Le Radiazioni Galattiche Possono Causare Degenerazione Cerebrale

Sommario:

Video: Le Radiazioni Galattiche Possono Causare Degenerazione Cerebrale

Video: Le Radiazioni Galattiche Possono Causare Degenerazione Cerebrale
Video: Radiazioni pericolose 2024, Marzo
Le Radiazioni Galattiche Possono Causare Degenerazione Cerebrale
Le Radiazioni Galattiche Possono Causare Degenerazione Cerebrale
Anonim
Le radiazioni galattiche possono causare degenerazione cerebrale
Le radiazioni galattiche possono causare degenerazione cerebrale

Un team di ricercatori dell'Università di Rochester Medical Center (URMC) di New York ha annunciato i risultati della loro ricerca. Gli astronauti a lungo termine nello spazio, ad esempio, durante un volo su Marte, possono portare a problemi di salute a causa delle radiazioni galattiche. In particolare, alla degenerazione cerebrale, e forse anche all'insorgenza del morbo di Alzheimer

Immagine
Immagine

In precedenza, nel 2012, conclusioni simili sono state riportate da scienziati russi. Come scrive Natalia Teryaeva sul quotidiano Ploshchad Mira, se voli in una spedizione marziana in una moderna navicella spaziale, il volo durerà almeno 500 giorni. Durante questo periodo di missione spaziale, la salute degli astronauti può essere irrevocabilmente persa.

Ciò è dimostrato dai risultati degli studi di radiobiologi e fisiologi russi, che sono stati discussi presso l'Istituto congiunto per la ricerca nucleare (JINR) in una riunione in visita dell'Ufficio del Dipartimento di Fisiologia e Medicina Fondamentale dell'Accademia Russa delle Scienze.

Gli scienziati vedono il pericolo maggiore nelle radiazioni galattiche: possono privare una persona della vista e della ragione, senza le quali non sarà possibile raggiungere l'obiettivo o tornare a casa.

Le dichiarazioni dei ricercatori sulla pericolosità degli ioni pesanti per l'organismo degli astronauti non sono speculative, si basano sui dati di esperimenti con acceleratori su animali effettuati presso il Laboratorio di Biologia delle Radiazioni del Joint Institute for Nuclear Research (LRB JINR) di collaborazione con l'Istituto di problemi biomedici dell'Accademia russa delle scienze (IMPB RAS), l'Istituto di biochimica RAS (IBCh RAS) e in collaborazione con i biologi dell'Agenzia spaziale nazionale americana (NASA).

Gli ioni pesanti fanno più paura dei protoni

Nello spazio profondo, al di là del campo magnetico terrestre, l'uomo è in agguato con pericolose radiazioni cosmiche provenienti dalle profondità della galassia.

"I raggi cosmici galattici sono flussi di particelle elementari - ioni leggeri e pesanti", spiega Mikhail Panasyuk, direttore dello Skobeltsyn Research Institute of Nuclear Physics (SINP MSU). "nuclei nudi". La ragione di ciò è l'interazione con la materia nel processo del loro trasferimento nell'Universo. L'elemento più comune dei raggi cosmici è l'idrogeno, i suoi ioni sono protoni. Queste particelle vengono accelerate su onde d'urto - resti di esplosioni di supernova. Tali stelle non esplodono nella nostra Galassia più di una volta su 30 -50 anni.

Il flusso delle particelle dei raggi cosmici galattici è costante, in contrasto con i raggi cosmici solari, che vengono generati sul Sole o nel mezzo interplanetario durante i brillamenti solari. Per questo motivo, il contributo totale dei raggi cosmici solari nel lungo periodo è insignificante. Ma durante i brillamenti solari (per diverse ore, giorni), il flusso dei raggi cosmici solari può superare il flusso dei raggi cosmici galattici. Inoltre, l'energia delle particelle dei raggi cosmici solari, di regola, è inferiore a quella delle particelle dei raggi cosmici galattici. Ci sono anche raggi cosmici extragalattici che entrano nella nostra Galassia da altre galassie. La loro energia è maggiore di quella dei raggi cosmici galattici, ma i flussi sono molto minori. I raggi cosmici hanno una vasta gamma di energia: da 106 (1 MeV) a 1021 eV (1 ZeV)”.

Gli spettrometri di massa di energia installati sui satelliti per la ricerca spaziale hanno registrato la composizione dei raggi cosmici. Si è scoperto che poco meno dell'uno percento di tutte le particelle di radiazione galattica sono ioni pesanti con un'energia di 300 - 500 MeV / nucleone - i nuclei di elementi chimici pesanti. La frazione di ioni leggeri e pesanti della radiazione galattica contiene la maggior parte degli ioni di carbonio, ossigeno e ferro - di questi elementi stabili, i nuclei stellari si formano a seguito dell'evoluzione delle stelle.

I risultati delle misurazioni dei satelliti spaziali sono serviti come base per ulteriori calcoli del modello, che hanno mostrato che al di fuori della magnetosfera terrestre cadono circa 105 ioni pesanti per centimetro quadrato di area all'anno e circa 160 particelle con una carica Z maggiore di 20 cadono per giorno, ogni giorno ne cadrà un numero così elevato per centimetro quadrato della superficie del corpo del cosmonauta.

Gli ioni pesanti dello spazio sono così energetici che "perforano" la pelle di una moderna navicella spaziale nello spazio, come palle di cannone che bombardano la seta fine. Gli scienziati del Laboratorio di Biologia delle Radiazioni del JINR hanno scoperto come questo possa danneggiare la salute dei messaggeri della Terra durante un lungo viaggio.

Su Marte - al tatto?

"Siamo riusciti a capire perché le stesse dosi di radiazioni diverse (flusso di ioni pesanti, neutroni, radiazioni gamma) causano effetti diversi sulle cellule viventi", afferma il direttore del JINR LRB, membro corrispondente dell'Accademia delle scienze russa, Evgeny Krasavin. sono associati sia alle caratteristiche fisiche della radiazione che alle proprietà biologiche della cellula vivente stessa - la sua capacità di riparare il danno al DNA dopo l'irradiazione. Negli esperimenti su acceleratori di ioni pesanti, abbiamo scoperto che il danno più grave al DNA si verifica sotto l'influenza di ioni pesanti raggi (un raggio di fotoni) e un raggio di ioni pesanti possono essere immaginati in questo modo: sparare un piccolo colpo da una pistola in un muro è danno dai raggi X, sparare una palla di cannone contro lo stesso muro è distruzione da uno ione pesante perdono significativamente più della loro energia per unità più dei loro cugini più leggeri. Ecco perché, passando attraverso la cellula, uno ione pesante nel suo cammino produce una grande distruzione. Quando una particella pesante passa attraverso il nucleo cellulare, si formano lesioni "a grappolo" con rotture multiple di legami chimici nel frammento di DNA. Causano vari tipi di gravi danni cromosomici nei nuclei cellulari».

Inoltre, la logica del ragionamento degli scienziati era la seguente. Gli ioni di idrogeno (protoni) con un'energia di 200 - 300 MeV / nucleone hanno il tempo di percorrere un percorso di 11 cm nell'acqua prima della completa decelerazione. Il corpo umano è composto per il 90% da acqua. Estrapolando questo risultato a un corpo umano vivente, otteniamo la conclusione: anche gli ioni leggeri sulla loro strada possono danneggiare migliaia di cellule del nostro corpo. Nel caso di ioni pesanti con una carica superiore a 20, ci si dovrebbe aspettare un risultato ancora più deplorevole per la salute.

Quali organi umani possono essere danneggiati dagli ioni pesanti galattici in modo più grave e pericoloso per la vita?

- Se pensi alla proliferazione attiva - al rapido rinnovamento - dei tessuti del corpo, come il sangue o la pelle, il loro danno dovuto alle proprietà naturali si riprenderà rapidamente, - spiega il direttore di LRB JINR Yevgeny Krasavin. - Ma sui tessuti statici - il sistema nervoso centrale, gli occhi, che non hanno la capacità naturale di riparare rapidamente i danni, il flusso costante di ioni pesanti avrà un effetto dannoso a strati, causando la morte cellulare regolare. Ma il sistema nervoso centrale e l'occhio sono i "chip" di controllo del nostro corpo.

Negli esperimenti sugli animali a Dubna, un gruppo di radiobiologi guidati dall'accademico dell'Accademia delle scienze russa Mikhail Ostrovsky ha studiato i meccanismi dell'effetto degli ioni pesanti sulle strutture dell'occhio: il cristallino, la retina e la cornea. Presso gli acceleratori JINR, topi e soluzioni di cristalline (proteine) del loro cristallino sono stati irradiati con fasci di protoni da 100-200 MeV.

"La lente dell'occhio umano e dei vertebrati è composta per il 90% da cristalli alfa, beta e gamma", ha detto l'accademico Ostrovsky nel suo discorso a una riunione in visita dell'Ufficio del Dipartimento di matematica fisica e meccanica dell'Accademia russa of Sciences struttura e peso molecolare. L'esposizione a radiazioni ultraviolette o radiazioni può causare l'aggregazione di cristalline - la comparsa di fibre opache nella lente. Come risultato dell'aggregazione, si formano grandi conglomerati di dispersione della luce, che portano all'opacizzazione della lente, cioè allo sviluppo della cataratta. Passando attraverso il cristallino dell'occhio, anche singoli ioni pesanti dopo un po' possono renderlo torbido.

Ritorno sulla Terra come Homo sapiens

Meno di tutti i radiobiologi hanno studiato l'effetto dannoso degli ioni pesanti sul sistema nervoso centrale. Secondo gli esperti della NASA, durante una missione su Marte dal 2 al 13% delle cellule nervose sarà attraversato da almeno uno ione ferro. E un protone volerà attraverso il nucleo di ogni cellula del corpo ogni tre giorni. Esiste quindi un serio pericolo di violazioni irreversibili delle reazioni comportamentali dell'equipaggio della nave. Ciò mette a rischio la missione complessiva. Il cervello è uno strumento molto delicato, e l'interruzione di piccole parti di esso può portare alla perdita del funzionamento dell'intero organismo, come nel caso delle persone che hanno avuto un ictus o di chi soffre di malattia di Alzheimer.

Presso lo Space Radiation Laboratory della NASA a Brookhaven, utilizzando un fascio di ioni di ferro accelerato a un'energia di 1 GeV/nucleone, è stata simulata la radiazione galattica sul preacceleratore di ioni pesanti del collisore RHIC presso il Brookhaven National Laboratory. L'esperimento sui topi è stato chiamato "test cognitivo". Una piccola area solida è stata posta in una vasca circolare sotto un sottile strato di acqua opaca. Ratti da laboratorio, prima sani e poi irradiati con fasci di ioni ferro, sono stati lanciati in questa piscina e hanno monitorato la velocità con cui gli animali potevano trovare quest'area e arrampicarsi su di essa. I ratti sani hanno trovato rapidamente il sito e si sono diretti verso di esso lungo il percorso più breve. L'irradiazione con ioni pesanti ha alterato drasticamente le funzioni cognitive (capacità di apprendimento) degli animali. Un mese dopo l'irradiazione, il comportamento del ratto è cambiato drasticamente. Schivò, fece il giro della piscina a lungo, finché non riuscì quasi per caso a sentire il terreno solido sotto i suoi piedi. Le capacità di pensiero dell'animale erano gravemente compromesse. Quando i ratti sono stati irradiati con raggi X e radiazioni gamma, non è stato osservato alcun effetto del genere.

Per rappresentare le possibili conseguenze dell'irradiazione del corpo umano con ioni pesanti, è necessario "giocare" il modello del rischio cosmico sui primati, affermano i ricercatori. Tuttavia, il danno derivante dagli effetti delle radiazioni galattiche degli ioni pesanti rivelati nei roditori è abbastanza convincente da non pensarci quando si pianifica di inviare persone su un lungo volo su Marte.

Come evitare problemi

Da quanto oggi sanno fisici e biologi, ne consegue che il rischio di danni da radiazioni per gli astronauti non può essere ridotto a zero durante più di un anno di viaggio su Marte. Finora esistono metodi per ridurre questo rischio sotto forma di idee.

Prima idea: pianificare un volo su Marte durante il massimo ciclo solare. In questo momento, il flusso dei raggi cosmici galattici sarà inferiore a causa del fatto che il campo magnetico interplanetario del sistema solare piegherà le traiettorie dei raggi cosmici galattici, cercando di ridurre l'intensità delle loro particelle e "spazzando" le particelle con energie meno di 400 MeV/nucleone dal sistema solare.

La seconda idea: ridurre significativamente le dosi di radiazioni dalla radiazione galattica mediante una protezione affidabile della nave e fornire uno speciale compartimento-riparo nella struttura della nave con una protezione più potente dai potenti flussi di vento solare imprevedibile. Sono già in fase di sviluppo nuovi tipi di materiali protettivi che sarebbero più efficaci dell'alluminio attualmente utilizzato, ad esempio le plastiche contenenti idrogeno come il polietilene. Con il loro aiuto, è possibile creare una protezione in grado di ridurre la dose di radiazioni del 30 - 35% a uno spessore di 7 cm. È vero, questo non è abbastanza, credono gli scienziati, lo spessore dello strato protettivo deve essere aumentato. E se non funziona, riduci significativamente la durata del volo, ad esempio almeno a 100 giorni. Cento giorni è una cifra finora giustificata solo intuitivamente. Ma in ogni caso, devi volare più veloce.

La terza idea: fornire ai piloti della navicella spaziale marziana efficaci farmaci anti-radiazioni che potrebbero rafforzare significativamente i legami tra le proteine del DNA, riducendo la loro vulnerabilità al bombardamento di ioni pesanti.

La quarta idea è creare un campo magnetico artificiale attorno al veicolo spaziale, simile al campo magnetico terrestre. Esiste un progetto di un magnete toroidale superconduttore, all'interno e all'esterno del quale il campo si avvicina allo zero, per non danneggiare la salute degli astronauti. Il potente campo di un tale magnete dovrebbe deviare una grande proporzione di protoni e nuclei cosmici dal veicolo spaziale e ridurre la dose di radiazioni di 3-4 volte durante la spedizione su Marte. Il prototipo di tale magnete è già stato realizzato e sarà utilizzato in un esperimento per studiare i raggi cosmici a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.

Eppure, fino a quando le idee di proteggere l'equipaggio marziano non hanno trovato la loro incarnazione, c'è solo una via d'uscita, dicono i radiobiologi: condurre studi radiobiologici dettagliati in condizioni terrestri su acceleratori di ioni pesanti, che in condizioni terrestri consentiranno di simulare l'effetto dannoso di nuclei pesanti ad alta energia provenienti dalle profondità della galassia. Tra questi acceleratori unici ci sono il Nuclotron del JINR High Energy Physics Laboratory e il complesso di collisioni NICA che viene creato sulla sua base. Gli scienziati ripongono grandi speranze nelle capacità di queste installazioni.

E se abbiamo fretta di volare su Marte, allora è il momento di costruire astronavi più veloci o di lasciare per il momento i sogni di voli con equipaggio nello spazio profondo. Lascia che i robot viaggino per ora.

Consigliato: