Làm sao nín thở được lâu?

  • 8 tháng 12 2014
Sự sống của con người phụ thuộc rất lớn vào oxygen
Một số ít người có thể nín thở lâu đến kinh ngạc, Frank Swain phát hiện. Làm sao họ làm được như vậy?
Tháng 11 năm ngoái, Nicholas Mevoli, 32 tuổi, nằm ngửa trên mặt nước giữa biển khơi và hít một hơi dài để đẩy không khí vào đẩy hai lá phổi. Sau đó anh ấy vẫy nhẹ và lặn xuống nước và bắt đầu lặn đến Lỗ xanh Dean (Dean’s Blue Hole) – một khe dưới đáy biển ở Bahamas.
Mục tiêu của Mevoli là lặn đến độ sâu hơn 70 mét và chỉ với một lần thở. Nếu không may sẽ là thảm họa đối với anh ấy.

Lặn tự do

Con người có thể lặn lâu bao nhiêu mà không cần trồi lên mặt nước? Con người có thể nín thở được bao lâu? Khi nhân loại đang đẩy lùi hai giới hạn cuối cùng là không gian và đại dương thì cần phải tìm hiểu làm sao chúng ta có thể tồn tại được trong môi trường không có không khí.
Trong chân không, chúng ta rất dễ bất tỉnh. Hồi năm 1965, trang phục không gian bị đứt gãy đã khiến một nhân viên ở Trung tâm Không gian Johnson của Nasa bị đẩy vào môi trường chân không trong một lúc trong phòng thí nghiệm. Anh ta đã ngất xỉu trong khoảng 15 giây. Không như mọi người nghĩ, anh ta không bị nổ tung mặc dù ở môi trường áp suất thấp như vậy, các chất lỏng trong cơ thể sẽ bốc hơi ở nhiệt độ cơ thể bình thường. Điều cuối cùng mà anh ta có thể nhớ trước khi tỉnh lại là nước bọt sôi lên và bốc hơi trên đầu lưỡi.
Các thợ lặn tự do, tức là lặn không cần các thiết bị thở, làm được tốt hơn thế. Thông thường thì họ có thể lặn dưới nước trong ba phút hoặc lâu hơn. Thợ lặn nắm kỷ lục lặn sâu nhất, ông Herbert Nitch, lặn xuống độ sâu 214 mét trên một tàu ngầm được thiết kế đặc biệt. Ông ở dưới nước trong khoảng thời gian bốn phút rưỡi. Các thợ lặn tự do nhờ vào một phản ứng vật lý được gọi là ‘phản xạ lặn’. Quá trình này làm chậm nhịp tim khi cơ thể lặn sâu dưới nước. Ngay cả khi chúng ta úp mặt vào nước lạnh cũng kích hoạt phản ứng này.
Mặc dù những thợ lặn kiểu này đạt đến những độ sâu khó tin, con người vẫn có thể nhịn thở lâu hơn ở những môi trường bớt khắc nghiệt hơn. Dầm mình xuống một hồ bơi ở London, thợ lặn người Đan Mạch có tên là Stig Severinsen đã nhịn thở được 22 phút hồi năm 2012 và lập một kỷ lục thế giới mà đến nay vẫn chưa có ai phá được. Làm sao mà họ có thể làm được trong khi người bình thường chỉ có thể nín thở được hơn môt phút? Tất cả là ở sự chuẩn bị, tập luyện và sinh lý.

Thêm ôxy và bớt CO2

Con người không thể ở được vài phút dưới mặt nước nếu không có các thiết bị hỗ trợ
Trước khi lập được kỷ lục này, Severinsen đã dành 20 phút để thở gấp chỉ với khí ôxy. Điều này giúp cho cơ thể của anh ấy được lấp đầy ôxy và đẩy hết khí CO2 từ trong phổi ra ngoài. Cả hai yếu tố này đều quan trọng để giúp nhịn thở lâu. Ai cũng biết rằng nếu thiếu oxy sẽ dẫn đến tử vong, trong khi CO2 tích tụ cũng nguy hiểm không kém. Nếu cơ thể không thải được khí thừa này trong cơ thể thì sự tích tụ của nó trong máu sẽ biến máu trở thành a-xít. Cơ sẽ bị co thắt và cơ thể mất phương hướng trong khi tim đập nhanh. Cuối cùng sẽ dẫn đến tử vong.
Các thợ lặn đã qua huấn luyện và các nhà vô địch về nhịn thở đã tạo được sự thích nghi của cơ thể để có thể nín thở lâu. Một nghiên cứu trên những ngư dân Brazil cho thấy những người lặn đánh bắt có phổi to hơn nhiều so với những đồng nghiệp chỉ đánh bắt trên mặt nước. Các thợ lặn mò ngọc trai nổi tiếng ở Nam Hàn và Nhật Bản được phát hiện có thêm 10% hồng cầu trong máu trong suốt quá trình lặn.
Giới hạn của việc nín thở được quyết định bằng việc cơ thể bạn có thể chịu được sự thiếu ôxy và sự tích tụ CO2 đến mức nào. Cả hai yếu tố này lại bị chi phối bởi tốc độ trao đổi chất của cơ thể. Một thợ lặn dưới biển sẽ tiêu thụ nhiều ôxy hơn và thải ra CO2 nhiều hơn một người bất động dưới nước. Các thợ lặn tự do thường nói về việc cần phải tạo luyện cho đầu óc trong trạng thái thiền khi lặn để giúp làm giảm nhịp tim và để đầu óc trống rỗng để não bộ được thư giãn sâu.

Giảm trao đổi chất

Phổi của con người không có khả năng thở chất lỏng
Ngoài ra cũng có những cách khác để kiềm chế hoạt động trao đổi chất. Khi đứa bé Michelle Funk ở Mỹ ngã vào một dòng suối lạnh giá hồi năm 1986, em đã sống sót sau khoảng 66 phút ở dưới nước. Đó là do cơ thể giảm nhiệt sâu giúp làm chậm lại quá trình trao đổi chất gần như bằng không.
Nhà vô địch không có đối thủ trong việc nhịn thở thường xuyên là các động vật biển hữu nhũ như cá voi và hải cẩu. Mỗi lần chúng có thể lặn dưới nước đến một giờ đồng hồ trước khi trồi lên mặt nước. Bên cạnh việc cơ thể chúng có thể chịu được sự tích tụ CO2 cao, cơ của những sinh vật này có rất giàu myoglobin, một loại protein giúp giữ lại ôxy và đẩy chúng ra để sử dụng trong quá trình lặn. Myoglobin là chất giúp cho thịt có màu đỏ. Ở cá voi, chúng có mật độ tập trung cao đế nỗi cá voi có thịt màu đen.
Điều không may là ngay cả việc tập luyện tốt nhất cũng không giúp chúng ta học được cách thích nghi cơ thể của cá voi. Vậy thì có lựa chọn nào khác cho cuộc sống không có không khí?
Chúng ta có thể đi ngược quy luật một chút bằng cách thở chất lỏng thay vì thở khí trời. Nếu không phải là chất lỏng chỉ có ôxy thuần thì ở nhiệt độ -200 độ C, nó sẽ biến cơ thể chúng ta sẽ biến thành một que kem từ trong ra ngoài và phổi sẽ vỡ nát khi chúng ta cố thở. Thay vào đó, chúng ta sẽ thở bằng một loại chất lỏng giàu ôxy hòa tan. Một loại vật chất có tên gọi là PFC có thể hòa tan một nồng độ ôxy và CO2 cao. PFC cũng có thể trở thành chất lỏng ở nhiệt độ thích hợp.

Thở chất lỏng

Cá voi là nhà vô địch về lặn biển lâu trong một hơi thở
Thở bằng chất lỏng có thể nghe giống như trong phim khoa học viễn tưởng. Tuy nhiên nó đã từng được mô tả trong bộ phim về phiêu lưu dưới đáy biển có tên là The Abyss của đạo diễn nổi tiếng James Cameron quay hồi năm 1989. Tuy nhiên nó có cơ sở từ các công trình nghiên cứu.
PFC là chất không màu, không mùi và không độc như không khí và có thể giúp cho các thợ lặn chịu được áp suất cao khi thoát ra khỏi tàu ngầm gặp nạn. Các thí nghiệm trong những năm 1960 cho thấy mèo và chuột bị dìm vào chất PFC dạng lỏng có thể sống được trong nhiều ngày bằng cách thở chất lỏng giàu ôxy này.
Vì chất lỏng này có chứa nhiều ôxy hơn rất nhiều lượng không khí tương đương, về mặt lý thuyết chúng ta có thể nín thở lâu hơn nhiều chỉ với một hơi PFC đầy phổi. Tuy nhiên, cấu tạo mong manh của phổi ở động vật có vú không thể chịu được lực cần thiết để đẩy bốn lít chất lỏng vào trong và ra khỏi cơ thể. Điều này khiến cho việc thở chất lỏng không được xem là một lựa chọn thay thế cho việc thở bằng không khí mặc dù thở chất lỏng đã được áp dụng trong việc chăm sóc các trẻ sinh non vốn phổi chưa có khả năng tự thở.
Nếu không có công nghệ mới thì các nỗ lực lập kỷ lục mới sẽ có kết cục đáng buồn. Khi Mevoli trồi lên mặt nước sau khi lặn ba phút rưỡi và lập kỷ lục lặn không có thiết bị thở ở độ sâu 72 mét, anh ấy đã bất tỉnh không lâu sau đó. Mặc dù được chữa trị ngay lập tức anh ấy vẫn qua đời sau đó. Cái chết của anh ấy là một lời nhắc nhở nghiêm túc rằng cuộc sống tại các giới hạn vẫn đối diện muôn vàn nguy hiểm.
Bản tiếng Anh bài nàyđã được đăng trên BBC Future.