Rummet kan være et farligt sted for skrøbelige mennesker. De, der er villige til at vove sig ind i Jordens bane, skal forhandle om sundhedsfarer som ekstreme temperaturer, trange kvartaler, lange perioder med isolering og de svækkende fysiologiske virkninger af livet uden tyngdekraft. Ting vil blive endnu hårdere for astronauter i håb om at rejse til en asteroide eller Mars.
Relateret indhold
- Hvad sker der med den menneskelige krop i rummet?
- Hvor er alle udlændinge? At tage ly fra universets stråling
- Hjerneimplantater kan være i stand til at chokere beskadigede minder tilbage i form
- En asteroide klippe vil være en springbræt på rejsen til Mars
En af de største trusler om dyb rumfart er langvarig eksponering for utrættelig kosmisk stråling, som kan skade DNA og øge en rumfarendes chancer for at udvikle sygdomme som kræft i deres levetid. Nu antyder forskning i mus, at de første mennesker, der forsøger en Mars-mission, vil have et mere øjeblikkeligt problem: hjerneskade. Kosmiske stråler, der bombarderer hjernen, kan resultere i kognitive og hukommelsesnedsættelser, der vil manifestere sig i løbet af få måneder.
Galaktisk kosmisk stråling er lavet af partikler med høj energi, der stammer fra fortidens supernova-eksplosioner, der kommer lynhurtigt gennem vores solsystem. NASA har sponsoreret adskillige undersøgelser, der undersøger de kortvarige og langsigtede virkninger af rumstråling på hvert system i kroppen, og afslører, at disse stråler kan have en ødelæggende virkning på biologisk væv i løbet af en levetid.
Tidligere undersøgelser antydede, at eksponering for stråling også kunne forårsage kognitiv svækkelse, inklusive tidligere indtræden af Alzheimers-lignende demens. Nu har Charles Limoli, professor i strålingsonkologi ved University of California Irvine School of Medicine, og hans team demonstreret, at selv relativt lave doser af kosmiske stråler vil fremkalde en bestemt række af neurale abnormiteter, der kunne manifestere sig under en rundrejse-mission til Mars, som forventes at vare i to til tre år.
”Dette er den første undersøgelse, der efter min mening virkelig binder en masse løse ender og giver en mekanisme til, hvad der sker, der forårsager kognitiv dysfunktion, ” siger Limoli, hvis team rapporterer resultaterne i dag i Science Advances .
For at undersøge "mind bedøvende" effekter af stråling undersøgte forskerne flere grupper af seks måneder gamle mus - den omtrentlige gennemsnitsalder for astronauter i musår. Holdet sprængte musene med lave eller høje doser af energi ladede partikler svarende til dem, der findes i galaktisk kosmisk stråling. Disse partikler fortrænger elektroner i levende væv, der derefter udløser frie radikale reaktioner, der forårsager ændringer i kroppens celler og væv. Selvom frie radikale reaktioner forekommer inden for millisekunder, tager de cellulære abnormiteter, de forårsager, form i løbet af måneder eller endda år, så forskerne ventede seks uger før de testede de bestrålede mus for at lade den cellulære ondskab udfoldes.
Resultaterne viste, at bestrålede mus var markant forringet i deres evne til at udforske nye objekter placeret i deres miljø, en opgave, der trækker på et sundt lærings- og hukommelsessystem. ”De dyr, der blev udsat, mistede nysgerrigheden. De mistede deres tendens til at udforske nyhed, ”siger Limoli.
Konkret opdagede teamet strålingsinducerede strukturelle ændringer i den mediale præfrontale cortex, et hjerneområde, der er ansvarlig for processer af højere orden, som vides at være involveret under hukommelsesopgaver. Neuroner i disse svækkede områder viste en reduktion i kompleksiteten og tætheden af strukturer kaldet dendritter, der fungerer som antenner for indgående cellulære meddelelser og er essentielle for effektiv udveksling af information i hele hjernen. Forskerteamet opdagede også ændringer i PSD-95, et protein, der er vigtigt for neurotransmission og også er forbundet med læring og hukommelse.
De cellulære ændringer i dendritterne var direkte relateret til kognitiv ydeevne - musene med de største strukturelle ændringer havde de dårligste resultater. Og selvom disse mangler tog tid at manifestere, ser de ud til at være permanente.
Limoli bemærker, at mens arbejdet blev udført i mus, ligner skaden, der ses i deres undersøgelse, meget som defekter, der ses i menneskelige hjerner, der lider af neurodegenerative tilstande som demens. ”Fordi disse typer ændringer også er fundet i en række neurodegenerative tilstande og forekommer i løbet af aldring, det giver et logisk baggrund for, hvad stråling gør for hjernerne hos både gnavere og mennesker, ” siger Limoli.
Det er sandsynligvis, at ingen har set disse typer defekter i nutidens astronauter, fordi folk, der arbejder på den Internationale Rumstation, er "beskyttet af Jordens magnetosfære, som afbøjer alt, hvad der er en afgift, " siger Limoli. Og mens astronauterne, der rejste til månen, ikke var beskyttet af Jordens magnetiske omfavnelse, ville deres relativt korte ture have begrænset eksponeringsniveauer til en brøkdel af dem, der ville blive oplevet på en mission til Mars.
Mens resultaterne af dette eksperiment var slående, understreger andre eksperter, at der stadig mangler tilstrækkelige data til at tage endelige konklusioner om virkningerne af stråling af mennesker. ”Meget af de oplysninger, vi har, er blevet ekstrapoleret fra undersøgelser af katastrofale begivenheder i 2. verdenskrig, ” siger Nathan Schwadron, lektor i rumplasmafysik ved University of New Hampshire. ”Vi har bare ikke meget viden om hvad der sker med biologiske systemer, når de udsættes for høje niveauer af stråling i længere perioder. Jeg tror, at der er en potentiel risiko her, men vi forstår virkelig ikke den endnu. ”
Så hvad skal der gøres? NASA undersøger i øjeblikket mere avancerede afskærmningsteknologier, der bedre kan beskytte astronauter på langvarige missioner i det dybe rum. Ingeniører kan også ændre afskærmningskapaciteten inden for bestemte regioner på skibet, såsom hvor astronauter sover, eller passer folk med specialiserede hjelme til rumvandringer, siger Limoli.
Schwadron, hvis forskning primært er fokuseret på den avancerede udvikling afskærmning, siger energien fra galaktisk kosmisk stråling er så høj, at den interagerer med afskærmningsmaterialerne på potentielt problematiske måder. ”Hvad der sker, er, at højenergistråling rammer skjoldet og derefter producerer et bad med sekundære partikler. Neutroner er sandsynligvis det primære eksempel på dette. ”Disse højenergipartikler kan derefter interagere med kroppen, hvilket inducerer frie radikale reaktioner og efterfølgende vævsskade.
Fremover planlægger Limoli og hans team at designe eksperimenter, der mere nøjagtigt simulerer menneskelig eksponering for galaktiske kosmiske stråler og undersøger alternative underliggende mekanismer og celletyper, der kan bidrage til spredning af kognitive mangler. Han undersøger også farmakologiske interventioner, der kan beskytte hjernevæv mod denne stråling.
”Vi har nogle lovende forbindelser, der sandsynligvis vil hjælpe ganske lidt, ” siger Limoli. "Dette er ikke en afbrydere - det er noget, vi er nødt til at forstå og være opmærksomme på, så vi ikke bliver fanget."
