Космическая радиация остается главной опасностью для людей во время полета к Марсу

В ходе проходящей на этой неделе конференции в Вашингтоне, округ Колумбия, энтузиасты пытаются добиться поддержки идеи об организации пилотируемого полета к Марсу в течение ближайших двух десятилетий. НАСА принимает участие в этом форуме, равно как и многие другие игроки, имеющие отношение к освоению космоса. Однако в ходе пилотируемого полета к Марсу его участники столкнутся с серьезными препятствиями.

В недавно проведенном исследовании анализируется одна из главных проблем, связанных с длительным пребыванием человека в космическом пространстве. Как подчеркивается в этом докладе, астронавты, работающие на Международной космической станции, получают дозы радиации свыше своего пожизненного лимита всего через 18 месяцев, если речь идет о женщинах, и после двух лет, если речь идет о мужчинах. Экипаж, направляющийся к Марсу, проведет почти такое же количество времени в условиях жесткого радиационного излучения в глубинах вселенной. 

Космические лучи представляют собой уникальный тип радиации, и от них очень сложно защититься. В упомянутом уже исследовании отмечается, что раковые заболевания, которые могут развиться в результате повышенного воздействия космической радиации, вероятнее всего, будут весьма опасными.

«Типы опухолей, образующихся в результате воздействия космических лучей, являются более агрессивными, чем те, которые возникают от других форм радиации», — подчеркнул Фрэнсис Кучинотта (Francis Cucinotta), эксперт по радиации расположенного в Лас-Вегасе Университета штата Невада и автор нового доклада, опубликованного 23 апреля в журнале PLoS One.

Подобные слова не следует воспринимать слишком пессимистично. В определенные периоды солнечных циклов, интенсивность галактических космических лучей сокращается. Кроме того, биологи пытаются понять, какие именно препараты — от антиоксидантов до аспирина — могут помочь справиться с тем ущербом, который причиняют организму человека космические лучи. Кучинотта, а также другие эксперты в области радиации, в первую очередь рекомендуют НАСА собирать значительно большей сведений относительно тех рисков для здоровья, которым подвергаются астронавты. 

Примерно у 41% людей в Соединенных Штатах в разные периоды их жизни обнаруживают опухоли. Некоторые типы работ — в том числе устранение последствий атомных катастроф или полеты в космосе — повышают риски их образования. Действующие директивы НАСА запрещают астронавтам повышать вероятность смерти от рака более чем на 3%. Если вы слишком часто осуществляли полеты в космическом пространстве и накопили слишком много радиации, то больше вам летать не разрешат, и вы остаетесь на земле.

Проблема состоит в том, что никто точно не знает, какое количество радиации является слишком большим. У нас есть информация о вероятности возникновения ракового заболевания у человека, подвергшегося воздействию поражающих факторов после взрыва ядерной бомбы, но говорить об этом мы можем потому, что обладаем историческими данными относительно большого количества людей, переживших подобную ситуацию. Уже более 500 человек летали в космос, однако этого еще недостаточно для проведения полноценных эпидемиологических исследований. Кроме того, наиболее вредоносные типы излучения во вселенной сильно отличаются от тех, которые возникают в результате взрыва бомбы. Астронавты подвергаются воздействию галактических космических лучей — ядра их атомов двигаются в космическом пространстве с невероятной скоростью и обладают большой энергией. Если они сталкиваются со сложной клеточной структурой — с такой, как ДНК, то они способны вызвать мутации.

Галактические космические лучи движутся с очень высокой скоростью, и поэтому от них сложно защититься. И таких лучей немало. Согласно существующим оценкам, достаточно будет трех дней в космическом пространстве для того, чтобы каждая из триллионов ваших соматических клеток получила удар от обладающего высокой энергией протона (это самый легкий и наиболее распространенный из числа галактических космических лучей). В течение одного года каждая из ваших клеток столкнется с тяжелыми и губительными атомами железа. Другие типы радиации являются относительно слабыми и рассеянными — нечто вроде дробинок для пневматических ружей, но вместе они превращают космические лучи в пушечное ядро — большое, тяжелое и мощное. 

Один из способов сократить воздействие на астронавтов галактических космических лучей состоит в том, чтобы направлять их в космическое пространство только в период пика естественного солнечного 11-летнего цикла. Во время периода максимума солнечная радиация направлена против движения космических лучей, устремляющихся в нашу солнечную систему, и поэтому их воздействие на астронавтов сокращается. Конечно, нахождение в космическом пространстве в это время означает, что на солнце может произойти потенциально опасная вспышка, в результате которой астронавты просто погибнут от высокой температуры в своих космических кораблях.

А какому дополнительному негативному воздействию обычно подвергаются астронавты? Жители Соединенных Штатов обычно в течение года получают около 3 миллизивертов радиации от естественных фоновых источников (миллизиверты — это единицы, в которых измеряется воздействие радиации на человеческое тело). Ядерная катастрофа наподобие той, которая произошла в Фукусиме, способна увеличить эти показатели примерно на один миллизиверт. Астронавты во время полета к Марсу и обратно, который будет продолжаться два с половиной года, получат, вероятно, один зиверт радиации космических лучей, то есть примерно в 1000 раз больше. 

Если у 41% жителей Соединенных Штатов может быть обнаружено рак, то это означает, что из 100 человек примерно 41 пострадают от этого заболевания. Если вы подвергнете 100 человек воздействию 1 зивета радиации космических лучей, то есть того ее объема, который получит астронавт в ходе полета к Марсу и возвращения назад, то количество заболевших будет уже равняться 61, то есть добавятся еще 20 заболевших. Приведенные данные содержатся в докладе Национальной академии наук США, а также Научного комитета по действию атомной радиации (UNSCEAR) Организации Объединенных Наций. Около половины из образовавшихся опухолей приведут к летальному исходу. 

Некоторые типы раковых заболеваний, включая рак легких, рак груди, а также рак ободочной и прямой кишки, вероятнее всего, могут появиться в результате воздействия радиации космических лучей, и они, как правило, носят более агрессивный характер. Кучинотта считает, что продолжительность жизни астронавта после того, как он в течение всей марсианской миссии подвергнется воздействию радиации, сократится в среднем в диапазоне от 15 до 24 лет.

Таким образом, озабоченность по поводу радиации является вполне обоснованной. Однако могут быть найдены определенные биологические способы для снижения вероятности возникновения ракового заболевания в течение длительного космического полета, отмечает онколог и специалист в области клеточной биологии Мэри Хелен Барселлос-Хофф (Mary Helen Barcellos-Hoff) из Нью-Йоркского университета, не принимавшая участия в недавно проведенном исследовании. Радиация не просто повреждает ДНК; она также изменяет тот способ, с помощью которого клетки отправляют друг другу сигналы. Опухолевые клетки, например, получают поддержку в результате ухудшения работы макрофагоцитов иммунной системы, которые занимаются поиском и уничтожением пораженных клеток. Если макрофагоциты не выполняют своей работы, то это может привести к увеличению опухоли, к ее распространению и образованию матастаз.   

Подобного рода изменение иммунной реакции похожи на то, что происходит при хронических воспалительных заболеваниях, которые производят оксиданты, нарушающие передачу сигналов между клетками. Не исключено, что использование астронавтами в течение всего полета антиоксидантов, а также нестероидных противовоспалительных лекарств типа аспирина смогут ограничить наиболее губительное воздействие ракового заболевания, отметила Барселлос-Хофф. Всегда будет существовать более высокая вероятность развития опухоли во время длительных космических экспедиций, «и полет на ракете к Марсу нельзя назвать безопасным видом активности», — добавила она.   

НАСА планирует годичное пребывание астронавтов на Международной космической станции, а также рассматривает идею о направлении человека на один из астероидов и обратно. В недавно опубликованном докладе Института медицины (Institute of Medicine) подчеркивалось, что НАСА должно заниматься разработкой этических рамок, относящихся к рискам заболевания астронавтов во время длительных космических полетов. 

Одной из главных проблем в нашем понимании рисков, связанных с раковыми заболеваниями, является высокая степень неопределенности. Представленные Кучиноттой данный основаны на исследованиях в земных условиях мышей, на которых оказывалось воздействие с помощью тяжелых ионов в ускорителе элементарных частиц. Эти мыши в результате оказываются более восприимчивыми к определенным видам опухолей, и иногда эти качества у них врожденные, а такого у большинства людей не встречается. 

Все эти факторы осложняли проводившиеся в последнее время оценки рисков образования раковых заболеваний у астронавтов. Самое главное сейчас заключается в том, чтобы собрать больше информации более высокого качества. В рамках НАСА было проведено не так много исследований в области биологии радиации. Некоторые из них проводились десятки лет назад. Однако наши знание относительно раковых заболеваний постоянно обновляются, и исследования десятилетней давности следует уже считать устарелыми.

Прежде чем люди отправятся к Красной планете, НАСА должно провести сфокусированное исследование в течение 10 лет всех потенциальных проблем, связанных со здоровьем человека, которые могут быть вызваны радиацией. Будем надеяться на то, что такая работа откроет новые пути для борьбы с наиболее опасными последствиями ее воздействия на человека.

«Когда мы лучше будет знать эту проблему, мы сможем найти и соответствующие решения, которые позволят снизить наши оценки рисков», — подчеркнул Кучинотта.