На Совете РАН по космосу

С новой концепцией риска

5 декабря в конференц-зале Президиума Российской академии наук состоялось заседание Совета РАН по космосу, на котором с докладом "Радиационный риск при пилотируемых полетах в дальний космос" выступил член-корреспондент РАН директор ЛРБ ОИЯИ Е.А.Красавин.

ОТКРЫЛ ЗАСЕДАНИЕ председатель совета президент РАН академик А.М.Сергеев: "Прежде всего, надо вспомнить о неприятном событии - неудачном запуске спутника "Метеор" с космодрома "Восточный". Это большие финансовые потери, невозможность выполнить программу, репутационные потери. Мы должны выразить сочувствие коллегам и пожелать всем, чтобы больше таких событий не случалось".

Свое выступление Евгений Александрович начал с истории. Первые исследования по радиационной биологии для подготовки космических полетов в Дубне начали проводиться с конца 1950-х на синхроциклотроне. Почему был выбран именно этот ускоритель? После запуска первого спутника и других космических аппаратов в космосе был обнаружен широчайший спектр ионизирующих излучений, где протоны с энергией несколько сотен МэВ представлены в первую очередь. С.П.Королев при планировании первых полетов человека в космос поручил исследовать поражающее действие протонов на живые организмы, а синхроциклотрон в Дубне позволял получать пучки протонов именно таких энергий. Масштабные эксперименты на пучках протонов с энергией 660 МэВ проводились специалистами Института медико-биологических проблем, военных учреждений на различных биологических объектах. Была установлена эффективность протонов высоких энергий, позволяющая составить некоторое представление об опасности для космонавтов. Кроме протонов высокую опасность представляет галактическое космическое излучение, в состав которого входят ядра гелия и тяжелые ядра (наиболее широко представлены ядра группы углерода и железа).

ПОЗДНЕЕ РАДИОБИОЛОГИ стали проводить эксперименты с более тяжелыми ядрами на синхрофазотроне, а позже на нуклотроне, который позволяет ускорять ядра до космических энергий - 10 ГэВ на нуклон, что дает возможность в полной мере моделировать воздействие галактических заряженных частиц на биологические объекты. В реальном космосе интегральный поток тяжелых ядер составляет примерно 10⁵ частиц/см² в год. Неблагоприятные последствия такого действия весьма широки: возникновение рака, образование генных и структурных мутаций, поражение зрительных функций, нарушение функций центральной нервной системы (ЦНС). Например, под воздействием ионов аргона через 40-50 недель длительного пилотируемого полета у космонавтов возникнет катаракта, а ситуация с ЦНС еще тяжелее: по расчетам, проведенным в NASA, в ходе полета на Марс 2-3 процента нейронов будут пересекаться ионом железа, а каждое ядро нейрона будет пересекаться по крайней мере одним протоном в течение суток. Тесты, проведенные на мелких лабораторных животных, показали, что это приводит к утрате пространственной ориентации, нарушению когнитивных функций, оперативной памяти. Необходимо проведение экспериментов на приматах, что позволило бы экстраполировать эти нарушения на организм человека. Первые эксперименты по облучению приматов протонами с энергией 170 МэВ и ядрами углерода с энергией 500 МэВ/нуклон уже проведены в коллаборации со специалистами, руководимыми академиком Б.А.Лапиным. В головном мозге имеется важная структура - гиппокамп, в котором постоянно идет нейрогенез - образование новых нейронов, участвующих в формировании оперативной и долговременной памяти. А в окончаниях нейронов, дендритах, имеются рецепторы, участвующие в регуляции ионных токов, реализующих межнейронное взаимодействие. Причем, известно, что именно делящиеся клетки очень чувствительны к радиации.

СЕЙЧАС, продолжил Е.А.Красавин, мы оперируем принятой во всех странах концепцией риска при пилотируемых полетах в дальний космос, основывающейся на обобщенном дозиметрическом функционале, который учитывает непосредственные и отдаленные эффекты облучения. Вместе с тем, при анализе радиобиологических эффектов космических видов излучений следует иметь в виду наличие в составе галактических космических лучей тяжелых заряженных частиц, обладающих высокой биологической эффективностью. Характер передачи энергии тяжелыми ионами при прохождении через ткани ("эффект пули") обусловливает совершенно иной тип радиационного воздействия галактических космических лучей на организм в условиях полета в дальнем космосе. Это обстоятельство может определять развитие радиационных синдромов, принципиально отличных от наблюдаемых при действии редко ионизирующих космических излучений (например, протонов высоких энергий), что необходимо учитывать при оценке радиационного риска для космонавтов в условиях полета вне магнитосферы Земли.

С учетом этого необходимо иметь в виду возможное формирование нарушений со стороны ЦНС космонавтов, которые могут вызвать нарушения операторской деятельности экипажа уже во время полета. Такой вывод подтверждается в экспериментах по облучению лабораторных животных высокоэнергетичными ионами железа в дозах, соответствующих реальным потокам галактических ядер железа при полете к Марсу. Свидетельства о развитии радиационных синдромов при действии тяжелых заряженных частиц на структуры головного мозга, приводящих к нарушениям его интегративной целостности, дают основания рассматривать ЦНС как "критическую" систему при оценке риска радиационного воздействия на организм космонавтов при осуществлении межпланетных полетов.

С УЧЕТОМ ЭТОГО, для оценки радиационного риска при пилотируемых межпланетных полетах нами была предложена концепция "вероятности успешного выполнения миссии". Новой стратегией при планировании дальнейших экспериментальных работ по моделированию биологического действия космических видов радиации и по оценке риска их повреждающего воздействия в условиях пилотируемых межпланетных полетов является организация комплексных нейро-радиобиологических исследований по влиянию тяжелых заряженных частиц на ЦНС.

Сейчас над этой проблемой работают в нескольких институтах, получена финансовая поддержка РАН в виде гранта. Накануне Е.А.Красавин участвовал в рабочем совещании совместной российско-американской группы по проблемам биомедицины и радиобиологии в области космических исследований в Институте медико-биологических проблем, вместе с 18 специалистами нескольких исследовательских центров NASA. На нем была принята новая концепция оценки риска.

ДОКЛАД Е.А.КРАСАВИНА на совете РАН вызвал большой интерес со стороны президента Академии и членов совета. А.М.Сергеев заметил, что исследования воздействия ускоренных ионов на организм человека ведутся в мире в связи с развитием адронной терапии. Взаимодействует ли ЛРБ с этими центрами?

- В Дубне еще в 1967 году В.П.Джелепов обсуждал с директором Онкоцентра Н.Н.Блохиным возможности применения пучков протонов в терапевтических целях, - ответил на этот вопрос Е.А.Красавин. С этого времени в ОИЯИ работает специализированный медицинский пучок для протонной терапии, так что мы имеем богатый опыт.

На вопрос А.М.Сергеева, присутствуют ли нейтроны в галактическом космическом излучении, Е.А.Красавин пояснил, что при прохождении заряженных частиц через обшивку космического аппарата рождается каскад вторичных частиц, в том числе и нейтронов. Установки для моделирования действия таких нейтронов сейчас нет. В Дубне был специализированный нейтронный пучок, но после пожара на фазотроне ЛЯП он утрачен.

Поинтересовался А.М.Сергеев контактами ЛРБ с центрами в Сарове, Снежинске, ведущими с 1950-х исследования различных материалов с точки зрения защиты от поражающих факторов радиации. По защите ядерно-физических установок такие контакты у нас есть, ответил Евгений Александрович, этой задачей занимается специальный отдел лаборатории.

- Последние три года, - дал пояснения совету М.И.Панасюк (НИИЯФ МГУ), - работает совместная Роскосмос - NASA группа по разработке общих подходов к оценке стойкости будущей окололунной станции, рисков полетов на Луну.

- В последнее десятилетие выяснилось, что именно в гиппокампе возобновляются нервные клетки, - добавил академик М.А.Островский (Институт биохимической физики РАН, ЛРБ ОИЯИ). - Сейчас становится очевидным, что новая память связана с образованием новых нейронов в гиппокампе. Молодые клетки на порядок более чувствительны к воздействию радиации, а стволовые клетки еще более чувствительны. Отсюда возникает принципиальная проблема радиационного риска при пилотируемой космонавтике. Само выполнение миссии в течение 500 или более дней ставится под вопрос. Роскосмосу необходимо обратить на эту проблему особое внимание.

Космонавт С.К.Крикалев заметил, что на космических станциях исследовалось множество биологических образцов, изучались зарядовые и энергетические спектры космических частиц. Поскольку сейчас идет определение облика новой космической инфраструктуры, хотелось бы получить рекомендации, какие материалы и какой толщины использовать. В дискуссию включился директор Института космических исследований Л.М.Зеленый, пояснивший, что орбитальные станции находятся под защитой магнитного поля Земли, и воздействие галактического излучения на космонавтов в этих условиях гораздо слабее. А доклад Евгения Александровича - огромный шаг для стратегии развития наших пилотируемых станций.

Ольга ТАРАНТИНА,
фото Игоря ЛАПЕНКО