Thú biển ít bị bệnh giảm áp chủ yếu vì chúng không thở khí nén dưới nước: mỗi lần lặn chỉ mang theo một hơi thở, và khi xuống sâu, phổi xẹp lại đẩy khí vào đường thở cứng, nơi nitơ khó thấm vào máu. Thêm vào đó, tim đập chậm và máu được dồn có chọn lọc, nên lượng nitơ hoà tan trong mô thấp hơn nhiều so với người lặn bình khí. Dù vậy, chúng không hoàn toàn miễn nhiễm: đã có bằng chứng bọt khí trong mô cá voi và rùa biển khi bị hoảng sợ hoặc bị kéo lên quá nhanh.
Bệnh giảm áp xảy ra thế nào, nói ngắn gọn
Không khí có khoảng 78% là nitơ. Khi áp suất tăng, theo định luật Henry, khí hoà tan vào chất lỏng nhiều hơn. Người lặn bình khí hít khí nén ở độ sâu, nên nitơ liên tục hoà vào máu và mô suốt thời gian lặn. Nếu ngoi lên quá nhanh, áp suất giảm đột ngột, nitơ thoát ra khỏi dung dịch thành bọt khí, giống như mở nắp chai nước ngọt có ga. Bọt khí có thể gây đau khớp, tê liệt, khó thở, thậm chí tử vong.
Đây là kiến thức nền. Cách người lặn phòng tránh, các triệu chứng và cách cấp cứu được trình bày ở danh mục khoa học lặn bình khí trên cùng trang. Bài này hỏi một câu khác: tại sao những con vật xuống tới 1.000, 2.000 m nhiều lần mỗi ngày lại không bị như vậy?
Khác biệt gốc: một hơi thở thay vì cả bình khí
Người lặn bình khí ở độ sâu 30 m trong 30 phút hít vào hàng trăm lít khí nén, mỗi hơi thở lại nạp thêm nitơ. Còn một con cá voi hay hải cẩu lặn chỉ mang theo lượng khí có sẵn trong phổi lúc rời mặt nước. Tổng lượng nitơ có thể hoà vào máu bị giới hạn bởi một hơi thở đó.
Nhưng chỉ chừng đó thì chưa đủ giải thích. Một lần lặn sâu, lâu, lặp lại hàng chục lần mỗi ngày vẫn có thể tích tụ nitơ dần dần. Ngay cả người lặn nín thở lặp lại nhiều lần trong ngày cũng có ca mắc bệnh giảm áp. Vì thế thú biển cần thêm những cơ chế khác.
Cơ chế thứ nhất: phổi xẹp có kiểm soát
Đây là điểm được nhắc nhiều nhất. Phổi gồm các túi khí nhỏ li ti (phế nang), nơi khí trao đổi với máu, và hệ đường thở dẫn khí (khí quản, phế quản). Ở thú biển lặn sâu:
- Lồng ngực mềm: xương sườn nối với xương ức bằng sụn hoặc khớp lỏng, cho phép lồng ngực bị nén lại khi áp suất tăng.
- Đường thở được gia cố: khí quản và phế quản có vòng sụn cứng, nhiều loài có sụn kéo dài tới tận những nhánh nhỏ, nên không bị bẹp.
- Kết quả: khi xuống sâu, áp suất ép các phế nang xẹp lại, đẩy khí vào đường thở cứng. Ở đó gần như không có trao đổi khí với máu. Nitơ "bị nhốt" trong ống dẫn thay vì thấm vào máu.
Độ sâu phổi xẹp hoàn toàn khác nhau theo loài, nhưng nhiều ước tính đặt nó trong khoảng vài chục tới khoảng một, hai trăm mét. Dưới độ sâu đó, gần như không còn nitơ mới đi vào máu, dù con vật lặn tiếp xuống hàng nghìn mét.
Hít vào hay thở ra trước khi lặn
Hải cẩu thật thường thở ra trước khi lặn, mang theo rất ít khí trong phổi, và cất oxy chủ yếu trong máu, cơ. Cá voi và cá heo thì thường lặn khi phổi còn khí, vì chúng cần khí để phát âm thanh. Nhưng ở cả hai nhóm, lượng khí trong phổi so với cân nặng nhỏ hơn ở thú trên cạn, đặc biệt ở những loài lặn sâu nhất.
Cơ chế thứ hai: tim chậm và máu dồn có chọn lọc
Khi thú biển lặn, nhịp tim giảm mạnh, có loài xuống chỉ vài nhịp mỗi phút. Mạch máu tới cơ, da, ruột co lại, máu được ưu tiên cho não và tim. Phản ứng này giúp tiết kiệm oxy, nhưng cũng có tác dụng phụ quan trọng: lưu lượng máu qua phổi giảm, nên lượng nitơ được máu chở đi khắp cơ thể cũng ít đi.
Phản ứng lặn ở thú biển mạnh hơn rất nhiều so với phản xạ lặn ở người. Riêng phản xạ lặn ở người đã có bài ở mảng khác trong hệ.
Cơ chế thứ ba: "trao đổi khí chọn lọc", một giả thuyết mới
Những năm gần đây, nhóm các nhà sinh lý học thú biển, trong đó có Andreas Fahlman và Daniel García-Párraga, đề xuất một giả thuyết đáng chú ý, công bố năm 2018. Theo đó, thú biển có thể chủ động điều chỉnh để những vùng phổi còn khí được nhiều máu chảy qua sẽ là vùng giàu oxy và CO2, trong khi vùng nhiều nitơ thì ít máu chảy qua. Nói nôm na, chúng vẫn lấy được oxy và thải được CO2, nhưng hạn chế hấp thu nitơ.
Giả thuyết này giải thích vì sao áp lực bất thường, như tiếng ồn làm con vật hoảng loạn, có thể phá vỡ cơ chế và gây ra bọt khí. Dù vậy, đây vẫn là một giả thuyết đang được kiểm chứng, chưa phải điều đã chắc chắn.
Bằng chứng cho thấy chúng không miễn nhiễm
Trong nhiều thập kỷ, người ta tin thú biển "không thể" bị bệnh giảm áp. Từ đầu thế kỷ 21, một loạt phát hiện đã thay đổi quan niệm này:
| Năm công bố | Phát hiện | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| 2003 | Bọt khí và tổn thương trong mô cá voi mõm khoằm chết dạt bờ ở quần đảo Canary sau tập trận dùng sonar (Jepson và cộng sự, tạp chí Nature) | Gợi ý cá voi có thể bị tổn thương giống bệnh giảm áp khi bị kích động |
| 2004 | Tổn thương hoại tử xương ở nhiều bộ xương cá nhà táng trong bảo tàng (Moore và Early, tạp chí Science) | Gợi ý tổn thương mạn tính do khí qua nhiều năm lặn sâu; còn được bàn |
| 2014 | Rùa biển mắc lưới kéo, lưới rê được kéo lên nhanh có bọt khí trong máu và mô (nhóm nghiên cứu ở Valencia, Tây Ban Nha) | Lần đầu ghi nhận bệnh giảm áp ở một loài bò sát biển; một số con được cứu sống nhờ buồng tăng áp |
Ba phát hiện này có chung một mẫu số: rắc rối xảy ra khi con vật bị đẩy ra khỏi nhịp lặn tự nhiên. Cá voi hoảng sợ vì âm thanh lạ ngoi lên bất thường. Rùa bị kéo lên từ độ sâu bởi lưới, không theo tốc độ của chính nó. Nói cách khác, cơ chế chống bệnh giảm áp của thú biển và rùa biển hiệu quả, nhưng hoạt động tốt nhất khi chúng được tự quyết định cách lặn và cách ngoi.
So sánh nhanh: thú biển và người lặn bình khí
| Yếu tố | Người lặn bình khí | Thú biển lặn sâu |
|---|---|---|
| Nguồn khí | Hít khí nén liên tục ở độ sâu | Một hơi thở từ mặt nước |
| Phổi ở độ sâu | Giữ thể tích, trao đổi khí liên tục | Xẹp dần, khí bị dồn vào đường thở cứng |
| Nhịp tim khi lặn | Thay đổi ít | Giảm mạnh, máu ưu tiên não và tim |
| Cách giảm rủi ro | Ngoi chậm, dừng an toàn, giới hạn thời gian theo bảng lặn hoặc máy tính lặn | Cấu tạo cơ thể và phản ứng sinh lý tự nhiên |
| Khi có sự cố | Cấp cứu, buồng tăng áp | Thường chết; một số rùa được cứu bằng buồng tăng áp |
Bảng này không có nghĩa con người có thể "học" cách lặn của cá voi. Cơ thể người không có lồng ngực mềm hay kho oxy trong cơ như vậy. Người lặn bình khí cần học có chứng chỉ, tuân thủ giới hạn độ sâu và tốc độ ngoi theo hướng dẫn của tổ chức đào tạo.
Góc nhìn hôm nay: điều con người có thể làm
Hiểu cách thú biển tránh bệnh giảm áp không chỉ là chuyện học thuật. Nó trực tiếp dẫn tới các quy định bảo vệ: hạn chế sonar quân sự ở những vùng cá voi mõm khoằm sinh sống, khuyến khích ngư dân kéo lưới chậm hoặc rút ngắn thời gian ngâm lưới ở nơi có rùa biển.
Với người làm nghề cá, nếu kéo lưới lên mà có rùa biển còn sống nhưng lừ đừ, nên giữ rùa ở nơi mát, ẩm, không thả lại biển ngay, và báo cho cơ quan chuyên ngành thuỷ sản hoặc đơn vị cứu hộ động vật biển gần nhất. Một con rùa trông như "đang nghỉ" có thể đang bị bọt khí trong máu và cần được chăm sóc.
Ai muốn đọc sâu hơn có thể tìm các bài tổng quan về sinh lý lặn của thú biển trên các tạp chí khoa học mở, hoặc tài liệu của Divers Alert Network (DAN) để hiểu bệnh giảm áp ở người, rồi đặt cạnh nhau để thấy hai "giải pháp" khác nhau cho cùng một vấn đề vật lý.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao cá voi không bị bệnh giảm áp?
Vì chúng chỉ lặn với một hơi thở, phổi xẹp lại khi xuống sâu đẩy khí vào đường thở cứng nơi nitơ khó vào máu, và tim chậm lại khi lặn. Tuy vậy, cá voi vẫn có thể bị tổn thương do khí khi bị hoảng sợ, thay đổi nhịp lặn bất thường.
Hải cẩu có bị bệnh giảm áp không?
Trong điều kiện bình thường thì rất hiếm. Hải cẩu thường thở ra trước khi lặn, nên mang ít khí trong phổi, và phổi xẹp sớm khi xuống sâu, hạn chế nitơ hoà vào máu.
Rùa biển có bị bệnh giảm áp không?
Có. Năm 2014, các nhà nghiên cứu ở Tây Ban Nha ghi nhận rùa biển mắc lưới bị kéo lên nhanh có bọt khí trong máu và mô. Một số con đã được cứu nhờ điều trị trong buồng tăng áp.
Người có thể lặn sâu như cá voi không?
Không. Cơ thể người không có lồng ngực mềm, đường thở gia cố hay kho oxy lớn trong cơ như thú biển. Người lặn bình khí phải tuân thủ giới hạn độ sâu và tốc độ ngoi theo khoá học có chứng chỉ.
Sonar ảnh hưởng tới cá voi như thế nào?
Sonar quân sự tần số trung bình bị nghi là khiến cá voi mõm khoằm hoảng sợ và thay đổi nhịp lặn, dẫn tới tổn thương giống bệnh giảm áp. Nhiều vụ dạt bờ hàng loạt đã gắn với các cuộc tập trận dùng loại sonar này.
