Просмотр новости
Найдите то, что Вас интересует
Спутники
РН
SpaceX
Роскосмос
NASA
СпутникиРНSpaceXРоскосмосNASAСимуляция галактической радиации вызвала фиброз сердца у крыс.
Американские исследователи провели симуляцию дальнего космического полета у крыс и обнаружили, что излучение вызывает околососудистый фиброз сердца независимо от действия микрогравитации, микрогравитация без излучения влияет на иммунные клетки и секрецию цитокинов, а оба этих стрессора вместе или по отдельности не влияют на кальциевый гомеостаз. Статья опубликована в журнале PLoS One.
Люди эволюционировали в условиях с минимальным воздействием галактической космической радиации и при постоянной силе тяжести. В настоящее время ведется активная подготовка к длительным пилотируемым миссиям на Луну и Марс, где космонавты будут подвергаться действию несвойственных для земных условий стрессоров. Основные из них — это постоянные микрогравитация и галактическая космическая радиация, представленная высокоэнергетическими электронами и позитронами (два процента), протонами (85 процентов), альфа-частицами (12 процентов) и более тяжелыми ионами (один процент), а также спорадические солнечные выбросы из умеренно или низкоэнергетических протонов и альфа-частиц. Физиологические эффекты длительного воздействия этих стрессоров изучены недостаточно.
Джон Бейкер (John Baker) Висконсинского медицинского колледжа и его коллеги провели эксперименты по симуляции дальнего космического полета у самцов лабораторных крыс (Rattus norvegicus) линии WAG/RijCmcr возрастом 8–9 месяцев. Для симуляции галактического излучения использовали пять быстро сменяющихся ионных пучков из ускорителя (протонов, альфа-частиц, ионов кислорода, кремния и железа) общей поглощенной дозой 1,5 грея, а микрогравитации на космическом корабле — антиортостатическое вывешивание с разгрузкой задних конечностей, которое вызывает прилив жидкости к головному концу тела и ограничивает подвижность.
В четырех основных группах животным проводили облучение и вывешивание, облучение без вывешивания, вывешивание с симуляцией облучения и симуляцию облучения без вывешивания, в двух дополнительных облучение половинной дозой радиации (0,75 грея, сопоставимо с дозой для человека при полете на Марс) с вывешиванием или без. Каждая группа состояла из 12 особей. Наблюдение в основных группах продолжалось от 30 до 270 дней. Оно включало анализы периваскулярного содержания коллагена в сердце, динамики кальция в сыворотке, иммунных клеток в крови и тканях, цитокинов, холестерина и триглицеридов в сыворотке, азота мочевины крови, общего белка и альбуминов и массы тела, а также полногеномное секвенирование в группах без вывешивания. В дополнительных группах наблюдение длилось 360 дней и проводился анализ только периваскулярного содержания коллагена в сердце.
Гистологический анализ сердца выявил периартериальный фиброз и неравномерные отложения двухкратного количества коллагена вокруг пенетрирующих коронарных сосудов через 270 дней после облучения 1,5 грея и через 360 дней после облучения 0,75 грея вне зависимости от вывешивания. Облучение без вывешивания приводило к повышению количества циркулирующих разных популяций лимфоцитов, но не миелоидных клеток, а с вывешиванием — не меняло их уровни. Вывешивание с облучением или без вызывало деплецию NK-клеток в селезенке и без облучения, но не с ним, приводило к снижению уровней 20 из 27 проанализированных цитокинов.
Радиация и вывешивание вместе и по отдельности вызывали колебания сывороточных уровней кальция и 25-гидроксивитамина D, но они были небольшими, уровни паратиреоидного гормона, остеокальцина, фактора роста фибробластов 23 и неорганического фосфора оставались незатронутыми. Секвенирование показало, что излучение привело к мутациям семи генов, связанных с клональным гемопоэзом неустановленного значения у людей и задействованных в сигнальных путях, отвечающих за экспрессию генов и регуляцию клеточного цикла. Действие обоих стрессоров на классические маркеры болезней сердца и почек было минимальным.
Результаты эксперимента показали, что симуляция галактической радиации вызвала периваскулярный фиброз сердца и генетические отклонения, а микрогравитации — мобилизовала иммунную систему и снизила выработку цитокинов у крыс. Оба стрессора привели к стойким последствиям для здоровья, при том что их взаимодействие между собой оказалось весьма ограниченным.
Проведенное ранее исследование показало, что микроструктурные изменения в белом веществе, связывающем сенсомоторные области, у космонавтов после длительного пребывания на орбите связаны с нейропластичностью.
Теперь давайте подробнее разберемся можно ли из этого делать вывод о невозможности межпланетных полётов или нет?
1. Проблема мощности дозы.
Это главное методологическое замечание, которое поднимают критики. Доза 0,75 Гр, которую авторы называют «релевантной для полёта на Марс», в реальном космическом полёте накапливалась бы около 7 месяцев. В эксперименте она была доставлена за минуты на ускорителе частиц. Доза 1,5 Гр в космосе потребовала бы около 14 месяцев.
Мощность дозы (dose rate) принципиально влияет на биологический эффект. При хроническом облучении в малых дозах у организма есть время на репарацию ДНК и адаптацию. При остром облучении той же суммарной дозы за минуты повреждения накапливаются быстрее, чем успевают включиться механизмы восстановления. Авторы сами признают, что облучение «было введено быстро» («administered rapidly»), но в выводах экстраполируют результат на реальные миссии.
https://naked-science.ru/article/cosmonautics/galakticheskie-luchi-navredili
2. Состав излучения и экранирование.
Авторы указывают, что использованный спектр частиц соответствует составу галактических космических лучей за защитой космического корабля. Но Naked Science обращает внимание на важный нюанс: при реальном полёте на Марс примерно половина накопленной дозы приходится на протоны солнечного ветра, а не на галактические лучи. Протоны солнечного ветра имеют значительно меньшую проникающую способность и эффективно экранируются корпусом корабля. Таким образом, фактическая доза именно галактических лучей, достигающих тканей сердца (защищённых поверхностными тканями тела), в реальном полёте может быть существенно ниже, чем суммарная цифра 0,66–0,75 Гр.
3. Переносимость с крыс на людей
Крысы линии WAG/RijCmcr — это специально отобранная модель, чувствительная к радиационному повреждению сердечно-сосудистой системы. Авторы используют именно эту линию, потому что она ранее показывала фиброз сердца даже при облучении фотонами. Это значит, что результаты могут отражать особенности конкретной линии, а не универсальную реакцию. Более того, авторы сами отмечают, что у мышей при аналогичных дозах и спектрах фиброз развивался не всегда — зависимость от последовательности ионных пучков, дозы и вида животного оказалась сложной.
4. Что фиброз означает для здоровья.
Периваскулярный фиброз — это разрастание соединительной ткани вокруг сосудов сердца. У крыс в этом исследовании он не привёл к снижению выживаемости или явной дисфункции сердца в период наблюдения. Для человека-астронавта с повышенными физическими нагрузками это потенциально проблемная находка, но её клиническая значимость неизвестна — фиброз был умеренным, а стандартные маркеры сердечно-сосудистых заболеваний практически не изменились.
5. Контекст других исследований.
Российское исследование 2020-х годов, в котором мышей с моделью болезни Альцгеймера облучали дозами, близкими к реальным космическим, показало парадоксальный результат — улучшение состояния, а не ухудшение. Это подчёркивает, что биологические эффекты космической радиации далеки от линейного «больше радиации — хуже», и экстраполяция с одной модели на «невозможность полётов» некорректна.
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0357485
Таким образом ответ: нет, такой вывод из этого исследования не следует. Надежный ответ на это может дать только натуральная проверка на макетах, где собираются данные о проникновении излучения за корпус, в защищенные зоны и далее в маникеты с датчиками и уверен, что такой эксперимент с учетом размаха программ освоения Луны и Марса, давно пора было провести не в ограниченном режиме, а вполне нормальном, на моделях, а не ограничиваться данными миссий Апполона и локальными экспериментами прошлого.
Исследование Бейкера и коллег — серьёзная и качественно проведённая работа, которая впервые показала, что смешанное ионное облучение, имитирующее галактические космические лучи, вызывает периваскулярный фиброз сердца у крыс даже без микрогравитации, и что оба стрессора действуют на разные системы. Это реальная причина для усиления радиационной защиты при длительных космических миссиях.
Эксперимент проводился при острой доставке дозы (минуты вместо месяцев), на специально чувствительной линии крыс, без учёта адаптивных реакций организма при хроническом облучении, и с составом частиц, который лишь приближённо моделирует реальную радиационную обстановку за щитами корабля. Реальная защита — водяные щиты, композитные материалы, выбор окна полёта (солнечный максимум) — может существенно снизить дозу и изменить картину.
Скорее, исследование говорит: радиационная защита для дальних миссий необходима и должна дорабатываться с учётом сердечно-сосудистых рисков.
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0357485
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0283877