Die Hauptstrahlungsquellen im Weltraum

Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern aus 20 Organisationen aus der ganzen Welt hat unter Beteiligung von Spezialisten des Moskauer Instituts für Physik und Technologie (MIPT) eine Liste von Ereignissen zusammengestellt, um die Strahlenresistenz des menschlichen Körpers zu erhöhen . Die Resistenz gegen ionisierende Strahlung ist laut Wissenschaftlern eine notwendige Voraussetzung für eine erfolgreiche Besiedlung des Weltraums.

Strahlenresistenz ist die Immunität von Zellen, Geweben, Organen oder Organismen gegen die Auswirkungen ionisierender Strahlung. Es ist bekannt, dass viele lebende Organismen auf der Erde eine erstaunliche Strahlenresistenz aufweisen. Zum Beispiel können die Bakterien Deinococcus radiodurans und Tardigraden der höchsten Dosis ionisierender Strahlung von etwa 5000 Grau (5 Millionen Rad), dh 5 Kilojoule pro Kilogramm Masse, standhalten , während Dosen von mehr als 1000 Grau Tardigraden unfruchtbar machen. Gleichzeitig wird für eine Person nur 4-10 Grau als tödliche Dosis angesehen . Die Aufzeichnung unter lebenden Organismen gehört zu den archäologischen extremophilen Thermococcus gammatolerans , von denen garantiert werden kann, dass sie nur durch Strahlung von mehr als 30.000 Grau getötet werden .

Kosmische Strahlung und Mikrogravitation sind zwei Hauptfaktoren, die die menschliche Gesundheit im Weltraum außerhalb des schützenden Magnetfelds der Erde beeinflussen. Diese Faktoren schränken die Aussichten für langfristige Raumflüge erheblich ein. Es sollte anerkannt werden, dass die Notwendigkeit, den menschlichen Körper vor den schädlichen Auswirkungen der kosmischen Strahlung zu schützen, weitgehend ignoriert wird. Zum Beispiel plante Elon Musk den Beginn der Mars-Kolonialisierung im Jahr 2024, präsentierte jedoch kein umfassendes Strahlenschutzsystem.

Bei Flügen in den Weltraum, einschließlich des Fluges zum Mars, stellt die Strahlenexposition eine von mehreren Kategorien inakzeptabler Risiken dar , da die Gesamtdosen, die Astronauten erhalten, die im aktuellen NASA-Strahlenschutzsystem festgelegten Dosisgrenzen mit Sicherheit erheblich überschreiten werden . In Übereinstimmung mit dem NASA-Paradigma liegt die maximale Grenze für das Todesrisiko aufgrund von Strahlenexposition für Reisen zum Mars innerhalb von 3% . Das heißt, von sechs Astronauten mit einer Wahrscheinlichkeit von 83% sollten fünf (0,97 ^ 6) überleben, und von zwölf mit einer Wahrscheinlichkeit von 69% werden elf (0,97 ^ 12) überleben. Dies ist ein durchaus akzeptables Ergebnis. Unter allen tödlichen Fällen wird der Tod hauptsächlich durch bösartige Tumoren (Krebs) verursacht, sagen Analysten.

Um eine Sterblichkeit im normalen Bereich (3%) oder darunter zu erreichen, müssen zusätzliche Schutzsysteme eingeführt werden, einschließlich neuer biotechnologischer Konzepte, die dieses Problem lösen und die Möglichkeit bieten, die Ära bemannter Flüge in den Weltraum zu beginnen.

Die Hauptkomponenten der kosmischen Strahlung sind Sonnenprotonenereignisse (SPS) und galaktische kosmische Strahlung (SCI). Offensichtlich wird der Beitrag von ATP zur Gesamtstrahlungsdosis von Astronauten bei langen Missionen fern von Erde und Sonne unbedeutend sein. Folglich ist die Hauptstrahlungsart bei der Wirkung auf den Körper GKI, die hauptsächlich aus hochenergetischen Partikeln besteht.

Im Prinzip interagiert ionisierende Strahlung entlang Spuren geladener Teilchen mit biologischen Molekülen wie DNA. Der Prozess ist weitgehend stochastisch und kann die DNA durch direkte Wechselwirkungen (z. B. Ionisation und Anregung) oder durch indirekte Wechselwirkungen, wie die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies infolge der Radiolyse von Wassermolekülen, schädigen.

Nach aktuellen Schätzungen werden Astronauten beim Reisen zum Mars und zurück Strahlungsdosen von 660 mSv ausgesetzt. Obwohl hinsichtlich der Bewertung des Gesundheitsrisikos (Krebs) aufgrund der Exposition gegenüber kosmischer Strahlung große Unsicherheiten bestehen, macht diese Dosis allein mehr als die Hälfte der gesamten Expositionsgrenze für die gesamte Karriere des NASA-Astronauten aus, die auf 800 bis 1200 mSv festgelegt ist . In Übereinstimmung mit den aktuellen Prinzipien des Strahlenschutzes werden längere Missionen für Menschen im Hinblick auf das Krebsrisiko offensichtlich nicht akzeptabel sein.

Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) forscht derzeit intensiv über die Möglichkeit von Raumflügen über große Entfernungen. Da der Flug hauptsächlich unter der Kontrolle automatischer Systeme stattfinden wird, bei denen die Teilnahme von Astronauten praktisch nicht erforderlich ist, wird die Raumbesatzung buchstäblich viele Monate ohne Arbeit in Haft sein. Solche Situationen können gefährlich sein, insbesondere für die Astronauten selbst. Daher ist die ESA der Ansicht, dass es klüger ist, Menschen in suspendierte Animationen (Winterschlaf, dh Winterschlaf) einzutauchen. Derzeit hat die ESA das Aurora-Projekt gestartet , das eine Option für den Winterschlaf der Besatzung in Betracht zieht . Wissenschaftler beabsichtigen, biologische Mechanismen einzusetzen, die es der Besatzung ermöglichen, zu schlafen und dadurch den Stoffwechsel des Körpers auf ein absolutes Minimum zu reduzieren.

Hervorzuheben ist, dass die Idee eines möglichen Winterschlafes während langer Raumflüge auch 1969 in der UdSSR untersucht wurde. Leider wurde nach dem Tod des Leiters des sowjetischen Raumfahrtprogramms Sergej Korolev das Projekt der bemannten sowjetischen Mission zum Mars eingestellt und alle damit verbundenen Arbeiten durchgeführt Implementierung beendet. Die Ergebnisse dieser Studien umfassten Daten zur Hyperresistenz gegen verschiedene schädliche Faktoren, einschließlich tödlicher Dosen ionisierender Strahlung, tödlicher Langzeitüberlastungen und hypobarer Hypoxie bei Mäusen (siehe das Buch "Hypobiose und Kryobiose: Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft" von Nikolai Nikolayevich Timofeev, MD, Spezialist im Bereich der Luft- und Raumfahrtmedizin Leiter des Labors für Nanozytophysiologie des Instituts für Nanotechnologie des Internationalen Konversionsfonds).

Es gibt eine Theorie, dass die Strahlenresistenz trainiert werden kann, indem der Körper mit kleinen Dosen ionisierender Strahlung vorbestrahlt wird. Es ist bekannt, dass die Strahlenresistenz genetisch festgelegt und zumindest in einigen Organismen vererbt werden kann. Es gibt auch Medikamente mit Strahlenschutzeigenschaften:

• Zubereitung en: Ex-Rad (ON 01210.Na), ein Natriumsalz von 4-Carboxystyryl-4-chlorbenzylsulfon;
• de: CBLB502;
• Amifostin (en: Amifostin) 'WR2721';
• Filgrastim (en: Filgrastim) ('Neupogen');
• Pegfilgrastim (en: Pegfilgrastim) ('Neulasta');
• Kojisäure.

Ein veröffentlichtes Papier listet mögliche Wege auf, um das Gesundheitsrisiko von Astronauten durch ionisierende Strahlung zu verringern. Wissenschaftler bieten verschiedene Ansätze an: medizinische Auswahl strahlenresistenter strahlungsresistenter Kandidaten (und ihrer Nachkommen, auf die Gene übertragen werden), Geweberegenerationstechnologien und Zelltherapie, Gentechnik, Gentherapie, experimentelle Evolution, Winterschlaf, Biobanking usw.


Möglichkeiten zur Reduzierung von Gesundheitsrisiken durch Weltraumstrahlung während der Raumfahrt

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Aufgrund der sehr hohen Energien der geladenen HKI-Teilchen dringen sie leicht in passive Schutzmaterialien ein. Trotz der Tatsache, dass auch aktive Abschirmtechnologien untersucht werden, wurden noch keine signifikanten Fortschritte bei der signifikanten Reduzierung der GKI-Flüsse auf Werte erzielt, die für längere Flüge im menschlichen Raum geeignet sind (siehe Analyse zur Bewertung der Wirksamkeit aller möglichen aktiven Schutzoptionen ).

In diesem Zusammenhang ist es wichtig, die verschiedenen Perspektiven für eine Erhöhung der Strahlenresistenz des Menschen anhand der neuesten Fortschritte in der Biotechnologie zu untersuchen. Wie können Wissenschaftler die Strahlenresistenz verbessern?

Möglichkeiten zur Erhöhung der Strahlenresistenz beim Menschen

1. Durchführung genetischer Veränderungen mithilfe bahnbrechender Technologien bei der Geneditierung in Kombination mit modernem Wissen über die molekularen Wege, um strahleninduzierten DNA-Schäden entgegenzuwirken.
2. Regenerative Medizin.
3. Niedrig dosierte Radioanpassung.
4. Die Verwendung von deuterierten organischen Verbindungen.
5. Biostase (eine signifikante Verlangsamung aller lebenswichtigen Prozesse im Körper).

Eine Kombination all dieser Methoden ist möglich.

Darüber hinaus wird in dieser wissenschaftlichen Arbeit dem Funkschutz große Aufmerksamkeit gewidmet. Einige der Ideen könnten möglicherweise verwendet werden, um andere negative Auswirkungen der langen Raumfahrt zu lindern, wie z. B. Muskel- und Knochenabbau, sagen die Autoren. Die beschriebenen Biotechnologien wie Gentechnik, regenerative Medizin, Biostase und kryogener Schlaf können in Zukunft nicht nur in der Astronautik, sondern auch in der terrestrischen Medizin Anwendung finden, auch zur Verlängerung des menschlichen Lebens.

„In diesem Artikel untersuchen wir beobachtbare Optionen, mit denen die biomedizinische Stabilität des Menschen für die Erforschung und Besiedlung des Weltraums erhöht werden kann. Es wird auch versucht, den Zusammenhang zwischen Alterung, Langlebigkeit und Strahlenresistenz zu identifizieren, und es werden Möglichkeiten untersucht, wie Studien zur Verbesserung der Strahlenresistenz des Menschen die Gesundheit der Menschen synergistisch verbessern können. Letztendlich untersuchen wir, wie die Arbeit auf dem gut finanzierten Gebiet der Luft- und Raumfahrtforschung den Fortschritt in der biomedizinischen Gerontologie vorantreiben kann, die trotz schwerwiegender wirtschaftlicher Schwierigkeiten aufgrund der demografischen Alterung unter einer starken Unterfinanzierung leidet “, sagt Franco Cortese, Hauptautor wissenschaftliche Arbeit, stellvertretender Direktor der Biogerontology Research Foundation.

"Diese Roadmap bildet die Grundlage für die Verbesserung der menschlichen Biologie über unsere natürlichen Grenzen hinaus, um nicht nur eine lange Lebenserwartung und Krankheitsresistenz, sondern auch Sicherheit bei der zukünftigen Weltraumforschung zu gewährleisten", sagte João Pedro de Magalhães ), Mitautor des Artikels, Treuhänder der Biogeronology Research Foundation.

Früher oder später müssen wir dies tun - um die Erde zu verlassen und in den Weltraum zu gelangen, sagt Dmitry Klokov, Leiter der Abteilung für Radiobiologie und Gesundheitswesen der kanadischen Nuklearlabors, einer der Autoren der wissenschaftlichen Arbeit. Eine solche Reise außerhalb der terrestrischen Magnetosphäre wird die Gesundheit von Astronauten aufgrund der Auswirkungen der kosmischen Strahlung stark schädigen. Daher ist es besser, im Voraus darüber nachzudenken, wie wir diese Aufgabe bewältigen werden.

Der wissenschaftliche Artikel wurde am 6. März 2018 in der Zeitschrift Oncotarget (doi: 10.18632 / oncotarget.24461) veröffentlicht.