DINH DƯỠNG CHO DU HÀNH VŨ TRỤ CẦN LƯU Ý NHỮNG GÌ?
Dinh dưỡng
Dinh dưỡng cho các nhà du hành vũ trụ trong hoạt động bay vào không gian vũ trụ. Phạm vi không gian của vũ trụ bay gồm tầng điện li khí quyển (ở độ cao 85 - 800km), tầng tiêu tán khí quyển (ở độ cao 800 - hàng vạn km) và không gian vũ trụ rộng lớn nằm ngoài tầng khí quyển. Phạm vi không gian này có rất nhiều đặc điểm: khí quyển vô cùng loãng, khí áp rất thấp, không gian vũ trụ ngoài tầng khí quyển thì đã tiếp cận với chân không. Do ở cách xa Trái Đất, tất cả mọi vật thể đều bị mất đi sự ràng buộc với lực hấp dẫn của Trái Đất, và trở nên nhẹ đi rất nhiều so với khi ở trên mặt đất (ở trạng thái trọng lượng thấp), hoặc gần như không có trọng lượng (ở trạng thái mất trọng lượng). Ngoài ra, trong môi trường đặc thù này, không những tồn tại những yếu tố mà cơ thể phải dựa vào đó để sinh tồn, tức thành phần không khí, áp suất và nhiệt độ thích hợp, mà còn có các luồng bức xạ đến từ các phía (như bức xạ vũ trụ mặt trời, tia tử ngoại,...) và các tiểu thiên thạch. Con người có thể sống được trong môi trường đặc thù này, buộc phải ở trong các con tàu có các khoang đóng kín được thiết kế riêng, phải mặc ít nhất là trên 10 lớp áo quần được chế tạo từ các nguyên liệu khác nhau, để có được các yếu tố duy trì sự sống và chế ngự được các tổn thương do lạnh nóng và bức xạ bên ngoài, để tránh được sự tập kích ủa các tiểu thiên thạch. Như vậy, các nhà du hành vũ trụ thực tế chỉ có thể sống được trong môi trường điều tiết nhân tạo tương tự như môi trường mặt đất và trong một không gian sống chật hẹp. Tất cả những đặc điểm môi trường này, nhất là trạng thái mất trọng lượng, đều sẽ đem đến những ảnh hưởng lớn đối với sức khỏe và sự chuyển hóa chất dinh dưỡng của nhà du hành vũ trụ.
Chuyển hóa dinh dưỡng ở các nhà du hành vũ trụ
Nhà du hành vũ trụ khi phải giữ cơ thể, chuyển động cơ thể và vận chuyển đồ vật, trong môi trường mất trọng lượng, không giống như ở trên mặt đất phải tiêu hao một phần năng lượng để khắc phục lực hấp dẫn của Trái Đất, năng lượng cần thiết chỉ là để co duỗi chân tay và cơ thể, thêm vào đó môi trường sinh hoạt lại chật hẹp, sử dụng ít đến cơ xương, vì vậy tổng năng lượng tiêu hao mỗi ngày không nhiều. Theo số liệu có được qua phương pháp phân tích kín trong hoạt động bay ở trạng thái bình thường của Mỹ và Liên Xô, thì mức tiêu hao năng lượng mỗi ngày của mỗi nhà du hành vũ trụ là trong khoảng 10,46 - 13,16MJ (2500 - 3150kcal). Nhưng các nhà du hành vũ trụ trong thời gian làm nhiệm vụ ở không gian ngoài khoang, do các nguyên nhân như mặc quần áo hay ép chặt, nặng, cử động khó và tinh thần căng thẳng cao độ nên tỉ lệ tiêu hao năng lượng của các động tác tăng lên gấp mấy lần so với ở trong khoang tàu.
Xét về tình trạng chuyển hóa của một số chất dinh dưỡng, do cơ xương của các nhà du hành vũ trụ ít phải dùng đến, khiến cho ở một số cơ xương xuất hiện hiện tượng thoái hóa, đồng thời lượng nitơ - niệu tăng lên chuyển hóa protein thể hiện cân bằng nitơ âm sút cân.
Bị mất canxi và loãng xương lại càng là biểu hiện nổi bật của các nhà du hành vũ trụ trong điều kiện mất trọng lượng.
Trong tình huống chưa áp dụng các biện pháp phòng ngừa như rèn luyện, thì các nhà du hành vũ trụ bay chưa được 1 ngày đã xuất hiện hiện tượng lượng canxi thải ra qua nước tiểu tăng lên. Cùng với sự kéo dài thời gian bay hiện tượng này sẽ tiếp tục tiến triển. Có những nhà du hành vũ trụ sau khi bay hơn 10 ngày, lượng chất khoáng thải ra như kali, natri, photpho,... đều có xu hướng tăng lên. Đồng thời, thải ra lượng nước cũng sẽ tăng lên tương ứng thể hiện sự cân bằng âm trong chuyển hóa muối nước rất rõ. Như vậy do ảnh hưởng của sự cân bằng âm trong chuyển hóa protein và muối nước, các nhà du hành vũ trụ trong thời gian bay dưới 6 tháng, cân nặng thường có thể giảm tới 6 - 7kg. Tỉ lệ bài tiết chất khoáng tăng cao, ngoài ra còn sẽ làm giảm sức làm việc, khả năng chịu đựng đứng thẳng giảm, sức chịu đựng với độ gia tốc cũng giảm, đồng thời dẫn đến điện tâm đồ khác thường cùng những thay đổi về chuyển hóa và chức năng sinh lí của các hệ thống trong cơ thể.
Các nghiên cứu đã cho thấy sau khi nhà du hành vũ trụ trở về mặt đất, sự cân bằng canxi đòi hỏi phải cần vài tuần thậm chí vài tháng mới có thể khôi phục được hoàn toàn.
Nhưng nếu như trong quá trình bay mà áp dụng các biện pháp phòng ngừa như tập thể dục, thì sau khi quay trở về mặt đất, quá trình thích ứng lại với môi trường mặt đất sẽ rút ngắn rất nhiều.
Lượng cung cấp chất dinh dưỡng cho các nhà du hành vũ trụ
Ở thời kì đầu bay vào vũ trụ, tiêu chuẩn lượng cung cấp năng lượng cho các nhà du hành vũ trụ ở Mỹ và Liên Xô được định trong phạm vi 10,46 - 11,72MJ (2500 - 2800kcal). Cùng với việc mở rộng dung tích phòng khoang tàu kéo dài thời gian bay và phát triển kế hoạch tập luyện trong khi bay, lượng cung cấp năng lượng sẽ tăng lên đến 12,55 - 13,16MJ (3000 - 3150kcal). Sự phân phối 3 chất dinh dưỡng lớn cũng có sự thay đổi theo sự phát triển của kĩ thuật du hành vũ trụ và cải thiện điều kiện thiết bị khoang tàu. Nếu mức năng lượng được cung cấp như nhau, thì thể tích mà lipit chiếm sẽ nhỏ nhất mà trọng lượng nhẹ nhất. Cho nên, nếu xem xét đến thực tế khoang tàu chật hẹp, thì mang theo các thức ăn du hành vũ trụ có chứa lipit cao là kinh tế nhất. Nhưng lipit cao lại có nhược điểm là giảm sự hấp thu canxi, photpho, giảm dự trữ muối trong xương và làm cho các nhà du hành vũ trụ mất canxi nặng thêm trong điều kiện mất trọng lượng. Khi protein oxy hóa lượng nước được sinh ra ít nhất, còn lượng nước cần để loại bỏ các chất phế bỏ qua chuyển hóa protein thì lại lớn nhất, trong chuyển hóa cacbohiđrat thì lượng nước lại được sinh ra nhiều nhất.
Vì thế, ở tình huống lượng nước được cung cấp trong khoang tàu có hạn, thì thức ăn có chứa cacbohiđrat cao là có lợi nhất, thức ăn có protein cao là bất lợi nhất.
Thức nghiệm đã cho thấy, với điều kiện đã cải thiện môi trường và thiết bị khoang tàu, thì vẫn áp dụng việc bố trí bữa ăn tương tự như tiêu chuẩn bữa ăn ở dưới mặt đất sẽ là lí tưởng nhất. Hiện nay, trong thực đơn cung cấp cho phòng thực nghiệm Bầu Trời của nước Mỹ, protein chiếm 16% tổng năng lượng, lipit chiếm 29%, cachohiđrat chiếm55%. Một số nhà khoa học cho rằng trong quá trình bay vào vũ trụ, các nhà du hành vũ trụ ngoài việc ăn vào các thức theo quy định ra, còn cần bổ sung thêm vitamin E, D và các loại vitamin tan trong nước, căn cứ của lập luận này là các nhà du hành vũ trụ tiếp xúc với môi trường oxy nồng độ cao, không có được các bức xạ tia tử ngoại, lượng trái cây và rau tươi ăn vào lại có hạn. Đồng thời, để duy trì được chức năng thị giác bình thường cho các nhà du hành vũ trụ thì việc cung cấp đầy đủ vitamin A và riboflavin (B2) là hết sức cần thiết. Hiện nay, phòng thực nghiệm Bầu Trời của Mỹ đã bổ sung cho các nhà du hành vũ trụ mỗi ngày vitamin A 1500μg đương lượng retinol, vitamin D 10μg, vitamin E 10μg - tocoferol, thiamin (B1) 10mg, riboflavin (B2) 10mg, vitamin B6 2mg, vitamin B12 4mg, niacin (B3 hoặc PP) 100mg, axit ascorbic (C) 313mg, axit panothenic 20mg, axit folic (B9) 30mg.
Bổ sung thức ăn trong bữa ăn rất có hiệu quả trong việc phòng ngừa nhịp tim không đều cho các nhà du hành vũ trụ. Các nhà du hành vũ trụ của con tàu Apolo trong quá trình hoạt động trên bề mặt Mặt Trăng và khi trở về Trái Đất, đã từng xuất hiện nhịp tim không đều và thời kì hồi phục sau khi bay kéo dài. Trong các chuyến bay về sau đã chú ý bổ sung kali trong bữa ăn. Tiêu chuẩn lượng cung cấp canxi, photpho cũng giống như tiêu chuẩn lượng cung cấp của các nhân viên dưới mặt đất. Tỉ lệ canxi, photpho 1: 1 - 2 là vừa. Tỉ lệ canxi, magie 2:1 là vừa. Cơ chế mất canxi ở các nhà du hành vũ trụ trong điều kiện mất trọng lượng chưa thấy biểu hiện rõ, việc bổ sung canxi trong bữa ăn có tác dụng không nhiều lắm đối với việc ngăn chặn những biến đổi về chuyển hóa chất xương trong điều kiện mất trọng lượng.
Thức ăn
Lương khô cho các nhà du hành vũ trụ được chia thành các loại lương khô thông thường, lương khô ứng cứu và lương khô cứu nạn. Lương khô thông thường cung cấp cho các nhà du hành vũ trụ ăn trong thời gian bay trong quỹ đạo; lương khô ứng cứu được dùng khi làm nhiệm vụ ngoài khoang tàu, lương khô cứu nạn được dùng vào những khi cần thiết trong thời gian quay trở về Trái Đất. Trong lương khô đòi hỏi phải có chứa các chất dinh dưỡng cần thiết, chịu được bảo quản để dành, trọng lượng nhẹ, thể tích nhỏ, sử dụng tiện lợi, an toàn trong môi trường mất trọng lượng, ổn định tính năng trong điều kiện áp thấp và áp cao, sau khi ăn chất bài tiết ít. Lương khô thông thường có thời gian sử dụng tương đối dài, đòi hỏi hàm lượng chất dinh dưỡng đầy đủ, tỉ lệ cân đối, lương khô ứng cứu và lương khô cứu nạn có thời gian sử dụng ngắn, đòi hỏi về hàm lượng và tỉ lệ phối hợp các chất dinh dưỡng không nghiêm ngặt lắm. Về hình thức và chủng loại lương khô thì ở thời kì đầu, người ta đã nghiên cứu chế ra loại thức ăn du hành vũ trụ bán cứng, miếng nhỏ là chính, thức ăn bán cứng được đóng trong các ống nhôm kiểu tuýp thuốc đánh răng, được bóp nặn ra để ăn hoặc ăn qua lỗ của mũ đội đầu, sau này sử dụng loại thức ăn miếng nhỏ vừa bằng một miếng và loại thức ăn cô có hàm lượng nước thấp dưới 3%. Trước khi ăn thức ăn cô nên cho nước vào lại. Để tránh trong khi ăn, vụn thức ăn bay trong khoang, bên ngoài loại thức ăn miếng nhỏ có bao bọc một lớp màng bảo vệ có thể ăn được như keo trong, protein,... Trong khoang của phòng thực phẩm Bầu Trời còn phải có đủ hơn 70 loại đồ uống và bột canh,... tan nhanh. Bột canh và đồ uống sau khi hòa nước trong đồ chứa sẽ có một độ sền sệt nhất định có thể uống trực tiếp. Phòng thực nghiệm Bầu Trời có cung ứng nước lạnh và nước nóng, đồng thời có chỗ để thức ăn lạnh và thức ăn làm nóng. Trên con tàu Phương Đông 3 của Liên Xô đã bắt đầu sử dụng các thức ăn tươi. Nước uống thường được mang theo từ mặt đất. Xu thế phát triển của thức ăn du hành vũ trụ là được chế biến theo điều kiện đáp ứng được năng lượng và chuyên hóa cho các nhà du hành vũ trụ cố sao cho thức ăn uống như thức ăn dùng dưới mặt đất về mặt kiểu dáng và chất lượng.
Trong khi chú ý nghiên cứu về chất lượng thức ăn, hiện nay người ta đã bắt đầu tập trung vào khía cạnh những ảnh hưởng tiềm tàng đến chức năng não và khả năng làm việc.
Loại lương khô du hành vũ trụ thông thường do Trung Quốc thử làm đã được chế biến theo thực đơn của 4 ngày, mỗi ngày 4 bữa, được cấu thành từ các loại thức ăn chính, phụ, bánh ngọt, kẹo bột canh và đồ uống,... Dạng thức ăn chủ yếu là thức ăn cô và thức ăn miếng nhỏ. Qua các thí nghiệm mô phỏng môi trường mất trọng lượng đã cho thấy loại thực đơn này phù hợp với yêu cầu sử dụng. Mỗi phong lương khô sẽ cung cấp một lượng năng lượng là 6,7MJ (2600kcal), trọng lượng bình quân, kể cả bao bì, không quá 800g, với thể tích 1700 cm3.
