Galaktiska kosmiska strålar - Bara några av utmaningarna från Mars-uppdraget
Kommer Mars Mission-astronauterna att utveckla leukemi från sin resa till Röda Planet? Det kan låta som en konstig fråga, men NASA-finansierade studier tittar på alla slags saker som förberedelser för vad som kan vara ett annat jättesteg för mänskligheten - en bemannad resa till Mars. Resan med människans besättning kan börja så snart som 2030-talet. Det finns olika faser av det här viktiga projektet, och planeringen och forskningen har redan börjat.
Du kan se alla planerna, inklusive de tre olika faserna för prospektering, på NASAs webbplats "Journey to Mars Overview".
Det bemannade uppdraget till Mars kommer med många faror, några kända och några kanske okända. En av bekymmerna för framtida resenärer är effekten av djupgående strålning på människors hälsa. I en ny NASA-finansierad studie har forskare funnit att djup rymdstrålning kan öka risken för leukemi hos astronauter, som orsakas av förändringar av vitala stamceller i benmärgen som ger upphov till alla nya blodkroppar i kroppen.
Strålning från röntgenbilder och CT-skanningar
Strålningsexponering medför möjligheten att göra skada . Det finns joniserande strålning och icke-joniserande strålning.
Medan icke-joniserande strålning, som de UV-strålarna från solen, kan vara skadlig, kan du vanligtvis skydda dig själv från denna typ av strålning ganska enkelt. Joniserande strålning är svårare att undvika. Joniserande strålning kan röra sig genom ämnen och ändra laddningen av atomerna i det omgivande materialet.
Partiklarna i samband med joniserande strålning i rymden kommer från infångade strålningsbandpartiklar (Van Allen Belts), kosmiska strålar och solflänspartiklar.
Vid strålning som används för att behandla cancer vägs fördelarna med terapeutisk joniserande strålning (dödande av cancercellerna) mot riskerna vid sådan exponering, såsom korta och långsiktiga komplikationer, inklusive framväxten av nya malignitetsår senare.
På samma sätt är exponeringen för strålning i röntgenbilder och CT-skanningar inte tagen lätt eftersom kumulativa och onödiga exponeringar för medicinsk och diagnostisk strålning också kan öka risken för malignitet hos en persons livslängd.
Strålning från galaktiska kosmiska strålar
Strålning är i princip resande energi, och galaktiska kosmiska strålar (GCR) är en form av strålning som är av stort intresse när det gäller rymdresor. GCRs kommer oftast från vårt solsystem, men vanligtvis från vår Milky Way galax. GCR är i huvudsak tunga, högenergiska joner av element som har tagit bort alla sina elektroner medan de traverserade galaxen med nästan ljusets hastighet.
Strålningen i djupt utrymme skiljer sig från vad vi upplever på jordens yta - eller till och med i jordens jordbana - eftersom det finns mycket mer "trafik" av galaktiska kosmiska strålar med hög energi där ute, utöver strålning från solhändelser och från strålningsbanden som ligger närmare hemmet. Jorden har strålningsband som heter Van Allen-bälten som sträcker sig ungefär 1000 till 60 000 kilometer över ytan.
Jordens magnetfält avböjer strålningen och skyddar jordens atmosfär från förstörelse, men ett Mars-uppdrag kräver djup rymdresor.
Mars har dessutom förlorat det magnetiska fältet för milliarder av år sedan, så för människor som så småningom sätter fot på Röda planeten kommer det inte att finnas något sådant skydd som väntar på dem. NASA är väl medveten om dessa faror och arbetar med möjliga lösningar. NASA-forskare har till och med ökat utsikterna att skapa ett artificiellt magnetfält runt Mars för att skydda framtida uppdrag.
Vad kan galaktiska kosmiska strålar göra för människor?
Effekterna av strålning på människor i rymden undersöks på ett antal olika sätt, och det är inte bara leukemi och malignitet som forskare är oroliga över. NASA genomför också studier som ser på rymdvandrande astronauter, hur sådana exponeringar kan påverka kognition och beteende, och hur gener svarar på strålning - och specifikt vilka gener som slås på och vilka gener som är avstängda av sådana exponeringar.
Livet på Mars kan ge ökad risk för leukemi, enligt uppgifter som samlats in av ett forskargrupp från Wake Forest Baptist Medical Center. Gruppen undersökte de potentiella effekterna av djup rymd strålning specifikt på humana hematopoetiska stamceller (HSCs). HSC är faktiskt de samma stamceller som du kanske har hört om som används som cancerbehandling i vissa fall.
När en patient har höga doser av kemoterapi planerad att döda cancercellerna, kan kemoen också ta sin vägtull på stamceller. På grund av detta kan benmärgstransplantationer eller transplantationer av hematopoetisk stamceller utföras för att öka patientens förmåga att få en frisk start med friska, nya blodbildande celler. Dessa är de samma blodbildande cellerna i din benmärg som producerar alla dina nya blodkroppar som de gamla sliter ut. De mogna cellerna i blodet inkluderar de röda blodkropparna som transporterar syre från dina lungor till resten av kroppen, men också vita celler som hjälper till att bekämpa infektion och malignitet.
Teamet i Wake Forest tog dessa blodbildande HSC från friska givare mellan 30 och 55 år och exponerade dem för simulerad strålning och GCRs som de strålar som förväntas bombardera astronauter under ett Mars-uppdrag. De analyserade cellerna i laboratoriet efteråt och fann att strålningen påverkade cellerna på stamcellsnivån och orsakade mutationer i gener som påverkade deras förmåga att utvecklas till mogna blodkroppar. Strålningsexponeringen minskade stamcellernas förmåga att producera nästan alla typer av blodkroppar, och deras kapacitet att göra nya celler reducerades ofta med så mycket som 60 till 80 procent, enligt Christopher Porada, en senior forskare på projektet.
Vad en sådan reduktion av blodceller kan innebära för astronauter är något som många patienter med blodcancer redan vet om. Nedgången i röda blodkroppar kan orsaka anemi , med symtom som trötthet, svaghet, andfåddhet och dålig övningstolerans. Minskningen av vita blodkroppar kan minska kroppens immunförsvar, öka mottagligheten för infektion. Och minskningen av blodplättar kan göra en person mer benägen att koagulera och blöda problem, med onormal blåmärken eller blödning.
Använda möss för att ta reda på lite mer
Ofta i medicinsk forskning kan resultat som verkar vara sanna i laboratoriet inte reproduceras eller verifieras när det är viktigt, i ett verkligt levande andningsväsen - eller en mus som ska börja med. För att försöka få insikt i hur strålningsexponeringen skulle kunna se ut i ett levande varelse transplanterade teamet hos Wake Forest de GCR-bestrålade HSCs i möss.
Mössen fortsatte att utveckla T-cells akut lymfoblastisk leukemi . Laget beskrev detta som den första demonstrationen att djup rymd strålning kan öka leukemi risken hos människor.
T-cells akuta lymfoblastiska leukemier (T-ALL) är aggressiva blodcancer som härrör från de maligna förändringarna i cellerna som ger upphov till T-celler eller de vita blodkropparna som kallas T-lymfocyter. T-ALL står för 10 procent till 15 procent av barndomen ALL och 25 procent av vuxen ALL. Patienter med T-ALL har ofta benmärg som har blivit förpackade med omogna T-celllymfoblaster, liksom höga vita blodkroppar, tumörer i bröstområdet och frekvent inblandning av centrala nervsystemet vid diagnosdatan. Cure priser över 75 procent hos barn och cirka 50 procent hos vuxna har sett med denna sjukdom.
Bottom Line From Mouse Study
Undersökarnas resultat ledde till att de kunde dra slutsatsen att två olika effekter av strålning kan ha varit i arbetet vid framväxten av leukemi. Först fann de genetiska skador på HSC kan direkt leda till utvecklingen av leukemi. För det andra försämrade strålningen också HSCs förmåga att skapa nya T- och B-celler, vilka båda är vita blodkroppar som kan vara involverade i att bekämpa utländska infallare som bakterier, men även tumörceller. Så, inte bara har du de genetiska förändringarna i stamcellerna som kan leda till leukemi, men du har också ett nedsatt immunförsvar med avseende på dess förmåga att eliminera maligna celler som uppstår från strålningsinducerade mutationer.
> Källor
> Dachev T, Horneck G, Häder DP, et al. Tidsprofil för kosmisk strålningsexponering under EXPOSE-E-uppdraget: R3DE-instrumentet. Astrobiologi . 2012; 12 (5): 403-411.
> Van Vlierberghe P, Ferrando A. Den molekylära grunden för T-cells akut lymfoblastisk leukemi. J Clin Invest . 2012; 122 (10): 3398-3406.