Vi trọng lực có thể làm thay đổi hoạt động của vi khuẩn đường ruột ra sao?

Chỉ vài tuần sau khi lên Trạm Vũ trụ Quốc tế, máu của các phi hành gia đã xuất hiện dấu hiệu cho thấy vi khuẩn đường ruột phân giải protein nhiều hơn. Kết quả từ 52 người không có nghĩa các nhà khoa học trực tiếp nhìn thấy vi khuẩn đang hoạt động trong ruột; họ nhận ra sự thay đổi qua những phân tử nhỏ lưu thông trong máu. Cách giải thích được đề xuất là vi trọng lực khiến thức ăn đi qua đường tiêu hóa chậm hơn, tạo thêm thời gian để vi khuẩn chuyển từ sử dụng chất xơ sang lên men protein. Giả thuyết này vừa gợi lời giải cho tình trạng táo bón trong không gian, vừa đặt ra câu hỏi quan trọng đối với những chuyến bay kéo dài tới sao Hỏa. [1]

Máu có thể tiết lộ chuyện gì đang xảy ra trong ruột?

Nghiên cứu của Đại học Copenhagen phối hợp với NASA phân tích các chất chuyển hóa trong mẫu máu của 52 phi hành gia từng sống nhiều tháng trên Trạm Vũ trụ Quốc tế. Chất chuyển hóa là những phân tử nhỏ được tạo ra hoặc biến đổi trong các quá trình sinh học. Một phần trong số đó có thể bắt nguồn từ hoạt động của vi khuẩn đường ruột, sau đó đi qua thành ruột và lưu thông trong máu. Vì vậy, chúng đóng vai trò như dấu vết hóa học giúp nhận biết một quá trình khó quan sát trực tiếp khi con người đang ở ngoài không gian. [1]

Nhóm nghiên cứu dùng phương pháp phân tích không định hướng, nghĩa là khảo sát một phạm vi rộng các chất chuyển hóa thay vì chỉ tìm vài phân tử đã chọn trước. Mẫu máu đến từ ba nghiên cứu trên trạm không gian, thuộc nhiều nhiệm vụ và nhiều thời điểm khác nhau. Dù sự trao đổi chất vốn khác biệt đáng kể giữa từng người, một xu hướng vẫn xuất hiện nhất quán: những dấu hiệu liên quan đến lên men protein tăng sau khi phi hành gia rời Trái Đất. Đây là bằng chứng gián tiếp về hoạt động của hệ vi sinh, không phải phép đo trực tiếp tốc độ di chuyển của thức ăn trong ruột. [1]

Lên men protein khác gì tiêu hóa protein thông thường?

Cơ thể con người tiêu hóa phần lớn protein bằng enzyme, nhưng một lượng protein vẫn có thể đi tới đại tràng, nơi cộng đồng vi khuẩn tiếp tục phân giải. Khi còn đủ chất xơ có thể sử dụng, vi khuẩn thường ưu tiên nguồn nguyên liệu này. Sau khi chất xơ sẵn có đã được dùng hết, chúng có thể chuyển sang protein. Quá trình ấy được gọi là lên men protein và không chỉ xảy ra ở phi hành gia. Điểm đáng chú ý trong nghiên cứu là dấu vết của quá trình này tăng lên trong thời gian bay, bắt đầu tương đối sớm và tiếp diễn cho tới khi họ trở về Trái Đất. [1]

Có thể hình dung đường ruột như một tuyến vận chuyển liên tục: nguyên liệu đi qua càng lâu thì vi khuẩn ở đoạn sau càng có nhiều thời gian tiếp cận những phần chưa được hấp thu. So sánh này chỉ giúp giải thích logic của giả thuyết, không mô tả đầy đủ hệ tiêu hóa. Thực tế, nhiều nhóm vi khuẩn cùng hoạt động, còn sản phẩm của chúng phụ thuộc vào nguyên liệu có mặt và điều kiện trong ruột. Nghiên cứu ghi nhận dấu vết phù hợp với sự gia tăng lên men protein, nhưng không đồng nghĩa toàn bộ hệ vi sinh đều thay đổi theo một hướng duy nhất. [1]

Vi trọng lực có thể làm thức ăn di chuyển chậm bằng cách nào?

Trên Trái Đất, thức ăn không đơn thuần rơi xuống nhờ trọng lực. Nó được đẩy dọc đường tiêu hóa chủ yếu bởi nhu động ruột, tức các đợt co cơ phối hợp. Vì thế, con người vẫn có thể nuốt và tiêu hóa trong nhiều tư thế. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu nghi ngờ rằng khi tác động quen thuộc của trọng lực biến mất, toàn bộ quá trình vận chuyển trong ruột có thể chậm lại. Vật chất lưu lại lâu hơn sẽ cho vi khuẩn thêm thời gian sử dụng chất xơ trước, rồi chuyển sang phân giải protein ở mức cao hơn. [1]

Chuỗi giải thích hiện nay gồm ba mắt xích: môi trường vi trọng lực có thể kéo dài thời gian thức ăn đi qua ruột; thời gian kéo dài tạo điều kiện cho lên men protein; sự trì trệ cũng có thể góp phần gây táo bón. Trong ba mắt xích ấy, nghiên cứu đo được rõ nhất sự thay đổi của các chất chuyển hóa trong máu. Tốc độ vận chuyển của ruột là cơ chế được đề xuất vì phù hợp với dấu vết hóa học và tình trạng táo bón thường gặp ở phi hành gia, chứ chưa phải nguyên nhân được chứng minh trực tiếp bằng chính phép phân tích này. [1]

Sự thay đổi có thể ảnh hưởng đến các cơ quan ngoài hệ tiêu hóa không?

Sản phẩm do vi khuẩn tạo ra không nhất thiết ở lại trong ruột. Một số chất chuyển hóa có thể vào máu và đi tới các cơ quan khác, nên sự thay đổi của hệ vi sinh có khả năng liên quan đến nhiều chức năng hơn việc đại tiện. Các tác giả lưu ý rằng sản phẩm của lên men protein thường được liên hệ với những hậu quả bất lợi như tổn thương thận, thay đổi tâm trạng hoặc giảm khả năng tập trung. Tuy vậy, nghiên cứu trên 52 phi hành gia phát hiện dấu hiệu chuyển hóa, không xác lập rằng những hậu quả đó đã xảy ra ở họ vì chính cơ chế này. [1]

Điểm phân biệt này đặc biệt quan trọng với trục ruột - não, tên gọi dành cho sự liên lạc hai chiều giữa đường tiêu hóa và não. Việc một phân tử có thể tham gia mạng lưới liên lạc ấy không tự động cho biết tác động cuối cùng sẽ lớn đến đâu, có hại trong mọi trường hợp hay giống nhau ở mọi người. Kết quả hiện tại nên được hiểu như một chỉ dấu về quá trình sinh học đáng theo dõi: môi trường không gian dường như làm thay đổi cách vi khuẩn khai thác nguyên liệu trong ruột, còn hệ quả sức khỏe cụ thể cần được đánh giá theo từng chức năng. [1]

Vì sao phát hiện này đáng chú ý với hành trình tới sao Hỏa?

Các nhiệm vụ trên Trạm Vũ trụ Quốc tế cho phép theo dõi con người sống ngoài trọng lực Trái Đất trong nhiều tháng, nhưng chuyến đi xa hơn có thể kéo dài hơn đáng kể. Một thay đổi xuất hiện chỉ sau vài tuần và duy trì trong thời gian ở không gian vì thế không còn là chuyện khó chịu ngắn hạn. Nếu thời gian lưu của thức ăn thực sự là mắt xích quan trọng, việc hỗ trợ nhu động, rút ngắn thời gian vận chuyển trong ruột hoặc bảo đảm nguồn chất xơ phù hợp có thể trở thành hướng nghiên cứu biện pháp đối phó cho các nhiệm vụ dài ngày. [1]

Các nhà nghiên cứu nêu những khả năng như tăng chất xơ, dùng prebiotic hoặc áp dụng biện pháp thúc đẩy nhu động, nhưng đó là định hướng để tiếp tục đánh giá chứ không phải hướng dẫn điều trị cho cá nhân. Phát hiện cũng gợi một câu hỏi trên Trái Đất: người phải nằm lâu thường bị táo bón và có thể trải qua sự thay đổi lên men tương tự nếu ruột vận chuyển chậm. Điều đáng nhớ từ máu của 52 phi hành gia là hệ vi sinh không đứng ngoài tác động của chuyến bay; nó phản ứng với điều kiện sống mới và có thể trở thành một phần của bài toán duy trì sức khỏe khi con người rời Trái Đất lâu hơn. [1]