mỗi đợt lao xuống sẽ kéo dài 30 giây, đủ để tạo ra hội chứng đầu sưng chân chim, cho phép các nhà khoa học nghiên cứu về nó. Với tất cả các thiết bị được gắn chắc chắn, Damian Bailey đã đo đạc nhiều thông số trên cơ thể 8 tình nguyện viên trong 4 chuyến bay.

Bên trong một chuyến bay mô phỏng môi trường không trọng lực với giáo sư Damian Bailey

"Chúng tôi đo lưu lượng máu trong các động mạch tới não khác nhau bằng thiết bị siêu âm doppler di động, hoạt động bằng cách phản xạ sóng âm tần số cao từcác tế bào hồng cầu tuần hoàn", nhà nghiên cứu Damian Bailey cho biết.

"Chúng tôi cũng đo nồng độ nitric oxide trong các mẫu máu lấy từ tĩnh mạch, cũng như các phân tử vô hình khác bao gồm các gốc tự do và protein đặc hiệu cho não (phản ánh tổn thương cấu trúc não) để xem hàng rào máu não có bị buộc phải mở ra hay không".

Phát hiện ban đầu đã xác nhận những gì mà cô dự đoán. Nồng độ NO đã tăng lên khi các tình nguyện viên tiếp xúc với môi trường giả không trọng lượng lặp đi lặp lại, và điều này trùng khớp với lưu lượng máu tăng lên, đặc biệt là thông qua các động mạch cung cấp tới phía sau của não.

Điều này buộc hàng rào máu não mở ra, mặc dù không có bằng chứng về tổn thương não.

Một phi hành gia mặc quần hút cao su

Hướng tới giai đoạn tiếp theo của nghiên cứu, Damian Bailey đang lên kế hoạch theo dõi chi tiết hơn dòng máu và những sự dịch chuyển trong não tình nguyện viên, bằng cách sử dụng kỹ thuật hình ảnh như chụp cộng hưởng từ. Nếu được, nó sẽ cho phép cô tiếp tục xác nhận những phát hiện của mình một cách mạnh mẽ hơn.

Sau đó, Damian Bailey sẽ tiếp tục điều tra sự hiệu quả của những chiếc quần hút cao su – những chiếc quần hút chân không tạo ra áp lực âm ở nửa dưới của cơ thể phi hành gia nhằm "hút" máu ra khỏi não của họ.

Ngoài ra, cô cũng có thể thử nghiệm một số loại thuốc nhằm chống lại sự gia tăng nitric oxide và giải thoát não bộ phi hành gia khỏi phù nề.

Những phát hiện này sẽ không chỉ cải thiện sự an toàn và thoải mái cho các chuyến du lịch không gian - chúng còn có thể cung cấp thông tin có giá trị về lý do tại sao trọng lực ảo mà việc tập thể dục gây ra lại là liều thuốc bổ cho não. Các nhà khoa học cũng có thể từ đó tìm ra cách bảo vệ chúng ta khỏi đột quỵ, phòng ngừa và điều trị các chứng bệnh gây sa sút trí tuệ.

Tham khảo Theconversation