Пилотируемые космические миссии сопряжены с высоким риском для здоровья экипажа. Так, микрогравитация может ухудшать зрение, а космические лучи — провоцировать рак. С удалением от низкой околоземной орбиты и радиационного пояса, например в рамках колонизации Марса, энергия излучения и, как следствие, вероятность лучевой болезни, по-видимому, будут возрастать. При этом подобные программы не предусматривают краткосрочной реализации: одной группе космонавтов на изучение Красной планеты потребуется более 900 дней. Поэтому ученые ищут возможности для прогнозирования эффектов, которые галактические космические лучи могут оказывать на организм человека.
Оценка подобного риска связана с рядом ограничений. Во-первых, неясно, как последствия радиации в космосе связаны с составом излучения. Недостаточно изученным остается, в частности, воздействие на живые организмы и линейная передача тяжелых ионов низких энергий, но высокой интенсивности — частиц гелия, протонов и дельта-электронов. Во-вторых, существующие модели, используемые в том числе NASA, рассчитаны на выявление прямых эффектов радиации. Они позволяют прогнозировать детерминированный результат, связанный с определенным дозовым порогом. Стохастические эффекты хуже поддаются описанию, хотя могут проявляться даже спустя несколько лет.
В новой работе специалисты из Университета Невады построили первую структурную модель треков частиц галактического космического излучения и их стохастических эффектов в рамках распространения раковых клеток. В основу расчетов легли данные опытов по моделированию у самок мышей типа B6CF1 опухолей Гардеровой железы, которые проводились с 1985 по 2016 годы. Дизайн этих экспериментов соответствует предполагаемым условиям космической радиации: животных облучали сразу несколькими (более чем четырьмя) типами частиц при низких (до 0,2 грея) дозах. Для предсказания треков и роста поврежденных тканей при низких дозах авторы экстраполировали модель NASA.
С помощью функции риска они рассчитали динамику патологии с учетом типа и флюенса (переноса) излучения, заряда частиц и кинетической энергии на массу тела. За время экспозиции принимался один год с поглощенной дозой до 0,2 грея. Анализ показал, что стохастические эффекты значительно лучше предсказывают рост опухолей при низких дозах излучения (менее 0,1 грея). Модель согласуется с экспериментами: при воздействии более чем одного тяжелого иона, например железа-56, на ядро здоровой клетки прогрессирование болезни резко ускоряется. Причем клетки, которые не подверглись первичному, согласно расчетам, получают небольшие дозы вторичного (дельта-электронов) излучения.
Несмотря на низкие дозы, до 10 миллигреев, вторичное излучение оказывает значительно большее влияние на соседние клетки, чем считалось, отмечают ученые. По их словам, в целом стохастические эффекты при длительном времени экспозиции низких доз космической радиации предполагают двукратное или более повышение риска рака по сравнению с известными значениями. В интересах будущих пилотируемых миссий модели оценки требуют дальнейших исследований.
Статья опубликована в журнале Scientific Reports.
Ранее российские исследователи выяснили, что токсичность гамма-лучей связана со временем экспозиции и температурой в большей степени, чем с дозой.
Наука
Денис Стригун
