Amerykańscy naukowcy doszli do wniosku, że klasyczne modele oceny onkogenności galaktycznego promieniowania kosmicznego nie doceniają ich efektów stochastycznych przy długich czasach ekspozycji.
Załogowe misje kosmiczne stanowią duże zagrożenie dla zdrowia załogi. Tak więc mikrograwitacja może osłabić widzenie, a promienie kosmiczne mogą wywołać raka. Wraz z odległością od niskiej orbity okołoziemskiej i pasem promieniowania, na przykład w ramach kolonizacji Marsa, wzrasta energia promieniowania, aw konsekwencji prawdopodobieństwo wystąpienia choroby popromiennej. Jednocześnie takie programy nie przewidują krótkoterminowej realizacji: jedna grupa kosmonautów będzie potrzebować ponad 900 dni na badanie Czerwonej Planety. Dlatego naukowcy szukają możliwości przewidywania skutków, jakie galaktyczne promienie kosmiczne mogą mieć na organizm ludzki.
Ocena takiego ryzyka wiąże się z szeregiem ograniczeń. Po pierwsze, nie jest jasne, jak wpływ promieniowania w kosmosie jest powiązany ze składem promieniowania. W szczególności wpływ na organizmy żywe i liniowy transfer ciężkich jonów o niskich energiach, ale o dużej intensywności - cząstki helu, protony i elektrony delta - pozostaje niedostatecznie zbadany. Po drugie, istniejące modele, w tym NASA, mają na celu ujawnienie bezpośrednich skutków promieniowania. Pozwalają przewidzieć deterministyczny wynik związany z określonym progiem dawki. Efekty stochastyczne są mniej opisowe, chociaż mogą pojawić się nawet po kilku latach.
W nowej pracy specjaliści z University of Nevada zbudowali pierwszy model strukturalny torów galaktycznego promieniowania kosmicznego i ich efektów stochastycznych w ramach rozprzestrzeniania się komórek rakowych. Obliczenia oparto na danych z eksperymentów dotyczących modelowania u samic myszy guzów gruczołu Gardera typu B6CF1, które przeprowadzono w latach 1985-2016. Projekt tych eksperymentów odpowiada założonym warunkom promieniowania kosmicznego: zwierzęta naświetlano jednocześnie kilkoma (więcej niż czterema) rodzajami cząstek przy niskich (do 0,2 ocieplenia) dawkach. Aby przewidzieć ślady i wzrost uszkodzonej tkanki przy niskich dawkach, autorzy ekstrapolowali model NASA.
Przewidywana liczba komórek wrażliwych na deterministyczne (TE) i stochastyczne (NTE) efekty promieniowania kosmicznego, w zależności od liczby ładunków cząstek rocznie (na głębokości pięciu centymetrów od powierzchni ciała i za powierzchnią aluminium). Czerwone trójkąty odpowiadają liczbie komórek potencjalnie narażonych na promienie delta przy dawce mniejszej niż 0,1 miligraya / © Francis A. Cucinotta et al., Scientific Reports, 2017
Korzystając z funkcji ryzyka, obliczyli dynamikę patologii, biorąc pod uwagę rodzaj i płynność (transfer) promieniowania, ładunek cząstek i energię kinetyczną na masę ciała. Podczas ekspozycji przez rok przyjmowano wchłoniętą dawkę do 0,2 g. Analiza wykazała, że efekty stochastyczne znacznie lepiej przewidują wzrost guza przy niskich dawkach promieniowania (poniżej 0,1 szarego). Model jest zgodny z eksperymentami: gdy więcej niż jeden ciężki jon, taki jak żelazo-56, działa na jądro zdrowej komórki, postęp choroby jest gwałtownie przyspieszony. Ponadto komórki, które nie przeszły pierwotnego, zgodnie z obliczeniami, otrzymują niewielkie dawki promieniowania wtórnego (delta-elektronowego).
Pomimo niskich dawek, do 10 miligramów, promieniowanie wtórne ma znacznie większy wpływ na sąsiednie komórki, niż sądzono - twierdzą naukowcy. Według nich na ogół efekty stochastyczne przy długiej ekspozycji na niskie dawki promieniowania kosmicznego wskazują na dwukrotny lub większy wzrost ryzyka raka w porównaniu ze znanymi wartościami. W interesie przyszłych misji załogowych modele oceny wymagają dalszych badań.
Artykuł został opublikowany w Scientific Reports.
Film promocyjny:
Denis Strigun