Исследователи из Медицинского колледжа Висконсина, расположенного в Соединенных Штатах Америки, установили, что продолжительное воздействие условий за пределами магнитосферы нашей планеты инициирует необратимые изменения в организме, которые могут проявиться лишь через значительный промежуток времени.
Результаты масштабного эксперимента, опубликованныеВ публикации в научном журнале PLOS One было представлено доказательство того, что основным препятствием для освоения дальнего космоса является воздействие интенсивной радиации, которая может спровоцировать серьезные инфаркты и генетические изменения в человеческом теле.
Ввиду неэтичности проведения исследований воздействия космического излучения непосредственно на людей, ученые осуществили ряд экспериментов с использованием лабораторных крыс. В качестве подопытных животных были выбраны самцы среднего возраста, что соответствует биологическим параметрам возрастной группы профессиональных космонавтов.
Исследователи искусственно смоделировали два главных фактора межзвездного перелетаМикрогравитация и радиационное облучение стали факторами исследования. Для воспроизведения состояния невесомости задние конечности грызунов были подвешены под углом тридцать градусов на протяжении месяца. Такая позиция приводит к смещению жидкостей организма в область головы.
В лабораторных условиях физики воссоздали воздействие радиации, используя специальный симулятор, разработанный NASA. В ходе эксперимента животные подвергались облучению потоком протонов и тяжелых ионов кремния и железа — именно эти частицы способны проникать сквозь защитную оболочку космического корабля на пути к Марсу.
Проводилось годичное наблюдение за животными, эквивалентное примерно 25 годам человеческой жизни. В ходе исследования было установлено, что само по себе состояние невесомости практически не оказывает негативного влияния на сосуды, в то время как радиация инициирует развитие периваскулярного фиброза – патологического процесса разрастания плотной соединительной ткани вокруг коронарных артерий, обеспечивающих кровоснабжение сердца.
После воздействия высокой дозы радиации объем рубцовой ткани у грызунов увеличился вдвое через 270 дней. Образовавшиеся рубцы сдавливали стенки сосудов, что значительно повысило риск возникновения инфаркта миокарда.
При уменьшении интенсивности облучения до уровня, соответствующего стандартной трехлетней марсианской экспедиции, патологические изменения не проявились сразу же. Однако через год повреждения сердечной ткани были обнаружены у 83% подопытных животных, что позволило ученым заключить о том, что последствия радиационного воздействия проявляются постепенно и могут привести к инфаркту спустя продолжительный период времени после возвращения на Землю.
Воздействие, сочетающее в себе радиацию и состояние невесомости, оказало существенное негативное влияние на иммунную систему и кровь подопытных животных. По прошествии нескольких месяцев после облучения у крыс наблюдалось снижение количества естественных клеток-киллеров (NK-клеток) в селезенке примерно до 2/3 от исходного уровня. Эти клетки играют важную роль в борьбе с вирусными инфекциями и опухолями. Полученная доза радиации привела к тому, что костный мозг утратил возможность восполнять эти защитные клетки после пережитого воздействия.
После 235 суток секвенирование генома показало наличие стойких мутаций в лейкоцитах испытуемых: стволовые клетки костного мозга претерпели изменения и начали активно делиться, формируя клоны клеток крови с идентичной мутацией. Данный процесс значительно увеличивает вероятность развития лейкемии, а также повышает в четыре раза риск возникновения инсультов и инфарктов вследствие хронического воспаления артерий.
Авторы исследования акцентируют внимание на том, что полученные данные не могут быть напрямую экстраполированы на человека из-за существующих различий в условиях воздействия. В ходе лабораторного тестирования крысы подверглись воздействию радиации за один раз, тогда как в космосе экипаж подвергается облучению постепенно.
Также следует отметить, что в экспериментах использовались только самцы. Для более детальной оценки потенциальных рисков для здоровья будущих участников марсианских миссий необходимы дополнительные научные изыскания.