تأثیر تشعشعات کیهانی بر اسکلت فضانوردان

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: تأثیر تشعشعات کیهانی بر اسکلت فضانوردان

اسکلت یکی از سیستم های مهم انسان است که سبب حفظ وضعیت ایستاده و استوار بدن در برابر نیروی جاذبه می شود. به طور طبیعی اسکلت انسان در محیط جاذبه ۱ جی زمین رشد و نمو می کند و ساختار استخوانی آن به شکلی طراحی شده است که در مقابل نیروهای وارد بر خود مقاومت کند. لایه خارجی استخوان را پریوست (در مقابل لایه داخلی یا آندوست) گویند.

اسکلت یکی از سیستم های مهم انسان است که سبب حفظ وضعیت ایستاده و استوار بدن در برابر نیروی جاذبه می شود. به طور طبیعی اسکلت انسان در محیط جاذبه ۱ جی زمین رشد و نمو می کند و ساختار استخوانی آن به شکلی طراحی شده است که در مقابل نیروهای وارد بر خود مقاومت کند. لایه خارجی استخوان را پریوست (در مقابل لایه داخلی یا آندوست) گویند. بافت استخوانی محیطی به شکل تیغه های استخوانی در زیر پریوست قرار دارد. در لایه های زیرین، مجاری استخوانی هم مرکز (نظیر تنه درخت) در اطراف یک منبع خونی قرار می گیرد و سیستم های هاورس (استئون) را می سازد.
بافت استخوانی از دو قسمت سخت قشری در خارج، و مغز استخوان در داخل تشکیل شده است. قسمتی از استخوان که در مجاورت مغز استخوان قرار دارد، استخوان اسفنجی (ترابکولار) نام دارد. استخوان قشری (compact bone)، در حدود ۸۰ درصد استخوان بندی افراد بزرگسال را تشکیل می دهد و اکثراً در تنه استخوآنهای دراز وجود دارد. استخوان اسفنجی (spongy or cancellous bone) به صورت تیغه های موازی میکروسکوپی آرایش می یابد و بیشتر در تنه مهره ها، دنده ها، لگن و انتهای استخوآنهای دراز وجود دارد. ترتیب قرارگیری بافت اسفنجی و متراکم، استحکام مناسب را برای تحرک فراهم می سازد. قسمت اسفنجی استخوان وزن بدن را متحمل می شود و آن را در برابر شکستگی محفوظ می کند. بافت استخوانی دائماً در حال بازسازی است و کلسیم مورد نیاز بدن به طور متناوب از ذخایر اسکلتی آزاد می شود.
فضانوردانی که بی تحرکی طولانی مدت را تجربه می کنند، مانند بیماران بستری، قطع نخاع، فلج اندام های تحتانی، و کسانی که اندام هایشان مدت ها در گچ می ماند، بخش زیادی از توده استخوانی، قدرت استخوانی، و عضلانی خود را از دست می دهند. مطالعات مختلف بر روی فضانوردان نشان می دهد که از دست رفتن توده استخوانی در مأموریت های فضایی به طور متوسط، حدود ۱ تا ۲ درصد در ماه و از دست دادن کلسیم در فضانوردان تقریباً ۱۰ برابر میزان از دست دادن کلسیم در بدن زنان در اوایل یائسگی است (بیشترین میزان ازبین رفتن توده استخوانی انسان در روی زمین). کاهش توده استخوان باعث کاهش قدرت استخوانی و افزایش خطر شکستگی می شود که یکی از مشکلات سلامتی فعلی فضانوردان است و سبب اختلال در کارکرد آنها در مأموریت های فضایی می شود. پوکی استخوان در فضانوردان یکی از بزرگ ترین موانع مأموریت های طولانی مدت مثل سفر به مریخ است. آموخته های ما درباره پوکی استخوان (osteoporosis) در فضا موجب خواهد شد تا این معضل را، که بیماری شایع و ناتوان کننده ای در کره زمین است، بهتر بشناسیم.
اخیراً دانشمندان متوجه شده اند که اشعه درمانی در بیماران مبتلا به سرطان، خطر شکستگی خودبه خودی استخوان را افزایش می دهد و این واقعیت افق جدیدی از تحقیقات برای محققان است. بتمن یکی از دانشمندان ناسا، که در حال حاضر بر روی پوکی استخوان کار می کند، می گوید: "بروز شکستگی استخوان در زنان یائسه ای که به علت سرطان گردن رحم و روده بزرگ تحت درمان با اشعه (رادیوتراپی) قرار می گیرند ۶۰ درصد و در بیماران مبتلا به سرطان مقعد به میزان ۲۰۰ درصد افزایش می یابد". با توجه به آنکه کاهش توده استخوانی در فضانوردان و مواجه آنها با تشعشعات کیهانی در مأموریت های فضایی ۳۰ ماهه به مریخ، امری اجتناب ناپذیر است باید شرایطی مهیا کرد تا بتوان مسافران را در برابر آن محافظت نمود.
بتمن (Bateman) در جولای ۲۰۰۶، ۳۵ موش ماده را در معرض یک مواجهه (تک دُز) اشعه به شدت ۲گری قرار داد. البته این مقدار تقریباً معادل شدت اشعه ای است که برای فرد مبتلا به سرطان استفاده می شود. وی موش ها را به ۴ گروه تقسیم کرد و اثر اشعه های مختلف گاما (امواج الکترومغناطیسی با طول موج کوتاه و انرژی بالا که به وسیله مواد رادیواکتیو تابیده می شود)، پروتون (از اجزای اتم با بار مثبت و اندازه حدوداً ۱۸۳۶ برابر بزرگ تر از الکترون)، کربن و یونیزه (اشعه با قدرت بالا با انرژی کافی برای خارج کردن الکترون از مدار حرکتی و در نتیجه باردارکردن هسته) را روی آنها بررسی کرد. سپس قسمت ابتدایی استخوان بزرگ ساق پا (تیبیا) و استخوان ران (فمور) را به وسیله سی تی اسکن بررسی کرد. طبق نتایج به دست آمده، اشعه کربن باعث شد تا توده استخوان اسفنجی ۳۹ درصد (بیشترین کاهش) کاهش یابد. اشعه های پروتون، یونیزه و گاما به ترتیب ۳۵، ۳۴ و ۲۹ درصد توده استخوان اسفنجی را کاهش دادند. میزان کاهش اتصالات متحمل کننده وزن در استخوان اسفنجی در بین چهار گروه، حدود ۴۶ تا ۶۴ درصد متغیر بود.
شایان ذکر است که قطع اتصالات استخوانی برگشت پذیر نیست و با درمان های جبرانی بهبود نمی یابد. تک تک اشعه های؛ گاما، پروتون، کربن و یونیزان در این مطالعه نسبت به مجموع این اشعه ها (پروتون و یون های سنگین یا اشعه های یونیزان) تخریب کمتری داشت. طبق اظهارات بتمن در میزان های بسیار پایین اشعه هم، که انتظار کاهش توده استخوانی نمی رفت، این معضل مشاهده شد. براساس مطالعه بتمن مشخص شده است که اشعه بر روی قسمت قشری و سخت استخوان اثر محسوسی ندارد و فقط ناحیه اسفنجی را تحت تأثیر قرار می دهد. براساس نتایج این مطالعه، تشعشعات فضایی موجب تشدید کاهش توده استخوانی و وخیم تر شدن اثرات زیان آور بی وزنی بر روی استخوان می شود.