Ruimte kan een gevaarlijke plek zijn voor kwetsbare mensen. Degenen die bereid zijn zich in de baan van de Aarde te wagen, moeten gezondheidsrisico's onderhandelen, zoals extreme temperaturen, krappe vertrekken, lange perioden van isolatie en de slopende fysiologische effecten van leven zonder zwaartekracht. Astronauten hopen dat ze naar een asteroïde of Mars reizen.
gerelateerde inhoud
- Wat gebeurt er met het menselijk lichaam in de ruimte?
- Waar zijn alle aliens? Beschutting zoeken tegen de straling van het universum
- Hersenenimplantaten kunnen beschadigde herinneringen weer shockeren
- Een asteroïde kei zal een springplank zijn op de reis naar Mars
Een van de grootste bedreigingen van verre reizen is langdurige blootstelling aan niet-aflatende kosmische straling, die het DNA kan beschadigen en de kansen van een ruimtereiziger op het ontwikkelen van ziekten zoals kanker tijdens zijn leven kan vergroten. Nu suggereert onderzoek bij muizen dat de eerste mensen die een Mars-missie proberen een directer probleem zullen hebben: hersenschade. Kosmische stralen die de hersenen bombarderen, kunnen leiden tot cognitieve en geheugenstoornissen die zich binnen enkele maanden zullen manifesteren.
Galactische kosmische straling is gemaakt van hoog-energetische deeltjes die afkomstig zijn van supernova-explosies uit het verleden die door ons zonnestelsel komen. NASA heeft talloze studies gesponsord die de effecten op korte en lange termijn van ruimtestraling op elk systeem in het lichaam onderzoeken, waaruit bleek dat deze stralen een verwoestend effect kunnen hebben op biologisch weefsel gedurende het leven.
Eerdere studies suggereerden dat blootstelling aan straling ook cognitieve stoornissen zou kunnen veroorzaken, waaronder eerder optreden van Alzheimer-achtige dementie. Nu hebben Charles Limoli, professor stralingsoncologie aan de Irvine School of Medicine van de Universiteit van Californië, en zijn team aangetoond dat zelfs relatief lage doses kosmische straling een specifieke reeks neurale afwijkingen kunnen veroorzaken die zich kunnen manifesteren tijdens een rondreismissie naar Mars, die naar verwachting twee tot drie jaar zal duren.
"Dit is naar mijn mening de eerste studie die echt veel losse eindjes met elkaar verbindt en een mechanisme biedt voor wat er aan de hand is om cognitieve disfunctie te veroorzaken", zegt Limoli, wiens team de resultaten vandaag rapporteert in Science Advances .
Om de 'geestdodende' effecten van straling te bestuderen, onderzochten de onderzoekers verschillende groepen van zes maanden oude muizen - de geschatte gemiddelde leeftijd van astronauten in muisjaren. Het team vernietigde de muizen met lage of hoge doses energetisch geladen deeltjes vergelijkbaar met die gevonden in galactische kosmische straling. Deze deeltjes verplaatsen elektronen in levend weefsel die vervolgens reacties van vrije radicalen veroorzaken, die veranderingen in de cellen en weefsels van het lichaam veroorzaken. Hoewel reacties van vrije radicalen binnen milliseconden optreden, ontstaan de cellulaire afwijkingen die ze veroorzaken, maanden of zelfs jaren, dus wachtten de onderzoekers zes weken voordat ze de bestraalde muizen testten om het cellulaire onheil te laten ontvouwen.
De resultaten toonden aan dat bestraalde muizen aanzienlijk waren aangetast in hun vermogen om nieuwe objecten in hun omgeving te verkennen, een taak die is gebaseerd op een gezond leer- en geheugensysteem. “De dieren die werden blootgesteld, verloren hun nieuwsgierigheid. Ze verloren hun neiging om nieuwheid te verkennen ”, zegt Limoli.
In het bijzonder ontdekte het team door straling veroorzaakte structurele veranderingen in de mediale prefrontale cortex, een hersengebied dat verantwoordelijk is voor processen van hogere orde waarvan bekend is dat ze tijdens geheugentaken worden betrokken. Neuronen in deze beschadigde gebieden vertoonden een afname van de complexiteit en dichtheid van structuren die dendrieten worden genoemd, die fungeren als antennes voor inkomende cellulaire berichten en essentieel zijn voor een efficiënte informatie-uitwisseling in de hersenen. Het onderzoeksteam ontdekte ook veranderingen in PSD-95, een eiwit dat belangrijk is voor neurotransmissie en ook wordt geassocieerd met leren en geheugen.
De cellulaire veranderingen in de dendrieten waren direct gerelateerd aan cognitieve prestaties - de muizen met de grootste structurele veranderingen hadden de slechtste prestatieresultaten. En hoewel deze tekortkomingen tijd nodig hadden om zich te manifesteren, lijken ze permanent te zijn.
Limoli merkt op dat, terwijl het werk werd gedaan bij muizen, de schade die in hun studie werd gezien, veel lijkt op defecten in menselijke hersenen die lijden aan neurodegeneratieve aandoeningen zoals dementie. "Omdat dit soort veranderingen ook zijn gevonden in een reeks neurodegeneratieve aandoeningen en zich voordoen tijdens het ouder worden, biedt het een logische achtergrond voor wat straling doet met de hersenen van zowel knaagdieren als mensen", zegt Limoli.
Het is waarschijnlijk dat niemand dit soort defecten heeft gezien in de astronauten van vandaag, omdat mensen die werken in het internationale ruimtestation "worden beschermd door de magnetosfeer van de aarde, die alles afbuigt dat een lading heeft", zegt Limoli. En terwijl de astronauten die naar de maan reisden niet werden beschermd door de magnetische omhelzing van de aarde, zouden hun relatief korte reizen beperkte blootstellingsniveaus hebben tot een fractie van degenen die zouden worden ervaren tijdens een missie naar Mars.
Hoewel de resultaten van dit experiment opvallend waren, benadrukken andere experts dat er nog steeds onvoldoende gegevens zijn om definitieve conclusies te trekken over de effecten van straling van mensen. "Veel van de informatie die we hebben is geëxtrapoleerd uit onderzoeken naar catastrofale gebeurtenissen in de Tweede Wereldoorlog", zegt Nathan Schwadron, universitair hoofddocent ruimtelijke plasmafysica aan de Universiteit van New Hampshire. "We hebben gewoon niet veel kennis over wat er gebeurt met biologische systemen bij langdurige blootstelling aan hoge stralingsniveaus. Ik denk dat hier een potentieel risico is, maar we begrijpen het gewoon nog niet. ”
Dus wat moet er gedaan worden? NASA onderzoekt momenteel geavanceerdere afschermtechnologieën die astronauten beter kunnen beschermen bij langdurige missies in de verre ruimte. Ingenieurs kunnen ook de afschermingsmogelijkheden in bepaalde delen van het schip wijzigen, zoals waar astronauten slapen, of mensen met gespecialiseerde helmen uitrusten voor ruimtewandelingen, zegt Limoli.
Schwadron, wiens onderzoek voornamelijk gericht is op de ontwikkeling van geavanceerde afscherming, zegt dat de energie van galactische kosmische straling zo hoog is dat deze op mogelijk problematische manieren met de afschermingsmaterialen interageert. “Wat er gebeurt, is dat hoogenergetische straling het schild raakt en vervolgens een bad van secundaire deeltjes produceert. Neutronen zijn hier waarschijnlijk het primaire voorbeeld van. ”Deze energierijke deeltjes kunnen vervolgens een wisselwerking aangaan met het lichaam, wat reacties van vrije radicalen en daaropvolgende weefselschade veroorzaakt.
In de toekomst zijn Limoli en zijn team van plan experimenten te ontwerpen die de blootstelling van de mens aan galactische kosmische straling nauwkeuriger simuleren en alternatieve onderliggende mechanismen en celtypen onderzoeken die kunnen bijdragen aan de proliferatie van cognitieve tekorten. Hij onderzoekt ook farmacologische interventies die hersenweefsel tegen deze straling kunnen beschermen.
"We hebben een aantal veelbelovende verbindingen die waarschijnlijk behoorlijk wat zullen helpen", zegt Limoli. "Dit is geen dealbreaker - het is iets dat we moeten begrijpen en waar we ons bewust van moeten zijn, zodat we niet overrompeld worden."
