|
Путешествие на Марс может обойтись слишком дорого
|
|
|
|
Когда астронавты впервые отправятся на Марс или в любую другую точку глубокого космоса, им придется столкнуться с двумя проблемами, от которых наша планета защищает нас на своей поверхности: радиацией и невесомостью. Ученые уже знают, что и то и другое может оказывать серьезное влияние на организм человека, но степень этого влияния и его продолжительность остаются загадкой.
|
|
|
|
В новой статье исследователей из Медицинского колледжа Висконсина, опубликованной в журнале PLOS ONE, рассматриваются эти вопросы, и, к сожалению, ответы на них не слишком обнадеживают, когда речь заходит о долгосрочных последствиях пребывания в глубоком космосе.
|
|
|
|
Человечество еще не построило лабораторию для исследований в глубоком космосе, где ученые могли бы проводить эксперименты в реальных условиях. Поэтому исследователям приходится довольствоваться тем, что есть на Земле. А поскольку проводить подобные длительные эксперименты на людях непрактично и неэтично, ученые обратились к крысам — основному инструменту биологических исследований.
|
|
|
|
Чтобы имитировать невесомость на земных крысах, NASA разработало метод разгрузки задних конечностей (hindlimb unloading, HLU). В ходе этого эксперимента у крыс среднего возраста, подобранных таким образом, чтобы они соответствовали типичному возрасту профессиональных астронавтов, на 30 дней приподнимали задние лапы над землёй под углом 30 градусов с помощью специальных ремней, прикреплённых к хвостам.
|
|
|
|
|
|
|
При таком наклоне большая часть жидкости в организме приливает к голове, а вес переносится на верхнюю часть тела, что максимально приближено к тому, что происходит с астронавтами в условиях микрогравитации.
|
|
|
|
Воссоздать воздействие радиации сложнее, для этого требуется специальное оборудование. К счастью, такое оборудование у NASA есть. Лаборатория космической радиации в Брукхейвенской национальной лаборатории способна имитировать радиационную среду, которая постоянно воздействует на Солнечную систему за пределами защитной оболочки земной атмосферы.
|
|
|
|
Для этого эксперимента учёные использовали пятиионный шестилучевой симулятор космических лучей под названием simGCRsim. Он бомбардирует мишень высокоскоростными протонами и тяжёлыми ионами, такими как кремний и железо, которые потенциально могут проникать сквозь обшивку корабля, направляющегося к Марсу.
|
|
|
|
Согласно протоколу эксперимента, описанному в статье, крыс «разгружали» в течение пяти дней, подвергали облучению в течение нескольких минут при чрезвычайно высоком уровне радиации, имитирующем многомесячное воздействие, а затем ещё 25 дней держали с приподнятыми задними лапами. После этого им позволили дожить до конца жизни, а период наблюдения, составлявший около года, был эквивалентен примерно 25 годам человеческой жизни.
|
|
|
|
В статье описаны три основных вывода, но основное внимание исследователей было приковано к сердцу. При дозе облучения в 1,5 грея (единица измерения поглощенной дозы излучения) у крыс начал развиваться периваскулярный фиброз — образование рубцовой ткани вокруг коронарных сосудов, которые снабжают сердце кровью.
|
|
|
|
Через 270 дней после облучения рубцовая ткань увеличилась вдвое, сдавливая кровеносные сосуды до такой степени, что вероятность сердечного приступа значительно возросла. Интересно, что невесомость практически не повлияла на этот процесс — по всей видимости, он был вызван исключительно радиацией.
|
|
|
|
Когда исследователи подвергли крыс облучению меньшей дозой, которая была ближе к суммарной дозе облучения, получаемой астронавтами за три года полета на Марс, они заметили, что рубцевание сердечной мышцы проявилось не сразу. Однако через год после облучения оно наблюдалось у 83 % крыс. Это означает, что последствия облучения могут проявиться спустя десятилетия человеческой жизни.
|
|
|
|
Другим важным открытием стало влияние протокола на иммунную систему крыс. Спустя несколько месяцев после их воздействия в селезенке крыс по-прежнему не хватало двух третей естественных киллеров (NK-клеток). Эти клетки уничтожают инфицированные вирусом клетки и, что особенно важно, раковые, поэтому длительное сокращение их популяции ставит под угрозу всю иммунную систему.
|
|
|
|
Микрогравитация и радиация работали здесь в тандеме, создавая эти эффекты — крысы, которые подвергались воздействию только микрогравитации, в конечном итоге восстанавливались до нормального клеточного уровня. Но если они также подвергались воздействию радиации, восстановление замедлялось — оказалось, что космические лучи снижали способность костного мозга реагировать на физиологический стресс.
|
|
|
|
Еще более плохие новости появились, когда исследователи расшифровали геномы белых кровяных телец крыс. Через 235 дней после воздействия радиации исследователи отметили серию необратимых мутаций в ряде генов, некоторые из которых непосредственно связаны с клональным кроветворением неопределенного потенциала (CHIP). На Земле ЧИП начинает проявляться с возрастом, когда одна мутировавшая клетка крови начинает вытеснять своих соседей.
|
|
|
|
Это может показаться не слишком плохим, но именно эти мутировавшие клетки крови повышают риск развития лейкемии, а также в четыре раза увеличивают риск сердечных приступов и инсультов, поскольку эти клетки вызывают дополнительное воспаление стенок артерий. Воздействие радиации, по-видимому, ускорило эти изменения, серьезно подорвав сердечно-сосудистую систему гораздо быстрее, чем это обычно бывает при жизни грызунов.
|
|
|
|
Как отмечают сами исследователи, у этого эксперимента есть некоторые ограничения. Важно отметить, что доза облучения была получена сразу, а не в результате постоянного воздействия в течение месяцев или лет. Неясно, смогут ли механизмы клеточного восстановления справиться с последствиями, наблюдаемыми у крыс, или же долгосрочные последствия будут нарастать независимо от этих усилий по восстановлению. Кроме того, тот факт, что эксперимент проводился только на крысах-самцах, означает, что большая часть потенциальных астронавтов может отреагировать по-другому.
|
|
|
|
На данный момент ничто из этого не является особенно хорошей новостью для будущего длительных космических полетов. Но это, вероятно, не слишком удивляет биологов, изучающих эти эффекты. Мы знали, что выбраться за пределы защитной оболочки Земли будет непросто. Это исследование просто помогает количественно оценить типы проблем, с которыми нам в конечном итоге придется столкнуться.
|
|
|
|
Источник
|
