Какие риски для здоровья таит полет на Марс?
Спустя год после имитации радиационного воздействия, эквивалентного трехлетней миссии на Марс, рубцовая ткань на сердце появилась у 83% лабораторных крыс. Если пересчитать на человеческий возраст, это примерно четверть века. Ученые из Медицинского колледжа Висконсина воспроизвели на Земле условия глубокого космоса и пришли к тревожным выводам: последствия облучения могут проявляться не сразу, но часто становятся необратимыми. Результаты опубликованы в журнале PLOS ONE.
Как ученые имитируют глубокий космос на Земле
Человечество пока не построило обитаемую станцию за пределами земной магнитосферы. Поэтому исследователям приходится искать обходные пути. В новом эксперименте использовали крыс среднего возраста — по аналогии с типичным возрастом карьерных астронавтов. Чтобы имитировать невесомость, применяли протокол разгрузки задних конечностей (HLU): задние лапы животных подвешивали под углом 30 градусов, из-за чего жидкость в теле смещалась к голове, а вес нижней части корпуса переставал давить на кости и мышцы.
Радиационный фон дальнего космоса воссоздали на ускорителе NASA Space Radiation Laboratory в Брукхейвене. Установка simGCRsim обстреливала цель протонами и тяжелыми ионами — кремнием и железом, — способными проникать сквозь обшивку корабля. Этапы эксперимента выглядели так:
- пять дней предварительной разгрузки задних конечностей;
- кратковременное облучение протонами и тяжелыми ионами в симуляторе;
- еще 25 дней подвешенного состояния для имитации микрогравитации;
- последующее наблюдение за животными в течение примерно года.
Сначала крыс «разгружали» пять дней, затем облучали всего несколько минут, но с крайне высокой мощностью, эквивалентной месяцам в открытом космосе. После этого животных оставляли в подвешенном состоянии еще на 25 дней, а потом следили за ними до конца жизни — примерно один год, что для крысы сопоставимо с четвертью века у человека.
Рубцы на сердце появляются не сразу
Главной точкой отсчета для авторов стало сердце. При дозе 1,5 грея у крыс развился периваскулярный фиброз — соединительная ткань, оборачивающаяся вокруг коронарных сосудов. К 270 дню после облучения площадь рубцов удвоилась, и сосуды оказались сжаты до такой степени, что риск инфаркта заметно вырос. Примечательно, что имитация невесомости сама по себе на этот процесс почти не влияла: изменения вызывало именно ионизирующее излучение.
Когда дозу снизили до уровня, который астронавты получили бы за три года вдали от Земли, фиброз не был заметен сразу. Однако спустя год он развился у 83% крыс.
Это означает, что у людей последствия способны проявиться спустя десятилетия после возвращения — и тогда даже современная медицина может оказаться бессильной.
Иммунитет не восстанавливается после радиации
Второй тревожный результат касается иммунной системы. Месяцы после облучения в селезенке крыс сохранялся острый дефицит естественных киллеров (NK-клеток) — их число падало на две трети. Эти клетки первыми атакуют вирусы и злокачественные опухоли, поэтому их нехватка делает организм беззащитным перед инфекциями и раком.
Интересно, что отдельно взятая невесомость не вызывала стойкого эффекта: уровень NK-клеток постепенно восстанавливался. Но в сочетании с радиацией восстановление было подавлено. Похоже, космические лучи нарушают способность костного мозга отвечать на физиологический стресс и производить новые иммунные клетки.
Мутации, связанные с раком и болезнями сердца
Еще более мрачные данные получены при секвенировании геномов лейкоцитов. Через 235 дней после облучения исследователи обнаружили устойчивые мутации в генах, ассоциированных с клональным кроветворением неопределенного потенциала (CHIP). В земных условиях такое состояние встречается у пожилых людей, когда одна мутировавшая клетка крови начинает бесконтрольно размножаться, вытесняя здоровые.
CHIP повышает риск лейкемии, а также в четыре раза увеличивает вероятность инфаркта и инсульта. Мутировавшие клетки вызывают хроническое воспаление в стенках артерий, и сердечно-сосудистая система изнашивается быстрее. Радиация будто бы перемотала биологические часы вперед: возрастные изменения запустились у крыс всего за несколько месяцев.
Главные ограничения экспериментальной модели
Авторы честно перечисляют слабые места своей работы. Главное — облучение было одномоментным, а не растянутым по времени, как это случилось бы в реальном полете. Пока неясно, смогут ли системы репарации ДНК справляться с постепенным накоплением повреждений, или же последствия всё равно суммируются.
Кроме того, выборка состояла только из самцов крыс. Гормональные различия могут существенно менять реакцию организма на стресс и радиацию, поэтому женская половина будущих экипажей, возможно, встретит те же риски иначе. Эти ограничения не отменяют основных выводов, но заставляют с осторожностью переносить результаты на человека.
Никакого счастливого финала в этой истории пока нет. Вместо заключения — вопрос, который авторы оставляют открытым: смогут ли будущие технологии защиты от космической радиации изменить эти цифры, или первым марсианам придется принять неизбежность генетических и сердечных поломок? Ответ, скорее всего, определит, насколько реалистичными окажутся планы по освоению дальнего космоса.
