Le Rayonnement Galactique Peut Provoquer Une Dégénérescence Du Cerveau

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Vidéo: LA DEGENERESCENCE CEREBRALE 2024, Mars
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Anonim
Le rayonnement galactique peut provoquer une dégénérescence cérébrale
Le rayonnement galactique peut provoquer une dégénérescence cérébrale

Une équipe de chercheurs du Centre médical de l'Université de Rochester (URMC) à New York a annoncé les résultats de leurs recherches. Les astronautes à long terme dans l'espace, par exemple, lors d'un vol vers Mars, peuvent entraîner des problèmes de santé dus au rayonnement galactique. En particulier, à la dégénérescence cérébrale, et peut-être même à l'apparition de la maladie d'Alzheimer

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Plus tôt, en 2012, des conclusions similaires avaient été rapportées par des scientifiques russes. Comme l'écrit Natalia Teryaeva dans le journal Ploshchad Mira, si vous participez à une expédition martienne dans un vaisseau spatial moderne, le vol prendra au moins 500 jours. Au cours de cette période de mission spatiale, la santé des astronautes peut être irrévocablement perdue.

En témoignent les résultats d'études de radiobiologistes et de physiologistes russes, qui ont été discutés à l'Institut commun de recherche nucléaire (JINR) lors d'une réunion de visite du Bureau du Département de physiologie et de médecine fondamentale de l'Académie des sciences de Russie.

Les scientifiques voient le plus grand danger dans le rayonnement galactique: il peut priver une personne de la vue et de la raison, sans lesquels il ne sera pas possible d'atteindre la cible ou de rentrer chez elle.

Les déclarations des chercheurs sur le danger des ions lourds pour l'organisme des astronautes ne sont pas spéculatives, elles sont basées sur les données d'expériences d'accélérateurs avec des animaux menées au Laboratoire de biologie des radiations de l'Institut commun de recherche nucléaire (LRB JINR) en coopération avec l'Institut des problèmes biomédicaux de l'Académie des sciences de Russie (IMPB RAS), l'Institut de biochimie RAS (IBCh RAS) et en collaboration avec des biologistes de l'Agence spatiale nationale américaine (NASA).

Les ions lourds sont plus effrayants que les protons

Dans l'espace lointain - au-delà du champ magnétique terrestre - un dangereux rayonnement cosmique émanant des profondeurs de la galaxie guette l'homme.

"Les rayons cosmiques galactiques sont des flux de particules élémentaires - des ions légers et lourds", explique Mikhail Panasyuk, directeur du Skobeltsyn Research Institute of Nuclear Physics (SINP MSU). de leur transfert dans l'Univers. L'élément le plus courant des rayons cosmiques est l'hydrogène, ses ions sont des protons. Ces particules sont accélérées par des ondes de choc - vestiges d'explosions de supernova. De telles étoiles n'explosent pas dans notre Galaxie. plus d'une fois sur 30 -50 ans.

Le flux de particules de rayons cosmiques galactiques est constant, contrairement aux rayons cosmiques solaires, qui sont générés sur le Soleil ou dans le milieu interplanétaire lors des éruptions solaires. De ce fait, la contribution totale des rayons cosmiques solaires sur une longue période est insignifiante. Mais lors des éruptions solaires (pendant plusieurs heures, jours), le flux de rayons cosmiques solaires peut dépasser le flux de rayons cosmiques galactiques. De plus, l'énergie des particules de rayons cosmiques solaires est généralement inférieure à celle des particules de rayons cosmiques galactiques. Il y a aussi des rayons cosmiques extragalactiques entrant dans notre Galaxie en provenance d'autres galaxies. Leur énergie est supérieure à celle des rayons cosmiques galactiques, mais les flux sont bien moindres. Les rayons cosmiques ont une vaste gamme d'énergie: de 106 (1 MeV) à 1021 eV (1 ZeV).

Des spectromètres de masse énergétique installés sur des satellites de recherche spatiale ont enregistré la composition des rayons cosmiques. Il s'est avéré qu'un peu moins d'un pour cent de toutes les particules de rayonnement galactique sont des ions lourds d'une énergie de 300 à 500 MeV / nucléon - les noyaux des éléments chimiques lourds. La fraction des ions légers et lourds du rayonnement galactique contient la plupart des ions de carbone, d'oxygène et de fer - de ces éléments stables, les noyaux stellaires se forment à la suite de l'évolution des étoiles.

Les résultats des mesures des satellites spatiaux ont servi de base à d'autres calculs de modèle, qui ont montré qu'en dehors de la magnétosphère terrestre, environ 105 ions lourds tombent par centimètre carré de surface par an, et environ 160 particules avec une charge Z supérieure à 20 tombent par chaque jour, un tel nombre tombera par centimètre carré de la surface corporelle du cosmonaute.

Les ions lourds de l'espace sont si énergiques qu'ils "percent" la peau d'un vaisseau spatial moderne dans l'espace, comme des boulets de canon bombardant de la soie fine. Les scientifiques du Laboratoire de radiobiologie de l'IINR ont découvert comment cela peut nuire à la santé des messagers de la Terre lors d'un long voyage.

Vers Mars - au toucher ?

"Nous avons réussi à comprendre pourquoi les mêmes doses de rayonnements différents (flux d'ions lourds, neutrons, rayonnement gamma) provoquent des effets différents sur les cellules vivantes", explique le directeur du JINR LRB, membre correspondant de l'Académie des sciences de Russie, Evgeny Krasavin. sont associés à la fois aux caractéristiques physiques du rayonnement et aux propriétés biologiques de la cellule vivante elle-même - sa capacité à réparer les dommages à l'ADN après irradiation. des ions lourds, des rayons (un faisceau de photons) et un faisceau d'ions lourds peuvent être imaginés comme ceci: tirer un petit coup d'une arme à feu dans un mur est nocif à cause des rayons X, tirer un boulet de canon sur le même mur est une destruction à partir d'un ion lourd, perdent significativement plus de leur énergie par unité plus que leurs cousins plus légers. C'est pourquoi, en traversant la cellule, un ion lourd sur son chemin produit une grande destruction. Lorsqu'une particule lourde traverse le noyau cellulaire, des lésions « de type cluster » se forment avec de multiples ruptures de liaisons chimiques dans le fragment d'ADN. Ils provoquent divers types de dommages chromosomiques graves dans les noyaux cellulaires. »

De plus, la logique du raisonnement des scientifiques était la suivante. Les ions hydrogène (protons) d'une énergie de 200 à 300 MeV/nucléon ont le temps de parcourir 11 cm dans l'eau avant de décélérer complètement. Le corps humain est composé à 90 % d'eau. En extrapolant ce résultat à un corps humain vivant, nous arrivons à la conclusion: même les ions légers sur leur chemin peuvent endommager des milliers de cellules de notre corps. Dans le cas d'ions lourds avec une charge supérieure à 20, il faut s'attendre à un résultat encore plus déplorable pour la santé.

Quels organes humains peuvent être endommagés par les ions lourds galactiques les plus gravement et potentiellement mortels ?

- Si vous pensez à faire proliférer activement - à renouveler rapidement - les tissus corporels, tels que le sang ou la peau, alors leurs dommages dus aux propriétés naturelles se rétabliront rapidement, - explique le directeur de LRB JINR Yevgeny Krasavin. - Mais sur les tissus statiques - le système nerveux central, les yeux, qui n'ont pas la capacité naturelle de réparer rapidement les dommages, le flux constant d'ions lourds aura un effet nocif en couches, provoquant une mort cellulaire régulière. Mais le système nerveux central et l'œil sont les "puces" de contrôle de notre corps.

Dans des expériences sur des animaux à Doubna, un groupe de radiobiologistes dirigé par l'académicien de l'Académie des sciences de Russie Mikhail Ostrovsky a étudié les mécanismes de l'effet des ions lourds sur les structures de l'œil - le cristallin, la rétine et la cornée. Dans les accélérateurs JINR, des souris et des solutions de cristallines (protéines) de leur lentille ont été irradiées avec des faisceaux de protons de 100-200 MeV.

"Le cristallin de l'œil humain et des vertébrés est composé à 90% de cristaux alpha, bêta et gamma", a déclaré l'académicien Ostrovsky dans son discours lors d'une réunion en visite du bureau du département de mathématiques physiques et de mécanique de l'Académie russe. des sciences structure et poids moléculaire. L'exposition au rayonnement ultraviolet ou au rayonnement peut provoquer l'agrégation des cristallins - l'apparition de fibres opaques dans le cristallin. En raison de l'agrégation, de grands conglomérats diffusant la lumière se forment, ce qui entraîne un trouble du cristallin, c'est-à-dire au développement de cataractes. En passant à travers le cristallin de l'œil, même des ions lourds simples après un certain temps, ils peuvent le rendre trouble.

Retour sur Terre en tant qu'Homo sapiens

Moins que tous les radiobiologistes ont étudié l'effet dommageable des ions lourds sur le système nerveux central. Selon les experts de la NASA, lors d'une mission sur Mars, 2 à 13% des cellules nerveuses seront traversées par au moins un ion fer. Et un proton traversera le noyau de chaque cellule du corps tous les trois jours. Par conséquent, il existe un risque sérieux de violations irréversibles des réactions comportementales de l'équipage du navire. Cela compromet la mission globale. Le cerveau est un instrument très délicat, et la perturbation de petites parties de celui-ci peut entraîner la perte du fonctionnement de tout l'organisme, comme c'est le cas chez les personnes ayant subi un accident vasculaire cérébral ou celles qui souffrent de la maladie d'Alzheimer.

Au Space Radiation Laboratory de la NASA à Brookhaven, à l'aide d'un faisceau d'ions fer accéléré à une énergie de 1 GeV/nucléon, le rayonnement galactique a été simulé sur le pré-accélérateur d'ions lourds du collisionneur RHIC du Brookhaven National Laboratory. L'expérience sur le rat a été appelée un "test cognitif". Une petite zone solide a été placée dans une piscine circulaire sous une fine couche d'eau opaque. Des rats de laboratoire - d'abord en bonne santé puis irradiés avec des faisceaux d'ions de fer - ont été lancés dans cette piscine et surveillés à quelle vitesse les animaux pouvaient trouver cette zone et y grimper. Des rats sains ont rapidement trouvé le site et se sont dirigés vers celui-ci par le chemin le plus court. L'irradiation avec des ions lourds a considérablement modifié les fonctions cognitives (capacité d'apprentissage) des animaux. Un mois après l'irradiation, le comportement du rat a radicalement changé. Elle a esquivé, a fait le tour de la piscine pendant longtemps, jusqu'à ce qu'elle réussisse presque accidentellement à sentir le sol solide sous ses pieds. Les capacités de réflexion de l'animal étaient sévèrement altérées. Lorsque les rats ont été irradiés avec des rayons X et des rayons gamma, aucun effet de ce type n'a été observé.

Afin de représenter les conséquences possibles d'une irradiation du corps humain par des ions lourds, il est nécessaire de "jouer" le modèle du risque cosmique sur les primates, précisent les chercheurs. Néanmoins, les dommages causés par les effets du rayonnement galactique des ions lourds révélés chez les rongeurs sont suffisamment convaincants pour ne pas y penser lorsque l'on envisage d'envoyer des personnes sur un long vol vers Mars.

Comment éviter les ennuis

D'après ce que les physiciens et les biologistes savent aujourd'hui, il s'ensuit que le risque de dommages causés par les radiations aux astronautes ne peut être réduit à zéro pendant plus d'un an de voyage vers Mars. Des méthodes pour réduire ce risque existent à ce jour sous forme d'idées.

Première idée: prévoir un vol vers Mars pendant le cycle solaire maximum. A cette époque, le flux de rayons cosmiques galactiques sera moindre du fait que le champ magnétique interplanétaire du système solaire va infléchir les trajectoires des rayons cosmiques galactiques, cherchant à réduire l'intensité de leurs particules et "balayer" les particules avec des énergies moins de 400 MeV/nucléon du système solaire.

La deuxième idée: réduire considérablement les doses de rayonnement du rayonnement galactique au moyen d'une protection fiable du navire et fournir un compartiment-abri spécial dans la structure du navire avec une protection plus puissante contre les puissants flux de vent solaire imprévisible. De nouveaux types de matériaux de protection sont déjà en cours de développement et seraient plus efficaces que l'aluminium actuellement utilisé, par exemple les plastiques contenant de l'hydrogène tels que le polyéthylène. Avec leur aide, il est possible de créer une protection capable de réduire la dose de rayonnement de 30 à 35 % sur une épaisseur de 7 cm. Certes, cela ne suffit pas, pensent les scientifiques, l'épaisseur de la couche protectrice doit être augmentée. Et si cela ne fonctionne pas, réduisez considérablement la durée du vol - disons, au moins à 100 jours. Cent jours est un chiffre jusqu'à présent seulement intuitivement justifié. Mais dans tous les cas, il faut voler plus vite.

Troisième idée: fournir aux pilotes du vaisseau spatial martien des médicaments anti-rayonnement efficaces qui pourraient renforcer considérablement les liens entre les protéines de l'ADN, réduisant leur vulnérabilité au bombardement d'ions lourds.

La quatrième idée est de créer un champ magnétique artificiel autour du vaisseau spatial, similaire au champ magnétique terrestre. Il existe un projet d'aimant toroïdal supraconducteur, à l'intérieur et à l'extérieur duquel le champ se rapproche de zéro, afin de ne pas nuire à la santé des astronautes. Le champ puissant d'un tel aimant devrait détourner une grande partie des protons et noyaux cosmiques de l'engin spatial et réduire de 3 à 4 fois la dose de rayonnement pendant l'expédition vers Mars. Le prototype d'un tel aimant a déjà été créé et sera utilisé dans une expérience pour étudier les rayons cosmiques à bord de la Station spatiale internationale.

Pourtant, tant que les idées de protection de l'équipage martien n'auront pas trouvé leur incarnation, il n'y a qu'une issue, disent les radiobiologistes: mener des études radiobiologiques détaillées en conditions terrestres sur des accélérateurs d'ions lourds, qui permettront en conditions terrestres de simuler l'effet dommageable de noyaux lourds de haute énergie émanant des profondeurs de la galaxie. Parmi ces accélérateurs uniques figurent le Nuclotron du Laboratoire de physique des hautes énergies JINR et le complexe de collisionneurs NICA en cours de création sur sa base. Les scientifiques fondent de grands espoirs sur les capacités de ces installations.

Et si nous sommes pressés de voler vers Mars, alors il est temps soit de construire des vaisseaux spatiaux plus rapides, soit de laisser pour le moment les rêves de vols habités dans l'espace lointain. Laissez les robots voyager pour l'instant.

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