Buzz
Việc du hành lâu dài trong không gian đã được xác định là gây tổn hại nghiêm trọng đến cơ thể con người.
Du hành không gian kéo dài đang trở thành một mục tiêu quan trọng cho nhân loại, nhất là khi các sứ mệnh lên Mặt Trăng, Sao Hỏa và xa hơn nữa đang được các cơ quan vũ trụ toàn cầu lập kế hoạch. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích về khoa học và công nghệ mà việc khám phá không gian mang lại, các nhà khoa học cũng phải đối mặt với nhiều thách thức sinh lý. Một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất là tác động tiêu cực của môi trường vi trọng lực lên cơ thể con người, đặc biệt là sức khỏe tim mạch.
Trước đây, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi con người sống trong môi trường không trọng lực kéo dài, các cơ quan trong cơ thể có thể trải qua nhiều thay đổi. Từ teo cơ, giảm mật độ xương, thay đổi thị lực đến các vấn đề tâm lý, tất cả đều đã được ghi nhận ở các phi hành gia trở về từ Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Gần đây, một nghiên cứu mới từ Đại học Johns Hopkins đã phát hiện một điều đáng lo ngại: Trái tim của con người cũng bị suy yếu khi sống trong không gian.
Thí nghiệm đặc biệt trên ISS
Nghiên cứu này đã được thực hiện trên các mẫu mô tim kỹ thuật sinh học của con người. Trong thí nghiệm, 48 mẫu mô được gửi đến Trạm Vũ trụ Quốc tế trong 30 ngày để kiểm tra tác động của vi trọng lực đối với các tế bào cơ tim. Điều này giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách tim hoạt động trong môi trường không trọng lực và những thay đổi nào có thể xảy ra ở cấp độ tế bào và phân tử.
Kết quả cho thấy, trong môi trường vi trọng lực, các tế bào cơ tim không chỉ yếu đi mà còn khó duy trì nhịp đập đều đặn. Các tế bào tim có dấu hiệu rối loạn nhịp tim – triệu chứng thường gặp ở những người có vấn đề về tim mạch theo tuổi tác. Đáng lưu ý, những thay đổi này xuất hiện chỉ sau một thời gian ngắn tiếp xúc với môi trường không gian, cho thấy rằng vi trọng lực có thể ảnh hưởng mạnh mẽ đến sức khỏe tim mạch hơn những gì chúng ta nghĩ.
'Trái tim trên chip' và công nghệ nền tảng
Nhóm nghiên cứu do giáo sư Deok-Ho Kim thuộc Khoa Kỹ thuật Y sinh tại Đại học Johns Hopkins dẫn đầu đã phát triển nền tảng 'trái tim trên chip' phục vụ cho thí nghiệm này. Nền tảng này sử dụng các tế bào gốc đa năng do con người tạo ra, có khả năng biến đổi thành nhiều loại tế bào khác nhau, bao gồm cả tế bào cơ tim. Các tế bào này được đặt vào một con chip sinh học thu nhỏ, mô phỏng hoạt động của một trái tim người trưởng thành.
Sau đó, các chip mô tim được gửi lên ISS qua một chuyến bay của SpaceX vào tháng 3/2020. Tại đây, phi hành gia Jessica Meir đã đại diện cho nhóm nghiên cứu chăm sóc thí nghiệm, duy trì các điều kiện sống cho mô tim bằng cách thay đổi các chất dinh dưỡng hàng tuần. Các mẫu mô cũng được bảo quản để phân tích gen và hình ảnh khi trở về Trái Đất, cho phép nhóm thu thập dữ liệu đầy đủ về cách vi trọng lực ảnh hưởng đến sự co bóp và hoạt động nhịp nhàng của tim.
Thí nghiệm này là một bước đột phá trong nghiên cứu sức khỏe tim mạch trong không gian. Khác với các thí nghiệm trước đây chỉ tập trung vào tác động sinh lý học của vi trọng lực lên cơ thể phi hành gia, lần này nhóm nghiên cứu chú trọng vào cấp độ tế bào và phân tử, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách môi trường không gian ảnh hưởng đến chức năng của cơ tim.
Kết quả đáng ngạc nhiên
Dữ liệu từ thí nghiệm 'trái tim trên chip' cho thấy rằng trong môi trường vi trọng lực, các tế bào cơ tim mất đi khả năng co bóp mạnh mẽ như khi ở Trái Đất. Các mẫu mô phát sinh tình trạng rối loạn nhịp tim, với thời gian giữa các nhịp đập kéo dài gần gấp năm lần so với nhịp đập bình thường của một trái tim khỏe mạnh. Điều này đặc biệt đáng lo ngại vì nó chỉ ra rằng không chỉ sức mạnh của cơ tim bị suy giảm, mà chức năng nhịp điệu của tim cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
Một trong những phát hiện quan trọng khác là các bó protein trong tế bào cơ tim, được gọi là sarcomere – có nhiệm vụ co bóp của cơ tim – trở nên ngắn hơn và thiếu tổ chức hơn so với các tế bào đối chứng. Đây là dấu hiệu cho thấy trái tim bị tổn thương, tương tự như những gì thường thấy ở bệnh nhân mắc bệnh tim mạch liên quan đến tuổi tác.
Ngoài ra, ty thể – cơ quan sản xuất năng lượng trong tế bào – của các mẫu mô tim đã trở nên lớn hơn, tròn hơn và mất đi các nếp gấp đặc trưng, gây gián đoạn quá trình sản xuất năng lượng. Việc giảm khả năng sản xuất năng lượng này có thể lý giải cho sự suy yếu đáng kể của các tế bào cơ tim trong môi trường vi trọng lực.
Không chỉ dừng lại ở đó, các mẫu mô tim còn cho thấy sự gia tăng các dấu hiệu viêm và stress oxy hóa, đặc biệt là sự mất cân bằng giữa các gốc tự do và chất chống oxy hóa. Những dấu hiệu này không chỉ phản ánh tác động của vi trọng lực mà còn phù hợp với những hiểu biết về lão hóa và bệnh tim mạch trên Trái Đất.
Ứng dụng và tương lai
Những phát hiện từ thí nghiệm này có ý nghĩa quan trọng cho sức khỏe của phi hành gia cũng như nghiên cứu y khoa trên Trái Đất. Đầu tiên, chúng mở rộng hiểu biết của chúng ta về cách vi trọng lực ảnh hưởng đến cơ thể con người, đặc biệt là sức khỏe tim mạch. Điều này sẽ giúp các cơ quan vũ trụ như NASA phát triển các biện pháp bảo vệ sức khỏe cho phi hành gia trong các sứ mệnh dài hạn trong tương lai.
Vào năm 2023, phòng thí nghiệm của Kim đã gửi thêm một lô mẫu mô tim khác lên ISS để thử nghiệm các loại thuốc có thể bảo vệ cơ tim khỏi tác động tiêu cực của vi trọng lực. Đây là một bước tiến quan trọng, không chỉ giúp duy trì sức khỏe tim mạch cho các phi hành gia mà còn mở ra những liệu pháp mới trong điều trị bệnh tim mạch cho những người trên Trái Đất.
Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu của Kim cũng đã hợp tác với NASA để nghiên cứu tác động của bức xạ không gian lên sức khỏe tim mạch. Bức xạ từ tia vũ trụ và mặt trời là một trong những nguy cơ lớn mà các phi hành gia sẽ phải đối mặt khi di chuyển ra ngoài quỹ đạo Trái Đất, nơi từ trường của hành tinh bảo vệ họ khỏi phần lớn bức xạ. Hiểu rõ tác động của bức xạ này sẽ giúp các nhà khoa học phát triển biện pháp phòng ngừa và bảo vệ cho sức khỏe tim mạch của phi hành gia trong các sứ mệnh ngoài không gian.
Nghiên cứu mới về tác động của vi trọng lực lên sức khỏe tim mạch cho thấy rằng việc sống trong không gian dài hạn không chỉ ảnh hưởng bề ngoài đến cơ thể mà còn tác động sâu sắc đến cấp độ tế bào. Những thay đổi về chức năng và cấu trúc của cơ tim trong môi trường không gian đặt ra thách thức lớn cho các sứ mệnh khám phá ngoài Trái Đất, nhưng đồng thời cũng mở ra cơ hội mới để nghiên cứu và phát triển các liệu pháp mới cho bệnh tim mạch trên Trái Đất.
Sự phát triển của công nghệ sinh học, kỹ thuật mô và y học không gian không chỉ bảo vệ sức khỏe của các phi hành gia mà còn hứa hẹn mang lại những tiến bộ lớn trong y học cho toàn nhân loại. Với những khám phá quan trọng này, tương lai của việc du hành không gian sẽ ngày càng an toàn và hiệu quả hơn, giúp con người tiến gần hơn đến việc chinh phục các hành tinh xa xôi.
