Amerikanische Wissenschaftler sind zu dem Schluss gekommen, dass klassische Modelle zur Beurteilung der Onkogenität galaktischer kosmischer Strahlen ihre stochastischen Wirkungen bei langen Expositionszeiten unterschätzen.
Bemannte Weltraummissionen stellen ein hohes Risiko für die Gesundheit der Besatzung dar. Somit kann die Schwerelosigkeit das Sehvermögen beeinträchtigen und kosmische Strahlen können Krebs hervorrufen. Mit der Entfernung von der erdnahen Umlaufbahn und dem Strahlungsgürtel beispielsweise im Rahmen der Kolonisierung des Mars steigt offenbar die Strahlungsenergie und damit die Wahrscheinlichkeit einer Strahlenkrankheit. Gleichzeitig sehen solche Programme keine kurzfristige Umsetzung vor: Eine Gruppe von Kosmonauten benötigt mehr als 900 Tage, um den Roten Planeten zu studieren. Daher suchen Wissenschaftler nach Möglichkeiten, um die Auswirkungen galaktischer kosmischer Strahlen auf den menschlichen Körper vorherzusagen.
Die Bewertung dieses Risikos ist mit einer Reihe von Einschränkungen verbunden. Erstens ist unklar, wie die Auswirkungen der Strahlung im Weltraum mit der Zusammensetzung der Strahlung zusammenhängen. Insbesondere die Wirkung auf lebende Organismen und den linearen Transfer von Schwerionen niedriger Energie, aber hoher Intensität - Heliumpartikel, Protonen und Delta-Elektronen - bleibt unzureichend untersucht. Zweitens sollen die vorhandenen Modelle, einschließlich der NASA, die direkten Auswirkungen der Strahlung aufzeigen. Sie ermöglichen die Vorhersage eines deterministischen Ergebnisses, das mit einer bestimmten Dosisschwelle verbunden ist. Stochastische Effekte sind weniger aussagekräftig, obwohl sie auch nach einigen Jahren noch auftreten können.
In der neuen Arbeit haben Spezialisten der Universität von Nevada das erste Strukturmodell der Spuren galaktischer kosmischer Strahlungsteilchen und ihrer stochastischen Wirkungen im Rahmen der Ausbreitung von Krebszellen erstellt. Die Berechnungen basierten auf den Daten von Experimenten zur Modellierung an weiblichen Mäusen von Typ B6CF1-Tumoren der Gardera-Drüse, die von 1985 bis 2016 durchgeführt wurden. Der Aufbau dieser Experimente entspricht den angenommenen Bedingungen der kosmischen Strahlung: Die Tiere wurden gleichzeitig mit mehreren (mehr als vier) Partikeltypen in niedrigen Dosen (bis zu 0,2 Erwärmung) bestrahlt. Um die Spuren und das Wachstum von geschädigtem Gewebe bei niedrigen Dosen vorherzusagen, extrapolierten die Autoren ein NASA-Modell.
Die vorhergesagte Anzahl von Zellen, die gegenüber deterministischen (TE) und stochastischen (NTE) Effekten kosmischer Strahlung empfindlich sind, hängt von der Ladungszahl der Partikel pro Jahr ab (in einer Tiefe von fünf Zentimetern von der Körperoberfläche und hinter der Aluminiumoberfläche). Rote Dreiecke entsprechen der Anzahl der Zellen, die möglicherweise Delta-Strahlen mit einer Dosis von weniger als 0,1 Milligray ausgesetzt sind / © Francis A. Cucinotta et al., Scientific Reports, 2017
Unter Verwendung der Risikofunktion berechneten sie die Dynamik der Pathologie unter Berücksichtigung der Art und des Einflusses (der Übertragung) von Strahlung, Teilchenladung und kinetischer Energie pro Körpergewicht. Während der Exposition wurde ein Jahr mit einer absorbierten Dosis von bis zu 0,2 g eingenommen. Die Analyse zeigte, dass stochastische Effekte das Tumorwachstum bei niedrigen Strahlendosen (weniger als 0,1 Grau) viel besser vorhersagen. Das Modell stimmt mit Experimenten überein: Wenn mehr als ein Schwerion wie Eisen-56 auf den Kern einer gesunden Zelle einwirkt, wird das Fortschreiten der Krankheit stark beschleunigt. Darüber hinaus erhalten Zellen, die nach Berechnungen nicht der Primärstrahlung unterzogen wurden, geringe Dosen Sekundärstrahlung (Delta-Elektronen).
Trotz niedriger Dosen von bis zu 10 Milligray hat Sekundärstrahlung eine signifikant größere Wirkung auf benachbarte Zellen als angenommen, sagen Wissenschaftler. Demnach deuten stochastische Effekte bei langer Exposition gegenüber niedrigen Dosen kosmischer Strahlung im Allgemeinen auf eine zweifache oder stärkere Erhöhung des Krebsrisikos im Vergleich zu bekannten Werten hin. Im Interesse künftiger bemannter Missionen erfordern die Bewertungsmodelle weitere Untersuchungen.
Der Artikel wurde in Scientific Reports veröffentlicht.
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Denis Strigun
