Vào những ngày lạnh, tối, thật thú vị khi tưởng tượng ra việc tự “ngắt công tắc” cơ thể cho tới khi thời tiết ấm áp trở lại. Mặc dù nhiều loài động vật có thể làm như vậy nhờ tiến nhập vào một trạng thái gọi là ngủ đông – vốn sẽ làm giảm các chức năng của cơ thể xuống mức thấp nhất và chuyển đổi chất béo trữ trong cơ thể thành năng lượng, nhưng liệu con người có thể ngủ đông theo một cách thức tương tự hay không?
Ngoài ý tưởng hài hước là cung cấp cho con người phương thức thuận tiện để tránh rét và thiếu đồ ăn vào mùa đông, việc tìm hiểu về cơ chế ngủ đông này hẳn sẽ là một bước cần thiết cho sự phát triển thịnh hành của ngành du lịch không gian đường dài trong tương lai.
Theo đó, một chuyến đi đến hành tinh gần nhất với Trái Đất – sao Hỏa- sẽ mất khoảng 8 tháng nếu sử dụng công nghệ hiện thời. Thậm chí, nếu vào một ngày nào đó chúng ta có thể di chuyển với vận tốc ánh sáng, thì việc ghé thăm một hệ sao khác cũng phải mất tới vài năm. Chính vì thế, nếu có thể tiến nhập vào một trạng thái ngủ đông trường kỳ thì quãng đường xa xôi như vậy sẽ trở nên đỡ buồn tẻ hơn rất nhiều đối với các phi hành gia, đồng thời cũng duy trì được các nguồn tài nguyên thiết yếu.
“Là một nhà khoa học thần kinh, tôi hiện đang tham gia vào một nhóm nghiên cứu được Cơ quan Không gian Châu Âu ESA thành lập để tìm hiểu xem, làm thế nào chúng ta có thể đưa con người vào trạng thái ngủ đông? Đây vẫn là một câu hỏi mở, nhưng ít nhất trên lý thuyết chúng ta không thể loại trừ khả năng này”, Vladyslav Vyazovskiy phó giáo sư ngành khoa học thần kinh đến từ trường Đại học Oxford, Anh cho biết.
Nhiệt độ cơ thể và sự trao đổi chất
Trạng thái ngủ đông được một số loài động vật áp dụng với các khoảng thời gian nhất định trong năm, khi mà chúng không nhất thiết phải xuất hiện trong tự nhiên, ví dụ như khi nguồn lương thực trở nên khan hiếm hoặc khí hậu trở nên khắc nghiệt.
Trên phương diện kỹ thuật, ngủ đông là một trạng thái suy giảm quá trình trao đổi chất hay các phản ứng hóa học trong cơ thể nhằm duy trì sự sống. Theo đó, nhịp tim, nhịp thở, thân nhiệt, quá trình tiêu thụ năng lượng, tất cả đều sẽ giảm xuống một cách đáng kể và lúc này, năng lượng sử dụng để duy trì sự sống được lấy chủ yếu từ chất béo.
Theo phó Giáo Sư Vladyslav Vyazovskiy, thời điểm và khoảng thời gian các loài động vật ngủ đông có sự khác biệt rất lớn, từ vài tháng mỗi năm, cho đến chỉ khoảng vài giờ mỗi ngày trong khoảng thời gian vài tháng. Một số loài động vật như chuột và chim ruồi sẽ ngủ đông hàng ngày nếu chúng cảm thấy cần tiết kiệm năng lượng. Số khác, như nhím Âu và gấu sẽ tiến nhập vào những khoảng thời gian ngủ đông lâu dài hơn, thông thường vào mùa đông. Thậm chí, những loài vật này vẫn sẽ duy trì việc ngủ đông mỗi năm ngay cả khi hoàn cảnh môi trường được duy trì ở mức ổn định, và đây được gọi là loại ngủ đông cưỡng chế.
“Cơ chế ngủ đông” bằng các biện pháp giảm thân nhiệt và trao đổi chất ở động vật cũng đã được con người áp dụng rộng rãi trong thực tiễn lâm sàng. Ví dụ như trong phẫu thuật tim, để bảo vệ các mô khỏi bị tổn thương khi lưu lượng máu suy giảm, các bác sĩ sẽ hạ thấp thân nhiệt và sự trao đổi chất ở bệnh nhân, từ đó sẽ giúp các tế bào vẫn có thể duy trì sự hoạt động của mình trong các môi trường yếm khí (không có Oxi) hoặc cần ít lượng Oxi hơn.
Quá trình làm mát nhân tạo ở người này có điểm tương đồng với sự ngủ đông tự phát ở động vật ở chỗ, nó sẽ giảm thiểu hoạt động hô hấp, nhịp tim và quá trình trao đổi chất. Nhưng khác biệt căn bản là các loài động vật dường như “hiểu rõ” cách thức tiến nhập vào trạng thái ngủ đông một cách an toàn và tự phát, trong khi việc hạ thấp thân nhiệt ở người mà không gây nguy hiểm đến tính mạng lại đòi hỏi phải sử dụng rất nhiều thuốc.
Vladyslav Vyazovskiy cho biết, trong thực tế, việc các loài động vật có vú lớn như gấu và thậm chí cả các loài linh trưởng như vượn cáo lùn đuôi béo ở Madagascar có thể ngủ đông, đã cho thấy, kích thước cơ thể và việc tiêu thụ rất nhiều năng lượng ở người sẽ không phải là lý do ngăn cản con người tiến nhập vào trạng thái này.
Tuy nhiên, một trong những khó khăn của việc giả lập trạng thái ngủ đông là chúng ta không thực sự biết được các loài động vật bắt đầu và duy trì quá trình này như thế nào. Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành trên phương diện này, nhưng cho đến nay mới chỉ thu được một vài câu trả lời chắc chắn. Mặt khác, các nhà nghiên cứu cũng chưa thể biết rõ khả năng ngủ đông được kích hoạt theo một cơ chế “từ dưới lên” – bắt đầu với những thay đổi xuất hiện trong các tế bào đơn lẻ của cơ thể tại cấp độ phân tử, hay bằng một cơ chế “từ trên xuống”, bao gồm các tín hiệu phát xuất từ hệ thần kinh hay hóc-môn, cũng có thể đóng một vai trò nhất định.
Bảo vệ não bộ
Ngoài những khó khăn trên thì ý tưởng đưa con người vào trạng thái ngủ đông còn gặp một vấn đề khó nhằn nữa chính là các ảnh hưởng tiềm tàng đối với bộ não do cơ chế này gây ra. Theo đó, não bộ cực kỳ nhạy cảm với môi trường thiếu khí ô-xy, do đó chúng ta cần nghĩ ra biện pháp bảo vệ não bộ trong khoảng thời gian lượng máu và chất dinh dưỡng cung cấp cho nó bị suy giảm.
Theo quan sát, những loài động vật ngủ đông thường thoát ra khỏi trạng thái ngủ đông trong khoảng vài giờ hay vài ngày nhưng vẫn thường dành khoảng thời gian này để ngủ bù, trước khi quay trở lại trạng thái ngủ đông. Điều này khiến một số nhà khoa học đưa ra giả thuyết: tuy rằng chúng ta có xu hướng nghĩ về trạng thái ngủ đông như một giấc ngủ dài, nhưng trên thực tế ngủ đông sẽ tạo ra một trạng thái “thiếu ngủ”, nên các loài động vật thường sẽ phải bù trừ cho khoảng thời gian này bằng cách ngủ bù sau khi xuất ra khỏi trạng thái ngủ đông. Chúng ta có thể kiểm chứng điều này khi ghi nhận được các mô thức sóng não tương đồng của các loài động vật khi chúng thoát ra khỏi trạng thái ngủ đông và khi chúng bị thiếu ngủ.
Theo Giáo Sư Vladyslav Vyazovskiy, nguyên nhân dẫn đến điều này có thể là do sự suy giảm quá trình trao đổi chất và tình trạng hạ thấp thân nhiệt có liên hệ với hoạt động trong các khu vực não bộ đó, vốn có mối liên hệ điển hình với quá trình điều tiết giấc ngủ. Nhưng cũng có thể là vì trạng thái ngủ đông sẽ làm biến đổi não bộ theo một cách thức có thể làm tổn hại đến nó nếu không được phục hồi bằng các cơ chế của giấc ngủ.
Trong nghiên cứu của mình, GS Vladyslav Vyazovskiy cùng các cộng sự đã phát hiện ra rằng, trạng thái ngủ đông có thể gây giảm thiểu và tái tổ chức các liên kết synap, vốn là nền tảng căn bản của ký ức trong não bộ. Nghiên cứu trên các loài động vật như dơi đã cho thấy hầu hết ký ức vẫn được lưu giữ thậm chí sau nhiều tháng dù trong trạng thái suy nhược tế bào thần kinh gần như toàn diện. Nhưng một số ký ức dường như được lưu giữ tốt hơn những cái khác, ví như ký ức về những người thân. Vì vậy, nếu chúng ta muốn thúc đẩy trạng thái ngủ đông ở người thì một điều đặc biệt quan trọng là cần nghiên cứu thêm cách thức ký ức được lưu trữ trong một khoảng thời gian ngủ đông dài.
Hiện tại chúng ta vẫn chưa chắc liệu quá trình ngủ đông an toàn kéo dài ở người là có khả thi hay không, nhưng các nghiên cứu xem xét các cơ chế tiềm năng có thể cung cấp cho chúng ta những vốn hiểu biết mới để biến điều này trở thành hiện thực. Những bước tiến dài trong lĩnh vực công nghệ hiện nay và các công cụ dược lý và di truyền học đã cho thấy tiềm năng to lớn trong việc thúc đẩy hay điều tiết giấc ngủ. Nhưng để hiểu trọn vẹn cách thức có thể thúc đẩy trạng thái ngủ đông an toàn trên người, chúng ta sẽ cần phải phân tích mổ xẻ các mạch não chủ chốt và xác định các đường dẫn phân tử chủ chốt phụ trách điều tiết các chức năng ngủ trong cơ thể chúng ta.
Tác giả: Vladyslav Vyazovskiy, Đại Kỷ Nguyên tiếng Anh.
Đăng tải với sự cho phép. Đọc bản gốc ở đây.
Quý Khải biên dịch
Xem thêm: