Vụ phi hành gia 'mắc kẹt' trên ISS: Cơ thể con người biến đổi thế nào trong không gian?

Ngày 27/9, phi hành gia NASA, Frank Rubio đã tạm biệt các mô-đun trạm quỹ đạo và tấm pin mặt trời khổng lồ, vốn là nhà của anh trong 371 ngày qua. Việc Rubio rời Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) và quay trở lại Trái đất đánh dấu sự kết thúc chuyến bay vũ trụ dài nhất của một người Mỹ cho đến nay.

Thời gian sống trên quỹ đạo của Rubio – vượt qua kỷ lục trước đó là 355 ngày liên tục – đã bị kéo dài vào tháng 3 sau khi tàu vũ trụ mà anh và các đồng nghiệp chuẩn bị bay về Trái đất bị rò rỉ chất làm mát. Những tháng kéo dài trong không gian cho phép Rubio thực hiện tổng cộng 5.963 vòng quỹ đạo quanh Trái đất, di chuyển 253,3 triệu km. Nhưng những con số đó vẫn còn thua kém khoảng hai tháng so với kỷ lục về chuyến bay vũ trụ dài nhất từ trước đến nay của con người, do nhà du hành vũ trụ người Nga Valeri Polykov thực hiện với 437 ngày trên Trạm vũ trụ MIR vào giữa những năm 1990.

Việc sống quá lâu trong môi trường trọng lực thấp của ISS sẽ gây tổn hại cho cơ thể Rubio, vì vậy, anh phải được các đội phục hồi nâng ra khỏi khoang tàu Soyuz MS-23 khi nó đáp xuống thảo nguyên Kazakhstan.

Tuy nhiên, trong chuyến đi kéo dài, Rubio là phi hành gia đầu tiên tham gia vào một nghiên cứu xem xét việc tập thể dục với số lượng thiết bị tập thể dục hạn chế có thể ảnh hưởng đến cơ thể con người như thế nào. Nghiên cứu phục vụ cho các sứ mạng khám phá sâu hơn trong hệ Mặt trời, chẳng hạn như hành trình đến Sao Hỏa dự kiến sẽ mất 1.100 ngày theo kế hoạch hiện tại.

Vậy chuyến bay vũ trụ kéo dài hơn 1 năm có tác động gì đến cơ thể con người?

Cơ và xương

Nếu không có lực hấp dẫn liên tục lên các chi của chúng ta, khối lượng cơ và xương sẽ nhanh chóng bắt đầu giảm đi. Bị ảnh hưởng nhiều nhất là những cơ giúp duy trì tư thế ở lưng, cổ, bắp chân và cơ tứ đầu. Trong môi trường vi trọng lực, chúng không còn phải làm việc vất vả nữa và bắt đầu teo đi. Chỉ sau hai tuần, khối lượng cơ bắp có thể giảm tới 20% và trong các nhiệm vụ dài hơn từ ba đến sáu tháng, nó có thể giảm 30%.

Tương tự như vậy, vì các phi hành gia không đặt bộ xương của họ chịu nhiều áp lực cơ học như khi chịu tác dụng của trọng lực của Trái đất, nên xương của họ cũng bắt đầu mất khoáng và mất đi sức mạnh. Các phi hành gia có thể mất 1-2% khối lượng xương mỗi tháng họ khi ở trong không gian và lên tới 10% trong khoảng thời gian 6 tháng. (Còn trên Trái đất, đàn ông và phụ nữ lớn tuổi mất khối lượng xương với tỷ lệ 0,5% -1% mỗi năm). Điều này có thể làm tăng nguy cơ gãy xương và tăng thời gian lành vết thương. Có thể mất tới 4 năm để khối lượng xương của họ trở lại bình thường sau khi trở về Trái đất.

Để chống lại điều này, các phi hành gia phải thực hiện 2,5 giờ mỗi ngày tập thể dục và huấn luyện cường độ cao khi ở trên quỹ đạo trên ISS. Các bài tập bao gồm một loạt các động tác squat (bài tập đứng lên, ngồi xuống, sử dụng nhiều nhóm cơ khác nhau trên cơ thể), deadlift (bài tập dạng phức hợp giúp tăng cường và phát triển cơ bắp toàn diện), kéo tạ, đẩy tạ, sử dụng thiết bị tập thể dục điện trở được lắp đặt trong "phòng tập thể dục" của ISS, cùng với các bài tập thông thường với máy chạy bộ và xe đạp tập. Họ cũng dùng thực phẩm bổ sung để giúp xương khỏe mạnh nhất có thể.

Việc thiếu trọng lực tác động lên cơ thể cũng khiến các phi hành gia nhận thấy họ cao hơn một chút do xương sống dài ra. Điều này có thể dẫn đến các vấn đề như đau lưng khi ở trong không gian và trượt đĩa đệm khi quay trở lại Trái đất.

Giảm cân

Mặc dù trọng lượng có ý nghĩa rất nhỏ khi ở trên quỹ đạo, việc duy trì cân nặng là một thách thức khi ở trên quỹ đạo. Mặc dù NASA cố gắng đảm bảo các phi hành gia của mình có nhiều loại thực phẩm bổ dưỡng, bao gồm gần đây nhất là một ít lá xà lách được trồng trên trạm vũ trụ, nhưng nó vẫn có thể ảnh hưởng đến cơ thể của phi hành gia. Phi hành gia NASA Scott Kelly, người đã tham gia vào nghiên cứu sâu rộng nhất về tác động của chuyến bay vũ trụ dài hạn sau khi ở trên ISS trong 340 ngày, đã mất 7% khối lượng cơ thể.

Các nhà nghiên cứu kiểm tra Scott Kelly sau hành trình trên ISS phát hiện ra rằng vi khuẩn và nấm sống trong ruột của anh đã thay đổi rất rõ so với trước khi anh bay vào vũ trụ.

Thị lực

Trên Trái đất, trọng lực giúp đẩy máu trong cơ thể chúng ta đi xuống trong khi tim lại bơm máu lên. Tuy nhiên, trong không gian, quá trình này trở nên lộn xộn và máu có thể tích tụ trong đầu nhiều hơn bình thường. Một số chất lỏng này có thể tích tụ ở phía sau mắt và xung quanh dây thần kinh thị giác, dẫn đến phù nề. Điều này có thể dẫn đến những thay đổi về thị lực như giảm độ sắc nét và thay đổi cấu trúc của mắt. Những thay đổi này có thể bắt đầu xảy ra chỉ sau hai tuần trong không gian nhưng sau đó nguy cơ sẽ tăng lên. Một số thay đổi về mắt sẽ trở lại bình thường trong vòng khoảng một năm kể từ khi các phi hành gia quay trở lại Trái đất, nhưng một số thay đổi khác có thể là vĩnh viễn.

Việc tiếp xúc với tia vũ trụ của thiên hà và các hạt năng lượng Mặt trời cũng có thể dẫn đến các vấn đề về mắt khác. Bầu khí quyển của Trái đất giúp bảo vệ chúng ta khỏi những thứ này nhưng khi ở trên quỹ đạo trên ISS, sự bảo vệ này sẽ biến mất.

Xáo trộn thần kinh

Sau thời gian dài ở trên ISS, người ta nhận thấy hiệu quả nhận thức của phi hành gia Kelly thay đổi rất ít và vẫn tương đối giống như anh trai song sinh của anh trên mặt đất. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng tốc độ và độ chính xác trong hoạt động nhận thức của Kelly đã giảm trong khoảng 6 tháng sau khi anh trở về, có thể là do não của anh đã điều chỉnh lại theo lực hấp dẫn của Trái đất và lối sống rất khác với trên không gian.

Một nghiên cứu về một phi hành gia người Nga đã trải qua 169 ngày trên ISS vào năm 2014 cũng tiết lộ một số thay đổi đối với bộ não dường như xảy ra khi ở trên quỹ đạo. Nghiên cứu phát hiện ra rằng có những thay đổi về mức độ kết nối thần kinh ở các bộ phận của não liên quan đến chức năng vận động, và cả ở vỏ não tiền đình, đóng vai trò quan trọng trong việc định hướng, cân bằng và nhận thức về chuyển động của chính chúng ta.

Điều này có lẽ không có gì đáng ngạc nhiên vì bản chất đặc biệt của tình trạng không trọng lượng khi ở trong không gian; các phi hành gia thường phải học cách di chuyển hiệu quả mà không cần trọng lực để neo họ vào bất cứ thứ gì và thích nghi với một thế giới không có lên hay xuống.

Một nghiên cứu gần đây hơn đã làm dấy lên mối lo ngại về những thay đổi khác trong cấu trúc não có thể xảy ra trong các sứ mệnh không gian kéo dài. Các khoang trong não được gọi là tâm thất bên phải và tâm thất thứ ba (có nhiệm vụ lưu trữ dịch não tủy, cung cấp chất dinh dưỡng cho não và xử lý chất thải) có thể sưng lên và mất đến ba năm để co lại về kích thước bình thường.

Hệ vi khuẩn thân thiện

Rõ ràng từ nghiên cứu trong những năm gần đây rằng chìa khóa quan trọng để có sức khỏe tốt là sự hình thành và đa dạng của các vi sinh vật sống trong và trên cơ thể chúng ta. Hệ vi sinh vật này có thể ảnh hưởng đến cách chúng ta tiêu hóa thức ăn, đến mức độ viêm trong cơ thể và thậm chí làm thay đổi cách thức hoạt động của não.

Các nhà nghiên cứu kiểm tra sức khỏe phi hành gia Kelly sau chuyến đi tới ISS phát hiện ra rằng vi khuẩn và nấm sống trong ruột của anh đã thay đổi sâu sắc so với trước khi anh bay vào vũ trụ. Điều này có lẽ không hoàn toàn đáng ngạc nhiên, vì thức ăn rất khác mà anh ấy đang ăn và sự thay đổi ở những người mà anh ấy đã gắn bó suốt cả ngày (chúng ta thu được một lượng vi sinh vật đường ruột và đường miệng khủng khiếp từ những người chúng ta sống cùng).

Da

Da của Kelly được phát hiện có độ nhạy cao và phát ban trong khoảng 6 ngày sau khi anh trở về từ trạm vũ trụ. Các nhà nghiên cứu suy đoán rằng việc thiếu kích thích da trong quá trình thực hiện nhiệm vụ có thể góp phần khiến da anh có phản ứng.

Môi trường vi trọng lực của ISS có thể có những ảnh hưởng đáng kể đến cơ thể con người và đây sẽ là một thách thức khi con người khám phá sâu hơn vào Hệ Mặt trời.

Gien

Một trong những phát hiện quan trọng nhất từ chuyến hành trình kéo dài vào vũ trụ của Kelly là những ảnh hưởng của nó đối với DNA của anh. Ở cuối mỗi chuỗi DNA là các cấu trúc được gọi là telomere, được cho là giúp bảo vệ gien của con người khỏi bị hư hại. Khi chúng ta già đi, những telomere này sẽ ngắn hơn, nhưng nghiên cứu về Kelly và các phi hành gia khác đã tiết lộ rằng du hành vũ trụ dường như làm thay đổi độ dài của những telomere này.

Susan Bailey, Giáo sư sức khỏe môi trường và X quang tại Đại học bang Colorado, thành viên nhóm nghiên cứu Kelly và anh trai, cho biết: “Tuy nhiên, điều đáng chú ý nhất là việc tìm thấy các telomere dài hơn đáng kể trong chuyến bay vào vũ trụ”. Bà Susan đã thực hiện các nghiên cứu riêng biệt với 10 phi hành gia không liên quan khác, những người đã tham gia các nhiệm vụ dưới 6 tháng. "Điều bất ngờ nữa là chiều dài telomere bị rút ngắn nhanh chóng khi trở về Trái đất đối với tất cả các thành viên phi hành đoàn”.

Bà cho biết chính xác lý do tại sao điều này xảy ra vẫn chưa được làm sáng tỏ. "Chúng tôi có một số manh mối, nhưng những thành viên phi hành đoàn làm việc lâu dài hơn - như Rubio, người đã dành một năm trên vũ trụ - sẽ rất quan trọng để thực sự mô tả và hiểu được phản ứng này cũng như kết quả sức khỏe tiềm ẩn của nó."