La Radiación Galáctica Puede Causar Degeneración Cerebral

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Anonim
La radiación galáctica puede causar degeneración cerebral
La radiación galáctica puede causar degeneración cerebral

Un equipo de investigadores del Centro Médico de la Universidad de Rochester (URMC) en Nueva York ha anunciado los resultados de su investigación. Los astronautas a largo plazo en el espacio, por ejemplo, durante un vuelo a Marte, pueden provocar problemas de salud debido a la radiación galáctica. En particular, a la degeneración cerebral y posiblemente incluso a la aparición de la enfermedad de Alzheimer

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Anteriormente, en 2012, científicos rusos informaron conclusiones similares. Como escribe Natalia Teryaeva en el periódico Ploshchad Mira, "si vuelas en una expedición marciana en una nave espacial moderna, el vuelo durará al menos 500 días. Durante este período de misión espacial, la salud de los astronautas puede perderse irrevocablemente".

Prueba de ello son los resultados de estudios realizados por radiobiólogos y fisiólogos rusos, que se debatieron en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) en una reunión de visita de la Oficina del Departamento de Fisiología y Medicina Fundamental de la Academia de Ciencias de Rusia.

Los científicos ven el mayor peligro en la radiación galáctica: puede privar a una persona de la vista y la razón, sin las cuales no será posible alcanzar el objetivo o regresar a casa.

Las afirmaciones de los investigadores sobre el peligro de los iones pesados para el organismo de los astronautas no son especulativas, se basan en los datos de experimentos con aceleradores con animales llevados a cabo en el Laboratorio de Biología Radiológica del Instituto Conjunto de Investigaciones Nucleares (LRB JINR) en cooperación con el Instituto de Problemas Biomédicos de la Academia de Ciencias de Rusia (IMPB RAS), el Instituto de Bioquímica RAS (IBCh RAS) y en colaboración con biólogos de la Agencia Espacial Nacional Estadounidense (NASA).

Los iones pesados dan más miedo que los protones

En el espacio profundo, más allá del campo magnético de la Tierra, la peligrosa radiación cósmica que emana de las profundidades de la galaxia acecha al hombre.

"Los rayos cósmicos galácticos son corrientes de partículas elementales - iones ligeros y pesados", explica Mikhail Panasyuk, director del Instituto de Investigación de Física Nuclear de Skobeltsyn (SINP MSU). Núcleos desnudos. La razón de esto es la interacción con la materia en el proceso de su transferencia en el Universo. El elemento más común de los rayos cósmicos es el hidrógeno, sus iones son protones. Estas partículas se aceleran en ondas de choque - remanentes de explosiones de supernovas. Tales estrellas no explotan en nuestra Galaxia. más de una vez en 30 -50 años.

El flujo de partículas de rayos cósmicos galácticos es constante, en contraste con los rayos cósmicos solares, que se generan en el Sol o en el medio interplanetario durante las erupciones solares. Debido a esto, la contribución total de los rayos cósmicos solares durante mucho tiempo es insignificante. Pero durante las erupciones solares (durante varias horas, días), el flujo de los rayos cósmicos solares puede exceder el flujo de los rayos cósmicos galácticos. Además, la energía de las partículas de los rayos cósmicos solares, por regla general, es menor que la de las partículas de los rayos cósmicos galácticos. También hay rayos cósmicos extragalácticos que ingresan a nuestra galaxia desde otras galaxias. Su energía es mayor que la de los rayos cósmicos galácticos, pero los flujos son mucho menores. Los rayos cósmicos tienen un rango de energía enorme: de 106 (1 MeV) a 1021 eV (1 ZeV).

Los espectrómetros de masa de energía instalados en satélites de investigación espacial registraron la composición de los rayos cósmicos. Resultó que un poco menos del uno por ciento de todas las partículas de radiación galáctica son iones pesados con una energía de 300 a 500 MeV / nucleón, los núcleos de los elementos químicos pesados. La fracción de iones ligeros y pesados de la radiación galáctica contiene la mayoría de los iones de carbono, oxígeno y hierro; de estos elementos estables, los núcleos estelares se forman como resultado de la evolución de las estrellas.

Los resultados de las mediciones de los satélites espaciales sirvieron como base para otros cálculos de modelos, que mostraron que fuera de la magnetosfera de la Tierra, caen alrededor de 105 iones pesados por centímetro cuadrado de área por año, y alrededor de 160 partículas con una carga Z mayor que 20 caen por año. todos los días, tal número de ellos caerá por centímetro cuadrado de la superficie corporal del cosmonauta.

Los iones pesados del espacio son tan energéticos que "perforan" la piel de una nave espacial moderna en el espacio exterior, como balas de cañón que bombardean la seda fina. Los científicos del Laboratorio de Biología Radiológica del JINR han descubierto cómo esto puede dañar la salud de los mensajeros de la Tierra en un largo viaje.

A Marte, ¿al tacto?

“Logramos comprender por qué las mismas dosis de diferentes radiaciones (flujo de iones pesados, neutrones, radiación gamma) causan diferentes efectos en las células vivas”, dice el Director del JINR LRB, miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de Rusia, Evgeny Krasavin. Diferentes radiaciones. están asociados tanto con las características físicas de la radiación como con las propiedades biológicas de la propia célula viva - su capacidad para reparar el daño del ADN después de la irradiación En experimentos con aceleradores de iones pesados, encontramos que el daño más severo al ADN ocurre bajo la influencia de iones pesados. Los rayos (un haz de fotones) y un haz de iones pesados se pueden imaginar así: disparar un pequeño disparo de una pistola a una pared es daño de los rayos X, disparar una bala de cañón en la misma pared es destrucción. de un ion pesado. pierden significativamente más de su energía por unidad más que sus primos más ligeros. Por eso, al atravesar la célula, un ión pesado en su camino produce una gran destrucción. Cuando una partícula pesada atraviesa el núcleo celular, se forman lesiones de "tipo racimo" con múltiples rupturas de enlaces químicos en el fragmento de ADN. Causan varios tipos de daño cromosómico severo en los núcleos celulares ".

Además, la lógica del razonamiento de los científicos era la siguiente. Los iones de hidrógeno (protones) con una energía de 200 - 300 MeV / nucleón tienen tiempo para recorrer una trayectoria de 11 cm en el agua antes de la desaceleración completa El cuerpo humano es 90% agua. Extrapolando este resultado a un cuerpo humano vivo, llegamos a la conclusión: incluso los iones ligeros en su camino pueden dañar miles de células de nuestro cuerpo. En el caso de iones pesados con una carga de más de 20, cabe esperar un resultado aún más deplorable para la salud.

¿Qué órganos humanos pueden resultar dañados por los iones pesados galácticos de forma más grave y potencialmente mortal?

- Si piensa en la proliferación activa, la renovación rápida, de los tejidos corporales, como la sangre o la piel, entonces su daño debido a las propiedades naturales se recuperará rápidamente, explica el director de LRB JINR Yevgeny Krasavin. - Pero en los tejidos estáticos: el sistema nervioso central, los ojos, que no tienen la capacidad natural de reparar rápidamente el daño, el flujo constante de iones pesados tendrá un efecto dañino de capas, causando la muerte celular regular. Pero el sistema nervioso central y el ojo son los "chips" de control de nuestro cuerpo.

En experimentos con animales en Dubna, un grupo de radiobiólogos dirigido por el académico de la Academia de Ciencias de Rusia Mikhail Ostrovsky estudió los mecanismos del efecto de los iones pesados en las estructuras del ojo: el cristalino, la retina y la córnea. En los aceleradores JINR, se irradiaron ratones y soluciones de cristalinas (proteínas) de su lente con haces de protones de 100-200 MeV.

"El cristalino del ojo humano y los vertebrados está compuesto en un 90% por cristales alfa, beta y gamma", dijo el académico Ostrovsky en su discurso en una reunión de visita de la Oficina del Departamento de Matemática Física y Mecánica de la Academia Rusa. estructura y peso molecular. La exposición a la radiación ultravioleta o radiación puede causar agregación de cristalinas - la aparición de fibras opacas en el cristalino. Como resultado de la agregación, se forman grandes conglomerados de dispersión de luz que conducen a la opacidad del cristalino, es decir, al desarrollo de cataratas. Al pasar a través del cristalino del ojo, incluso iones pesados individuales después de un tiempo, pueden hacer que se vuelva turbio.

Regresa a la Tierra como un Homo sapiens

Menos de todos los radiobiólogos han estudiado el efecto dañino de los iones pesados en el sistema nervioso central. Según los expertos de la NASA, durante una misión a Marte, del 2 al 13 por ciento de las células nerviosas serán atravesadas por al menos un ión de hierro. Y un protón volará a través del núcleo de cada célula del cuerpo cada tres días. Por lo tanto, existe un grave peligro de violaciones irreversibles de las reacciones de comportamiento de la tripulación del barco. Esto pone en peligro la misión general. El cerebro es un instrumento muy delicado, y la alteración de pequeñas partes del mismo puede provocar la pérdida del funcionamiento de todo el organismo, como es el caso de las personas que han sufrido un ictus o las que padecen la enfermedad de Alzheimer.

En el Laboratorio de Radiación Espacial de la NASA en Brookhaven, utilizando un haz de iones de hierro acelerado a una energía de 1 GeV / nucleón, se simuló la radiación galáctica en el preacelerador de iones pesados del colisionador RHIC en el Laboratorio Nacional de Brookhaven. El experimento de la rata se denominó "prueba cognitiva". Se colocó una pequeña área sólida en una piscina circular bajo una fina capa de agua opaca. Se lanzaron ratas de laboratorio, primero sanas y luego irradiadas con haces de iones de hierro, a esta piscina y se monitoreó la rapidez con que los animales podían encontrar esta área y trepar a ella. Las ratas sanas encontraron rápidamente el sitio y caminaron hacia él por el camino más corto. La irradiación con iones pesados alteró drásticamente las funciones cognitivas (capacidad de aprendizaje) de los animales. Un mes después de la irradiación, el comportamiento de la rata cambió drásticamente. Esquivó, rodeó la piscina durante mucho tiempo, hasta que casi accidentalmente logró sentir el suelo sólido bajo sus pies. La capacidad de pensamiento del animal se vio gravemente afectada. Cuando las ratas fueron irradiadas con rayos X y radiación gamma, no se observó tal efecto.

Para representar las posibles consecuencias de la irradiación del cuerpo humano con iones pesados, es necesario "jugar" el modelo de peligro cósmico en primates, dicen los investigadores. Sin embargo, el daño de los efectos de la radiación galáctica de los iones pesados revelados en roedores es lo suficientemente convincente como para no pensar en ello cuando se planea enviar personas en un largo vuelo a Marte.

Cómo evitar problemas

De lo que los físicos y biólogos saben hoy, se deduce que el riesgo de daño por radiación para los astronautas no se puede reducir a cero durante más de un año de viaje a Marte. Los métodos para reducir este riesgo existen hasta ahora en forma de ideas.

Primera idea: planificar un vuelo a Marte durante el ciclo solar máximo. En este momento, el flujo de rayos cósmicos galácticos será menor debido a que el campo magnético interplanetario del sistema solar doblará las trayectorias de los rayos cósmicos galácticos, buscando reducir la intensidad de sus partículas y "barriendo" las partículas con energías. menos de 400 MeV / nucleón del sistema solar.

La segunda idea: reducir significativamente las dosis de radiación de la radiación galáctica por medio de una protección confiable de la nave y proporcionar un compartimento-refugio especial en la estructura de la nave con una protección más poderosa de las poderosas corrientes de viento solar impredecible. Ya se están desarrollando nuevos tipos de materiales protectores que serían más efectivos que el aluminio utilizado actualmente, por ejemplo, plásticos que contienen hidrógeno como el polietileno. Con su ayuda, es posible crear una protección capaz de reducir la dosis de radiación en un 30 - 35% a un grosor de 7 cm. Es cierto que esto no es suficiente, creen los científicos, se debe aumentar el grosor de la capa protectora. Y si no funciona, reduzca significativamente la duración del vuelo, digamos, al menos a 100 días. Cien días es una cifra que hasta ahora sólo se justifica intuitivamente. Pero en cualquier caso, necesitas volar más rápido.

La tercera idea: proporcionar a los pilotos de la nave espacial marciana fármacos antirradiación eficaces que pudieran fortalecer significativamente los enlaces entre las proteínas del ADN, reduciendo su vulnerabilidad al bombardeo de iones pesados.

La cuarta idea es crear un campo magnético artificial alrededor de la nave, similar al campo magnético terrestre. Existe un proyecto de un imán toroidal superconductor, dentro y fuera del cual el campo se acerca a cero, para no dañar la salud de los astronautas. El poderoso campo de tal imán debería desviar una gran proporción de protones y núcleos cósmicos de la nave espacial y reducir la dosis de radiación de 3 a 4 veces durante la expedición a Marte. El prototipo de un imán de este tipo ya se ha creado y se utilizará en un experimento para estudiar los rayos cósmicos a bordo de la Estación Espacial Internacional.

Sin embargo, hasta que las ideas de proteger a la tripulación marciana no hayan encontrado su encarnación, solo hay una salida, dicen los radiobiólogos: realizar estudios radiobiológicos detallados en condiciones terrestres en aceleradores de iones pesados, que en condiciones terrestres permitirán simular el efecto dañino de núcleos pesados de alta energía que emanan de las profundidades de la galaxia. Entre estos aceleradores únicos se encuentran el Nuclotron del Laboratorio de Física de Alta Energía JINR y el complejo colisionador NICA que se está creando sobre esta base. Los científicos depositan grandes esperanzas en las capacidades de estas instalaciones.

Y si tenemos prisa por volar a Marte, entonces es hora de construir naves espaciales más rápidas o de dejar los sueños de vuelos tripulados en el espacio profundo por el momento. Deja que los robots viajen por ahora.

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