Можно ли справиться с космической радиацией

От этого зависят перспективы пилотируемых дальних космических миссий

Пилотируемые межпланетные миссии сопряжены с существенным ростом радиационной нагрузки, сопровождающим выход за пределы магнитного поля Земли. Оно защищает Землю и космонавтов на МКС от действия наиболее опасного компонента космической радиации — галактических космических лучей, представленных тяжелыми заряженными частицами (атомными ядрами) высоких энергий.

Фото: Reuters

Фото: Reuters

Об отдаленных последствиях ионизирующего излучения хорошо известно, и с рисками этих последствий будущим космонавтам придется мириться. Однако была высказана гипотеза, что галактические космические лучи могут вызвать нарушения в центральной нервной системе (ЦНС) непосредственно в ходе полета, что приведет к нарушению операторской деятельности экипажа. Такие нарушения могли бы критически отразиться на пилотировании корабля, управлении системами жизнеобеспечения, что привело бы к гибели экипажа непосредственно в ходе миссии.

В чем же опасность этих тяжелых частиц? Все дело в распределении энергии. Пролетая через живую ткань, словно пушечное ядро, такая частица формирует отчетливо детектируемый путь и, сталкиваясь на пути с другими ядрами, порождает вторичную радиацию (осколки ядер, протоны, нейтроны, электроны и гамма-кванты), которая значительно увеличивает область поражения, достигающую 10 мкм в диаметре. Несмотря на относительно небольшую суммарную поглощенную дозу, скажем 0,1 Грей, локальная поглощенная доза непосредственно в области пролета частицы может составлять 80 000 Грей. (Грей — единица поглощенной дозы ионизирующего излучения. Поглощенная доза равна одному грею, если вещество получило один джоуль энергии на один килограмм массы.) Это в корне отличается от гамма-радиации, для которой характерна равномерная ионизация, а порожденные ею свободные радикалы редко отлетают от места события далее чем на 3 нанометра.

Краеугольным камнем изучения влияния галактических космических лучей является выбор модели облучения. Естественное облучение космонавтов на МКС является наиболее релевантной моделью, однако выборка невелика и эквивалентная доза не только меньше (примерно в 2,5 раза), но и набирается в значительной мере за счет относительно легких протонов. Поэтому основным источником данных о влиянии космического излучения остаются модельные наземные эксперименты. В ряде экспериментов ученые используют протоны в значительно больших дозах, пытаясь за счет этого смоделировать эффект тяжелых частиц (к примеру, ядер железа). Другая тенденция — завышение дозы с целью обнаружения негативных эффектов, так как такие статьи легче опубликовать.

Автору этих строк понадобилось пять лет, чтобы побороть авторитетное мнение, собрать группу и получить финансирование под собственный проект. Мы использовали более релевантную комбинацию ионизирующих излучений, сопоставимую по эквивалентной дозе с 860-дневной марсианской миссией (0,7 Зиверта против 1 Зиверта, измеренного в ходе миссии Curiosity; 1 зиверт — количество энергии, поглощенное килограммом биологической ткани, равное по воздействию поглощенной дозе гамма-излучения в 1 Грей).

В ходе первых экспериментов удалось выявить несколько интересных феноменов. Во-первых, был показан стимулирующий эффект ионизирующего излучения на двигательную активность и когнитивные способности грызунов. Во-вторых, оказалось, что ионизирующее излучение нейтрализует негативные эффекты другого фактора космического полета — гипогравитации. Эти результаты хорошо согласуются с работами американских коллег, в которых были показаны как нейропротекторный эффект облучения (у пациентов с болезнью Альцгеймера), так и нейтрализация негативных эффектов гипогравитации (на культурах клеток). Работы были продолжены с использованием более релевантной модели, описанной выше. Эффекты были подтверждены и в новых условиях. Однако вопрос о механизмах, лежащих в основе наблюдаемых эффектов, оставался открытым.

Последняя работа нашей группы позволила отчасти раскрыть эти механизмы. Было установлено, что за так называемое стимулирование ЦНС ответственно снижение уровня гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) — основного тормозного медиатора головного мозга. Этот эффект, вероятно, обусловлен увеличением количества фермента, ответственного за утилизацию ГАМК. В то же время нас насторожило изменение баланса между ГАМК и ее «антагонистом» — глутаматом, которое является патологическим звеном ряда психиатрических и нейродегенеративных заболеваний. И тут кроется самый важный результат проведенной работы. Через семь месяцев после облучения баланс ГАМК—глутамат восстанавливается. Но не за счет восстановления уровня ГАМК, а за счет снижения глутамата. Таким образом, с одной стороны, мы говорим об относительно безопасном влиянии галактических космических лучей на ЦНС, а с другой стороны, отмечаем, что радиация все же вызывает значительные молекулярные изменения в нервной ткани, которые, так уж сложилось, не вызывают серьезных нарушений функций ЦНС. С легкими нарушениями психоэмоционального плана человек может справиться на уровне эмоционально-волевого поведения, недоступного грызунам, особенно учитывая жесткий отбор и тренировки будущих космонавтов и, мы смеем в это верить, космических колонизаторов.

Виктор Кохан, научный сотрудник Института физиологически активных веществ РАН

Картина дня

Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...