تأثيرات التعرض للإشعاع خلال الرحلات الفضائية على الجهاز العصبي المركزي
عودة للموسوعةيمكن حتى يضر السفر خارج الغلاف الجوي للأرض وخارج المجال المغناطيسي وحقل الجاذبية الأرضي بصحة الإنسان، ومن الضرورة بمكان فهم هذا الضرر من أجل نجاح رحلات الفضاء المأهولة وسلامتها. تعتبر التأثيرات المحتملة على الجهاز العصبي المركزي ذات أهمية خاصة، وستساعد برامج الأبحاث النموذجية الخلوية والحيوية في تحديد المخاطر التي قد يتعرض لها الجهاز العصبي المركزي بسبب الإشعاع الكوني في بعثات الفضاء لمسافات طويلة في المستقبل، وتعزيز تطوير تدابير وقائية لمنعها.
تعتبر المخاطر الفورية والمتأخرة المحتملة على الجهاز العصبي المركزي جرّاء التعرض للأشعة الكونية والبروتونات الشمسية مصدر قلق لخطط استكشاف البشر للنظام الشمسي. لا تشكل جرعات الأشعة المؤينة المنخفضة والمعتدلة التي تتراوح بين 0 - 2 غراي (1 غراي = 100 راد) مخاطر حقيقية على الجهاز العصبي المركزي عند البالغين، ومع ذلك، فإن المُكون الأيوني الثقيل للإشعاع الفضائي يمثل تحديات فيزيائية حيوية خاصة على الخلايا والأنسجة مقارنة بالتأثيرات التي تسببها أشكال الإشعاع الأرضية. بدأ الاهتمام بمخاطر الأشعة الكونية بعد فترة وجيزة من اكتشافها، خصوصًا مع ظاهرة الوميض الضوئي لشبكية العين التي أكدها رواد فضاء مشروع أبوللوبين أعوام (1970-1973)، إذ كانت هذه الأشعة قادرة على إحداث عمود من الخلايا التالفة على طول مسار اختراقها عبر الأنسجة، وهوالأمر الذي أثار القلق بشأن الآثار الخطيرة لهذه الأشعة على الجهاز العصبي المركزي. ظهرت مخاوف أخرى مع اكتشاف التفعيل العصبي الناتج عن النوى الثقيلة وتأثيراته المحتملة على الجهاز العصبي المركزي.
يُستخدم فهم الأوبئة كأساس لتقدير مخاطر الإصابة بالسرطان ومخاطر الإشعاع الحاد وحدوث الساد في عدسة العين، ولكن هذه الطريقة غير قابلة للتطبيق لتقدير مخاطر تأذي الجهاز العصبي المركزي من الأشعة الكونية. تُسبب الجرعات التي تزيد عن أكثر من غراي واحد تغيرات ضارة في الجهاز العصبي المركزي عند المصابين بالسرطان الذين يُعالجون بالأشعة مثل أشعة غاما والبروتونات. تساوي جرعات العلاج النموذجية 50 سنتيغراي، وهي أعلى بكثير من جرعات الأشعة التي يتعرض لها رواد الفضاء، وبالتالي فإننا نعتمد لتقييم مخاطر الإشعاع الكوني وتأثيراته الأربعة المحتملة (السرطان، والجهاز العصبي المركزي، وأمراض الشيخوخة، ومتلازمات الإشعاع الحادة) على التجارب المجراة على الحيوانات، خصوصًا عند دراسة التأثيرات المحتملة على الجهاز العصبي المركزي. ما زال فهم هذه التأثيرات والتخفيف من حدتها يحتاج برنامجًا بحثيًا واسع النطاق يعتمد على المعلومات الأساسية التي حصلنا عليها من النماذج الخلوية والحيوانية، وعلى تطوير أساليب استقراء المخاطر والفوائد المحتملة للتدابير المضادة التي يمكن استخدامها لحماية رواد الفضاء.
قدم الكثير من الدراسات التجريبية التي استخدمت حزمًا أيونيةَ ثقيلةَ تحاكي الإشعاع الكوني أدلةً مؤكدة على مخاطر هذا الإشعاع على الجهاز العصبي المركزي. إذا التعرض للنوى الثقيلة بجرعات منخفضة أقل من 50 سنتيغراي يحرض على العجز المعهدي العصبي، ويؤثر على القدرات الفكرية مثل التفهم والتغيرات السلوكية وردود العمل عند الفئران، في حين حتى التعرض لجرعات متساوية أوأعلى من أشعة غاما أوالأشعة السينية لا تسبب تأثيرات مماثلة. يعتمد مستوى الضرر الحاصل بعد التعرض للنوى الثقيلة على الخصائص الفيزيائية لهذه النوى وعمر الحيوان عند التعرض، وقد تبيّن حتى هناك عجزًا في الأداء المعهدي يحدث عند التعرض لجرعات أشعة كونية تشبه تلك التي من المتسقط التعرض لها في مهمة المريخ (أقل من نصف غراي). يتشابه العجز المعهدي العصبي الناتج عن هذه الأشعة مع ذلك الحاصل في الجهاز العصبي الدوباميني مع تقدم السن، ويبدوحتى الخلل الناتج عن الإشعاع الكوني فريد من نوعه. يؤدي التعرض للنوى الثقيلة لتعطيل التفعيل العصبي لدى الفئران بجرعات منخفضة أقل من 1 غراي، ما يُظهر انخفاضًا كبيرًا في عدد الخلايا العصبية الجديدة والخلايا الدبقية الداعمة في التلفيف المسنن في الدماغ، تنشأ كذلك أنواع من جذور الأكسجين الحرة في الخلايا العصبية السليفة بعد التعرض للنوى الثقيلة والبروتونات بجرعة منخفضة، ويمكن حتى يستمر ذلك لعدة أشهر. يمكن لمضادات الأكسدة والعوامل المضادة للالتهاب حتى تقلل من هذه الأذيات. تحدث أذية التهابية عصبية في الجهاز العصبي المركزي بعد التعرض للنوى الثقيلة والبروتونات، وبالإضافة إلى ذلك، تزيد التغيرات الجينية المرتبطة بالعمر حساسيةَ الجهاز العصبي المركزي للإشعاع.
مقدمة
تشكل النوى الثقيلة والبروتونات مصدر خطر على الجهاز العصبي المركزي. تتكون الأشعة الكونية من بروتونات وجسيمات ألفا ونوى ثقيلة، ويتراوح طيف الطاقة الخاص بها من بضع عشرات إلى أكثر منعشرة آلاف ميغافولت في الثانية، ومن المتسقط حتى تكون جرعة الأشعة الكونية التي يتعرض لها العضوفي الحيز الفضائي بين النجوم نحو0.2 غراي جميع سنة. تخترق النوى الثقيلة ذات الطاقة العالية مئات السنتيمترات من أي مادة، وبالتالي يظهر حتى الدروع المستخدمة للوقاية من النوى الثقيلة غير فعالة، أما بالنسبة للأشعة الكونية العادية التي تبلغ جرعتها نحوغراي واحد، فيبدوحتى المركبات الفضائية المحمية بدرع رقيق كافية للوقاية منها.
قدرت عدة دراسات مقدار انبعاث الجسيمات المشحونة التي تصيب دماغ رائد فضاء عدة مرات في الماضي، وقد حددت إحدى هذه الدراسات أنه خلال مهمة مدتها ثلاثة سنوات إلى المريخ عند الحد الأدنى من الطاقة الشمسية مع افتراض طيف الأشعة الكونية الموجود في عام 1972، فإن 20 مليونًا من أصل 43 مليون خلية عصبية موجودة في الحصين و230 ألفًا من أصل 1.3 مليون خلية في المهاد ستُضرب مباشرة بواحدة أوأكثر من الجزيئات المشحونة، مع الإشارة إلى حتى هذه الأرقام لا تضم ضربات الإلكترونات النشطة (أشعة دلتا) والتلف الخلوي المرتبط بها، إذ تزيد أشعة دلتا والأضرار الخلوية المرتبطة بها عدد الخلايا التالفة ضعفين إلى ثلاثة أضعاف مقارنة بتلك التي يسببها مسار الأشعة الأساسي وحده، وتكون المناطق التالفة بسببها غير متجانسة، وعلى جميع حال، فإن أهمية هذا الضرر الإضافي غير مفهومة جيدًا حتى الآن.
لم تُحدد حتى الآن الآثار الضارة المحتملة على الجهاز العصبي المركزي الناتجة عن تعرض رواد الفضاء للنوى الثقيلة الموجودة في الأشعة الكونية. يعزى ذلك إلى عدم وجود دراسات وبائية بشرية لتقدير هذه الأضرار، والعدد الصغير نسبيًا من الدراسات التجريبية التي أُجريت على الحيوانات. تُجمع نتائج الدراسات المخبرية الحيوانية والبيانات البشرية لتقدير مخاطر التسرطن الناتجة عن التعرض للأشعة الكونية منخفضة الطاقة، ولكن يظهر حتى هذا النهج غير مناسب للتنبؤ بأذيات الجهاز العصبي المركزي. تبرز هنا الحاجة لطرق جديدة لتقدير هذه المخاطر ووضع الآليات الوقائية المناسبة.
المراجع
- ^ Todd, P (1989). "Stochiastics of HZE-induced microlesions". Adv. Space Res. 9 (10): 31–34. Bibcode:1989AdSpR...9...31T. doi:10.1016/0273-1177(89)90420-1. PMID 11537310.
- ^ Tobias, CA (August 1952). "Radiation hazards in high altitude aviation". The Journal of Aviation Medicine. 23 (4): 345–72. PMID 12980897.
- ^ NCRP, NCRP Report No 153 (2006). . Bethesda, Md: NCRP. مؤرشف من الأصل فيعشرة يونيو2015.
- ^ NAS (1973). HZE-particles in manned space flight. Washington, DC: NAS.
- ^ NAS/NRC, Task Group on the Biological Effects of Space Radiation, Space Science Board (1996). . Washington, DC: National Academy Press. doi:10.17226/5540. ISBN . مؤرشف من الأصل في 14 يناير 2014.
- ^ Rubin, P; Casarett, GW (1968). Clinical radiation pathology, Vol. II. Philadelphia, Pa: WB Saunders. ISBN .
- ^ Cucinotta, FA; Wu, H; Shavers, MR; George, K (June 2003). "Radiation dosimetry and biophysical models of space radiation effects". Gravitational and Space Biology Bulletin : Publication of the American Society for Gravitational and Space Biology. 16 (2): 11–8. PMID 12959127.
- ^ Cucinotta, FA; Durante, M (May 2006). "Cancer risk from exposure to galactic cosmic rays: implications for space exploration by human beings". The Lancet Oncology. 7 (5): 431–5. doi:10.1016/S1470-2045(06)70695-7. PMID 16648048.
- ^ Kim, MH; Cucinotta, FA; Wilson, JW (June 2007). "A temporal forecast of radiation environments for future space exploration missions". Radiation and Environmental Biophysics. 46 (2): 95–100. doi:10.1007/s00411-006-0080-1. PMID 17165049.
- ^ Craven, PA; Rycroft, MJ (October 1994). "Fluxes of galactic iron nuclei and associated HZE secondaries, and resulting radiation doses, in the brain of an astronaut". Advances in Space Research. 14 (10): 873–8. Bibcode:1994AdSpR..14..873C. doi:10.1016/0273-1177(94)90552-5. PMID 11540033.
- ^ Curtis, SB; Letaw, JR; Silerberg, R (1989). "Galactic cosmic rays and cell-hit frequencies outside the magnetosphere". Advances in Space Research. 9 (10): 293–8. Bibcode:1989AdSpR...9..293C. doi:10.1016/0273-1177(89)90452-3. PMID 11537306.
- ^ Cucinotta, FA; Nikjoo, H; Goodhead, DT (July 1998). "The effects of delta rays on the number of particle-track traversals per cell in laboratory and space exposures". Radiation Research. 150 (1): 115–9. Bibcode:1998RadR..150..115C. doi:10.2307/3579651. JSTOR 3579651. PMID 9650608.
- ^ Curtis, SB; Vazquez, ME; Wilson, JW; Atwell, W; Kim, M; Capala, J (1998). "Cosmic ray hit frequencies in critical sites in the central nervous system". Advances in Space Research. 22 (2): 197–207. Bibcode:1998AdSpR..22..197C. doi:10.1016/S0273-1177(98)80011-2. PMID 11541397.
- ^ Curtis, SB; Vazquez, ME; Wilson, JW; Atwell, W; Kim, MH (2000). "Cosmic ray hits in the central nervous system at solar maximum". Advances in Space Research. 25 (10): 2035–40. Bibcode:2000AdSpR..25.2035C. doi:10.1016/s0273-1177(99)01015-7. hdl:2060/20040110269. PMID 11542854.
- ^ Cucinotta, FA; Nikjoo, H; Goodhead, DT (July 1999). "Applications of amorphous track models in radiation biology". Radiation and Environmental Biophysics. 38 (2): 81–92. doi:10.1007/s004110050142. PMID 10461753. مؤرشف من الأصل في 17 يناير 2020.
- ^ "Nuclear fragmentation and the number of particle tracks in tissue". Radiat. Protect. Dosim. 122 (104): 354–361. 2006. doi:10.1093/rpd/ncl465. PMID 17261538. مؤرشف من الأصل في 15 يناير 2020.
التصنيفات: تأثيرات الإشعاع الصحية, جهاز عصبي مركزي, طب الفضاء, مقالات يتيمة منذ يناير 2020, جميع المقالات اليتيمة, جميع المقالات التي بحاجة لصيانة, بوابة رحلات فضائية/مقالات متعلقة, جميع المقالات التي تستخدم شريط بوابات
