Phát minh ra chiếc mũ có khả năng giúp con người ngủ đông nhiều tháng

Phát tín hiệu siêu âm vào não loài gặm nhấm khiến chúng rơi vào trạng thái giống như hôn mê. Các nhà khoa học đang tự hỏi liệu nó có thể được sử dụng trên người hay không.

Các nhà khoa học đã kích thích não của chuột nhắt và chuột cống bằng sóng siêu âm để đưa chúng vào trạng thái giống như ngủ đông và các nhà nghiên cứu cho biết một ngày nào đó kỹ thuật này có thể được sử dụng cho bệnh nhân đang được chăm sóc đặc biệt hoặc cho các phi hành gia đang thực hiện các chuyến bay dài ngày vào vũ trụ.

Phương pháp độc nhất vô nhị — hoạt động bằng cách phát sóng siêu âm vào vùng não chịu trách nhiệm kiểm soát quá trình trao đổi chất và nhiệt độ cơ thể — đã giảm nhiệt độ cơ thể trung bình của loài gặm nhấm tới 3,5 độ C đồng thời làm giảm nhịp tim và giảm mức tiêu thụ oxy của chúng.

Kết quả của nghiên cứu trên động vật có thể cung cấp cho các nhà khoa học gợi ý về một số trạng thái giống như ngủ đông có thể được tạo ra một cách an toàn và không xâm lấn ở người. Các nhà nghiên cứu đã công bố phát hiện của họ vào ngày 25.5 trên tạp chí Nature Metabolism.

Tác giả chính của nghiên cứu Hong Chen, Phó giáo sư kỹ thuật y sinh tại Đại học Washington ở St.Louis cho biết: “Tạo ra trạng thái giống như hôn mê ở những bệnh nhân nặng có thể kéo dài thời gian điều trị và nâng cao cơ hội sống sót của họ".

Khi thức ăn khan hiếm hoặc thời tiết quá lạnh, một số loài động vật có vú, chim, côn trùng, động vật lưỡng cư và cá... bảo tồn năng lượng của chúng bằng cách bước vào trạng thái được gọi là ngủ đông, một tình trạng bí ẩn và tạm thời được biểu hiện bằng quá trình trao đổi chất giảm mạnh.

Khi ở trạng thái ngủ đông, nhiệt độ cơ thể và nhịp tim của động vật giảm đáng kể và máu tuần hoàn chậm hơn. Trong thời gian ngủ đông, chúng làm chậm nhịp tim từ hàng trăm nhịp mỗi phút xuống chỉ còn vài nhịp; thở mười phút một lần hoặc ít hơn; và giảm thiểu hoạt động não bộ đến mức mất ý thức với xung quanh.

Trên thực tế, rất ít chức năng vô thức được thực hiện trong thời kỳ ngủ đông. Những thay đổi sinh lý sâu sắc làm giảm đáng kể năng lượng mà động vật cần để tồn tại. Do đó, không có gì đáng ngạc nhiên khi các nhà khoa học từ lâu đã muốn tìm hiểu xem liệu những lợi ích này có thể được áp dụng với những người trong tình trạng bị thương nặng hay cho các phi hành gia trong chuyến bay dài và cô đơn đến các hành tinh xa xôi.

Trong lịch sử, ghi chép về lợi ích trong y học của việc hạ thân nhiệt đã có từ thời Ai Cập cổ đại. Nó cũng được bác sĩ của Napoléon, Baron de Larrey, ghi nhận trong cuộc xâm lược Nga thất bại của Pháp vào mùa đông lạnh giá năm 1812. Lerrey băng bó các chi của binh sĩ bị thương bằng nước đá trước khi cắt cụt chúng và nhận thấy rằng những người bị thương thường chết nhanh hơn do hơi ấm từ lửa hơn là do cái lạnh. Trong thời hiện đại, các bác sĩ phẫu thuật sử dụng trạng thái hạ thân nhiệt để tăng tỷ lệ sống sót của bệnh nhân trong các ca phẫu thuật tim và não.

Nhưng liệu con người, những người không có khả năng tự nhiên bước vào trạng thái ngủ đông, có thể được đẩy vào trạng thái đó bằng biện pháp nhân tạo và an toàn hay không vẫn là một câu hỏi để ngỏ.

Để điều tra khả năng này, các nhà khoa học tham gia một nghiên cứu mới đã tạo ra một chiếc mũ siêu âm mà họ dính lên đầu chuột. Sau khi được bật lên, thiết bị này phát sóng siêu âm vào một phần não của loài gặm nhấm được gọi là vùng tiền thị dưới đồi, một vùng não quan trọng để kiểm soát nhiệt độ cơ thể và giấc ngủ ở nhiều loài động vật cũng như kích hoạt trạng thái ngủ đông ở chúng.

Sau khi tiếp xúc với các sóng siêu âm, con chuột trong thí nghiệm ngay lập tức rơi vào trạng thái giống như hôn mê, trong đó nhiệt độ cơ thể, nhịp tim và lượng oxy hấp thụ giảm mạnh. Chúng trở nên uể oải và ăn ít hơn đáng kể.

Bằng cách lặp lại các đợt siêu âm mỗi khi nhiệt độ cơ thể của chuột tăng trên ngưỡng đặt ra, các nhà khoa học có thể giữ chuột ở trạng thái giống như trạng thái hôn mê này trong tối đa 24 giờ mà không quan sát thấy bất kỳ dấu hiệu tổn thương hoặc khó chịu nào. Khi tắt mũ siêu âm, nhiệt độ cơ thể và mức độ hoạt động của chuột phục hồi bình thường trong vòng chưa đầy 90 phút.

Sau khi lặp lại thí nghiệm với 12 con chuột, các nhà khoa học thấy rằng thiết bị này cũng khiến nhiệt độ cơ thể của chuột giảm xuống, mặc dù mức giảm chỉ khoảng 2 độ C. Từ đó, các tác giả nghiên cứu tin rằng chiếc mũ vẫn có thể hoạt động trên các loài động vật có vú không đi vào trạng thái ngủ một cách tự nhiên - gồm cả con người.

Chen cho biết: “Vẫn cần nghiên cứu thêm để xác định tính an toàn và tính khả thi của phương pháp này ở người. Chúng ta có thể hình dung các phi hành gia đội một thiết bị giống như mũ bảo hiểm được thiết kế phát sóng siêu âm nhắm vào vùng dưới đồi để tạo ra trạng thái giống như ngủ đông".

Tuy nhiên, vẫn còn nhiều rào cản trước khi các thiết bị siêu âm gây mê có thể được sử dụng để “câu giờ” cho bác sĩ trong các ca phẫu thuật hoặc giúp các phi hành gia ngủ đông khi bay vào vũ trụ.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng chiếc mũ siêu âm của họ dường như mang lại trạng thái giống như hôn mê bằng cách kích thích một kênh ion cụ thể bên trong tế bào não của loài gặm nhấm, nhưng trạng thái ngủ đông được quan sát thấy trong tự nhiên cũng đi kèm với những thay đổi nội tiết tố khác ở cấp độ phân tử mà chúng ta vẫn chưa hiểu rõ. Tương tự như vậy, tác động của ngủ đông dài hạn đối với não cũng không rõ ràng, thậm chí một số nghiên cứu nêu lên khả năng hôn mê dài hạn gây mất trí nhớ ở động vật ngủ đông.

Vladyslav Vyazovskiy, giáo sư sinh lý học về giấc ngủ tại Đại học Oxford, người không tham gia vào nghiên cứu mới, nói: "Điều đáng chú ý là chúng ta biết rất ít về tác động của giấc ngủ đông, đặc biệt là ngủ đông kéo dài, đối với chức năng não, kết nối khớp thần kinh hoặc ký ức".

Vyazovskiy nói: “Vì vậy, trước khi cố gắng gây ngủ đông ở người, chúng ta phải đảm bảo rằng mình biết cách đưa cơ thể 'trở lại' nguyên vẹn. Cho đến khi chúng ta có sự hiểu biết đầy đủ về cả nguyên nhân và hậu quả của quá trình ngủ đông tự nhiên, khả năng chịu đựng của con người thì giải pháp trên vẫn thuộc lĩnh vực khoa học viễn tưởng".