Cơ thể con người sẽ chống chịu thế nào trước những áp lực thể chất cực hạn trên một chiếc xe F1?
Hãy cùng thông qua góc nhìn khoa học thể thao để thấy được tại sao đặc tính sinh học của các tay đua F1 lại tương đồng với các phi công tiêm kích đỉnh cao một cách kinh ngạc.
Các chuyên gia tại đội đua Aston Martin sẽ giúp chúng ta trả lời câu hỏi trên. Họ là Rahul Chotai - bác sĩ của đội (sau đây gọi là Doc) và cựu tay đua F1, Pedro de la Rosa - đại sứ thương hiệu của đội (sau đây gọi là Bullet).
Cái tên "Bullet" vốn gắn liền với cựu tay đua người Tây Ban Nha nhờ tốc độ thuần túy và sự ổn định cực cao dưới áp lực nghẹt thở trên đường đua.
Nhịp tim 150 bpm và còn hơn thế nữa
Trong suốt một chặng đua grand prix, các tay đua F1 phải duy trì nhịp tim liên tục ở mức 150-190 nhịp/phút. Để so sánh, các phi công tiêm kích ghi nhận nhịp tim đạt đỉnh khoảng 160 nhịp/phút khi thực hiện các bài bay chiến đấu hoặc nhào lộn chịu lực G cao. Hệ tim mạch của cả hai nhóm đều phải chịu áp lực cực lớn, nhưng nếu các phi công chỉ trải qua những đợt tăng nhịp tim ngắn và dồn dập, thì các tay đua F1 lại phải căng mình duy trì nhịp tim cao liên tục suốt cả cuộc đua.
Doc chia sẻ: "Nhịp tim của một tay đua F1 liên tục duy trì ở mức tương đương với một vận động viên chạy marathon trong suốt hai tiếng đồng hồ."
Bullet cho biết thêm: "Đúng vậy, trong một chặng đua thông thường, nhịp tim của bạn sẽ dao động quanh mức 170 nhịp/phút. Chỉ số này có thể giảm xuống một chút khi xe chạy trên các đoạn đường thẳng, trước khi tăng vọt trở lại mỗi khi lao vào các góc cua."
"Việc nhịp tim của một tay đua vượt mức 180 nhịp/phút ngay trong những giây đầu tiên khi chặng đua grand prix bắt đầu là điều hoàn toàn bình thường. Tôi thậm chí từng chạm mốc 204 nhịp/phút trong một cuộc đua ở giải F3."
"Ngay khi hệ thống đèn tín hiệu tắt, bạn vào số một và rồi bản năng sẽ hoàn toàn làm chủ. Bạn không cần suy nghĩ mà hành động như một cỗ máy. Trước đó, bạn đã hình dung ra kịch bản xuất phát từ trong đầu: chờ đợi chiếc đèn thứ năm tắt đi, giữ vòng tua máy ở khoảng tối ưu. Nhưng khi cuộc đua thực sự bắt đầu, bạn như bật chế độ tự động. Bạn không còn ý thức được mình đang làm gì nữa, cảm giác như bạn thậm chí còn nín thở trong suốt 30 giây đầu tiên."
Doc nói:
"Những gì Bullet đang mô tả xảy ra là vì ngay tại khoảnh khắc đèn tín hiệu tắt, cơ thể của tay đua sẽ kích hoạt trạng thái 'chiến đấu hoặc bỏ chạy' (fight-or-flight)."
"Lượng adrenaline tăng vọt sẽ đẩy nhịp tim, nhịp thở và lưu lượng máu đến các cơ bắp lên mức tối đa. Trong những khoảnh khắc đầu tiên của pha xuất phát, nhịp thở của tay đua sẽ trở nên nông hơn do áp lực đè nặng lên lồng ngực, nhưng các kỹ thuật kiểm soát hơi thở sẽ giúp họ ổn định lại lượng oxy cung cấp cho cơ bắp."
Phản xạ 160 mili giây - nhanh đến mức cảm giác như mọi hành động đều diễn ra theo bản năng
Nồng độ cortisol tăng lên giúp tăng độ tập trung và giải phóng các nguồn năng lượng dự trữ, đưa cơ thể vào trạng thái sẵn sàng để phản ứng cực nhanh trước mọi tình huống.
Bác sĩ Rahul Chotai (Doc)
Tại chung kết 100 m nam Olympic Bắc Kinh 2008, thời gian phản xạ của Usain Bolt là 0,165 giây. Trong khi đó, thời gian phản xạ trung bình của Fernando Alonso - tay đua của Aston Martin khi xuất phát là 0,16 giây. Trong khoảng thời gian ngắn ngủi ấy, một con chim ruồi cũng mới kịp vỗ cánh vỏn vẹn 11 lần. Tốc độ phản xạ của một phi công tiêm kích cũng nằm ở ngưỡng tương tự: khoảng 150-250 mili giây, tùy thuộc vào độ phức tạp của các tín hiệu nhận diện như radar, cảnh báo mối đe dọa hay các thông số trên bảng điều khiển.
Doc nhận định:
"Tốc độ phản xạ là yếu tố sống còn. Các tay đua F1 thường chỉ mất khoảng 200 mili giây để xử lý thông tin hình ảnh, nhanh hơn hầu hết các vận động viên thể thao khác. Não bộ của họ luôn hoạt động trong trạng thái 'siêu cảnh giác', với các tế bào thần kinh liên tục kích hoạt ở tốc độ cực cao để phối hợp nhịp nhàng giữa mắt, tay và chân."
"Cortisol - một loại hormone căng thẳng cũng sẽ tăng cao để đẩy mức độ tỉnh táo lên tối đa và giải phóng các nguồn năng lượng dự trữ, giúp cơ thể luôn trong tư thế sẵn sàng phản xạ chớp nhoáng."
Bullet chia sẻ: "Khi cuộc đua bắt đầu, mọi thứ diễn ra giống như việc điều khiển xe hoàn toàn bằng bản năng. Lúc này, tiểu não sẽ tự động đưa ra các phản xạ xử lý trước mọi tình huống xung quanh. Mọi thứ lao đi quá nhanh đến mức các tay đua không còn đủ thời gian để suy nghĩ một cách ý thức."
Khả năng tư duy và nhận thức của một đại kiện tướng cờ vua
Một nghiên cứu của University College London đăng trên Journal of Neuroscience (tạp chí thần kinh học) cho thấy cấu trúc não bộ và các liên kết dây thần kinh ở bán cầu não phải của các phi công tiêm kích RAF Tornado có sự khác biệt rõ rệt. Sự thay đổi cấu trúc này giúp họ đạt được "khả năng kiểm soát nhận thức tối ưu" để thực hiện các thao tác chính xác hơn. Tuy nhiên, giới khoa học vẫn chưa rõ các phi công bẩm sinh đã sở hữu bộ não như vậy, hay các vùng cấu trúc này phát triển khác biệt là nhờ vào quá trình huấn luyện.
Trong nghiên cứu này, giáo sư Masud Husain nhận định rằng các phi công tiêm kích "thường xuyên hoạt động ở giới hạn tối đa của năng lực nhận thức con người, họ là một nhóm chuyên gia đưa ra những lựa chọn chính xác ở tốc độ cực cao". Điều tương tự cũng hoàn toàn đúng với các tay đua F1, khi họ cũng phải đưa ra những quyết định trong tích tắc giữa một lượng thông tin hình ảnh và âm thanh dồn dập theo thời gian thực, dưới một áp lực khủng khiếp.
Bullet nhấn mạnh: "Bạn cần một năng lực nhận thức cực kỳ lớn để có thể hoàn thành tốt một chặng đua."
Doc khẳng định: "Chắc chắn rồi. Sức bền tinh thần cũng quan trọng không kém gì thể lực."
Bullet chia sẻ thêm: "Bạn vừa phải tính toán về lốp, vừa phải bám sát chiến thuật, và luôn trong tư thế sẵn sàng để trao đổi một cách mạch lạc với kỹ sư đội đua qua hệ thống radio bất kỳ lúc nào."
Doc giải thích thêm:
"Não bộ của họ phải xử lý một khối lượng thông tin khổng lồ: từ dữ liệu xe, điều kiện mặt đường, cho đến vị trí của các đối thủ, và tất cả phải diễn ra song song với việc đưa ra những quyết định trong tích tắc."
"Các tay đua thường áp dụng các kỹ thuật như chánh niệm, kiểm soát nhịp thở và rèn luyện kỹ năng hình dung để giữ bình tĩnh trước áp lực. Chương trình huấn luyện của họ bao gồm cả việc thực hiện các bài tập nhận thức trong trạng thái mệt mỏi, giúp họ duy trì sự tập trung cao độ ngay cả khi cơ thể đã kiệt sức và nhịp tim đang ở mức rất cao."
Tiêu hao đến 3 kg mồ hôi. Bài toán giữ mát cơ thể và bù nước trong khoang lái với nhiệt độ vượt ngưỡng 50°C
Tôi gần như ngất lịm đi khi vừa lái xe vào parc fermé. Tôi đã sụt mất ba ký rưỡi trong suốt cuộc đua vì đổ mồ hôi quá nhiều.
Cựu tay đua F1 Pedro de la Rosa (Bullet)
Bên trong khoang lái F1, nhiệt độ có thể tăng vọt lên tới 50-60°C. Các phi công tiêm kích cũng phải chịu đựng cái nóng tương tự: phần nắp kính vòm khiến khoang lái phải hấp thụ một lượng nhiệt bức xạ rất lớn. Ánh nắng mặt trời vừa làm tăng nhiệt độ không khí, vừa đốt nóng trực tiếp làn da và trang phục bảo hộ. Tuy nhiên, khi máy bay cất cánh, độ cao, cùng hệ thống làm mát môi trường và áo làm mát chuyên dụng sẽ giúp họ hạ nhiệt phần nào.
Dù có thể mặc áo làm mát trong thời gian chuẩn bị trước cuộc đua, các tay đua không được hưởng điều kiện đó khi đã lên xe. Ngay cả khi mũ bảo hiểm đã được tích hợp sẵn hệ thống bù nước, các tay đua F1 thường kết thúc chặng đua trong trạng thái cơ thể bị mất nước từ 2% đến 3%.
Một túi nước dung tích từ 1-1,5 lít thường được đặt phía sau ghế ngồi hoặc ở phần mũi xe, kết nối với một ống dẫn được bọc gia cố có van một chiều. Ống dẫn chạy dọc qua khoang lái và được gài ngay dưới lớp đệm mũ bảo hiểm. Tuy nhiên, không có gì ngạc nhiên khi loại chất lỏng này (thường là hỗn hợp nước, chất điện giải và vitamin) nhanh chóng bị nóng lên do nhiệt độ cao trong xe. Chỉ cần nhấn nút trên vô lăng, một chiếc bơm mini sẽ được kích hoạt để đưa một ngụm nước qua van vào miệng tay đua.
Các phi công tiêm kích cũng sử dụng một hệ thống tương tự, được thiết kế đặc biệt để chịu đựng độ cao và lực G. Một túi nước chuyên dụng được tích hợp thẳng vào áo bay hoặc bộ trang bị dưới ghế ngồi, kết nối với một ống dẫn linh hoạt có van một chiều gài sẵn dưới mặt nạ oxy. Hệ thống này cho phép phi công uống từng ngụm nhỏ ngay cả khi đang thực hiện các cú lượn vòng mà không làm mất lái hoặc rò rỉ nước vào hệ thống điện tử hàng không nhạy cảm.
Bullet cho biết:
"Tình trạng mất nước là một trong những thách thức lớn nhất mà một tay đua F1 phải đối mặt."
"Tôi từng phải dặn các kỹ sư của mình nhắc nhở việc uống nước sau mỗi 10 vòng đua. Bởi vì khi đang đua, bạn hoàn toàn không nghĩ đến chuyện đó, thậm chí lượng adrenaline tăng cao còn khiến bạn chẳng hề có cảm giác khát."
Doc phân tích thêm:
"Đây là một thử thách cực kỳ lớn đối với các tay đua bởi nhiệt độ khoang lái có thể vượt ngưỡng 50°C. Việc họ mất từ 2 đến 3 lít mồ hôi trong một chặng đua là điều rất phổ biến. Cơ thể sẽ tự bù trừ bằng cách điều hướng máu ra ngoài da để hạ nhiệt, nhưng điều này lại làm giảm lượng máu cung cấp cho các cơ bắp đang hoạt động, từ đó đẩy nhanh quá trình mệt mỏi và kiệt sức.
"Chỉ cần cơ thể mất 2% nước là thời gian phản xạ, khả năng tập trung và năng lực đưa ra quyết định đã bị suy giảm. Chính vì vậy, việc duy trì cân bằng nước và chất điện giải là yếu tố quan trọng để duy trì phong độ ổn định suốt một chặng đua kéo dài hai tiếng đồng hồ."
Bullet chia sẻ:
"Cơ thể hoàn toàn không báo trước rằng bạn đang bắt đầu mất nước, bạn chỉ nhận ra khi đột nhiên cảm thấy lịm đi hoặc cực kỳ mệt mỏi. Adrenaline đã che giấu các dấu hiệu tích tụ này cho đến khi tình trạng trở nên khá nghiêm trọng. Vì vậy, bạn phải tìm mọi cách để nhớ nạp nước liên tục. Nếu không, về đến những vòng đua cuối, bạn chắc chắn sẽ bị chóng mặt và hoa mắt."
"Chặng đua khó khăn nhất trong sự nghiệp của tôi là GP Malaysia năm 2002. Thời tiết ở đó lúc nào cũng rất nóng và ẩm ướt, vậy mà hệ thống bình nước trên xe của tôi lại bị hỏng. Tôi phải tự đếm ngược từng vòng trong 15 vòng cuối, liên tục tự nhủ rằng mình sẽ bỏ cuộc sau vòng tiếp theo, chỉ để giữ vững tinh thần và cố gắng đưa xe về đích."
"Cuối cùng, tôi cũng nhìn thấy cờ ca-rô về đích, và tôi gần như ngất lịm đi khi vừa lái xe vào parc fermé. Bước ra khỏi xe, tôi loạng choạng đi vào một văn phòng trống gần đó của FIA và lập tức uống hết một chai nước 1,5 lít. Tôi cảm thấy đỡ hơn khá nhanh sau đó, nhưng trước đó cơ thể thực sự rất tệ dù tôi đang ở trạng thái thể lực đỉnh cao. Tôi đã sụt mất 3,5 kg trong suốt chặng đua đó vì đổ mồ hôi quá nhiều."
Doc cho biết thêm: "Để tránh kịch bản này, các tay đua thường chủ động bù nước cực kỳ nghiêm ngặt trước cuộc đua bằng các loại chất lỏng chứa chất điện giải như natri và kali. Nhiều tay đua cũng áp dụng các biện pháp làm mát trước, chẳng hạn như mặc áo đá lạnh trước khi lên xe, giúp hạ thân nhiệt và làm chậm sự quá nhiệt của cơ thể. Các bài tập thích nghi với nhiệt độ cũng giúp họ chuẩn bị sẵn sàng để đối phó với cái nóng khắc nghiệt bên trong khoang lái."
Lực 6,5 G: gấp hơn sáu lần lực hấp dẫn trái đất
Dưới tác động của lực G lớn, máu có thể dồn khỏi não, khiến tay đua bị mờ mắt hoặc thậm chí rơi vào trạng thái 'grey-out' (thị lực giảm mạnh do thiếu máu lên não).
Bác sĩ Rahul Chotai (Doc)
Các tay đua F1 phải chịu lực G dọc và ngang vượt quá 6 G tại một số góc cua tốc độ cao hoặc khi phanh gấp. Trong khi đó, phi công tiêm kích phải đối mặt với lực G đứng lên tới 9 G, có nguy cơ ngất lịm hoàn toàn nếu không có đồ bảo hộ chống lực G và các kỹ thuật gồng người ép cơ, những biện pháp giúp đẩy máu ngược lên não. Cả hai ngành nghề đều đòi hỏi sức bền cơ core và cơ cổ cực kỳ phi thường, tuy nhiên, hướng tác động và thời gian duy trì của lực G là khác nhau.
Bullet chia sẻ:
"Việc phải chịu lực G ngang liên tục khi vào cua hàng trăm lần suốt một chặng đua là loại lực tác động bào mòn cơ thể bạn khủng khiếp nhất khi ngồi sau vô-lăng."
"Lực G khi phanh và tăng tốc rất lớn, nhưng không quá khó để chịu đựng khi bạn đã rèn luyện cơ cổ đủ khỏe, bởi bạn chỉ phải chịu chúng trong một khoảng thời gian ngắn."
Doc cho biết thêm:
"Khi xe tăng tốc, các lực quán tính sẽ ép chặt cơ thể tay đua về phía sau vào lưng ghế."
"Ngay khi xuất phát, gia tốc khi xe lao khỏi vạch có thể vượt 2G, ép cơ thể tay đua dính chặt vào ghế. Mắt và hệ tiền đình phải thích nghi gần như ngay lập tức với cú tăng tốc này, nhưng não bộ đã được rèn luyện để lọc bớt tác động của lực G, giúp tầm nhìn vẫn ổn định. Đồng thời, các cơ cổ phải liên tục giữ đầu vững chắc khi chịu lực cắt tác động giữa hộp sọ và cột sống."
"Khi phanh gấp, tay đua có thể phải chịu lực G hướng về phía trước lên tới 6 G. Điều này tương đương với việc cơ thể bị quán tính đẩy mạnh về phía trước, tạo áp lực lên dây đai an toàn lớn gấp nhiều lần trọng lượng cơ thể."
"Các nhóm cơ của tay đua, đặc biệt là cơ cổ, cơ ngực và cơ core, phải liên tục chống chọi với lực G để kiểm soát chiếc xe và duy trì sự tập trung cao độ."
"Những lực tác động này có thể khiến đầu và mũ bảo hiểm vốn chỉ nặng khoảng 7 kg ở điều kiện bình thường, khiến tay đua có cảm giác như nặng tới 30-40 kg. Các khối cơ cổ và cơ vai phải hoạt động liên tục để giữ cố định đầu và giúp mắt tập trung quan sát."
Bullet chia sẻ:
"Chính lực G ngang mới là thứ dễ gây ra nhiều rắc rối hơn cả. Trước khi lái chiếc AMR23 (mẫu xe năm 2023 của Aston Martin) tại đường đua Silverstone (Anh), lần đầu tiên tôi ngồi lại trong một chiếc xe F1 sau khoảng một thập kỷ, tôi đã tập cơ cổ nhiều nhất có thể, chủ yếu là để chuẩn bị đối phó với các lực tác động theo chiều ngang."
"Dù vậy, chỉ sau vài vòng đua liên tục lao qua các góc cua Luffield, Woodcote và Copse, tất cả đều là các cua phải nối đuôi nhau liên tiếp, tôi đã phải tựa hẳn đầu vào miếng đệm bảo vệ của xe. Sáng hôm sau, cổ của tôi đơ cứng lại."
Doc nói:
"Tư thế ngồi ngửa nửa người của ghế xe F1 thực sự giúp phân phối các lực tác động này đều hơn, nhưng nó cũng làm thay đổi cách máu lưu thông trong cơ thể. Khi chịu lực G cao, máu có thể bị dồn ngược ra xa não, làm tăng nguy cơ mờ mắt hoặc thậm chí là hiện tượng grey-out nếu tay đua không được huấn luyện bài bản."
"Các tay đua thực hiện việc co thắt cơ core và cơ chân, tương tự như kỹ thuật gồng người ép cơ của phi công tiêm kích nhằm giúp duy trì dòng máu lưu thông lên não."
Tác động khoảng 100 kg lực bằng chân trái lên bàn đạp phanh, vào cua rồi tăng tốc trong khoang lái
Bạn có thể bắt đầu cảm thấy các ngón chân bị tê dại khi đang đua.
Cựu tay đua F1 Pedro de la
Các tay đua F1 phải rèn luyện cơ cổ và cơ lõi để chống lại lực G cùng những rung động mạnh trong khoang lái. Mỗi vòng đua đều truyền các lực tác động theo chiều ngang qua cột sống, đòi hỏi tay đua phải có sức mạnh, sự ổn định và sức bền vững vàng chỉ để giữ cho cơ thể không bị xê dịch khỏi ghế lái.
Dù đã rèn luyện thể lực kỹ lưỡng, tình trạng căng cơ kéo dài và cột sống bị nén liên tục thường dẫn đến những cơn đau lưng dưới. Đó chính là cái giá thầm lặng khi đẩy cả chiếc xe lẫn cơ thể đến giới hạn cực hạn.
Các phi công tiêm kích cũng đối mặt với tình trạng tương tự nhưng theo một trục tọa độ khác. Quá trình huấn luyện giúp họ rèn luyện các khối cơ core, cơ mông và cơ chân để duy trì dòng máu lưu thông lên não và giữ vững tư thế dưới lực nén thẳng đứng lên tới 9G. Nhiều giờ liền bị buộc chặt trong khoang lái chật hẹp, cộng với trọng lượng của trang bị bay và thiết kế công thái học hạn chế, đã gây áp lực cực lớn lên cột sống.
Doc cho biết:
"Mọi cú xóc, gờ giảm tốc và rung động từ mặt đường đua đều truyền thẳng qua chiếc xe vào cột sống của tay đua. Suốt chiều dài chặng đua, điều này gây ra tình trạng mỏi cơ ở vùng lưng dưới và hông."
"Một lần nữa, thiết kế ghế ngồi ngửa nửa người giúp phân tán bớt lực nén, nhưng cột sống và các khối cơ lõi vẫn phải hấp thụ một lượng năng lượng khổng lồ. Đó là lý do tại sao việc tập luyện độ ổn định của cơ core lại tối quan trọng đối với các tay đua. Nó giúp giảm thiểu nguy cơ chấn thương và duy trì sự kiểm soát vô-lăng chính xác, ngay cả khi chiếc xe dằn xóc mạnh qua các gờ giảm tốc."
Bullet chia sẻ thêm:
"Tình trạng mất nước và lực G đều rất bào mòn thể lực, nhưng với cá nhân tôi, vùng lưng dưới mới là nơi phải chịu đựng nhiều nhất trong suốt chặng đua."
"Trong khoang lái, bạn ngồi ở tư thế chân nâng cao ngang tầm ngực, và xe dằn xóc rất dữ dội vì gầm xe sát mặt đất, bạn có thể cảm nhận rõ từng gờ giảm tốc một. Thêm vào đó, bạn phải đạp phanh với một lực khoảng 100kg bằng chân trái, điều này khiến vùng hông bị vặn xoắn rất mạnh."
Doc nói:
"Lực này tương đương với việc dùng toàn bộ trọng lượng cơ thể để nhấn xuống. Điều đó đòi hỏi sự co thắt mạnh mẽ từ các nhóm cơ đùi trước, cơ bắp chân, cơ mông và các cơ ổn định vùng hông."
"Vùng hông xoay nhẹ để cố định xương chậu, trong khi cánh tay và vai phải gồng lực chống lại quán tính lao về phía trước của thân người."
"Mỗi lần đạp phanh là một cuộc chiến, chiếc xe ra sức hất văng tay đua về phía trước, còn các khối cơ và hệ thống dây đai an toàn lại gồng mình giữ họ cố định tại vị trí."
"Suốt chiều dài chặng đua, tay đua phải đạp phanh hàng trăm lần, vì vậy họ cần một sức bền cơ bắp phi thường để chống chọi với áp lực lặp đi lặp lại này, không để sự mệt mỏi làm giảm sút hiệu suất thi đấu."
Bullet nói thêm: "Tất cả điều đó gây áp lực cực lớn lên vùng lưng dưới, nên việc phục hồi cơ sau mỗi chặng đua bằng cách xoa bóp là tối quan trọng để ngăn tình trạng căng thẳng tích tụ. Nếu không, bạn có thể bắt đầu cảm thấy các ngón chân bị tê dại khi đang đua."
Doc giải thích:
"Việc vào cua và đạp phanh liên tục dẫn đến tình trạng tích tụ axit lactic, gây ra cảm giác 'bỏng rát' mà các tay đua phải chịu đựng, đặc biệt là ở vùng cổ, cẳng tay và hai chân."
"Ngoài ra, dù được trang bị trợ lực lái, vô lăng của xe F1 vẫn nặng hơn rất nhiều so với xe thương mại. Tùy theo tốc độ vào cua và downforce, tay đua có thể phải dùng lực từ 15-20 kg để đánh lái chính xác. Trong mỗi vòng đua, họ phải thực hiện hàng trăm lần điều chỉnh vô-lăng, vì vậy sức bền của cẳng tay và lực bóp tay là yếu tố vô cùng quan trọng."
"Adrenaline giúp che lấp phần nào cảm giác mệt mỏi, cho phép các tay đua tiếp tục duy trì cường độ thi đấu, nhưng không thể hoàn toàn vượt qua những giới hạn sinh lý của cơ thể."