Les principales sources de rayonnement dans l'espace

Un groupe international de scientifiques de 20 organisations du monde entier, avec la participation de spécialistes de l'Institut de physique et de technologie de Moscou (MIPT), a compilé une liste d'événements pour augmenter la radiorésistance du corps humain . La résistance aux rayonnements ionisants est une condition nécessaire au succès de la colonisation spatiale, selon les scientifiques.

La radiorésistance est l'immunité des cellules, tissus, organes ou organismes aux effets des rayonnements ionisants. On sait que de nombreux organismes vivants sur Terre ont une radiorésistance incroyable. Par exemple, les bactéries et tardigrades de Deinococcus radiodurans sont capables de résister à la plus forte dose de rayonnements ionisants d'environ 5000 gris (5 millions de rad), soit 5 kilojoules par kilogramme de masse, tandis que des doses de plus de 1000 gris rendent les tardigrades stériles. Dans le même temps, pour une personne, seulement 4 à 10 gris sont considérés comme une dose mortelle . Le record parmi les organismes vivants appartient aux archées-extrémophiles Thermococcus gammatolerans , qui ne peuvent être tués que par un rayonnement de plus de 30 000 gris .

Le rayonnement cosmique et la microgravité sont deux facteurs principaux affectant la santé humaine lorsqu'ils se trouvent dans l'espace en dehors du champ magnétique protecteur de la Terre. Ces facteurs limitent considérablement les perspectives de vols spatiaux à long terme. Il faut reconnaître que la nécessité de protéger le corps humain contre les effets nocifs du rayonnement cosmique est largement ignorée. Par exemple, Elon Musk a prévu le début de la colonisation martienne en 2024, mais n'a pas présenté de programme complet de radioprotection.

Mais pour les vols dans l'espace lointain, y compris le vol vers Mars, l'exposition aux rayonnements représente l'une des nombreuses catégories de risques inacceptables , car les doses totales reçues par les astronautes dépasseront certainement considérablement les limites de dose établies dans le système actuel de radioprotection de la NASA . Conformément au paradigme de la NASA, pour les voyages vers Mars , la limite maximale du risque de décès dû à une exposition aux rayonnements est de 3% . Autrement dit, sur six astronautes avec une probabilité de 83%, cinq (0,97 ^ 6) devraient survivre, et sur douze avec une probabilité de 69%, onze (0,97 ^ 12) survivront. C'est un résultat parfaitement acceptable. Parmi tous les cas mortels, la mort proviendra principalement de tumeurs malignes (cancer), selon les analystes.

Pour atteindre une mortalité dans la fourchette normale (3%) ou moins, il est nécessaire d'introduire des systèmes de protection supplémentaires, y compris de nouveaux concepts biotechnologiques qui résoudront ce problème et donneront l'occasion de commencer l'ère des vols habités dans l'espace lointain.

Les principaux composants du rayonnement cosmique sont les événements de protons solaires (SPS) et le rayonnement cosmique galactique (SCI). De toute évidence, la contribution de l'ATP à la dose totale de rayonnement des astronautes sera insignifiante lors de longues missions loin de la Terre et du Soleil. Par conséquent, le principal type de rayonnement dans l'effet sur le corps est le GKI, composé principalement de particules de haute énergie.

En principe, le rayonnement ionisant interagit le long des traces de particules chargées avec des molécules biologiques telles que l'ADN. Le processus est en grande partie stochastique et peut endommager l'ADN par des interactions directes (par exemple, l'ionisation et l'excitation) ou par des interactions indirectes, telles que la production d'espèces réactives de l'oxygène à la suite de la radiolyse des molécules d'eau.

Selon les estimations actuelles , voyager vers Mars et en arrière exposera les astronautes à des doses de rayonnement de 660 mSv. Bien qu'il existe de grandes incertitudes concernant les évaluations des risques pour la santé (cancer) liés à l'exposition aux rayonnements cosmiques, cette dose représente à elle seule plus de la moitié de la limite d'exposition totale pour toute la carrière d'astronaute de la NASA, qui est fixée à 800-1200 mSv . De toute évidence, conformément aux principes actuels de radioprotection, des missions plus longues seront inacceptables pour les personnes en termes de risque de cancer.

L'Agence spatiale européenne (ESA) mène actuellement des recherches intensives sur la possibilité de vols spatiaux à longue distance. Étant donné que le vol se déroulera principalement sous le contrôle de systèmes automatiques, où la participation des astronautes n'est pratiquement pas requise, l'équipage spatial sera littéralement en détention pendant de nombreux mois sans aucun travail. De telles situations peuvent être dangereuses, en particulier pour les astronautes eux-mêmes. Par conséquent, l'ESA estime qu'il est plus sage de plonger les gens dans une animation suspendue (hibernation, c'est-à-dire hibernation). Actuellement, l'ESA a lancé le projet Aurora, qui envisage une option d'hibernation de l'équipage . Les scientifiques ont l'intention d'utiliser des mécanismes biologiques qui permettront à l'équipage de dormir et ainsi de réduire le métabolisme du corps au minimum absolu.

Il convient de souligner que l'idée d'une possible hibernation lors de longs vols spatiaux a également été étudiée en URSS en 1969, mais, malheureusement, après la mort du chef du programme spatial soviétique Sergey Korolev, le projet de la mission soviétique habitée sur Mars a été fermé, et tous les travaux y relatifs mise en œuvre terminée. Les résultats de ces études comprenaient des données sur l'hyperrésistance à divers facteurs dommageables, y compris des doses létales de rayonnements ionisants, des surcharges fatales à long terme et une hypoxie hypobare chez la souris (voir le livre «Hypobiosis and Cryobiosis: Past, Present and Future» de Nikolai Nikolayevich Timofeev, MD, spécialiste dans le domaine de la médecine aéronautique et spatiale, chef du laboratoire de nanocytophysiologie de l'Institut de nanotechnologie du Fonds international de conversion).

Il existe une théorie selon laquelle la radiorésistance peut être entraînée en pré-irradiant le corps avec de petites doses de rayonnement ionisant. Il est bien établi que la radiorésistance peut être établie génétiquement et héritée d'au moins certains organismes. Il existe également des médicaments aux propriétés radioprotectrices:

• préparation fr: Ex-Rad (ON 01210.Na), qui est un sel de sodium de 4-carboxystyryl-4-chlorobenzylsulfone;
• en: CBLB502;
• amifostine (fr: amifostine) «WR2721»;
• filgrastim (fr: Filgrastim) («Neupogen»);
• pegfilgrastim (fr: Pegfilgrastim) («Neulasta»);
• l'acide kojique.

Un article publié énumère les moyens possibles de réduire le risque pour la santé des astronautes des rayonnements ionisants. Les scientifiques proposent plusieurs approches: sélection médicale des candidats radiorésistants résistants aux radiations (et de leurs descendants à qui les gènes sont transmis), technologies de régénération tissulaire et thérapie cellulaire, génie génétique, thérapie génique, évolution expérimentale, hibernation, biobanque, etc.


Façons de réduire les risques pour la santé liés aux rayonnements spatiaux pendant les voyages

Pas encore d'écrans

En raison des très hautes énergies des particules chargées de HKI, elles pénètrent facilement dans les matériaux de protection passifs. Malgré le fait que des technologies de blindage actif soient également à l'étude, des progrès significatifs n'ont pas encore été réalisés dans la réduction significative des flux GKI à des niveaux adaptés aux vols spatiaux humains prolongés (voir l' analyse pour évaluer l'efficacité de toutes les options de protection active possibles ).

À cet égard, il est important d'étudier les différentes perspectives d'augmentation de la radiorésistance humaine en utilisant les dernières avancées de la biotechnologie. Alors, quelles sont certaines des façons dont les scientifiques peuvent améliorer la radiorésistance?

Comment augmenter la radiorésistance chez l'homme

1. Effectuer des changements génétiques en utilisant des technologies révolutionnaires dans l'édition de gènes en combinaison avec une connaissance moderne des voies moléculaires pour contrer les dommages à l'ADN radio-induits.
2. Médecine régénérative.
3. Adaptation radio à faible dose.
4. L'utilisation de composés organiques deutérés.
5. Biostase (un ralentissement significatif de tous les processus vitaux dans le corps).

Une combinaison de toutes ces méthodes est possible.

De plus, une grande attention est accordée dans ces travaux scientifiques à la radioprotection. Certaines des idées pourraient potentiellement être utilisées pour atténuer d'autres effets néfastes des longs voyages dans l'espace, tels que la détérioration des muscles et des os, selon les auteurs. Les biotechnologies décrites telles que le génie génétique, la médecine régénérative, la biostase et le sommeil cryogénique à l'avenir pourraient trouver une application non seulement en astronautique, mais aussi en médecine terrestre, y compris pour prolonger la vie humaine.

«Dans cet article, nous explorons des options observables qui peuvent être utilisées pour augmenter la stabilité biomédicale humaine pour l'exploration et la colonisation spatiales. Il cherche également à identifier le lien entre le vieillissement, la longévité et la radiorésistance, et explore les moyens par lesquels des études visant à améliorer la radiorésistance humaine pourraient améliorer en synergie la santé des personnes. En fin de compte, nous étudions comment le travail dans le domaine bien financé de la recherche aérospatiale peut stimuler les progrès en gérontologie biomédicale, qui souffre d'un grave sous-financement malgré de graves difficultés économiques causées par le vieillissement démographique », explique Franco Cortese, auteur principal travaux scientifiques, directeur adjoint de la Fondation de recherche en biogérontologie.

«Cette feuille de route jette les bases de l'amélioration de la biologie humaine au-delà de nos limites naturelles pour assurer non seulement une longue espérance de vie et une résistance aux maladies, mais aussi la sécurité lors de l'exploration spatiale future», a déclaré João Pedro de Magalhães ), co-auteur de l'article, administrateur de la Biogeronology Research Foundation.

Tôt ou tard, nous devrons le faire - quitter la Terre et aller dans l'espace lointain, explique Dmitry Klokov, chef de la section radiobiologie et soins de santé des laboratoires nucléaires canadiens, l'un des auteurs des travaux scientifiques. Un tel voyage en dehors de la magnétosphère terrestre causera de grands dommages à la santé des astronautes en raison des effets du rayonnement cosmique. Par conséquent, il vaut mieux commencer à réfléchir à l'avance à la manière dont nous allons faire face à cette tâche.

L'article scientifique a été publié le 6 mars 2018 dans la revue Oncotarget (doi: 10.18632 / oncotarget.24461).