Amerikaanse wetenschappers zijn tot de conclusie gekomen dat klassieke modellen voor het beoordelen van de oncogeniciteit van galactische kosmische straling hun stochastische effecten bij lange blootstellingstijden onderschatten.
Bemande ruimtemissies vormen een hoog risico voor de gezondheid van de bemanning. Microzwaartekracht kan dus het gezichtsvermogen aantasten en kosmische straling kan kanker veroorzaken. Met afstand tot de lage baan om de aarde en de stralingsgordel, bijvoorbeeld als onderdeel van de kolonisatie van Mars, zal de stralingsenergie en als gevolg daarvan de kans op stralingsziekte blijkbaar toenemen. Bovendien voorzien dergelijke programma's niet in implementatie op korte termijn: een groep kosmonauten heeft meer dan 900 dagen nodig om de Rode Planeet te bestuderen. Daarom zoeken wetenschappers naar mogelijkheden om de effecten te voorspellen die galactische kosmische straling op het menselijk lichaam kan hebben.
De beoordeling van een dergelijk risico gaat gepaard met een aantal beperkingen. Ten eerste is het onduidelijk hoe de effecten van straling in de ruimte verband houden met de samenstelling van de straling. Met name het effect op levende organismen en de lineaire overdracht van zware ionen met lage energieën, maar hoge intensiteit - heliumdeeltjes, protonen en delta-elektronen - blijft onvoldoende bestudeerd. Ten tweede zijn de bestaande modellen, waaronder NASA, ontworpen om de directe effecten van straling zichtbaar te maken. Ze maken het mogelijk een deterministisch resultaat te voorspellen dat is gekoppeld aan een specifieke dosisdrempel. Stochastische effecten zijn minder beschrijvend, hoewel ze zelfs na enkele jaren kunnen optreden.
In het nieuwe werk hebben specialisten van de Universiteit van Nevada het eerste structurele model gebouwd van de sporen van galactische kosmische stralingsdeeltjes en hun stochastische effecten in het kader van de verspreiding van kankercellen. De berekeningen zijn gebaseerd op de gegevens van experimenten met modellering bij vrouwtjesmuizen van type B6CF1-tumoren van de Gardera-klier, die zijn uitgevoerd van 1985 tot 2016. De opzet van deze experimenten komt overeen met de veronderstelde omstandigheden van kosmische straling: de dieren werden gelijktijdig bestraald met verschillende (meer dan vier) soorten deeltjes bij lage (tot 0,2 opwarm) doses. Om de sporen en groei van beschadigd weefsel bij lage doses te voorspellen, hebben de auteurs een NASA-model geëxtrapoleerd.
Het voorspelde aantal cellen dat gevoelig is voor deterministische (TE) en stochastische (NTE) effecten van kosmische straling, is afhankelijk van het ladingsaantal deeltjes per jaar (op een diepte van vijf centimeter vanaf het lichaamsoppervlak en achter het aluminiumoppervlak). Rode driehoeken komen overeen met het aantal cellen dat mogelijk wordt blootgesteld aan deltastralen met een dosis van minder dan 0,1 milligray / © Francis A. Cucinotta et al., Scientific Reports, 2017
Met behulp van de risicofunctie berekenden ze de dynamiek van pathologie, rekening houdend met het type en de fluentie (overdracht) van straling, deeltjeslading en kinetische energie per lichaamsgewicht. Tijdens de blootstelling werd een jaar ingenomen met een geabsorbeerde dosis tot 0,2 g. De analyse toonde aan dat stochastische effecten tumorgroei veel beter voorspellen bij lage stralingsdoses (minder dan 0,1 grijs). Het model is consistent met experimenten: wanneer meer dan één zwaar ion, zoals ijzer-56, inwerkt op de kern van een gezonde cel, versnelt de progressie van de ziekte dramatisch. Bovendien ontvangen cellen die de primaire niet hebben ondergaan, volgens berekeningen, kleine doses secundaire (delta-elektronen) straling.
Ondanks lage doses, tot 10 milligray, heeft secundaire straling een significant groter effect op naburige cellen dan werd gedacht, zeggen wetenschappers. Volgens hen suggereren stochastische effecten bij langdurige blootstelling aan lage doses kosmische straling in het algemeen een tweevoudige of meer toename van het kankerrisico in vergelijking met bekende waarden. In het belang van toekomstige bemande missies behoeven de beoordelingsmodellen nader onderzoek.
Het artikel is gepubliceerd in Scientific Reports.
Promotie video:
Denis Strigun
