As principais fontes de radiação no espaço

Um grupo internacional de cientistas de 20 organizações de todo o mundo, com a participação de especialistas do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou (MIPT), compilou uma lista de eventos para aumentar a radiorresistência do corpo humano . A resistência à radiação ionizante é uma condição necessária para uma colonização espacial bem-sucedida, dizem os cientistas.

Radiorresistência é a imunidade de células, tecidos, órgãos ou organismos aos efeitos da radiação ionizante. Sabe-se que muitos organismos vivos na Terra têm uma radiorresistência incrível. Por exemplo, as bactérias e tardigrades do Deinococcus radiodurans são capazes de suportar a dose mais alta de radiação ionizante de cerca de 5.000 cinza (5 milhões de rad), ou seja, 5 quilojoules por quilograma de massa, enquanto doses de mais de 1000 cinza tornam os tardigrados inférteis. Ao mesmo tempo, para uma pessoa, apenas 4-10 de cinza é considerado uma dose letal . O registro entre os organismos vivos pertence ao extremófilo arqueológico Thermococcus gammatolerans , que pode ser garantido para ser morto apenas por radiação de mais de 30.000 cinza .

A radiação cósmica e a microgravidade são dois fatores principais que afetam a saúde humana quando no espaço fora do campo magnético de proteção da Terra. Esses fatores limitam significativamente as perspectivas de voos espaciais de longo prazo. Deve-se reconhecer que a necessidade de proteger o corpo humano dos efeitos nocivos da radiação cósmica é amplamente ignorada. Por exemplo, Elon Musk planejou o início da colonização marciana em 2024, mas não apresentou um esquema abrangente de proteção contra radiação.

Mas para vôos no espaço profundo, incluindo voos para Marte, a exposição à radiação representa uma das várias categorias de risco inaceitável , já que as doses totais recebidas pelos astronautas certamente excederão significativamente os limites de dose estabelecidos no atual sistema de proteção contra radiação da NASA . De acordo com o paradigma da NASA, para viagens a Marte , o limite máximo de risco de morte devido à exposição à radiação é de 3% . Ou seja, dos seis astronautas com uma probabilidade de 83%, cinco (0,97 ^ 6) devem sobreviver e dos doze com uma probabilidade de 69%, onze (0,97 ^ 12) sobreviverão. Este é um resultado perfeitamente aceitável. Entre todos os casos fatais, principalmente a morte virá de tumores malignos (câncer), dizem os analistas.

Para alcançar a mortalidade dentro da faixa normal (3%) ou inferior, é necessário introduzir sistemas de proteção adicionais, incluindo novos conceitos biotecnológicos que resolverão esse problema e fornecerão uma oportunidade para iniciar a era dos voos tripulados no espaço sideral.

Os principais componentes da radiação cósmica são os eventos de prótons solares (SPS) e a radiação cósmica galáctica (SCI). Obviamente, a contribuição do ATP para a dose total de radiação dos astronautas será insignificante durante longas missões longe da Terra e do Sol. Consequentemente, o principal tipo de radiação que afeta o corpo é o GKI, consistindo principalmente de partículas de alta energia.

Em princípio, a radiação ionizante interage ao longo de trilhas de partículas carregadas com moléculas biológicas como o DNA. O processo é amplamente estocástico e pode danificar o DNA através de interações diretas (por exemplo, ionização e excitação) ou através de interações indiretas, como a produção de espécies reativas de oxigênio como resultado da radiólise de moléculas de água.

De acordo com estimativas atuais , viajar para Marte e voltar exporá os astronautas a doses de radiação de 660 mSv. Embora existam grandes incertezas em relação às avaliações de risco à saúde (câncer) decorrentes da exposição à radiação cósmica, essa dose sozinha representa mais da metade do limite total de exposição para toda a carreira de astronauta da NASA, que é de 800-1200 mSv . Obviamente, de acordo com os princípios atuais de radioproteção, missões mais longas serão inaceitáveis ​​para as pessoas em termos de risco de câncer.

A Agência Espacial Européia (ESA) está atualmente realizando pesquisas intensivas sobre a possibilidade de voos espaciais de longa distância. Dado que o vôo ocorrerá principalmente sob o controle de sistemas automáticos, onde a participação de astronautas praticamente não é necessária, a tripulação espacial ficará literalmente sob custódia por muitos meses sem nenhum trabalho. Tais situações podem ser perigosas, especialmente para os próprios astronautas. Portanto, a ESA acredita que é mais aconselhável mergulhar as pessoas em animação suspensa (hibernação, ou seja, hibernação). Atualmente, a ESA lançou o projeto Aurora, que está considerando uma opção de hibernação da tripulação . Os cientistas pretendem usar mecanismos biológicos que permitirão que a tripulação durma e, assim, reduzam o metabolismo do corpo a um mínimo absoluto.

Vale ressaltar que a idéia de possível hibernação durante longos vôos espaciais também foi investigada na URSS em 1969, mas, infelizmente, após a morte do chefe do programa espacial soviético Sergey Korolev, o projeto da missão tripulada soviética em Marte foi encerrado e todo o trabalho relacionado a ela implementação finalizada. Os resultados desses estudos incluíram dados sobre hiper-resistência a vários fatores prejudiciais, incluindo doses letais de radiação ionizante, sobrecargas fatais a longo prazo e hipóxia hipobárica em camundongos (consulte o livro "Hipobiose e criobiose: passado, presente e futuro" por Nikolai Nikolaevich Timofeev, MD, especialista no campo da medicina da aviação e do espaço, chefe do laboratório de nanocitofisiologia do Instituto de Nanotecnologia do Fundo Internacional para a Conversão).

Existe uma teoria de que a radiorresistência pode ser treinada pré-irradiando o corpo com pequenas doses de radiação ionizante. Está bem estabelecido que a radiorresistência pode ser definida geneticamente e ser herdada em pelo menos alguns organismos. Existem também medicamentos com propriedades radioprotetoras:

• preparação en: Ex-Rad (ON 01210.Na), que é um sal de sódio de 4-carboxistiril-4- clorobenzilsulfona;
• en: CBLB502;
• amifostina (en: amifostina) 'WR2721';
• filgrastim (en: Filgrastim) ('Neupogen');
• pegfilgrastim (en: Pegfilgrastim) ('Neulasta');
• ácido kojic.

Um artigo publicado lista possíveis maneiras de reduzir o risco à saúde de astronautas devido à radiação ionizante. Os cientistas oferecem várias abordagens: seleção médica de candidatos resistentes à radiação radiorresistentes (e seus descendentes aos quais os genes são transmitidos), tecnologias de regeneração de tecidos e terapia celular, engenharia genética, terapia genética, evolução experimental, hibernação, biobanco, etc.


Formas de reduzir os riscos para a saúde causados ​​pela radiação espacial durante viagens

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Devido às energias muito altas das partículas carregadas de HKI, elas penetram facilmente nos materiais de proteção passivos. Apesar do fato de que tecnologias de blindagem ativa também estão sendo estudadas, ainda não foi alcançado um progresso significativo na redução significativa dos fluxos de GKI para níveis adequados para vôos espaciais humanos prolongados (consulte a análise para avaliar a eficácia de todas as opções de proteção ativa possíveis ).

Nesse sentido, é importante estudar as várias perspectivas de aumento da radiorresistência humana usando os últimos avanços da biotecnologia. Então, quais são algumas das maneiras pelas quais os cientistas podem melhorar a radiorresistência?

Maneiras de aumentar a radiorresistência em humanos

1. Realização de alterações genéticas usando tecnologias inovadoras na edição de genes em combinação com o conhecimento moderno das vias moleculares para combater os danos ao DNA induzidos por radiação.
2. Medicina regenerativa.
3. Adaptação de rádio em baixa dose.
4. O uso de compostos orgânicos deuterados.
5. Bioestase (uma desaceleração significativa de todos os processos vitais do corpo).

Uma combinação de todos esses métodos é possível.

Além disso, muita atenção é dada neste trabalho científico à proteção por rádio. Algumas das idéias poderiam ser usadas para aliviar outros efeitos nocivos das longas viagens espaciais, como deterioração dos músculos e ossos, dizem os autores. As biotecnologias descritas, como engenharia genética, medicina regenerativa, bioestase e sono criogênico no futuro, podem ser aplicadas não apenas na astronáutica, mas também na medicina terrestre, inclusive para prolongar a vida humana.

“Neste artigo, estamos explorando opções observáveis ​​que podem ser usadas para aumentar a estabilidade biomédica humana na exploração e colonização do espaço. Ele também procura identificar o vínculo entre envelhecimento, longevidade e radiorresistência e explora maneiras pelas quais estudos para melhorar a radiorresistência humana podem sinergicamente melhorar a saúde das pessoas. Por fim, estudamos como o trabalho em uma área bem financiada de pesquisa aeroespacial pode impulsionar o progresso em gerontologia biomédica, que sofre de grave subfinanciamento, apesar das sérias dificuldades econômicas causadas pelo envelhecimento demográfico ”, afirma Franco Cortese, principal autor. trabalho científico, vice-diretor da Fundação de Pesquisa em Biogerontologia.

“Este roteiro estabelece as bases para aprimorar a biologia humana além de nossos limites naturais, para garantir não apenas longa expectativa de vida e resistência a doenças, mas também segurança durante futuras explorações espaciais”, disse João Pedro de Magalhães ), coautor do artigo, administrador da Biogeronology Research Foundation.

Mais cedo ou mais tarde, teremos que fazer isso - para deixar a Terra e ir para o espaço profundo, diz Dmitry Klokov, chefe da seção de radiobiologia e saúde dos laboratórios nucleares canadenses, um dos autores do trabalho científico. Essa jornada fora da magnetosfera terrestre causará grandes danos à saúde dos astronautas devido aos efeitos da radiação cósmica. Portanto, é melhor começar a pensar antecipadamente sobre como lidaremos com essa tarefa.

O artigo científico foi publicado em 6 de março de 2018 na revista Oncotarget (doi: 10.18632 / oncotarget.24461).