Опыт 65-летних исследований по космической радиобиологии. Новые представления об опасности космических излучений, суммарном в течение жизни риске для космонавтов после длительных орбитальных и межпланетных полетов и по завершении карьеры Conference attendances
Language | Русский | ||
---|---|---|---|
Participant type | Устный | ||
Conference |
XVIII Конференция по космической биологии и авиакосмической медицине с международным участием ("Земля – Орбита – Дальний космос") 07-09 Nov 2023 , Москва |
||
Authors |
|
||
Affiliations |
|
Abstract:
В Конструкторском бюро С.П. Королева уже в 1963 г. проектировался космический корабль для полета на МАРС и встала задача обеспечения безопасности экипажа, расчета необходимой физической защиты от космических излучений и обоснования допустимых поглощенных доз для полетов продолжительно- стью до 3 лет. С целью определения радиационной опасности для членов экипажа космического аппа- рата при полете к Марсу в Институте медико-биологических проблем (ИМБП) Минздрава СССР за период 1964–1980 гг. осуществлен специальный 16-летний радиобиологический эксперимент по 3- и 6-летнему облучению 250 собак в режиме, моделирующем дозовые нагрузки на космонавтов от галактических косми- ческих лучей (ГКЛ) и солнечных космических лучей (СКЛ) при полете на Марс. Из-за своей уникальности и включенности большого числа ученых разных стран он получил название «Хронический эксперимент» (ХЭ). В нем принимали участие коллективы нескольких институтов СССР, а также биологи и медики Польши, ГДР, Чехословакии, Венгрии и Болгарии. В докладе будут доложены кратко основные результаты ХЭ, которые наряду с материалами хронических экспериментов на мелких лабораторных животных в широком диапазоне мощностей доз, легли в основу математических моделей, определяющих закономерности формирования радиационного поражения, степень напряжения регуля- торных систем и состояние функциональных резервов организма. Анализ многочисленных исследований, проводимых в различных лабораториях мира в периоде 50–70-х годов по облучению различных млекопитающих в широком диапазоне мощностей доз, в связи с ядерной угрозой для населения при широких испытаниях ядерного оружия, позволил обнаружить значительное снижение эффективности радиационного воздействия рентгеновского и гамма-излучений, обусловленное быстрыми восстановительными процессами в радиочувствительных обновляющихся тканях. При сниже- нии мощности дозы ниже граничного значения γг = 40 Гр/сут и увеличении длительности облучения более 1 часа снижение эффективности поражения гемопоэтической ткани по сравнению с кратковременными острыми облучениями (коэффициент времени (КВ)) определяется степенной зависимостью (γ/γг)0,18. Еще более высокая скорость восстановительных процессов характерна для кожи и желудочно-кишечного эпите- лия. Граничное значение γг для этих тканей составляет 200 Гр/сут, а значение КВ = (γ/γг)0,36. Значительное снижение эффективности радиационного воздействия наблюдали также в экспериментах, когда животные размещались на больших расстояниях от эпицентра ядерного взрыва. В сообщении представляется разработанная в ИМБП модель формирования радиационного поражения при длительном облучении мелких лабораторных животных и крупных млекопитающих с различной мощ- ностью дозы с учетом восстановительных процессов на уровне организма, а также быстрых восстанови- тельных процессов на клеточном уровне (модель эффективной остаточной дозы). Она позволила точнее описать значительное число радиобиологических экспериментов по сравнению с моделью эффективной дозы, предложенной ученым из Рочестерского университета США Н.А. Блэром в его исследованиях 1952, 1958, 1962, 1964. Она позволила спрогнозировать среднюю продолжительность жизни (ПЖ) животных с точностью 5–10 суток. В докладе будет рассмотрена также модель радиационной скорости смертности млекопитающих, опре- деляющая процессы ускоренного старения и сокращения ПЖ животных после острых кратковременных радиационных воздействий, а также в результате протяженных облучений с различной мощностью дозы. С помощью этой модели удалось описать закономерности ПЖ млекопитающих от мощности дозы и суммар- ной дозы облучения и связать увеличение скорости сокращения ПЖ с повышающейся степенью напряже- ния регуляторных систем по мере увеличения мощности дозы. Эта модель, определяющая экспоненциальное снижение суммарного объема компенсаторных резервов при увеличении эквивалентной обобщенной дозы и соответственно экспоненциальное увеличение коэф- фициентов смертности, составила основу разработки алгоритма и проведения расчетов суммарного ради- ационного риска (СРР) для космонавтов в течение жизни после осуществления длительных орбитальных и межпланетных полетов. В докладе будут представлены данные расчетов СРР для полета на Марс длитель- ностью до 2-3 лет в период максимума солнечной активности СА за различными толщинами радиацион- ного убежища (РУ) и бытовых отсеков (БО) космического аппарата (КА). Будет продемонстрировано, что при полете в течение 2 лет при минимальной защите БО космического корабля, равной 1 г/см2 алюминия, увеличение защиты РУ в пределах от 1 до 20 г/см2 приводит к снижению СРР с 16 до 7,5 %, а ПЖ может быть снижена с 5 до 2,5 лет. Дальнейшее увеличение толщины защиты РУ уже не приводит к снижению СРР, поскольку защита от СКЛ была обеспечена и для дальнейшего снижения обобщенной дозы и СРР не- обходимо увеличивать толщину защиты БО космического корабля от ГКЛ. Будут рассмотрены также риски смертности от канцерогенеза и СРР для космонавтов (астронавтов) разных возрастов. Что касается точности представленных оценок, то необходимо подчеркнуть, что полученные на основе радиобиологических экспериментов и моделей оценки суммарного радиационного риска 13 % в расчете на 1 Зв (для российских космонавтов) 12,5 % для американских астронавтов и 11 % для японских астро- навтов с точностью до 2–3 % совпадают с аналогичными оценками на основе многолетних гигиенических и эпидемиологических наблюдений за людьми, подвергавшимися облучению в малых дозах и c малой мощностью дозы. Полученные более высокие оценки СРР явились основой к резкому в 4 раза снижению допустимых предельных доз за карьеру космонавтов с 4 Зв до 1 Зв. в разработанных с нашим участием нормативах по радиационной безопасности космических полетов. Это Методические указания МУ 2.6.1.44- 03-2004 «Ограничение облучения космонавтов при околоземных космических полетах» (ООКОКП-2004), М., 2004 по сравнению с прежними нормативами 1985 г. (ГОСТ 25645.215-85 БРЭКАКП. Нормы безопасно- сти при продолжительности полетов до 3 лет, М., 1986. В Объединенном Институте ядерных исследований (ОИЯИ) были проведены многочисленные экспери- менты по определению коэффициентов относительной биологической эффективности (ОБЭ) протонов в широком диапазоне энергий 50–730 МэВ, а также протонов релятивистских энергий 1–9 ГэВ. Опыты были проведены как на мелких лабораторных животных мыши, крысы, так и на крупных (кролики, собаки). Кроме того, в экспериментах были и другие биообъекты: культуры клеток, бактерии, дрожжи, раститель- ные объекты. В сообщении будет показано, что в значительном числе монографий и защищенных диссер- таций коэффициент ОБЭ протонов составляет 0,7 применительно к воздействию жесткого рентгеновского излучения с напряжением на трубке 250 кВ и равен 1,0 по сравнению с гамма-излучениями 60Со и 137Cs. Практически все биологические реакции в разных тканях и на уровне организма, а также на клеточном уровне in-vitro протекают одинаково. Это означает, что при увеличении толщины физической защиты кос- мических аппаратов от 10 до 20 г/см2 алюминия и значительном снижении мощности среднетканевой дозы следует учитывать также снижение эффективности радиационного воздействия протонов СКЛ, а также протонов и электронов радиационных поясов Земли (РПЗ) за счет быстрых восстановительных процессов в радиочувствительных тканях. В сообщении будут представлены новые данные радиобиологических экспериментов за последние 20–30 лет, показывающие существенное снижение опасности от протонов СКЛ, которая принималась как главная при обосновании более ранних нормативов по радиационной безопасности длительных космиче- ских полетов 1960–1985 гг. В то же время величины эквивалентных обобщенных доз от ГКЛ за год и зна- чения СРР при осуществлении межпланетных полетов могут возрасти в 4–5 раз и представляют серьезную опасность. Для снижения величин доз от ГКЛ необходимо рассмотреть возможности увеличения толщины защиты космических аппаратов, оценить новые данные фармакологической защиты, рассмотреть некото- рые новые данные по отбору наиболее устойчивых космонавтов к действию стрессовых факторов.
Cite:
Шафиркин А.В.
Опыт 65-летних исследований по космической радиобиологии. Новые представления об опасности космических излучений, суммарном в течение жизни риске для космонавтов после длительных орбитальных и межпланетных полетов и по завершении карьеры
XVIII Конференция по космической биологии и авиакосмической медицине с международным участием ("Земля – Орбита – Дальний космос") 07-09 нояб. 2023
Опыт 65-летних исследований по космической радиобиологии. Новые представления об опасности космических излучений, суммарном в течение жизни риске для космонавтов после длительных орбитальных и межпланетных полетов и по завершении карьеры
XVIII Конференция по космической биологии и авиакосмической медицине с международным участием ("Земля – Орбита – Дальний космос") 07-09 нояб. 2023