Hơi thở - dấu ấn sức khỏe "riêng và duy nhất"

Nhịp thở thường diễn ra một cách vô thức, tưởng đơn giản nhưng thực chất là một quá trình phức tạp, được điều khiển bởi nhiều vùng não bộ khác nhau. Trong đó, hành não và cầu não chứa các trung tâm hô hấp, điều khiển nhịp thở; vỏ não có thể ảnh hưởng đến nhịp thở thông qua các yếu tố cảm xúc, hành vi và cho phép cá nhân điều khiển được nhịp thở trong hoàn cảnh cần thiết như nín thở khi nhảy xuống nước. Sự phối hợp nhịp nhàng này nhằm đảm bảo cơ thể có đủ oxy và loại bỏ carbon dioxide. 

Não bộ và quá trình thở có mối liên hệ chặt chẽ và phức tạp. Và vì não của mỗi cá nhân là độc nhất, có thể lập luận: các kiểu hô hấp do não tạo ra cũng có thể là duy nhất, không ai giống ai.

Hơi thở: dấu ấn cá nhân

Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã có ý tưởng về việc sử dụng kiểu thở của mỗi cá nhân như một "dấu ấn riêng biệt" nhưng chưa có cách thuận tiện nào để đo lường.

Một nhóm nhà nghiên cứu khứu giác thuộc Viện Khoa học Weizmann (Israel), trong quá trình nghiên cứu cách não xử lý mùi hương khi hít vào, đã có phát hiện quan trọng về đặc điểm nhịp thở của từng cá nhân. 

Kết quả nghiên cứu này vừa công bố trên tạp chí Current Biology hôm 12-6 và nhận được sự quan tâm nhiệt thành trong cộng đồng khoa học và được một loạt tờ báo uy tín đưa tin.

Hiện nay, hầu hết các xét nghiệm đo chức năng hô hấp chỉ kéo dài từ 1- 20 phút, tập trung vào việc đánh giá chức năng, tính toàn vẹn của phổi, đường thở hoặc chẩn đoán bệnh. Dữ liệu này là không đủ để mang lại cái nhìn toàn diện về hô hấp của mỗi cá nhân, từ lúc nghỉ ngơi đến lúc gắng sức.

Do vậy, nhóm nghiên cứu đã phát triển một thiết bị đeo nhẹ, vừa vặn bên trong mũi của người tham gia, có thể đo chính xác và ghi lại luồng khí qua mũi ở mỗi lỗ mũi riêng biệt trong thời gian lên đến 24 giờ. Thiết bị này được giao cho 97 người tham gia và đeo liên tục trong 24 giờ.

Mặt khác, những người tham gia đã ghi lại hoạt động hằng ngày cơ bản, bằng ứng dụng điện thoại di động chuyên dụng và trả lời một số câu hỏi được yêu cầu. Sau hai năm, 42 người tham gia đã quay lại để thực hiện phép đo này lần thứ hai.

Nhật ký hơi thở sau đó được phân tích bằng một giao thức được gọi là BreathMetrics, trong đó kiểm tra 24 thông số về hô hấp qua mũi của một cá nhân. Kết quả, tất cả những người tham gia nghiên cứu đều có kiểu thở đặc trưng riêng.

Nhóm nghiên cứu có thể xác định được các cá nhân chỉ từ kiểu thở với độ chính xác 96,8% bằng cách sử dụng phân tích máy học. Mức độ chính xác này nhất quán qua nhiều lần kiểm tra lại trong 2 năm, nghĩa là độ chính xác của bài kiểm tra ngang bằng với một số công nghệ nhận dạng giọng nói.

"Chúng tôi mong có thể nhận dạng được từng cá nhân, nhưng không ngờ lại hiệu quả đến vậy" - Timna Soroka, nhà khoa học về não đứng đầu nghiên cứu, nói với ScienceAlert. Nói với The New York Times, Jack Feldman, nhà khoa học thần kinh tại Đại học California, Los Angeles (Mỹ), đánh giá nghiên cứu của nhóm Soroka "cung cấp dữ liệu rất thuyết phục rằng chúng ta có kiểu thở rất đặc biệt".

Các nhà nghiên cứu còn phát hiện sự tương quan giữa đặc điểm hô hấp của mỗi cá nhân với các yếu tố như BMI (chỉ số khối cơ thể), mức độ lo lắng, chu kỳ giấc ngủ, thậm chí là xu hướng hành vi, mở ra "cánh cửa" ứng dụng theo dõi hơi thở không chỉ để nhận dạng mà còn là công cụ để đánh giá, theo dõi và có khả năng cải thiện sức khỏe.

Điển hình là mối tương quan giữa kiểu thở với trạng thái cảm xúc. Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra mối liên hệ giữa các bản ghi dài hạn về luồng khí mũi và kết quả của ba bảng câu hỏi tiêu chuẩn mà những người tham gia đã hoàn thành: bảng câu hỏi trầm cảm, bảng câu hỏi về đặc điểm lo âu và bảng câu hỏi về chỉ số tự kỷ.

Kết quả cho thấy mối liên quan rõ ràng cũng như khả năng dự đoán được mức độ trầm cảm, lo âu và đặc điểm hành vi thông qua kiểu hô hấp. 

Ví dụ, những người có vấn đề lo âu thường hít vào ngắn hơn, khoảng dừng giữa các hơi thở khi ngủ thường thay đổi nhiều hơn. "Cách các kiểu thở cụ thể có thể dự đoán nhiều loại bệnh khác nhau" - Soroka nói.

Thông điệp của hơi thở

Nghiên cứu trên cho thấy việc đo lường mối liên hệ giữa kiểu thở và tình trạng sức khỏe của nhiều người có thể giúp phát triển công cụ phân tích hơi thở và phương pháp phân tích phù hợp để sàng lọc bệnh tật.

Ví dụ, một nghiên cứu đăng trên trang Oxrord Academic hồi tháng 1-2025 phát hiện những người mắc bệnh Alzheimer thở nhanh hơn đáng kể khi nghỉ ngơi so với những người khỏe mạnh. 

Tốc độ hô hấp tăng cao này "có thể phản ánh tình trạng rối loạn chức năng thần kinh mạch máu tiềm ẩn, có thể đóng vai trò là dấu hiệu sinh học sớm cho những thay đổi ở não liên quan đến bệnh Alzheimer" - Patrick McKeown, cố vấn của Học viện quốc tế về hơi thở và sức khỏe (Ireland), nói với National Geographic.

Không chỉ nhịp thở mà những thay đổi trong thành phần hơi thở cũng có thể trở thành công cụ hữu ích để phát hiện sớm bệnh tật. "Hơi thở của con người chứa đựng những thông tin sinh học có giá trị, cung cấp góc nhìn sâu sắc về quá trình trao đổi chất của cơ thể chúng ta. Bằng cách đọc những tín hiệu này, chúng ta có thể phát hiện bệnh sớm hơn, theo dõi tình trạng bệnh chính xác hơn và có khả năng cứu sống người bệnh" - tiến sĩ Sarah Haywood-Small từ Đại học Sheffield Hallam (Anh) nói với BBC.

Điển hình là với bệnh bụi phổi silic, một căn bệnh nghề nghiệp nghiêm trọng do hít phải các hạt tinh thể nhỏ của silicon dioxide, thường chỉ được phát hiện ở giai đoạn muộn thông qua các phương pháp truyền thống như chụp X-quang phổi và chụp cắt lớp vi tính lồng ngực.

Trong một nghiên cứu công bố trên Journal of Breath Research (Tạp chí Nghiên cứu Hơi thở) tháng 3-2025, các nhà khoa học đã mô tả một xét nghiệm hơi thở nhanh, kết hợp khối phổ (một kỹ thuật khoa học phân tích phân tử) và AI, để phát hiện nhanh bệnh bụi phổi silic từ các mẫu hơi thở. Phương pháp này là công cụ chẩn đoán nhanh và không xâm lấn cho những người lao động có nguy cơ.

Với sàng lọc bệnh ung thư phổi - căn bệnh có khả năng di căn nhanh và tỉ lệ tử vong cao - dựa vào hơi thở cũng mang lại nhiều lợi thế trong chẩn đoán, nhất là khi các xét nghiệm hiện nay cho những người nghi ngờ mắc bệnh gồm chụp cắt lớp phát xạ positron (PET-CT) và các thủ thuật xâm lấn như nội soi phế quản, chọc hút kim dưới hướng dẫn của siêu âm, chọc hút kim xuyên phế quản… có thời gian chẩn đoán lâu và nguy cơ tai biến cao.

Một nghiên cứu công bố trực tuyến trên tạp chí Annals of Oncology và sẽ xuất bản vào tháng 7 này, đánh giá 364 người lớn có các dấu hiệu lâm sàng hoặc hình ảnh học của ung thư phổi từ tháng 3-2019 đến tháng 11-2023. 

Phân tích hơi thở thở ra được thực hiện bằng thiết bị eNose kết nối đám mây (SpiroNose) - nền tảng chuyển hóa phân tích các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, có nguồn gốc từ khoang hầu họng, đường hô hấp và tuần hoàn, phản ánh các quá trình chuyển hóa cũng như những thay đổi trong bệnh lý hoặc sinh lý.

Kết quả cho thấy phân tích eNose về hơi thở ra phát hiện chính xác ung thư phổi tại các phòng khám ngoại trú ung thư ngực, bất kể đặc điểm khối u, giai đoạn bệnh, trung tâm chẩn đoán và đặc điểm lâm sàng.

Mặt khác, thay đổi nhịp thở bằng các phương pháp tập thở cũng được chứng minh mang lại nhiều lợi ích tức thời và lâu dài, bao gồm cải thiện sức khỏe tim mạch, giảm lo âu, nâng cao tâm trạng, cải thiện chức năng nhận thức, ngăn ngừa thoái hóa thần kinh và giúp chất lượng giấc ngủ tốt hơn. Có nhiều kỹ thuật thở phụ thuộc vào nhu cầu của mỗi người, như kỹ thuật thở mím môi, thở cơ hoành, hít thở đều, thở bằng mũi luân phiên…

McKeown giải thích trên National Geographic: "Khi bạn thở chậm lại và nhẹ nhàng hít vào ít không khí hơn, nồng độ carbon dioxide trong phổi và máu sẽ tăng nhẹ", bởi carbon dioxide không chỉ là khí thải mà còn hoạt động như một chất giãn mạch tự nhiên bằng cách mở rộng các mạch máu và cho phép nhiều máu giàu oxy hơn đến não và tim.

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, nghiên cứu về hơi thở có thể là hướng tiếp cận mới mẻ, nhanh chóng và an toàn trong việc sàng lọc, theo dõi, chẩn đoán và điều trị bệnh trong tương lai. 

Tuy có phát hiện bất ngờ, nghiên cứu của Timna Soroka vẫn còn một vài hạn chế, chẳng hạn như thiết bị đeo mũi có thể không áp dụng được ở những người mắc bệnh có khó khăn khi thở, hay trượt ra khỏi mũi khi ngủ hoặc người đeo có thói quen thở bằng miệng nhiều. Do vậy, nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu thiết kế một phiên bản mới kín đáo và thoải mái hơn để sử dụng hằng ngày.