المصادر الرئيسية للإشعاع في الفضاء

قامت مجموعة دولية من العلماء من 20 منظمة من جميع أنحاء العالم ، بمشاركة متخصصين من معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا (MIPT) ، بتجميع قائمة من الأحداث لزيادة المقاومة الإشعاعية لجسم الإنسان . يقول العلماء إن مقاومة الإشعاع المؤين شرط ضروري لنجاح استعمار الفضاء.

المقاومة الإشعاعية هي حصانة الخلايا والأنسجة والأعضاء أو الكائنات الحية من آثار الإشعاع المؤين. من المعروف أن العديد من الكائنات الحية على الأرض لها مقاومة إشعاعية مذهلة. على سبيل المثال ، تستطيع بكتيريا Deinococcus radiodurans و tardigrades تحمل أعلى جرعة من الإشعاع المؤين التي تبلغ حوالي 5000 رمادي (5 ملايين راد) ، أي 5 كيلوجول لكل كيلوغرام من الكتلة ، في حين أن الجرعات التي تزيد عن 1000 رمادية تجعل العجول المتأخرة عقيمة. في الوقت نفسه ، بالنسبة للشخص ، يعتبر 4-10 رمادي فقط جرعة مميتة . الرقم القياسي بين الكائنات الحية ينتمي إلى الأرومات المتطرفة Thermococcus gammatolerans ، والتي يمكن ضمان قتلها فقط من خلال إشعاع أكثر من 30،000 رمادي .

يعد الإشعاع الكوني والجاذبية الصغرى عاملين رئيسيين يؤثران على صحة الإنسان عندما يكونان في الفضاء خارج المجال المغناطيسي الوقائي للأرض. هذه العوامل تحد بشكل كبير من احتمالات الرحلات الفضائية طويلة المدى. ينبغي إدراك أن الحاجة إلى حماية جسم الإنسان من الآثار الضارة للإشعاع الكوني يتم تجاهلها إلى حد كبير. على سبيل المثال ، خطط إيلون ماسك لبدء الاستعمار المريخي في عام 2024 ، لكنه لم يقدم مخططًا شاملاً للوقاية من الإشعاع.

ولكن بالنسبة للرحلات في الفضاء البعيد ، بما في ذلك الطيران إلى المريخ ، يمثل التعرض للإشعاع إحدى الفئات العديدة من المخاطر غير المقبولة ، نظرًا لأن الجرعات الإجمالية التي يتلقاها رواد الفضاء ستتجاوز بالتأكيد بشكل كبير حدود الجرعات المحددة بموجب نظام الحماية من الإشعاع الحالي التابع لناسا . وفقًا لنموذج ناسا ، للسفر إلى كوكب المريخ ، فإن الحد الأقصى لخطر الوفاة بسبب التعرض للإشعاع هو في حدود 3٪ . أي أنه من أصل ستة رواد فضاء مع احتمال 83 ٪ ، يجب أن يبقى خمسة (0.97 ^ 6) على قيد الحياة ، ومن أصل اثني عشر باحتمال 69 ٪ ، سيبقى أحد عشر (0.97 ^ 12) على قيد الحياة. هذه نتيجة مقبولة تمامًا. ويقول المحللون إنه من بين جميع الحالات المميتة ، سيأتي الموت بشكل رئيسي من أورام خبيثة (سرطان).

لتحقيق معدل الوفيات ضمن المعدل الطبيعي (3٪) أو أقل ، من الضروري إدخال أنظمة حماية إضافية ، بما في ذلك مفاهيم التكنولوجيا الحيوية الجديدة التي ستحل هذه المشكلة وتوفر فرصة لبدء عصر الرحلات المأهولة إلى الفضاء الخارجي.

المكونات الرئيسية للإشعاع الكوني هي أحداث البروتونات الشمسية (SPS) والإشعاع الكوني المجري (SCI). من الواضح أن مساهمة ATP في الجرعة الإشعاعية الإجمالية لرواد الفضاء ستكون ضئيلة خلال المهمات الطويلة البعيدة عن الأرض والشمس. وبالتالي ، فإن النوع الرئيسي من الإشعاع في التأثير على الجسم هو GKI ، ويتكون بشكل رئيسي من جزيئات عالية الطاقة.

من حيث المبدأ ، يتفاعل الإشعاع المؤين على طول مسارات الجسيمات المشحونة مع الجزيئات البيولوجية مثل الحمض النووي. تكون العملية عشوائية إلى حد كبير ويمكن أن تتلف الحمض النووي من خلال التفاعلات المباشرة (مثل التأين والإثارة) أو من خلال التفاعلات غير المباشرة ، مثل إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية نتيجة للتحلل الإشعاعي لجزيئات الماء.

ووفقًا للتقديرات الحالية ، فإن السفر إلى المريخ والعودة سيعرض رواد الفضاء لجرعات إشعاعية تبلغ 660 ملي سيفرت. على الرغم من وجود شكوك كبيرة بشأن تقييمات المخاطر الصحية (السرطان) من التعرض للإشعاع الكوني ، فإن هذه الجرعة وحدها تشكل أكثر من نصف حد التعرض الكلي لكامل مهنة رواد الفضاء في وكالة ناسا ، والتي تم تعيينها على 800-1200 ملي سيفرت . من الواضح ، وفقًا للمبادئ الحالية للحماية الإشعاعية ، أن المهام الطويلة لن تكون مقبولة بالنسبة للأشخاص من حيث خطر الإصابة بالسرطان.

تجري وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) حاليًا بحثًا مكثفًا حول إمكانية الرحلات الفضائية لمسافات طويلة. وبالنظر إلى أن الرحلة ستتم بشكل رئيسي تحت سيطرة الأنظمة الأوتوماتيكية ، حيث لا تكون مشاركة رواد الفضاء مطلوبة عمليا ، فإن طاقم الفضاء سيكون حرفيا في الحجز لعدة أشهر دون أي عمل. يمكن أن تكون مثل هذه الحالات خطيرة ، خاصة بالنسبة لرواد الفضاء أنفسهم. لذلك ، تعتقد وكالة الفضاء الأوروبية أنه من الحكمة غمر الناس في الرسوم المتحركة المعلقة (السبات ، أي السبات). في الوقت الحالي ، أطلقت وكالة الفضاء الأوروبية مشروع أورورا ، الذي يدرس خيار إسبات الطاقم . يعتزم العلماء استخدام الآليات البيولوجية التي ستسمح للطاقم بالنوم وبالتالي تقليل التمثيل الغذائي في الجسم إلى الحد الأدنى المطلق.

تجدر الإشارة إلى أن فكرة السبات المحتمل خلال الرحلات الفضائية الطويلة قد تم التحقيق فيها أيضًا في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في عام 1969 ، ولكن للأسف ، بعد وفاة رئيس برنامج الفضاء السوفياتي سيرجي كوروليوف ، تم إغلاق مشروع البعثة السوفيتية المأهولة إلى المريخ ، وجميع الأعمال المتعلقة به تم إنهاء التنفيذ. تضمنت نتائج هذه الدراسات بيانات عن فرط المقاومة لمختلف العوامل الضارة ، بما في ذلك الجرعات المميتة من الإشعاع المؤين ، والحمل الزائد المميت طويل الأجل ونقص الأكسجة في الفئران (انظر كتاب "Hypobiosis and Cryobiosis: Past، Present and Future" من قبل نيكولاي نيكولايفيتش تيموفيف ، دكتوراه في الطب ، متخصص في مجال الطيران وعلوم الفضاء ، رئيس مختبر الفسيولوجيا النانوية بمعهد تكنولوجيا النانو التابع للصندوق الدولي للتحويل).

هناك نظرية مفادها أنه يمكن تدريب المقاومة الإشعاعية عن طريق تشعيع الجسم مسبقًا بجرعات صغيرة من الإشعاع المؤين. وقد ثبت جيدًا أنه يمكن ضبط المقاومة الإشعاعية وراثيًا وأن يتم توريثها على الأقل في بعض الكائنات الحية. هناك أيضًا أدوية لها خصائص واقية من الإشعاع:

• التحضير ar: Ex-Rad (ON 01210.Na) ، وهو ملح الصوديوم 4-carboxystyryl-4-chlorobenzylsulfone ؛
• ar: CBLB502 ؛
• amifostine (ar: amifostine) 'WR2721'؛
• filgrastim (ar: Filgrastim) ("نيوبوجين") ؛
• pegfilgrastim (ar: Pegfilgrastim) ('Neulasta') ؛
• حمض الكوجيك.

تسرد ورقة منشورة الطرق الممكنة للحد من المخاطر الصحية لرواد الفضاء من الإشعاع المؤين. يقدم العلماء العديد من الأساليب: الاختيار الطبي للمرشحين المقاومين للإشعاع المقاوم للإشعاع (وأحفادهم الذين تنتقل إليهم الجينات) ، وتقنيات تجديد الأنسجة والعلاج بالخلايا ، والهندسة الوراثية ، والعلاج الجيني ، والتطور التجريبي ، والإسبات ، والمصارف الحيوية ، وما إلى ذلك.


سبل الحد من المخاطر الصحية الناجمة عن الإشعاع الفضائي أثناء السفر إلى الفضاء

لا توجد شاشات حتى الان

نظرًا للطاقات العالية جدًا للجسيمات المشحونة من HKI ، فإنها تخترق بسهولة مواد الحماية السلبية. على الرغم من حقيقة أن تقنيات الحماية النشطة قيد الدراسة أيضًا ، إلا أنه لم يتم إحراز تقدم كبير حتى الآن في الحد بشكل كبير من تدفقات GKI إلى مستويات مناسبة لرحلات الفضاء البشرية الطويلة (انظر التحليل لتقييم فعالية جميع خيارات الحماية النشطة المحتملة ).

في هذا الصدد ، من المهم دراسة مختلف الاحتمالات لزيادة المقاومة الإشعاعية البشرية باستخدام أحدث التطورات في مجال التكنولوجيا الحيوية. إذن ، ما هي بعض الطرق التي يمكن للعلماء من خلالها تحسين المقاومة الإشعاعية؟

طرق زيادة المقاومة الإشعاعية لدى البشر

1. إجراء تغييرات جينية باستخدام تقنيات الاختراق في تحرير الجينات بالاشتراك مع المعرفة الحديثة للمسارات الجزيئية لمواجهة تلف الحمض النووي الناجم عن الإشعاع.
2. الطب التجديدي.
3. تكييف لاسلكي بجرعة منخفضة.
4. استخدام المركبات العضوية المتخلف.
5. Biostasis (تباطؤ كبير في جميع العمليات الحيوية في الجسم).

مزيج من كل هذه الأساليب ممكن.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم إيلاء الكثير من الاهتمام في هذا العمل العلمي لحماية الراديو. من المحتمل أن يتم استخدام بعض الأفكار للتخفيف من الآثار السيئة الأخرى للسفر لمسافات طويلة ، مثل تدهور العضلات والعظام ، كما يقول المؤلفان. قد تجد التقنيات الحيوية الموصوفة مثل الهندسة الوراثية والطب التجديدي والتثبيت الحيوي والنوم المبرد في المستقبل تطبيقًا ليس فقط في علم الفضاء ، ولكن أيضًا في الطب الأرضي ، بما في ذلك لإطالة عمر الإنسان.

"في هذه الورقة ، نستكشف خيارات يمكن ملاحظتها يمكن استخدامها لزيادة الاستقرار الطبي البيولوجي البشري لاستكشاف الفضاء والاستعمار. كما تسعى إلى تحديد الصلة بين الشيخوخة وطول العمر والمقاومة الإشعاعية ، وتستكشف الطرق التي يمكن بها للدراسات لتحسين المقاومة الإشعاعية البشرية أن تحسن بشكل تعاوني صحة الناس. في نهاية المطاف ، ندرس كيف يمكن للعمل في مجال أبحاث الفضاء الممول جيدًا أن يدفع عجلة التقدم في علم الشيخوخة الطبية الحيوية ، الذي يعاني من نقص شديد في التمويل على الرغم من الصعوبات الاقتصادية الخطيرة التي تسببها الشيخوخة الديموغرافية "، كما يقول فرانكو كورتيز ، المؤلف الرئيسي العمل العلمي ، نائب مدير مؤسسة أبحاث علم الأحياء الحيوية.

قال جواو بيدرو دي ماجالهايس: "ترسم خريطة الطريق هذه الأساس لتعزيز الأحياء البشرية خارج حدودنا الطبيعية لضمان ليس فقط العمر المتوقع ومقاومة الأمراض ، ولكن أيضًا السلامة أثناء استكشاف الفضاء في المستقبل". ) ، مؤلف مشارك للمقال ، أمين مؤسسة أبحاث علم الأحياء الحيوية.

يقول ديمتري كلوكوف ، رئيس قسم علم الأحياء الإشعاعي والرعاية الصحية في المختبرات النووية الكندية ، أحد مؤلفي العمل العلمي ، إن عاجلاً أو آجلاً ، سيتعين علينا القيام بذلك - لمغادرة الأرض والذهاب إلى الفضاء العميق. إن مثل هذه الرحلة خارج الغلاف المغناطيسي الأرضي ستلحق ضررا كبيرا بصحة رواد الفضاء بسبب آثار الإشعاع الكوني. لذلك ، من الأفضل البدء بالتفكير مسبقًا في كيفية مواكبة هذه المهمة.

تم نشر المقال العلمي في 6 مارس 2018 في مجلة Oncotarget (doi: 10.18632 / oncotarget.24461).