Môi trường khắc nghiệt ngoài không gian không chỉ thử thách giới hạn sinh tồn của con người mà còn tác động sâu sắc đến hệ thống thị giác. Trong nhiều thập kỷ, chúng ta đã biết đến nguy cơ đục thủy tinh thể gia tăng ở các phi hành gia do phơi nhiễm bức xạ vũ trụ. Tuy nhiên, phải đến năm 2011, giới y học vũ trụ mới bàng hoàng phát hiện ra một hội chứng mới xuất hiện sau các sứ mệnh dài ngày trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS): sự thay đổi cấu trúc nhãn cầu và suy giảm thị lực nghiêm trọng, bao gồm phù gai thị, dẹt nhãn cầu, dịch chuyển khúc xạ viễn thị, nếp gấp hắc mạc và các nốt dạng bông (cotton wool spots). Sự xuất hiện không đồng đều của hội chứng này trên các phi hành gia bay cùng một sứ mệnh đã đặt ra một câu hỏi hóc búa cho các nhà nghiên cứu: Tại sao trong cùng một môi trường cơ học và bức xạ, có người bị tổn thương thị lực nghiêm trọng, trong khi người khác lại hoàn toàn bình thường?
Sự dịch chuyển dịch thể hướng đầu và con đường chuyển hóa một carbon
Để hiểu được căn nguyên của những thay đổi nhãn khoa này, trước hết chúng ta cần xem xét hai cơ chế chính: cơ học chất lưu và sinh hóa tế bào. Trong môi trường vô trọng lực, hiện tượng dịch chuyển dịch thể hướng đầu (cephalad fluid shift) xảy ra do mất đi áp lực trọng trường kéo máu và dịch kẽ xuống chi dưới. Sự tích tụ dịch ở phần trên cơ thể làm gia tăng áp lực nội sọ (ICP) và áp lực nội nhãn (IOP), trực tiếp chèn ép lên đĩa thị và bao dây thần kinh thị giác, dẫn đến phù gai thị và dẹt nhãn cầu từ phía sau.
Tuy nhiên, yếu tố cơ học thuần túy không thể giải thích trọn vẹn tính nhạy cảm cá thể. Đây là lúc con đường chuyển hóa một carbon (one-carbon transfer pathway) phụ thuộc vào folate và vitamin B12 thể hiện vai trò quyết định. Con đường này chịu trách nhiệm cho các phản ứng methyl hóa quan trọng trong cơ thể, bao gồm tổng hợp DNA và duy trì tính toàn vẹn của màng tế bào mạch máu. Khi con đường này bị đình trệ, các chất trung gian như homocysteine, cystathionine, acid 2-methylcitric (2-MCA) và acid methylmalonic (MMA) sẽ tích tụ trong huyết thanh.
Sự gia tăng các chất trung gian này, đặc biệt là homocysteine (hyperhomocysteinemia), là một dấu chỉ sinh hóa nhạy cảm của sự suy giảm chức năng nội mô mạch máu. Đột biến điểm phổ biến trên gen MTHFR (677C→T) làm giảm hoạt lực của enzyme methylenetetrahydrofolate reductase từ 30% (ở thể dị hợp tử C/T) đến 60% (ở thể đồng hợp tử T/T). Sự suy giảm hoạt tính này khiến các cá thể mang gen đột biến cực kỳ nhạy cảm với tình trạng thiếu hụt folate, dẫn đến rối loạn chức năng vi mạch tại hàng rào máu - võng mạc và hệ thống mạch máu nuôi dưỡng thần kinh thị giác khi đối mặt với các stress môi trường như nồng độ CO2 cabin tăng cao.
Bằng chứng sinh hóa từ các phi hành gia trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS)
Một nghiên cứu bản lề của NASA thực hiện trên các phi hành gia tham gia sứ mệnh dài ngày (5-6 tháng) đã tiến hành phân tích huyết thanh trước, trong và sau chuyến bay để tìm kiếm mối liên quan giữa các chất chuyển hóa và sự thay đổi nhãn khoa. Kết quả cho thấy sự khác biệt sinh hóa rõ rệt giữa nhóm có biểu hiện lâm sàng nhãn khoa (OC+) và nhóm không biểu hiện (OC-).
| Chỉ số sinh hóa (Huyết thanh) | Nhóm có thay đổi nhãn khoa (OC+) (n=5) | Nhóm không thay đổi nhãn khoa (OC-) (n=15) | Giá trị P (Group effect) |
|---|---|---|---|
| Homocysteine (μmol/L) | Cao hơn rõ rệt ở mọi thời điểm | Thấp hơn và ổn định | P < 0.001 |
| Cystathionine (nmol/L) | Cao hơn rõ rệt | Thấp hơn | P < 0.001 |
| Acid 2-Methylcitric (2-MCA) (nmol/L) | Cao hơn rõ rệt | Thấp hơn | P < 0.001 |
| Acid Methylmalonic (MMA) (nmol/L) | Cao hơn rõ rệt | Thấp hơn | P < 0.001 |
| Folate huyết thanh (nmol/L) | Thấp hơn đáng kể trong chuyến bay | Cao hơn | P < 0.05 |
| Độ thanh thải Creatinine (mL/min) | Không có sự khác biệt | Không có sự khác biệt | Không ý nghĩa |
Điều đặc biệt quan trọng là nồng độ các chất trung gian này ở nhóm OC+ đã cao hơn ngay từ trước khi bay (pre-flight), tiếp tục duy trì ở mức cao trong suốt chuyến bay và sau khi trở về Trái Đất. Sự khác biệt này không xuất phát từ chức năng thận (độ thanh thải creatinine của hai nhóm tương đương nhau) hay do chế độ ăn thiếu hụt dinh dưỡng, bởi tất cả phi hành gia đều sử dụng chung một thực đơn tiêu chuẩn của ISS vốn được thiết kế đáp ứng đầy đủ nhu cầu dinh dưỡng khuyến nghị (DRI) đối với các vitamin nhóm B.
Sự giao thoa giữa di truyền, môi trường và những bài học lâm sàng dưới mặt đất
Sự tích tụ của các chất chuyển hóa này trước chuyến bay gợi ý mạnh mẽ rằng nhóm phi hành gia OC+ sở hữu một đặc tính di truyền khác biệt trong con đường chuyển hóa một carbon, nhiều khả năng là đa hình gen MTHFR 677C→T hoặc các enzyme liên quan. Khi các cá thể này tiếp xúc với môi trường không gian - nơi có nồng độ CO2 cabin cao hơn (gây giãn mạch não và tăng áp lực nội sọ) kết hợp với sự dịch chuyển dịch thể hướng đầu - hệ thống mạch máu nhạy cảm của họ không thể bù trừ hiệu quả, dẫn đến tổn thương hàng rào máu - võng mạc và phù nề đĩa thị.
"Phát hiện này thay đổi hoàn toàn cách chúng ta nhìn nhận về bệnh lý nhãn khoa vũ trụ. Nó không còn đơn thuần là một tai nạn cơ học do vô trọng lực, mà là kết quả của một sự tương tác tinh vi giữa kiểu gen nhạy cảm của cá thể và các stress cực đoan từ môi trường ngoài Trái Đất."
Mối liên hệ này tương đồng một cách kỳ lạ với các bệnh lý thần kinh thị giác do thiếu hụt dinh dưỡng dưới mặt đất. Chúng ta đã biết tình trạng thiếu hụt vitamin B12 và folate nghiêm trọng có thể gây ra bệnh lý thần kinh thị giác (optic neuropathy) với biểu hiện phù gai thị và giảm thị lực. Hơn nữa, các thuốc kháng folate như methotrexate cũng được ghi nhận gây ra bệnh lý thần kinh thị giác có thể đảo ngược, đặc biệt là trên những bệnh nhân có đa hình gen chuyển hóa một carbon hoặc có tình trạng dinh dưỡng kém đi kèm.
Những thông điệp lâm sàng mang tính thực tiễn
- Tầm soát di truyền tiền chuyến bay: Việc định lượng các chất trung gian chuyển hóa một carbon (homocysteine, cystathionine, MMA, 2-MCA) và xét nghiệm đa hình gen MTHFR 677C→T cần được xem xét như một phần của quy trình tuyển chọn và đánh giá nguy cơ nhãn khoa cho các phi hành gia trước các sứ mệnh dài ngày.
- Cá nhân hóa liệu pháp dinh dưỡng: Đối với các cá thể có nồng độ homocysteine cao hoặc mang alen đột biến, việc bổ sung folate liều cao (hoặc dạng hoạt tính L-methylfolate) và vitamin B12 hoạt tính có thể là một chiến lược can thiệp tiềm năng để tối ưu hóa con đường chuyển hóa, giảm thiểu nguy cơ tổn thương mạch máu võng mạc.
- Ứng dụng trong y học lâm sàng mặt đất: Đối với các bệnh nhân có biểu hiện phù gai thị không rõ nguyên nhân, tăng áp lực nội sọ vô căn (pseudotumor cerebri), hoặc nhạy cảm với sự thay đổi áp lực (như thợ lặn bị tai biến giảm áp), việc đánh giá con đường chuyển hóa một carbon và tình trạng folate/B12 là một hướng tiếp cận chẩn đoán và điều trị không nên bỏ qua.
- Bảo vệ chống oxy hóa đối với thủy tinh thể: Bên cạnh các tổn thương bán phần sau, nguy cơ đục thủy tinh thể do bức xạ vũ trụ có thể được giảm thiểu thông qua việc tối ưu hóa chế độ ăn giàu chất chống oxy hóa, đặc biệt là β-carotene và lycopene, vốn đã được chứng minh có tác dụng bảo vệ thủy tinh thể trên các phi hành gia.
Tài liệu tham khảo:
Zwart, S. R., Gibson, C. R., & Smith, S. M. (2014). Space Flight Ophthalmic Changes, Diet, and Vitamin Metabolism. In Handbook of Nutrition, Diet, and the Eye (Chapter 40, pp. 393-399). Elsevier Inc. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-12-401717-7.00040-X