يمكن أن يسبب الإشعاع المجري تنكس الدماغ

جدول المحتويات:

فيديو: يمكن أن يسبب الإشعاع المجري تنكس الدماغ

فيديو: يمكن أن يسبب الإشعاع المجري تنكس الدماغ
فيديو: متى يتم اللجوء للأشعة لعلاج أورام الدماغ؟ 2024, مارس
يمكن أن يسبب الإشعاع المجري تنكس الدماغ
يمكن أن يسبب الإشعاع المجري تنكس الدماغ
Anonim
يمكن أن يسبب إشعاع المجرة تنكس الدماغ
يمكن أن يسبب إشعاع المجرة تنكس الدماغ

أعلن فريق من الباحثين من المركز الطبي بجامعة روتشستر (URMC) في نيويورك عن نتائج أبحاثهم. يمكن لرواد الفضاء على المدى الطويل في الفضاء ، على سبيل المثال ، أثناء رحلة إلى المريخ ، أن يؤدي إلى مشاكل صحية بسبب الإشعاع المجري. على وجه الخصوص ، إلى تنكس الدماغ ، وربما حتى ظهور مرض الزهايمر

صورة
صورة

في وقت سابق ، في عام 2012 ، تم الإبلاغ عن استنتاجات مماثلة من قبل العلماء الروس. كما كتبت ناتاليا ترييفا في صحيفة Ploshchad Mira ، إذا سافرت في رحلة استكشافية إلى المريخ في مركبة فضائية حديثة ، فستستغرق الرحلة 500 يوم على الأقل. وخلال هذه الفترة من المهمة الفضائية ، يمكن أن تفقد صحة رواد الفضاء بشكل نهائي.

يتضح هذا من خلال نتائج الدراسات التي أجراها علماء البيولوجيا الإشعاعية وعلماء وظائف الأعضاء الروس ، والتي تمت مناقشتها في المعهد المشترك للأبحاث النووية (JINR) في اجتماع زائر لمكتب قسم علم وظائف الأعضاء والطب الأساسي التابع لأكاديمية العلوم الروسية.

يرى العلماء الخطر الأكبر في إشعاع المجرة: فهو قد يحرم الإنسان من الرؤية والعقل ، والذي بدونه لن يكون من الممكن الوصول إلى الهدف أو العودة إلى المنزل.

تصريحات الباحثين حول خطر الأيونات الثقيلة على كائن رواد الفضاء ليست تخمينية ، فهي تستند إلى بيانات تجارب المسرعات مع الحيوانات التي أجريت في مختبر بيولوجيا الإشعاع التابع للمعهد المشترك للأبحاث النووية (LRB JINR) في بالتعاون مع معهد المشكلات الطبية الحيوية التابع للأكاديمية الروسية للعلوم (IMPB RAS) ومعهد الكيمياء الحيوية RAS (IBCh RAS) وبالتعاون مع علماء الأحياء من وكالة الفضاء الوطنية الأمريكية (ناسا).

الأيونات الثقيلة أكثر ترويعًا من البروتونات

في الفضاء السحيق - ما وراء المجال المغناطيسي للأرض - يوجد إشعاع كوني خطير ينبعث من أعماق المجرة في انتظار الإنسان.

يوضح ميخائيل باناسيوك ، مدير معهد سكوبلتسين لأبحاث الفيزياء النووية (SINP MSU): "الأشعة الكونية المجرية هي تيارات من الجسيمات الأولية - الأيونات الخفيفة والثقيلة". والسبب في ذلك هو التفاعل مع المادة في العملية من انتقالها في الكون. العنصر الأكثر شيوعًا للأشعة الكونية هو الهيدروجين ، وأيوناته هي البروتونات. هذه الجسيمات تتسارع على موجات الصدمة - بقايا انفجارات المستعر الأعظم. لا تنفجر مثل هذه النجوم في مجرتنا. أكثر من مرة واحدة في 30 -50 سنة.

إن تدفق جسيمات الأشعة الكونية في المجرة ثابت ، على عكس الأشعة الكونية الشمسية ، التي تتولد على الشمس أو في الوسط بين الكواكب أثناء التوهجات الشمسية. وبسبب هذا ، فإن المساهمة الإجمالية للأشعة الكونية الشمسية على مدى فترة طويلة ضئيلة. ولكن خلال التوهجات الشمسية (لعدة ساعات ، أيام) ، يمكن أن يتجاوز تدفق الأشعة الكونية الشمسية تدفق الأشعة الكونية المجرية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن طاقة جسيمات الأشعة الكونية الشمسية ، كقاعدة عامة ، أقل من طاقة جسيمات الأشعة الكونية المجرية. هناك أيضًا أشعة كونية خارج المجرة تدخل مجرتنا من مجرات أخرى. طاقتها أكبر من طاقة الأشعة الكونية المجرية ، لكن التدفقات أقل بكثير. للأشعة الكونية نطاق طاقة ضخم: من 106 (1 MeV) إلى 1021 eV (1 ZeV).

سجلت مقاييس طيف كتلة الطاقة المثبتة على سواتل أبحاث الفضاء تكوين الأشعة الكونية. اتضح أن أقل من واحد في المائة بقليل من جميع جسيمات الإشعاع المجري عبارة عن أيونات ثقيلة بطاقة 300-500 MeV / nucleon - نواة العناصر الكيميائية الثقيلة. يحتوي جزء الأيونات الخفيفة والثقيلة من الإشعاع المجري على معظم أيونات الكربون والأكسجين والحديد - من هذه العناصر المستقرة ، تتشكل النوى النجمية نتيجة لتطور النجوم.

كانت نتائج قياسات الأقمار الصناعية الفضائية بمثابة الأساس لحسابات نموذجية أخرى ، والتي أظهرت أنه خارج الغلاف المغناطيسي للأرض ، يسقط حوالي 105 أيونات ثقيلة لكل سنتيمتر مربع من المنطقة سنويًا ، وحوالي 160 جسيمًا بشحنة Z أكبر من 20 سقوطًا في كل عام. كل يوم ، يسقط مثل هذا العدد منهم لكل سنتيمتر مربع من سطح جسم رائد الفضاء.

الأيونات الثقيلة في الفضاء نشطة للغاية لدرجة أنها "تخترق" جلد مركبة فضائية حديثة في الفضاء الخارجي ، مثل قذائف المدفعية التي تقذف الحرير الناعم. اكتشف علماء مختبر بيولوجيا الإشعاع في JINR كيف يمكن أن يضر ذلك بصحة رسل الأرض في رحلة طويلة.

إلى المريخ - عن طريق اللمس؟

يقول مدير JINR LRB العضو المناظرة في أكاديمية العلوم الروسية إيفجيني كراسافين: "لقد تمكنا من فهم سبب تسبب نفس الجرعات من الإشعاع المختلف (تدفق الأيونات الثقيل ، والنيوترون ، وإشعاع غاما) في تأثيرات مختلفة على الخلايا الحية". ترتبط بالخصائص الفيزيائية للإشعاع والخصائص البيولوجية للخلية الحية نفسها - قدرتها على إصلاح تلف الحمض النووي بعد التشعيع. في التجارب على مسرعات الأيونات الثقيلة ، وجدنا أن أشد ضرر للحمض النووي يحدث تحت تأثير الأيونات الثقيلة.يمكن تخيل الأشعة (شعاع من الفوتونات) وشعاع من الأيونات الثقيلة على النحو التالي: إطلاق رصاصة صغيرة من مسدس في الحائط هو ضرر من الأشعة السينية ، إطلاق قذيفة مدفعية على نفس الجدار هو تدمير من أيون ثقيل واحد. تفقد الكثير من طاقتها لكل وحدة أكثر من أبناء عمومتهم الأخف. هذا هو السبب في أن أيون ثقيل يمر عبر الخلية في طريقه ينتج عنه دمار كبير. عندما يمر جسيم ثقيل عبر نواة الخلية ، تتشكل الآفات "العنقودية" بفواصل متعددة من الروابط الكيميائية في جزء الحمض النووي. فهي تسبب أنواعًا مختلفة من التلف الشديد للكروموسومات في نواة الخلية ".

علاوة على ذلك ، كان منطق العلماء على النحو التالي. أيونات الهيدروجين (البروتونات) بطاقة 200 - 300 ميغا فولت / نيكلون لديها الوقت لتشغيل مسار 11 سم في الماء قبل التباطؤ الكامل ، جسم الإنسان 90٪ ماء. باستقراء هذه النتيجة لجسم بشري حي ، توصلنا إلى الاستنتاج: حتى الأيونات الخفيفة في طريقها يمكن أن تدمر آلاف الخلايا في أجسامنا. في حالة الأيونات الثقيلة التي تزيد شحنتها عن 20 ، يجب توقع نتيجة مؤسفة للصحة.

ما هي الأعضاء البشرية التي يمكن أن تتضرر بشدة بسبب الأيونات الثقيلة في المجرة وتهدد الحياة؟

- إذا كنت تفكر في التكاثر النشط - التجديد السريع - أنسجة الجسم ، مثل الدم أو الجلد ، فإن تلفها بسبب الخصائص الطبيعية سوف يتعافى بسرعة ، - يوضح مدير LRB JINR Yevgeny Krasavin. - ولكن على الأنسجة الساكنة - الجهاز العصبي المركزي ، والعينين ، التي لا تملك القدرة الطبيعية على إصلاح الضرر بسرعة ، فإن التدفق المستمر للأيونات الثقيلة سيكون له تأثير ضار على شكل طبقات ، مما يتسبب في موت الخلايا بانتظام. لكن الجهاز العصبي المركزي والعين هما "رقاقات" التحكم في أجسامنا.

في تجارب على الحيوانات في دوبنا ، قامت مجموعة من علماء البيولوجيا الإشعاعية بقيادة الأكاديمي في الأكاديمية الروسية للعلوم ميخائيل أوستروفسكي بدراسة آليات تأثير الأيونات الثقيلة على هياكل العين - العدسة ، وشبكية العين ، والقرنية. في مسرعات JINR ، تم تشعيع الفئران ومحاليل البلورات (البروتينات) من عدساتهم بأشعة بروتون 100-200 MeV.

قال الأكاديمي أوستروفسكي في خطابه في اجتماع زائر لمكتب قسم الرياضيات الفيزيائية والميكانيكا في الأكاديمية الروسية: "تتكون عدسة العين البشرية والفقاريات بنسبة 90٪ من بلورات ألفا وبيتا وغاما". العلوم. التركيب والوزن الجزيئي ، يمكن أن يتسبب التعرض للأشعة فوق البنفسجية أو الإشعاع في تراكم البلورات - ظهور ألياف معتمة في العدسة ، ونتيجة للتجمع ، تتشكل تكتلات كبيرة تشتت الضوء ، مما يؤدي إلى غشاوة العدسة ، أي لتطور إعتام عدسة العين. المرور عبر عدسة العين ، حتى الأيونات المفردة الثقيلة بعد فترة ، يمكن أن تتسبب في أن تصبح غائمة.

العودة إلى الأرض باعتباره الإنسان العاقل

لقد درس أقل من جميع علماء البيولوجيا الإشعاعية التأثير الضار للأيونات الثقيلة على الجهاز العصبي المركزي. وفقًا لخبراء ناسا ، خلال مهمة المريخ ، سيتم عبور ما بين 2 إلى 13 بالمائة من الخلايا العصبية بواسطة أيون حديد واحد على الأقل. وسيطير بروتون واحد عبر نواة كل خلية من خلايا الجسم كل ثلاثة أيام. لذلك ، هناك خطر جسيم يتمثل في حدوث انتهاكات لا رجعة فيها لردود الفعل السلوكية لطاقم السفينة. هذا يعرض للخطر المهمة الشاملة. يعتبر الدماغ أداة حساسة للغاية ، ويمكن أن يؤدي تعطل أجزاء صغيرة منه إلى فقدان وظائف الكائن الحي بالكامل ، كما هو الحال عند الأشخاص الذين أصيبوا بسكتة دماغية أو الأشخاص الذين يعانون من مرض الزهايمر.

في مختبر الإشعاع الفضائي التابع لوكالة ناسا في بروكهافن ، باستخدام حزمة من أيونات الحديد المتسارعة إلى طاقة 1 GeV / nucleon ، تمت محاكاة الإشعاع المجري على معجل الأيونات الثقيلة المسبق لمصادم RHIC في مختبر Brookhaven الوطني. كانت تجربة الفئران تسمى "الاختبار المعرفي". تم وضع مساحة صلبة صغيرة في حوض دائري تحت طبقة رقيقة من الماء المعتم. تم إطلاق فئران المختبر - التي كانت في البداية كانت صحية ثم تعرضت للإشعاع بأشعة أيونات الحديد - في هذا البركة وراقبت مدى سرعة الحيوانات في العثور على هذه المنطقة وتسلقها. سرعان ما وجدت الفئران السليمة الموقع وسارت نحوه على طول أقصر طريق. أدى التشعيع بالأيونات الثقيلة إلى تغيير الوظائف المعرفية (القدرة على التعلم) للحيوانات بشكل كبير. بعد شهر من التشعيع ، تغير سلوك الجرذ بشكل كبير. تهربت ودارت حول المسبح لفترة طويلة ، حتى تمكنت بطريق الخطأ تقريبًا من الشعور بالأرض الصلبة تحت قدميها. تم إعاقة قدرات تفكير الحيوان بشدة. عندما تم تشعيع الفئران بالأشعة السينية وأشعة جاما ، لم يلاحظ مثل هذا التأثير.

من أجل تمثيل العواقب المحتملة لإشعاع الجسم البشري بالأيونات الثقيلة ، من الضروري "لعب" نموذج الخطر الكوني على الرئيسيات ، كما يقول الباحثون. ومع ذلك ، فإن الضرر الناجم عن تأثيرات الإشعاع المجري من الأيونات الثقيلة التي تم الكشف عنها في القوارض مقنع بما يكفي لعدم التفكير في الأمر عند التخطيط لإرسال أشخاص في رحلة طويلة إلى المريخ.

كيف تتجنب المتاعب

مما يعرفه الفيزيائيون وعلماء الأحياء اليوم ، يستتبع ذلك أن خطر الضرر الإشعاعي لرواد الفضاء لا يمكن تخفيضه إلى الصفر خلال رحلة تزيد عن عام إلى المريخ. توجد طرق لتقليل هذا الخطر حتى الآن في شكل أفكار.

الفكرة الأولى: التخطيط لرحلة إلى المريخ خلال الدورة الشمسية القصوى. في هذا الوقت ، سيكون تدفق الأشعة الكونية المجرية أقل بسبب حقيقة أن المجال المغناطيسي بين الكواكب للنظام الشمسي سيؤدي إلى ثني مسارات الأشعة الكونية المجرية ، في محاولة لتقليل شدة جسيماتها و "تجتاح" الجسيمات بالطاقات أقل من 400 ميغا فولت / نيكلون من النظام الشمسي.

الفكرة الثانية: الحد بشكل كبير من جرعات الإشعاع من الإشعاع المجري عن طريق حماية موثوقة للسفينة وتوفير مأوى مقصورة خاص في هيكل السفينة مع حماية أقوى من التيارات القوية للرياح الشمسية غير المتوقعة.يتم بالفعل تطوير أنواع جديدة من المواد الواقية والتي ستكون أكثر فعالية من الألمنيوم المستخدم حاليًا ، على سبيل المثال ، المواد البلاستيكية المحتوية على الهيدروجين مثل البولي إيثيلين. بمساعدتهم ، من الممكن إنشاء حماية قادرة على تقليل جرعة الإشعاع بنسبة 30 - 35 ٪ بسمك 7 سم. صحيح أن هذا لا يكفي ، كما يعتقد العلماء ، يجب زيادة سماكة الطبقة الواقية. وإذا لم تنجح ، فقلل مدة الرحلة بشكل كبير - على سبيل المثال ، على الأقل 100 يوم. مائة يوم هو رقم مبرر بشكل حدسي حتى الآن. لكن على أي حال ، عليك أن تطير أسرع.

الفكرة الثالثة: تزويد طياري المركبة الفضائية المريخية بأدوية فعالة مضادة للإشعاع يمكنها تقوية الروابط بين بروتينات الحمض النووي بشكل كبير ، مما يقلل من تعرضهم للقصف الأيوني الثقيل.

الفكرة الرابعة هي إنشاء مجال مغناطيسي اصطناعي حول المركبة الفضائية ، على غرار المجال المغناطيسي للأرض. هناك مشروع مغناطيس حلقي فائق التوصيل ، يقترب الحقل داخله وخارجه من الصفر ، حتى لا يضر بصحة رواد الفضاء. يجب أن يحول المجال القوي لمثل هذا المغناطيس نسبة كبيرة من البروتونات والنوى الكونية عن المركبة الفضائية ، ويقلل جرعة الإشعاع بمقدار 3-4 مرات خلال الرحلة الاستكشافية إلى المريخ. تم بالفعل إنشاء النموذج الأولي لمثل هذا المغناطيس وسيتم استخدامه في تجربة لدراسة الأشعة الكونية على متن محطة الفضاء الدولية.

ومع ذلك ، حتى لا تجد أفكار حماية طاقم المريخ تجسيدًا لها ، لا يوجد سوى مخرج واحد ، كما يقول علماء البيولوجيا الإشعاعية: إجراء دراسات بيولوجية إشعاعية مفصلة في الظروف الأرضية على مسرعات الأيونات الثقيلة ، والتي ستسمح في الظروف الأرضية بمحاكاة التأثير الضار لـ نوى ثقيلة عالية الطاقة تنبثق من أعماق المجرة. من بين هذه المسرعات الفريدة من نوعها النيكلوترون لمختبر فيزياء الطاقة العالية JINR ومجمع مصادم NICA الذي يتم إنشاؤه على أساسه. يعلق العلماء آمالا كبيرة على قدرات هذه المنشآت.

وإذا كنا في عجلة من أمرنا للطيران إلى المريخ ، فقد حان الوقت إما لبناء سفن فضاء أسرع ، أو ترك أحلام الرحلات المأهولة في الفضاء السحيق في الوقت الحالي. دع الروبوتات تسافر الآن.

موصى به: