Vì sao các nhà du hành dễ bị loãng xương?

Chiếc MU-300 trong thử nghiệm rơi tự do.

Trong điều kiện tĩnh lặng của trạng thái không trọng lượng, canxi cácbonát, một loại khoáng tương tự như phần cứng của xương, kết tinh rất khác so với bình thường. Thay vì kết tụ thành mảng, chúng lại tạo ra những "phần tử" nằm rời rạc, tương tự như cơ chế làm loãng xương.

Đây là phát hiện mới nhất của nhà khoa học Xiang-Yang Liu, thuộc Đại học Quốc gia Singapore. Hiện nay, một trong những thách thức lớn nhất đối với các chuyến bay dài ngày vào vũ trụ là tình trạng không trọng lượng, gây ra bệnh loãng xương, làm xương có các lỗ rỗng và giòn đi. “Trên vũ trụ, lượng xương mất đi trong tám tháng của một nhà du hành bằng với lượng xương mà người bình thường mất đi trong thời gian từ 50 đến 60 tuổi”, Liu giải thích.

Xương là hợp chất của khoáng rắn, chủ yếu là canxi phốt phát. Suốt trong cuộc đời của con người, các tế bào tạo xương và tế bào huỷ xương làm việc liên tục để tạo ra và phá huỷ các khoáng chất này, giúp trẻ hoá xương. Nếu xương không được đổi mới kịp thời, các lỗ rỗng sẽ xuất hiện, gây ra bệnh loãng xương (xốp xương).

Trong khâu tạo xương, các tinh thể canxi phốt phát được sinh ra theo hai quá trình. Quá trình một: Khi canxi và phốt phát trở nên bão hoà xung quanh các tế bào tạo xương, chúng kết tủa lại tạo thành những tinh thể rời rạc, lơ lửng tự do trong dung dịch, gọi là Quá trình tạo nhân đồng nhất . Quá trình thứ hai, các tinh thể này dính bám vào một bề mặt tiếp xúc (là các sợi keo trong xương), tạo thành mảng xương, gọi là Quá trình tạo nhân không đồng nhất.

Bình thường trên trái đất (có lực hấp dẫn tác động), xương được tạo ra chủ yếu theo Quá trình tạo nhân không đồng nhất. Các tinh thể khoáng gắn chặt vào các sợi hữu cơ mềm tạo thành xương cứng chắc.

Chứng minh bằng thử nghiệm

Để nghiên cứu ảnh hưởng của trọng lực lên quá trình tinh thể hoá, Liu đã nghiên cứu các tinh thể hình thành trong dung dịch canxi cácbonat trên một chiếc máy bay phản lực MU-300. Khi chiếc máy bay rơi tự do (thoát khỏi lực hấp dẫn) trong khoảng 20 giây, ông nhận thấy tinh thể được hình thành chủ yếu theo quá trình tạo nhân đồng nhất.

Ông Liu giải thích hiện tượng này như sau: trong điều kiện lực hấp dẫn, dung dịch hình thành các dòng đối lưu (lên xuống), đưa các phần dung dịch nặng, đậm đặc hơn xuống dưới. Bằng cách đó, nó tập trung muối từ dung dịch xung quanh lên một bề mặt. Tại đây, các tinh thể lớn dần, tạo mảng (quá trình tạo nhân không đồng nhất). Còn khi không có lực hấp dẫn, các dòng đối lưu biến mất, việc tích luỹ các tinh thể trên bề mặt bị chậm lại, quá trình tạo nhân đồng nhất dần chiếm ưu thế.

Trong sự tạo xương, nếu quá trình tạo nhân đồng nhất là chủ đạo, các tinh thể hình thành đơn độc kiểu "ai đi đường nấy", chúng sẽ không gắn vào các sợi keo, khiến xương có nhiều lỗ rỗng và yếu hơn. Như thế, nguyên nhân mất xương trong điều kiện không trọng lượng chính là do thiếu các dòng đối lưu, nhiễu loạn trong dịch xương.

B.H. (theo Nature)