Galaktiese Bestraling Kan Brein Degenerasie Veroorsaak

INHOUDSOPGAWE:

Video: Galaktiese Bestraling Kan Brein Degenerasie Veroorsaak

Video: Galaktiese Bestraling Kan Brein Degenerasie Veroorsaak
Video: Brein essentials | Breinmeester: ga goed om met stress 2024, Maart
Galaktiese Bestraling Kan Brein Degenerasie Veroorsaak
Galaktiese Bestraling Kan Brein Degenerasie Veroorsaak
Anonim
Galaktiese bestraling kan brein degenerasie veroorsaak
Galaktiese bestraling kan brein degenerasie veroorsaak

'N Span navorsers van die University of Rochester Medical Center (URMC) in New York het die resultate van hul navorsing bekend gemaak. Langtermyn-ruimtevaarders in die ruimte, byvoorbeeld tydens 'n vlug na Mars, kan tot gesondheidsprobleme lei as gevolg van galaktiese straling. In die besonder, tot brein degenerasie, en moontlik selfs die aanvang van Alzheimer se siekte

Beeld
Beeld

Vroeër, in 2012, is soortgelyke gevolgtrekkings deur Russiese wetenskaplikes gerapporteer. Soos Natalia Teryaeva in die koerant Ploshchad Mira skryf, as jy op 'n Mars -ekspedisie in 'n moderne ruimtetuig vlieg, sal die vlug minstens 500 dae neem. Gedurende hierdie tydperk van ruimtesending kan die gesondheid van ruimtevaarders onherroeplik verlore gaan.

Dit word bewys deur die resultate van studies deur Russiese radiobioloë en fisioloë, wat bespreek is by die Joint Institute for Nuclear Research (JINR) tydens 'n besoekende vergadering van die Buro van die Departement Fisiologie en Fundamentele Geneeskunde van die Russiese Akademie vir Wetenskappe.

Wetenskaplikes sien die grootste gevaar in galaktiese bestraling: dit kan 'n persoon van sig en rede ontneem, waarsonder dit nie moontlik is om die teiken te bereik of huis toe te keer nie.

Die verklarings van die navorsers oor die gevaar van swaar ione vir die ruimtevaarders se organisme is nie spekulatief nie; dit is gebaseer op die data van versneller -eksperimente met diere wat uitgevoer is by die Laboratory of Radiation Biology van die Joint Institute for Nuclear Research (LRB JINR) in samewerking met die Institute of Biomedical Problems van die Russian Academy of Sciences (IMPB RAS), die Institute of Biochemistry RAS (IBCh RAS) en in samewerking met bioloë van die American National Space Agency (NASA).

Swaar ione is vreesaanjaender as protone

In die diep ruimte - buite die magnetiese veld van die aarde - wag gevaarlike kosmiese straling uit die diepte van die sterrestelsel op die mens.

"Galaktiese kosmiese strale is strome van elementêre deeltjies - ligte en swaar ione," verduidelik Mikhail Panasyuk, direkteur van die Skobeltsyn Research Institute of Nuclear Physics (SINP MSU). Naakte "kerne. Die rede hiervoor is die interaksie met materie in die proses van hul oordrag in die heelal. Die algemeenste element van kosmiese strale is waterstof, sy ione is protone. Hierdie deeltjies word versnel op skokgolwe - oorblyfsels van supernova -ontploffings. Sulke sterre ontplof nie in ons sterrestelsel nie. meer as een keer in 30 -50 jaar.

Die vloed van galaktiese kosmiese straaldeeltjies is konstant, in teenstelling met sonkosmiese strale, wat tydens sonvlamme op die son of in die interplanetêre medium opgewek word. As gevolg hiervan is die totale bydrae van kosmiese sonstrale oor 'n lang tyd onbeduidend. Maar tydens sonvlamme (vir 'n paar uur, dae) kan die vloed van kosmiese sonstrale die vloed van galaktiese kosmiese strale oorskry. Boonop is die energie van deeltjies van sonkosmiese strale gewoonlik minder as die van deeltjies van galaktiese kosmiese strale. Daar is ook ekstragalaktiese kosmiese strale wat ons sterrestelsel vanaf ander sterrestelsels binnedring. Hulle energie is groter as dié van galaktiese kosmiese strale, maar die vloed is baie minder. Kosmiese strale het 'n groot energiebereik: van 106 (1 MeV) tot 1021 eV (1 ZeV).

Energie-massaspektrometers wat op ruimte-navorsingsatelliete geïnstalleer is, het die samestelling van kosmiese strale aangeteken. Dit het geblyk dat 'n bietjie minder as een persent van alle deeltjies galaktiese straling swaar ione is met 'n energie van 300 - 500 MeV / nukleon - die kerne van swaar chemiese elemente. Die fraksie van ligte en swaar ione galaktiese straling bevat die meeste ione van koolstof, suurstof en yster - van hierdie stabiele elemente word sterrekerne gevorm as gevolg van die evolusie van sterre.

Die resultate van metings van ruimtesatelliete was die basis vir verdere modelberekeninge, wat toon dat buite die aarde se magnetosfeer ongeveer 105 swaar ione per vierkante sentimeter oppervlakte per jaar val en ongeveer 160 deeltjies met 'n lading Z groter as 20 val per elke dag val net so 'n aantal van hulle per vierkante sentimeter van die kosmonaut se liggaam.

Ruimte -swaar ione is so energiek dat hulle die vel van 'n moderne ruimtetuig in die buitenste ruimte "deurboor", soos kanonkogels wat fyn sy bombardeer. Wetenskaplikes van die Laboratorium vir Stralingsbiologie by JINR het uitgevind hoe dit die gesondheid van die aarde se boodskappers op 'n lang reis kan benadeel.

Na Mars - met aanraking?

"Ons het daarin geslaag om te verstaan waarom dieselfde dosisse verskillende straling (swaar ioonvloei, neutron, gammastraling) verskillende effekte op lewende selle kan veroorsaak," sê die direkteur van die JINR LRB -ooreenstemmende lid van die Russiese Akademie vir Wetenskappe Evgeny Krasavin. Verskillende stralings word geassosieer met die fisiese eienskappe van die straling en met die biologiese eienskappe van die lewende sel self - die vermoë om DNA -skade te herstel na bestraling. In eksperimente met swaar ioonversnellers het ons gevind dat die ernstigste DNA -skade onder die invloed van swaar ione. strale ('n straal fotone) en 'n balk swaar ione kan so voorgestel word: om 'n klein skoot uit 'n geweer in 'n muur te skiet, is skade deur X-strale, om 'n kanonskoot teen dieselfde muur te skiet, is vernietiging van een swaar ioon verloor aansienlik meer van hul energie per eenheid meer as hul ligter neefs. Daarom veroorsaak 'n swaar ioon wat op pad is deur die sel groot vernietiging. As 'n swaar deeltjie deur die selkern gaan, word 'cluster-tipe' letsels gevorm met veelvuldige breuke van chemiese bindings in die DNA-fragment. Dit veroorsaak verskillende soorte ernstige chromosomale skade in selkerne."

Verder was die logika van redenasie van wetenskaplikes soos volg. Waterstofione (protone) met 'n energie van 200 - 300 MeV / nukleon het tyd om 'n pad van 11 cm in water te loop voor volledige vertraging. Die menslike liggaam is 90% water. As ons hierdie resultaat na 'n lewende menslike liggaam ekstrapoleer, kom ons tot die gevolgtrekking: selfs ligte ione wat op pad is, kan duisende selle in ons liggaam beskadig. In die geval van swaar ione met 'n heffing van meer as 20, moet 'n nog meer jammerlike gesondheidsresultaat verwag word.

Watter menslike organe kan beskadig word deur galaktiese swaarione wat die ergste en lewensgevaarlik is?

- As u daaraan dink om aktief te vermeerder - vinnig vernuwende - liggaamsweefsels, soos bloed of vel, dan sal die skade as gevolg van natuurlike eienskappe vinnig herstel, - verduidelik die direkteur van LRB JINR Yevgeny Krasavin. - Maar op statiese weefsels - die sentrale senuweestelsel, oë, wat nie die natuurlike vermoë het om skade vinnig te herstel nie, sal die konstante vloei van swaar ione 'n lae skadelike effek hê, wat gereelde seldood veroorsaak. Maar die sentrale senuweestelsel en die oog is die beheer "skyfies" van ons liggaam.

In eksperimente met diere in Dubna het 'n groep radiobioloë onder leiding van die akademikus van die Russiese Akademie vir Wetenskappe, Mikhail Ostrovsky, die meganismes van die effek van swaar ione op die oogstrukture bestudeer - die lens, retina en kornea. By die JINR-versnellers is muise en oplossings van kristalliene (proteïene) van hul lens bestraal met 100-200 MeV protonstrale.

"Die lens van die menslike oog en gewerwelde diere is 90% saamgestel uit alfa-, beta- en gamma-kristalle," het die akademikus Ostrovsky tydens 'n besoekende vergadering van die Buro van die Departement Fisiese Wiskunde en Meganika van die Russiese Akademie gesê blootstelling aan ultravioletstraling of straling kan samevoeging van kristalle veroorsaak - die voorkoms van ondeursigtige vesels in die lens. Dit wil sê vir die ontwikkeling van katarakte. Deur die ooglens, selfs enkele swaar ione na 'n rukkie, kan dit troebel word.

Keer terug na die aarde as 'n Homo sapiens

Minstens alle radiobioloë het die skadelike uitwerking van swaar ione op die sentrale senuweestelsel bestudeer. Volgens kenners van NASA sal tydens 'n Mars -sending van 2 tot 13 persent van die senuweeselle deur ten minste een ysterioon gekruis word. En een proton vlieg elke drie dae deur die kern van elke sel van die liggaam. Daarom is daar 'n ernstige gevaar vir onomkeerbare skendings van die gedragsreaksies van die bemanning van die skip. Dit stel die algehele missie in gevaar. Die brein is 'n baie delikate instrument, en ontwrigting van klein dele daarvan kan lei tot die verlies van die funksionering van die hele organisme, soos die geval is by mense wat 'n beroerte gehad het of by diegene wat aan Alzheimer se siekte ly.

By die NASA Space Radiation Laboratory in Brookhaven, met behulp van 'n bundel ysterione wat versnel is tot 'n energie van 1 GeV / nukleon, is galaktiese straling gesimuleer op die swaar ioon-versneller van die RHIC collider by Brookhaven National Laboratory. Die rotteksperiment is 'n 'kognitiewe toets' genoem. 'N Klein vaste oppervlak is in 'n sirkelvormige poel onder 'n dun laag ondeursigtig water geplaas. Laboratorierotte - eers gesond en daarna bestraal met balke ysterione - is in hierdie poel gelanseer en het gemonitor hoe vinnig die diere hierdie gebied kan vind en daarop kan klim. Gesonde rotte het die plek vinnig gevind en langs die kortste pad daarheen gestap. Bestraling met swaar ione het die kognitiewe funksies (leervermoë) van diere dramaties verander. 'N Maand na die bestraling het die gedrag van die rot dramaties verander. Sy het ontwyk, lank om die swembad gegaan, totdat sy amper per ongeluk die vaste grond onder haar voete kon voel. Die dier se denkvermoëns is ernstig aangetas. Toe rotte met X-strale en gammastraling bestraal is, is geen sodanige effek waargeneem nie.

Om die moontlike gevolge van bestraling van die menslike liggaam met swaar ione voor te stel, is dit nodig om die model van kosmiese gevaar op primate te "speel", sê die navorsers. Tog is die skade wat die gevolge van galaktiese straling van swaar ione wat by knaagdiere geopenbaar word, oortuigend genoeg om nie daaraan te dink wanneer hulle beplan om mense op 'n lang vlug na Mars te stuur nie.

Hoe om probleme te vermy

Uit wat fisici en bioloë vandag weet, volg dit dat die risiko van bestralingskade aan ruimtevaarders nie meer as 'n jaar na Mars na nul kan verminder nie. Metodes om hierdie risiko te verminder, bestaan tot dusver in die vorm van idees.

Eerste idee: om 'n vlug na Mars te beplan tydens die maksimum sonsiklus. Op hierdie tydstip sal die vloed van galaktiese kosmiese strale minder wees as gevolg van die feit dat die interplanetêre magnetiese veld van die sonnestelsel die trajekte van galaktiese kosmiese strale sal buig, om die intensiteit van hul deeltjies te verminder en deeltjies te "vee" met energie minder as 400 MeV / nukleon uit die sonnestelsel.

Die tweede idee: om stralingsdosisse van galaktiese straling aansienlik te verminder deur middel van betroubare beskerming van die skip en om 'n spesiale kompartementskuiling in die skipstruktuur te bied met 'n kragtiger beskerming teen kragtige strome van onvoorspelbare sonwind. Daar word reeds nuwe tipes beskermende materiale ontwikkel wat doeltreffender sou wees as aluminium wat tans gebruik word, byvoorbeeld waterstofbevattende plastiek soos poliëtileen. Met hul hulp is dit moontlik om 'n beskerming te skep wat die bestralingsdosis met 30 - 35% kan verminder met 'n dikte van 7 cm. Wetenskaplikes meen dat dit nie genoeg is nie, maar die dikte van die beskermende laag moet verhoog word. En as dit nie werk nie, verminder dan die vlugduur aansienlik - byvoorbeeld ten minste tot 100 dae. Honderd dae is 'n syfer wat tot dusver slegs intuïtief geregverdig is. Maar in elk geval moet u vinniger vlieg.

Die derde idee: om die vlieëniers van die Mars-ruimtetuig doeltreffende anti-bestralingsmiddels te voorsien wat die bande tussen DNA-proteïene aansienlik kan versterk, wat hul kwesbaarheid vir swaar ioonbombardeer verminder.

Die vierde idee is om 'n kunsmatige magnetiese veld rondom die ruimtetuig te skep, soortgelyk aan die aarde se magnetiese veld. Daar is 'n projek van 'n supergeleidende toroidale magneet, binne en buite wat die veld nul nader, om nie die gesondheid van ruimtevaarders te benadeel nie. Die kragtige veld van so 'n magneet behoort 'n groot deel van die kosmiese protone en kerne van die ruimtetuig af te lei en die stralingsdosis met 3-4 keer te verminder tydens die ekspedisie na Mars. Die prototipe van so 'n magneet is reeds geskep en sal in 'n eksperiment gebruik word om kosmiese strale aan boord van die Internasionale Ruimtestasie te bestudeer.

Tog, totdat die idees om die bemanning van die Mars te beskerm, nie hul verpersoonliking gevind het nie, is daar net een uitweg, sê radiobioloë: om gedetailleerde radiobiologiese studies uit te voer in aardse toestande op swaar ioonversnellers, wat in aardse toestande die skadelike effek van swaar kerne met hoë energie wat uit die dieptes van die sterrestelsel afkomstig is. Onder sulke unieke versnellers is die Nuclotron van die JINR High Energy Physics Laboratory en die NICA collider -kompleks wat op grond daarvan geskep word. Wetenskaplikes vestig groot hoop op die vermoëns van hierdie installasies.

En as ons haastig is om na Mars te vlieg, dan is dit tyd om vinniger ruimtetuie te bou, of om die drome van bemande vlugte vir eers in die diep ruimte te laat. Laat die robotte vir eers reis.

Aanbeveel: