البعثات المأهولة إلى المريخ: نمذجة تأثير الجسيمات الفيزيائية الفلكية المشحونة على رواد الفضاء وصحتهم

الملخص

يعد تأثير التعرض للإشعاع المؤين الفيزيائي الفلكي في صحة رواد الفضاء أحد الاهتمامات الرئيسة عند التخطيط للبعثات المأهولة إلى المريخ. فسيتعرض رواد الفضاء لجسيمات مشحونة عالية الطاقة ذات منشأ مجري وشمسي لفترة طويلة، مع حماية محدودة يوفرها درع رقيق للمركبة الفضائية في مرحلة العبور والغلاف الجوي المريخي المخلخل عند الوجود على السطح. وتشمل الآثار الضارة المحتملة في صحة رواد الفضاء، على سبيل المثال، متلازمة الإشعاع الحادة، وتلف الجهاز العصبي، وارتفاع خطر الإصابة بالسرطان. ونعتمد على الدراسات الطبية لتقييم أثر مستويات الجرعة الإشعاعية المرتفعة في الأجهزة الفسيولوجية المختلفة وفي الصحة العامة لرواد الفضاء. وباستخدام مزيج من قياسات الإشعاع والنمذجة العددية بحزمة GEANT4، نحسب توزع الجرعة الإشعاعية في أعضاء الجسم البشري المختلفة لسيناريوهات متوقعة عدة جرت محاكاتها باستخدام مجسم بشري نموذجي. ونقترح استراتيجيات للتخفيف، مثل تحسين طرائق التدريع واستخدام المكملات الغذائية، ونقدم توصيات لتعزيز سلامة رواد الفضاء في البعثات المأهولة المستقبلية إلى المريخ.

1 مقدمة

منذ أول رحلة فضائية مأهولة في 1961 وأول مهمة بشرية إلى القمر في 1969، تم تنفيذ العديد من المهام المأهولة والزيارات طويلة المدى إلى محطة الفضاء الدولية (ISS). ومع التخطيط لبعثات جديدة إلى الفضاء السحيق في المستقبل القريب، سيواصل رواد الفضاء استكشاف نظامنا الشمسي وبالتالي سيتعرضون لبيئات مختلفة من الفضاء بين الكواكب والغلاف الجوي للمريخ وسطحه خلال العقود القادمة. من الأهمية بمكان بالتالي عوامل الإشعاع البيئي مثل الأشعة الكونية المجرية والشمسية، وبيئة الجسيمات الثانوية الجوية الناتجة عن تفاعل الأشعة الكونية مع مكونات الغلاف الجوي، وانخفاض الجاذبية الكوكبية (3.72 m/s² على سطح المريخ) بعد أشهر من السفر في الجاذبية الصغرى، وتأثيرها على جسم الإنسان.

تهيمن الأشعة فوق البنفسجية (E) والأشعة السينية الصلبة واللينة على الفضاء بين النجوم والأشعة الكونية النشطة ذات الأصل المجري والشمسي التي يمكن أن تؤثر سلبًا في صحة الإنسان. وعلى وجه الخصوص، فإن الجسيمات الشمسية النشطة (SEPs) المسرَّعة، على سبيل المثال، في التوهجات الشمسية أو الانبعاثات الكتلية الإكليلية (CMEs) أو عند الصدمات بين الكواكب (Reames, 1999)، تتكون في الغالب من 89$\%$ بروتونات، و10% هيليوم، ونحو 1$\%$ من الإلكترونات، ويمكن أن تكون لها طاقات بين عدة keV ومئات MeV. وفي حالة أحداث SEP القوية نسبيًا، المعروفة بأحداث التعزيز على مستوى سطح الأرض (GLE)، يمكن العثور على SEPs ذات طاقات تصل إلى بضعة GeV. أقوى حدث قيس على الإطلاق هو GLE05 (18 فبراير 1956). ومع ذلك، أظهرت سجلات النويدات المشعة الكونية زيادات قوية (نحو 15%) في معدلات الإنتاج حول AD774/775 (مثلًا، Mekhaldi et al., 2015) مرتبطة بحدث شمسي فائق أقوى بنحو 30 إلى 70 مرة من GLE05 (Cliver et al., 2020; Usoskin et al., 2020). ومع ذلك، وجد Brehm et al. (2021) مؤخرًا حدثين أقوى في سجلات حلقات الأشجار حول 5259 BC و7176 BC، مع زيادة بلغت نحو 19%.

في حين أن التدفق الجسيمي التفاضلي للأشعة الكونية المجرية (GCRs)، المتسارع عند بقايا المستعر الأعظم (Hillas, 2005; Büsching et al., 2005)، يمتد على أكثر من 15 من المقادير، على الرغم من كونه أقل بحوالي أربعة أوامر من تدفق SEP في نطاق كيلو إلكترون فولت، حتى أكثر من 10¹⁵ MeV. من المعروف أن GCRs تتكون أساسًا من هادرونات، وتتكون من بروتونات 87% تقريبًا، و12% نواة الهيليوم (He)، وجزء صغير من 1% من العناصر الأثقل حتى الحديد. (مثلًا، Wefel, 1991). نظرًا لأن المجال المغناطيسي الشمسي يتجمد في الرياح الشمسية وينتقل إلى الخارج في الوسط بين الكواكب، فإن المجال المغناطيسي للغلاف الشمسي يتشكل ويمتد إلى الفضاء بين الكواكب. لذلك، يتم تعديل الجزء منخفض الطاقة من طيف GCR عن طريق تغيير النشاط الشمسي، مما يؤدي إلى تباين دورة النشاط المغناطيسي لمدة 11 سنة و22 سنة.

في حين أنه يمكن بسهولة منع التعرض للفوتونات في الفضاء بين الكواكب عن طريق إضافة درع رقيق، يمكن للجسيمات المشحونة أن تخترق المركبة الفضائية بشكل أعمق. وقد تنتج جسيمات ثانوية قادرة على اختراق درع سميك، يقتصر على قيود الوزن على الرحلات الفضائية. على وجه الخصوص، يمكن للأحداث الشمسية القوية والأحداث الكبرى المحتملة أن تسبب مخاطر إشعاعية هائلة ومخاطر للبعثات الفضائية المأهولة ويمكن أن تسبب ضررًا مباشرًا عن طريق التأين أو إنتاج جذور ضارة في الجسم مما يؤدي إلى تأثيرات ثانوية.

علاوة على ذلك، بمجرد دخول الجسيمات المشحونة إلى الأجواء الكوكبية، فإنها تصبح المحرك الأساسي للتأين الجوي المعتمد على ارتفاع الكوكب. في حين أن الأشعة الكونية منخفضة الطاقة (CRs) تفقد معظم طاقتها بسبب الاصطدامات المرنة مع الأجسام المحايدة في الغلاف الجوي، فإن الأشعة الكونية ذات الطاقات الأعلى من $\sim$ 1 GeV يمكن أن تحفز شلالات جسيمات ثانوية واسعة النطاق. وبالتالي، يتم إنشاء الميزونات الثانوية (${\pi }^{\pm }$ و${\kappa }^{\pm }$)، والنيوكليونات، وجسيمات جاما، والشظايا النووية، والتي قد تتفاعل بشكل أكبر. وهكذا، تتطور سلسلة الأشعة الكونية مع زيادة عمق الغلاف الجوي، ويستمر تدفق الجسيمات الثانوية في الارتفاع.

صحة رائد الفضاء هي الأولوية الأولى في أي مهمة فضائية. فعند إرسال البشر إلى الفضاء، يتعرضون باستمرار لإشعاعات مؤينة قد تؤدي إلى مشكلات صحية خطيرة أو طفرات بيولوجية دائمة. وقبل تحديد السماكة والمادة المناسبتين للتدريع الذي يحمي رواد الفضاء، ينبغي تقدير الجرعة الإشعاعية وربطها بالأثر البيولوجي الموافق. ولإجراء هذه التقديرات، نستخدم أطياف نماذج GCRs وأحداث SEPs التاريخية لتقدير البيئة الإشعاعية في الفضاء السحيق وعلى سطح المريخ. ثم نستخدم النموذج العددي GEANT4 لحساب انتشار الجسيمات المشحونة في سيناريوهات مختلفة، وهي (1) الفضاء السحيق، (2) سطح المريخ، (3) الفضاء السحيق مع التدريع، و(4) سطح المريخ مع التدريع. واستُخدم مجسم بشري قياسي لحساب الإشعاع الممتص في أعضاء الجسم البشري المختلفة. وتعد GEANT4 شيفرة مفتوحة المصدر معروفة جيدًا في المجتمع العلمي، وقد جرى التحقق من صحتها بتجارب متعددة حول العالم. لذلك يمتاز نهجنا على دراسات أخرى تستخدم برمجيات احتكارية لا يستطيع المجتمع العلمي التحقق منها.

هدفنا في هذه الورقة هو تقييم تأثير الإشعاع الفيزيائي الفلكي أثناء المهمة الطويلة الأمد إلى المريخ على صحة رواد الفضاء. في البداية، سنقوم قريبًا بتقييم البيئات الإشعاعية التي سيواجهها رواد الفضاء في طريقهم إلى المريخ (القسم 2). يتم توفير مراجعة شاملة لآثار الإشعاع المؤين على الأنظمة الفسيولوجية، والمواد الوراثية، ومخاطر السرطان في القسم 3. نحن نصف نموذجنا العددي لتقدير التعرض للإشعاع ونقدم نتائجنا بعد تجميع البيانات من مهام التشغيل السابقة والحالية في القسم 4. يوضح القسم 5 الاستراتيجيات الرئيسية لتخفيف الإشعاع. ونختتم بملخص هذا العمل في القسم 6.

2 البيئات الإشعاعية المؤينة الفيزيائية الفلكية

2.1 القياسات في المدار الأرضي المنخفض ومن البعثات القمرية

هناك ثلاثة مصادر رئيسية للإشعاع المؤين الأولي الموجود في المدار الأرضي المنخفض (LEO)، وهي: الأشعة الكونية المجرية (GCRs)، وأحزمة إشعاع الأرض (ERBs)، وأحداث الجسيمات الشمسية (SPEs). GCRs هي جسيمات مشحونة تنشأ من الفضاء الخارجي وتتراوح من عدة عشرات إلى 10¹² MeV وتبلغ ذروتها حول 1 GeV. يتكون مكون GCR من نواة الهيدروجين 85%، ونواة الهيليوم 14%، وأيونات ثقيلة 1% تسمى HZE (الشحنة العالية والطاقة). على سطح الأرض، يحمينا الغلاف الجوي والمجال المغناطيسي من إشعاعات GCR الضارة، في حين أن GCRs هي المصدر المهيمن في الفضاء ويمكن أن تكون خطيرة للغاية (Benton and Benton, 2001; Atri and Melott, 2014). تتكون ERBs، المعروفة أيضًا باسم أحزمة فان ألين الإشعاعية، من إلكترونات وأيونات عالية الطاقة، في المقام الأول بروتونات، محاصرة في المجال المغنطيسي الأرضي، وتشكل حزامين في الغلاف المغناطيسي الداخلي للأرض، حيث يشبه المجال المغنطيسي الأرضي ثنائي القطب المغناطيسي (مثلًا Koskinen and Kilpua, 2022). بينما يمتد الحزام الداخلي من 1,000 إلى 12,000 km ويتكون من إلكترونات أقل من 5 MeV، في الحزام الخارجي (13,000 إلى 60,000 km)، الإلكترونات ذات الطاقات حول 7 MeV محاصرة (Benton and Benton, 2001). عند إطلاق مهمة بين الكواكب، سوف تمر المركبة الفضائية عبر الأحزمة الإشعاعية لفترة قصيرة من الوقت. ومن ثم، فهو لا يؤثر على الطاقم ويمكن إيقافه بواسطة درع المركبة الفضائية.

مصدر إشعاعي رئيسي آخر هو الشمس، إذ تبعث جسيمات عالية الطاقة على هيئة أشعة سينية وأشعة غاما ورياح شمسية، وهي تدفق مستمر من البروتونات والإلكترونات. وخلال فترات النشاط الشمسي المرتفع، يمكن أن تتسارع الجسيمات في التوهجات الشمسية وعلى جبهات الصدمات للانبعاثات الكتلية الإكليلية (CMEs)، فتُرصد في الفضاء بين الكواكب بوصفها أحداث جسيمات شمسية (SPEs). وتدوم التوهجات الشمسية عادة زمنًا قصيرًا من رتبة ساعات، وتنحصر ضمن زاوية مقدارها 30 – 45 درجة في خط الطول الشمسي، في حين يمكن أن تدوم الانبعاثات الكتلية الإكليلية عدة أيام وتمتد على زاوية أوسع من 60 إلى 180 درجة (Benton and Benton, 2001). ويختلف كل مصدر من هذه المصادر الأولية الثلاثة تبعًا للارتفاع، وميل مدار المركبة الفضائية، وطور الدورة الشمسية.

محطة الفضاء الدولية (ISS)، التي تدور حول الأرض في المدار الأرضي المنخفض على ارتفاع حوالي 400 كم، هي مختبر فضائي نشط يتم إجراء الكثير من الأبحاث فيه. في إحدى الدراسات، تم إرسال رائد الفضاء سكوت كيلي إلى محطة الفضاء الدولية لمدة عام لدراسة تأثير رحلات الفضاء الطويلة الأمد على جسم الإنسان. وأظهرت النتائج أن التغييرات لم تكن أكثر أهمية من تلك التي لوحظت في شقيقه التوأم مارك كيلي الذي بقي على الأرض (Garrett-Bakelman et al., 2019). أيضًا، عادت مستويات التعبير الجيني 91.3% لسكوت إلى وضعها الطبيعي بعد بضعة أشهر من عودته إلى الأرض، مما يشير إلى أنه يمكن الحفاظ على الصحة خلال هذه الفترة في الفضاء. على الرغم من ملاحظة بعض الطفرات البيولوجية في سكوت، إلا أنها لم تكن مفهومة تمامًا نظرًا لأن سكوت كان رائد الفضاء الوحيد الذي خاض هذه التجربة. وبالتالي، يجب إجراء المزيد من الأبحاث على عدد أكبر من رواد الفضاء.

يعد برنامج أبولو أحد أكثر برامج الاستكشاف العلمي تعقيدًا وأوسعها في تاريخ البشرية وأبعد نقطة قطعها الإنسان خارج المدار الأرضي المنخفض. على الرغم من أن القمر لا ينتمي إلى الخطط الحالية لنقل البشر إلى المريخ، إلا أن البيانات المجمعة من بعثات أبولو معروضة في هذا القسم لفهم جرعة الإشعاع وتأثيرها على رواد الفضاء بشكل أفضل، وهو أمر بالغ الأهمية للتطوير والتخطيط لمهمات الفضاء السحيق المستقبلية. كانت ست مهمات من أصل سبع مهمات مخططة للهبوط على سطح القمر ناجحة. يتضمن ذلك أبولو 11، 12، 14، 15، 16، و17، مما يضع اثني عشر رائد فضاء على سطح القمر. يعرض الجدول 1 ​​بيانات قياس الجرعات من بعثات أبولو، والتي تم استرجاعها من English et al. (1973).

Mission	Time (days)	Absorbed dose (mGy)	Mean dose rate ($\mu$Gy/day)
Apollo 11	8	1.8	220
Apollo 12	10	5.8	570
Apollo 14	9	11.4	1270
Apollo 15	10	3	240
Apollo 16	11	5.1	460
Apollo 17	12	5.5	440

Table 1: بيانات قياس الجرعات من بعثات أبولو English et al. (1973)

يُظهر الجدول 1 متوسط ​​معدل الجرعة يوميًا كدالة لمدة المهمة. يختلف معدل الجرعة اعتمادًا على نشاط سطح القمر، والقيادة داخل المركبة ونشاط الوحدة القمرية، والتغيرات الناجمة عن تعديل الأشعة الكونية والنشاط الشمسي. وبحسب تقرير لوكالة ناسا، فإن الجرعات التي تلقاها طاقم أبولو كانت صغيرة ولم يكن لها أي تأثير ضار على صحتهم (Johnston et al., 1975). ومع ذلك، هذا ليس مفاجئًا، لأنه، لحسن الحظ، لم يحدث أي حدث SPE كبير خلال البعثات. ومع ذلك، تم الإبلاغ عن بعض الملاحظات البيولوجية الهامة في English et al. (1973)، بما في ذلك الاضطرابات الدهليزية، وعدم انتظام ضربات القلب أثناء الطيران، وانخفاض التسامح الانتصابي بعد الرحلة، وانخفاض تحمل ممارسة ما بعد الرحلة، والجفاف بعد الرحلة، وفقدان الوزن. تم الاشتباه في عدة أسباب. على الرغم من أن النظام الغذائي للطيران كان كافيًا، إلا أن استهلاك الطعام كان دون المستوى الأمثل؛ في النهاية، أدى ذلك إلى انخفاض كتلة الخلايا الحمراء وحجم البلازما، وأدى إلى اتجاه توازن سلبي على متن الطائرة للنيتروجين والكالسيوم والشوارد الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، تم الإبلاغ عن زيادة في إفراز هرمون الغدة الكظرية أثناء الطيران.

2.2 قياسات من الفضاء السحيق وسطح المريخ

أحد التحديات الرئيسية لإرسال البشر إلى المريخ هو التعرض للإشعاعات المؤينة العالية على مدى فترة طويلة. تستغرق الرحلة إلى المريخ ما يصل إلى حوالي ستة إلى ثمانية أشهر. أثناء العودة إلى الأرض، ستحتاج إلى نافذة إطلاق أخرى، وقضاء حوالي 500 من الأيام على سطح المريخ، وستة إلى ثمانية أشهر أخرى في رحلة العودة إلى الأرض، مما يجعل المدة الإجمالية لرحلة الذهاب والإياب حوالي عامين إلى ثلاثة أعوام. ومع ذلك، نظرًا لأن الغلاف الجوي للمريخ أرق بكثير من الغلاف الجوي للأرض، فإن التعرض للإشعاع على المريخ أعلى بكثير.

في 2012، نجحت ناسا في هبوط المركبة الفضائية Curiosity على سطح المريخ في Gale Crater. منذ ذلك الحين، يقوم كاشف تقييم الإشعاع (RAD) في كيوريوسيتي بقياس بيئة إشعاع الجسيمات النشطة، على سبيل المثال، في شكل جسيمات مشحونة وإشعاع جسيمات محايدة، مما يعطي معدل الجرعة الإجمالية وأطياف الجسيمات من 10 إلى $>$100 MeV/u (Hassler et al., 2012; Ehresmann et al., 2014; Köhler et al., 2014).

يعرض الشكل 1 عرضًا تخطيطيًا لأداة RAD (اللوحة اليسرى) ومعدلات الجرعة المريخية المقاسة منذ هبوط Curiosity (اللوحة اليمنى). في 2013، تراوح معدل الجرعة الإشعاعية بين 180 و225 $\mu$Gy/يوم، بينما تراوح في 2020 تقريبًا بين 300 و350 $\mu$Gy/يوم. وإضافة إلى ذلك، رُصدت حتى الآن خمسة أحداث جسيمات شمسية (SPEs) على سطح المريخ، وكان أبرزها في 10 سبتمبر 2017. وقد رُصد هذا الحدث نفسه أيضًا كتعزيز على مستوى سطح الأرض؛ ومن ثم فهو أول حدث SPE يُرصد على سطحين كوكبيين.

وقد وجد أيضًا أن متوسط معدل جرعة GCR في Gale Crater يتراوح بين 0.210 $\pm$ 0.040 ملي جراي/يوم، بينما قامت المركبة الفضائية لمختبر علوم المريخ (MSL) التي تحمل كيوريوسيتي بقياس معدل جرعة قدره 0.48 $\pm$ 0.08 ملي جراي/يوم خلال مرحلة الرحلة (Hassler et al., 2014). وفقًا لذلك، تم العثور على عامل الجودة Q الذي يميز شدة البيئة الإشعاعية ليكون 3.05 $\pm$ ​​0.3 على سطح المريخ، وهو أقل بكثير من قيمة 3.82 $\pm$ 0.3 في الفضاء السحيق. ويعود هذا الاختلاف أيضًا إلى ظروف الغلاف الشمسي، التي خفضت معدل الجرعة بعامل اثنين مقارنة بمرحلة الرحلة.

تم فحص سيناريوهين للرحلات البشرية إلى المريخ: مهمة فئة الاقتران ومهمة فئة المعارضة (Saganti et al., 2004). يتضمن النوع الأول من المهام إقامة أطول على المريخ مقارنة بالبعثة الثانية (Cucinotta, 2002) ويبدو أنه الخيار المفضل لتعظيم الإقامة على المريخ بسبب الجرعات الأقل هناك. استنادًا إلى القياسات والحسابات الخاصة بمهمة فئة الاقتران، تم تقدير الجرعة الإجمالية للمهمة لرحلة كاملة ذهابًا وإيابًا بحوالي 1.01 Sv، والتي قد تختلف وفقًا لخصائص المهمة المحددة والظروف الشمسية.

من الواضح أن أي قرارات تتعلق باستراتيجيات الحماية على سطح المريخ يجب أن يتم اتخاذها بما يتماشى مع نوع الرحلة المختارة، والعكس صحيح (Wilson et al., 1997). على سبيل المثال، قد يكون التدريع الإضافي غير ضروري أثناء الإقامات القصيرة جدًا لأن مستويات التعرض ستكون أقل بكثير من الحدود المقبولة. وبالمثل، إذا تم ضمان الحماية الكافية على سطح الكوكب، فيمكننا زيادة مدة الوجود البشري هناك.

Figure 1: اللوحة اليسرى: عرض تخطيطي لرأس مستشعر RAD مع كاشفات السيليكون الثلاثة (A، B، وC)، والكاشف D (ومّاض يوديد السيزيوم)، والومّاض البلاستيكي E. اللوحة اليمنى: معدل الجرعة المريخية المقاس في E بين الهبوط وديسمبر 2020. تشير الأرقام من 1 إلى 5 إلى أحداث الجسيمات الشمسية (SPEs) المرصودة على سطح المريخ خلال تلك الفترة. الأشكال مقتبسة من Guo et al. (2021) (بموجب ترخيص المشاع الإبداعي-النسب 4.0 الدولي).

3 تأثير الإشعاع المؤين على صحة رواد الفضاء

تتمتع البشرية بحماية جيدة من الإشعاعات المؤينة من خلال الغلاف الجوي والغلاف المغناطيسي لكوكبنا. وتقع محطة الفضاء الدولية في مدار أرضي منخفض، حيث يحميها الغلاف المغناطيسي. حتى اليوم، كان البشر الوحيدون الذين سافروا خارج الغلاف المغناطيسي هم رواد فضاء أبولو. إن معرفتنا بالتأثيرات الضارة للتعرض للإشعاع على جسم الإنسان تأتي بشكل أساسي من دراسة العلاج الإشعاعي. ومع ذلك، فإن العلاج الإشعاعي لا يستخدم التعرض للنيوترونات؛ لذلك، فإن 1 Sv يعادل تقريبًا 1 Gy في المرضى الذين يتلقون العلاج الإشعاعي. وبالمثل، نظرًا لأن معظم الدراسات التجريبية تستخدم طاقات فوتون منخفضة، فإن 1 Sv يعادل تقريبًا 1 Gy في مثل هذه المنشورات (Dainiak et al., 2003). تأتي بعض المعرفة أيضًا من الكوارث الإشعاعية التاريخية مثل القصف الذري على هيروشيما وناجازاكي في 1945 وكارثة تشيرنوبيل في 1986.

يعد اكتساب المعرفة حول كيفية تأثير التعرض للإشعاع على جسم الإنسان أمرًا بالغ الأهمية لمستقبل السفر إلى الفضاء (مثل المريخ)، حيث يشكل التعرض للإشعاع الكوني المجري وأحداث الجسيمات الشمسية تهديدًا لصحة رواد الفضاء. تركز مواد مراجعة الأدبيات التالية على تأثيرات الإشعاع على مختلف الأنظمة الفسيولوجية البشرية والمواد الوراثية.

3.1 تأثير الإشعاعات المؤينة على الأجهزة الفسيولوجية

3.1.1 متلازمة الإشعاع الحادة

في أغسطس 1972، أدت سلسلة من التوهجات الشمسية إلى عواصف شمسية شديدة، وأحداث جسيمات شمسية، وعواصف مغنطيسية أرضية. وقعت هذه الأحداث بعد خمسة أشهر فقط من إطلاق أبولو 16 وقبل خمسة أشهر من إطلاق أبولو 17 في ديسمبر 1972. في البداية، تم تحديد موعد إطلاق مهمتي أبولو في أغسطس 1972.لو أُطلقت أبولو 16 أو 17 خلال تواريخ العواصف الشمسية، ولا سيما أثناء التوهج الشمسي الشديد في اليوم 4 من أغسطس، لتعرّض أي رواد فضاء على متنها لجرعة إشعاعية ممتصة تبلغ نحو 0.5 Gy (Jones et al., 2020b). وتعرّف مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها (CDC) الجرعة 0.7 Gy بأنها عتبة التعرض الإشعاعي التي يمكن أن تحدث عندها متلازمة الإشعاع الحادة (ARS)، وتشير إلى إمكان ملاحظة أعراض خفيفة عند تعرضات لا تتجاوز 0.3 Gy (3). ومن ثم فإن ARS تمثل مصدر قلق صحي لرواد الفضاء خلال أحداث الجسيمات الشمسية (SPEs). وقد علقت ناسا بأن خطر ARS على رواد الفضاء قائم بسبب حدوث SPEs المعروفة وضعف القدرة على التنبؤ بها (158).

يتم تقسيم ARS إلى ثلاثة عروض متميزة طبيًا: المكونة للدم، والجهاز الهضمي، والأوعية الدموية العصبية. هذه ليست قائمة شاملة للأنسجة التي يمكن أن تتأثر بـ ARS. من الناحية الطبية، تعني كلمة ”حاد” أن المرض يظهر بشكل حاد خلال فترة زمنية قصيرة. تظهر الأقسام الثلاثة للمتلازمة عند عتبات مختلفة من التعرض للإشعاع: متلازمة المكونة للدم عند 0.3-5 Gy، ومتلازمة الجهاز الهضمي عند 5-20 Gy، ومتلازمة الأوعية الدموية العصبية عند 20 Gy. على الرغم من أنه من غير المرجح أن تشكل متلازمات الجهاز الهضمي والأوعية الدموية العصبية خطرًا على رواد الفضاء عند تناول جرعات إشعاعية ذات صلة برحلات الفضاء، فإن متلازمة المكونة للدم التي تحدث عند جرعات منخفضة تصل إلى 0.3 Gy، قد تشكل تهديدًا فعليًا لأنها تحتوي على أعداد منخفضة من خلايا الدم البيضاء والحمراء، مما قد يؤدي إلى العدوى وفقر الدم. كلما زادت جرعة الإشعاع التي يتعرض لها الفرد، انخفض معدل البقاء على قيد الحياة. إذا تعرض نخاع العظم للتلف بشكل كافٍ أثناء العرض المكون للدم، فقد يؤدي ذلك إلى نزيف وضعف قدرة الجهاز المناعي على مكافحة العدوى، وكلاهما يمكن أن يؤدي إلى الوفاة. (3).

3.1.2 الجهاز العصبي

ينتج عن العلاج الإشعاعي للمرضى الذين يعانون من أورام المخ مجموعة واسعة من التأثيرات الحادة والمتأخرة على الجهاز العصبي. هذه معلومات قيمة للنظر في التأثيرات المحتملة للتعرض للإشعاع على الجهاز العصبي لرواد الفضاء في البعثات الفضائية طويلة المدى. بالنسبة للمرضى الذين تم تشخيص إصابتهم بسرطان الدماغ مؤخرًا وعلاجهم بالعلاج الإشعاعي، تشمل الآثار الجانبية الملحوظة تغيرات في المزاج (القلق والاكتئاب) وصعوبة القراءة والكتابة والتعبير اللغوي. الآثار الجانبية المتأخرة للناجين على المدى الطويل من أورام الدماغ المعالجة بالعلاج الإشعاعي يمكن أن تشمل أيضًا التعب الجسدي والعقلي والغضب والإحباط وصعوبة التركيز. العلاج الإشعاعي بالحزمة الخارجية هو العلاج الإشعاعي الأكثر شيوعًا المستخدم لعلاج سرطانات الدماغ، وذلك باستخدام الأشعة السينية وأشعة جاما. العلاج بالبروتون هو أسلوب جديد يكتسب زخماً ويستخدم في كثير من الأحيان للأطفال. يمكن أن تكون الجرعات الإشعاعية في العلاج الإشعاعي لأورام المخ حوالي 20 Gy عند البالغين و24 Gy عند الأطفال، ويتم تسليمها في أجزاء من 1.8 إلى 2.0 Gy مباشرة إلى الورم. معدلات الجرعات هذه يمكن أن تسبب ضعفًا إدراكيًا متأخرًا.

أحد الآثار الجانبية الشائعة للعلاج الإشعاعي لأورام المخ وأحد المخاوف الخاصة لرواد الفضاء هو التعب. التعب هو أحد الآثار الجانبية الحادة التي يمكن ملاحظتها عادة خلال عدة أسابيع من العلاج الإشعاعي الأول للمريض، وعادة ما يستمر لمدة شهر إلى ثلاثة أشهر بعد انتهاء العلاج. السمة المميزة للإرهاق الناجم عن العلاج الإشعاعي هي أنه لا يتم تخفيفه عادةً عن طريق الراحة (Butler et al., 2006). وهذا، على وجه الخصوص، يتعلق برواد الفضاء الذين يجب أن يكونوا في حالة تأهب عند المشاركة في رحلات خطيرة عبر الفضاء واستكشاف الفضاء بين الكواكب. يمكن أن يصاحب التعب الاكتئاب والخلل الإدراكي، ولكن يمكن تخفيف بعض الأعراض عن طريق الأدوية مثل الميثيلفينيديت. يعد تساقط الشعر والحمامي الجلدية (احمرار الجلد) من الآثار الجانبية الحادة الأخرى التي غالبًا ما تحدث جنبًا إلى جنب مع التعب الناتج عن العلاج الإشعاعي (Butler et al., 2006). ومن المهم أن نلاحظ أن الجرعة الإشعاعية المستخدمة في العلاج الإشعاعي للسرطان أعلى بكثير مما يتوقع أن يتعرض له رواد الفضاء أثناء السفر إلى الفضاء بين الكواكب. ومع ذلك، فإن خطر ظهور أعراض مثل ضعف الأداء الإدراكي (Craven and Rycroft, 1994) بالإضافة إلى حمامي الجلد وتساقط الشعر موثق جيدًا. (Letaw et al., 1989).

ناقش Butler et al. (2006) أن تشعيع الدماغ يمكن أن يؤدي إلى إزالة الميالين من المادة البيضاء كرد فعل متأخر. إزالة الميالين تنطوي على تلف الميالين في الخلايا العصبية. المايلين عبارة عن غمد دهني يلتف حول الخلايا العصبية ويسمح للإشارات بالانتشار عبر الجهاز العصبي بمعدل أعلى. وبالتالي، فإن إزالة الميالين من الخلايا العصبية في المادة البيضاء في الدماغ من شأنها أن تبطئ بشكل كبير معدل انتشار إمكانات الفعل (الإشارات)، وهو ما يمثل بعض الخلل المعرفي وتغيرات المزاج التي يمكن ملاحظتها في المرضى بعد العلاج الإشعاعي. يتضمن الخلل المعرفي الذي يتم ملاحظته كرد فعل متأخر للعلاج الإشعاعي تباطؤ الوظائف المعرفية، وصعوبة التركيز وتعدد المهام، وانخفاض الذاكرة ((Butler et al., 2006)). تعد وظيفة الخلايا العصبية المعيقة من سمات التسبب في العديد من الأمراض التنكسية العصبية، مثل مرض باركنسون، حيث يوجد انخفاض ملحوظ في عدد الخلايا العصبية المنتجة للدوبامين في المادة السوداء. المادة السوداء هي جزء من الدماغ مهم للحركة، وبالتالي تنتج اضطرابات الحركة المرتبطة بمرض باركنسون (Lotharius and Brundin, 2002). بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي الخلايا العصبية التالفة إلى انخفاض إنتاج الناقلات العصبية. انخفاض مستويات الناقلات العصبية مثل الدوبامين والسيروتونين يمكن أن يسبب القلق والاكتئاب. وبالتالي، فإن قدرة الإشعاع على إتلاف الخلايا العصبية قد تكون خطرة على رواد الفضاء.

أحد العناصر المهمة في إشعاع الفضاء السحيق هو البروتونات عالية الطاقة. يعد العلاج الإشعاعي بالبروتون تطورًا جديدًا يحظى باهتمام كبير في المجالات الطبية لأنه يسمح بمعالجة الأورام دون إحداث درجة عالية من الضرر للأنسجة السليمة المحيطة بسبب القدرة على التحكم في عمق شعاع البروتون داخل الأنسجة. العلاج الإشعاعي بالبروتون هو علاج شائع الاستخدام للساركوما العضلية المخططة (RMS)، وهو شكل شديد العدوانية من السرطان ينشأ من خلايا العضلات ذات القدرة الضعيفة على التمايز. الساركوما العضلية المخططة المدارية هي نوع فرعي للرأس والرقبة يمثل 10% لحالات RMS لدى الأطفال ويؤثر عادة على المدار (مقبس الجمجمة حيث تجلس العين وملحقاتها). يمكن أن يؤدي العلاج الإشعاعي بالفوتون القياسي كعلاج لـ RMS المداري إلى ضعف الرؤية في العين المشععة لدى معظم المرضى، كما أن 10% من المرضى الذين يتلقون هذا العلاج يصابون بمضاعفات لاحقة تتطلب الاستئصال (الإزالة الجراحية لمقلة العين من مدارها). كما أن العلاج الإشعاعي بالفوتون القياسي الذي يستخدم الأشعة السينية وأشعة جاما يجعل الأطفال أكثر عرضة لتطور الورم الثاني من البالغين.

أجرى Yock et al. (2005) دراسة تابعت سبعة مرضى عولجوا عن طريق العلاج الإشعاعي بالبروتون من الساركوما العضلية المخططة المدارية والذين تلقوا أيضًا علاجًا كيميائيًا يعتمد على الداكتينومايسين/فينكريستين. تم علاج جميع المرضى في مستشفى ماساتشوستس العام أو هارفارد سيكلوترون بين 1995 و2001، مع جرعة متوسطة من 46.6 CGE (مكافئ رمادي الكوبالت) يتم تسليمها في كسور تقليدية. تابعت الدراسة المرضى بمتوسط ​​6.3 بعد سنوات من العلاج الإشعاعي. في المتابعة، وجد أن جميع المرضى السبعة كانوا خاليين من المرض، وكان مريض واحد فقط يحتاج إلى الاستئصال والعلاج الإشعاعي التجسيمي بسبب عدم التحكم في العلاج محليًا. كان لدى المرضى الستة المتبقين رؤية جيدة في العين المعالجة بالعلاج الإشعاعي. بالإضافة إلى ذلك، لم يكن هناك أي دليل على تكوين إعتام عدسة العين أو تأثيرات الغدد الصم العصبية في أي من المرضى. أظهر جميع المرضى عدم تناسق عظمي مداري خفيف إلى معتدل أو التهاب في العين. يؤدي Enophthalmos إلى غرق العين ووضعها بشكل غير طبيعي في محجرها بسبب إصابة أو حالة طبية. على الرغم من ذلك، أظهرت النتائج الإجمالية أن الأنسجة السليمة المحيطة بكتلة السرطان تم إنقاذها بشكل أفضل من خلال تشعيع البروتون مقارنة بإشعاع الفوتون (Yock et al., 2005). وهذا أمر مثير للاهتمام، بالنظر إلى الوفرة العالية للبروتونات في إشعاع الفضاء السحيق، ويسلط الضوء على وسيلة لمزيد من البحث في تشعيع البروتون في العلاج الإشعاعي وطب الفضاء.

تعد جسيمات HZE (النوى عالية الطاقة) عنصرًا حاسمًا في الإشعاع الكوني المجري، ومن الضروري مراعاة آثارها البيولوجية مقارنة بالأشعة السينية القياسية وأشعة جاما المستخدمة بشكل شائع في العلاج الإشعاعي. أظهرت دراسة أجراها Craven and Rycroft (1994) حسابات حول عدد نوى الخلايا في الدماغ التي من المحتمل أن تصطدم بجسيمات HZE أثناء السفر عبر الفضاء بين الكواكب. حددت الدراسة أن 3.4% للنواة العصبية في مركز الدماغ سيتم عبورها بواسطة جسيم HZE مرة واحدة كل ثلاث سنوات من السفر إلى الفضاء بين الكواكب. كما نوقش سابقًا، يلعب تلف الخلايا العصبية دورًا في أمراض التنكس العصبي والأمراض العقلية. يمكن أن تتعرض الخلايا العصبية في الجهاز العصبي المركزي لأضرار كبيرة نتيجة التعرض لجسيم HZE عالي الطاقة. تتمتع الخلايا العصبية بمعدل تجديد منخفض جدًا، مما يؤدي إلى عملية الإصلاح والاستبدال استجابةً للضرر الذي يحدث لفترة طويلة. تشير الدراسة أيضًا إلى الحديد باعتباره عنصرًا وفيرًا في الإشعاع الكوني المجري وعنصرًا قادرًا على إحداث فواصل في خيوط الحمض النووي في النوى العصبية. نظرًا لانخفاض معدل تجديد الخلايا العصبية، فإن تغييرات الحمض النووي الناتجة عن الإشعاع قد لا تكون موجودة ظاهريًا حتى وقت لاحق من حياة رائد الفضاء. يمكن أن يؤدي تراكم تلف الحمض النووي والضرر المباشر للنواة العصبية إلى الشيخوخة المبكرة لرواد الفضاء المعرضين للخطر. بالإضافة إلى إتلاف الخلايا العصبية نفسها، يمكن لجزيئات الإشعاع الثقيلة أن تعطل التفاعلات المعقدة (المشابك العصبية) للخلايا العصبية في الجهاز العصبي المركزي، مما يضعف القدرات العقلية والجسدية لرائد الفضاء. يعد الأداء المعرفي والبدني الأمثل أمرًا ضروريًا لرواد الفضاء المشاركين في المساعي الخطيرة للسفر عبر الفضاء بين الكواكب ((Craven and Rycroft, 1994)).

3.1.3 التأثيرات السلوكية

كما نوقش سابقًا، يمكن للإشعاع المؤين أن يضعف الجهاز العصبي المركزي (CNS). تحدث الأضرار في العمليات العصبية الأساسية، مثل إطلاق الخلايا العصبية واستثارة التشابك العصبي، وكذلك في بنية الدماغ بسبب نخر المادة البيضاء، وإزالة الميالين، والتغيرات الوعائية (مثلًا، Trivedi et al., 2012). وصف Cucinotta et al. (2009) بعض الآثار الجانبية في السلوك والإدراك؛ وفقا لتعرضهم، يمكن تصنيفها على أنها حادة أو مزمنة. تشمل المخاطر الحادة للجهاز العصبي المركزي تغير الوظيفة الإدراكية، وانخفاض الوظيفة الحركية، والتغيرات السلوكية، مما قد يؤثر على الأداء وصحة الإنسان. المخاطر المزمنة للجهاز العصبي المركزي هي اضطرابات عصبية محتملة مثل مرض الزهايمر أو الخرف أو الشيخوخة المبكرة Cucinotta et al. (2009). يظهر مرضى العلاج الإشعاعي تغيرات سلوكية، مثل التعب المزمن والاكتئاب، والانحطاط المعرفي العصبي في الذاكرة اللفظية والبصرية، والانتباه، وسرعة التفكير، والطلاقة اللفظية (Cucinotta et al., 2009). الأطفال معرضون بشكل خاص لهذه التأثيرات. أظهرت مراجعة أجراها Butler and Haser (2006) انخفاضًا في الذكاء والتحصيل الأكاديمي، بما في ذلك انخفاض درجات حاصل الذكاء (IQ) والقدرات اللفظية ومعدل الذكاء في الأداء لدى الأطفال بعد العلاج الإشعاعي لأورام المخ.

إلى جانب الخطر على الأنظمة الفسيولوجية، هناك اهتمام متزايد بالرفاهية الاجتماعية والمعرفية لرواد الفضاء في مهمات طويلة الأجل بسبب التعرض للإشعاع لفترات طويلة والحبس الذي سيتعرضون له (Frederico et al., 2009). نظرًا لصعوبة قياس التأثيرات السلوكية، تقوم اختبارات مختلفة بتقييم التغيرات في السلوك والأداء المعرفي. في كل اختبار، تعتمد النتائج دائمًا على عمر الفرد وجرعة التعرض للإشعاع (Cucinotta et al., 2009). قام Trivedi et al. (2012) بتعريض الفئران الذكور البالغة من العمر ثلاثة أشهر لجرعات من 3 Gy و 5 Gy و 8 ​​Gy (وحدة تشعيع غاما 60C0). بعد عشرة أيام من التشعيع، اكتشفوا أعراضًا تشبه القلق في مجموعات التشعيع الثلاث وانخفاضًا في الأنشطة الحركية والتنفيذ في اختبار التعرف على الأشياء الجديد (نموذج يستخدم لتقييم التعرف على الأشياء والذاكرة المكانية) لمجموعتي 5 Gy و8 Gy (Trivedi et al., 2012). في دراسة أخرى، قام Pecaut et al. (2002) بمحاكاة ظروف الإشعاع الفضائي باستخدام بروتونات أحادية الطاقة (250 MeV) لجرعات 3 أو 4 Gy في إناث الفئران البالغة من العمر شهرين. وأظهرت نتائجهم أيضًا عجزًا في الأنشطة الحركية والتعود على الإجفال الصوتي. ومع ذلك، بعد أسبوعين، كانت آثار الإشعاع ضئيلة. (Pecaut et al., 2002).

قام بحث حديث أجراه Kiffer et al. (2019) بتحليل إناث الفئران لمدة تسعة أشهر للتأثيرات المتأخرة في الإدراك والسلوك وتشكل الخلايا العصبية بعد التعرض لجرعات أقل من 0.1 Gy أو 0.25 من ¹⁶O. وبعد تسعة أشهر من التعرض، قاموا بتقدير التغيرات في سلوك الحيوان. تسبب 0.1 Gy و 0.25 Gy في حدوث أوجه قصور في ذاكرة التعرف على الأشياء وعجز في الجدة الاجتماعية فقط عند الجرعات الأعلى. وجد Cherry et al. (2012b) نتائج متسقة في الفئران لمدة ثلاثة أشهر؛ لقد أظهروا ضعفًا في الإدراك ومساحة الذاكرة بعد التعرض لإشعاع 0.1 ​​Gy و1 Gy من إشعاع ⁵⁶Fe عند 1 GeV/$\mu$. تشير هذه النتائج إلى أن ذاكرة التعرف هي الأكثر تأثراً بعد الإشعاع الفضائي وأن هذه الأضرار قد تستمر مع مرور الوقت. أحد الآثار طويلة المدى هو التطور المحتمل للاضطراب العصبي مرض الزهايمر (AD)، والذي يتميز بالتدهور المعرفي التدريجي على مدى عدة سنوات. أحد أسباب هذا الانخفاض هو عملية الالتهاب العصبي المزمنة المستمرة. تراكم أميلويد بيتا (بروتين غير طبيعي) في الدماغ يشكل لويحات. هذه هي العناصر الفاعلة الحيوية في التهاب الأعصاب وهي واحدة من السمات المميزة للتشريح المرضي. تعد مراقبة تطور البلاك أداة تشخيصية للبشر وتسمح بقياس شدة المرض (Cherry et al., 2012a).

أظهرت الفئران التي تلقت جرعات منخفضة تصل إلى 0.1 Gy تراكمًا مثيرًا للأميلويد، وعجزًا سلوكيًا، وانخفاضًا في القدرات الإدراكية. لا تمتلك الفئران الجينات القادرة على تطوير الأعراض المرتبطة بمرض الزهايمر. ومع ذلك، هناك نماذج فأرية معدلة وراثيا للتعبير عن البروتينات المرتبطة بهذا المرض (Cherry et al., 2012a). أحدها هو البروتين ApoE-4 الذي يميل إلى إنتاج تراكم أميلويد بيتا الذي يسبق أعراض AD (Donohue et al., 2017; Corder et al., 1993). أظهرت دراسة أجريت بواسطة Villasana et al. (2011) على الفئران المعدلة وراثيا الذكور التي تعبر عن ApoE-4 وجود قصور في الذاكرة المكانية بعد التعرض لإشعاع 3 Gy. أبلغ Villasana et al. (2008) أيضًا عن وجود عجز في عرض اختبار NOR في الفئران المعدلة وراثيًا التي تعبر عن ApoE-4 ​​بعد التعرض للإشعاع لـ 2 Gy.

قام Rudobeck et al. (2017) بتقييم التعلم المكاني والذاكرة من خلال اختبار المتاهة المائية (WM) ورواسب الأميلويد بيتا في الفئران المعدلة وراثيا (TG) والفئران البرية (WT) البالغة من العمر شهر 3 (150 MeV) ؛ 0.1$\pm$1.0 غراي؛ بعد التشعيع، كان أداء الفئران TG أسوأ بكثير من الفئران WT في اختبار WM. أيضًا، أظهرت الفئران TG زيادة في رواسب أميلويد بيتا في قشرة الدماغ. وخلصوا إلى أنه على الرغم من أن التشعيع بالبروتونات أدى إلى زيادة ترسب A$\beta$، إلا أن النتائج الوظيفية والكيميائية الحيوية المعقدة تشير إلى أن تأثيرات التشعيع ليست متآزرة مع مرض AD (Rudobeck et al., 2017). ومع ذلك، فإن مرض الزهايمر هو مصدر قلق آخر يجب أخذه بعين الاعتبار ويحتاج إلى مزيد من الدراسات للمهمات الفضائية طويلة المدى.

3.1.4 نظام العين

بدأ Chalupeckỳ (1897) الدراسات الأولى لتأثيرات الإشعاع المؤين على العين. ومنذ ذلك الحين، حاولت التحقيقات اللاحقة إثبات الأضرار الضارة المحتملة على الهياكل العينية كتحذير للمعالجين (Vaeth et al., 1970). لاحقًا، قام Rohrsehneider (1929) بإدراج هياكل العين وفقًا لحساسيتها للإشعاع، حيث كانت العدسة واحدة من أكثر العناصر حساسية، تليها الملتحمة، والقرنية، والعنبية، والشبكية، والعصب البصري. ومن المعروف استخدام العلاج الإشعاعي لعلاج الحالات المختلفة في هياكل العين، مثل الآفات العينية والأورام غير الورمية وأورام العين وأورام الحجاج. وتتراوح الجرعات الإشعاعية بين 6-12 ​​Gy للجرعة الواحدة، وبين 20 - 100 Gy للجرعات المختلفة خلال فترات عدة أسابيع (أكثر من أسبوعين)؛ ومع ذلك، فإن ظهور الآثار الجانبية بعد عدة أسابيع أو حتى سنوات من التعرض هو مصدر قلق حاليًا (Vaeth et al., 1970). الأضرار المحتملة هي حمامي، توسع الشعريات (توسع مزمن في الشعيرات الدموية والأوعية الدموية الصغيرة الأخرى Flore, 2011)، ضمور الغدة الدمعية، احتقان (زيادة كمية الدم في أوعية عضو أو نسيج في الجسم، انظر Bliss, 1998)، ترقق القرنية، وإعتام عدسة العين. وفقًا للجنة الدولية للحماية من الإشعاع (ICRP)، أصبح إعتام عدسة العين مصدر قلق متزايد بسبب انخفاض عتبة الإشعاع اللازمة للكشف عن عتامة العدسة. بالنسبة للتعرض الحاد لمرة واحدة، لا يلزم سوى 0.5–2.0 Gy. بالنسبة للتعرضات المجزأة أو الممتدة للغاية، يلزم وجود 5 Gy. معدلات الجرعة السنوية للتعرض السنوي المجزأ أو المطول لسنوات عديدة هي $>$0.1 Gy/a؛ ومع ذلك، فإن تكوين الساد هو تأثير متأخر (Fish et al., 2011). وحتى بعض الدراسات الوبائية من هيروشيما وناجازاكي والأطفال الناجين من تشيرنوبيل أثبتت أن الجرعات المنخفضة يمكن أن تؤدي إلى عتامة يمكن اكتشافها. (Ainsbury et al., 2009).

توفر بيانات ناسا للمراقبة مدى الحياة لصحة رواد الفضاء (LSAH) سجلاً تاريخيًا لحالات إعتام عدسة العين لدى رواد الفضاء، وتهدف دراسة ناسا لإعتام عدسة العين لدى رواد الفضاء (NASCA) إلى تحديد أنواع وشدة ومعدلات تقدم عتامة العدسة لدى رواد الفضاء بدقة. لقد كانت دراسة طولية مدتها خمس سنوات حيث تم قياس حالة العدسة والوظيفة البصرية لدى رواد الفضاء 171 (النشطين والمتقاعدين) من مجموعتين ضابطتين: الطيارون العسكريون (النشطون والمتقاعدون) والأشخاص الذين ليس لديهم أي خلفية طيران عسكرية (Chylack et al., 2009). قام نظام تصوير العدسات Nidek EAS 1000 (نظام تصوير للجزء الأمامي من العين يتيح تسجيل صور Scheimpflug وصور الإضاءة الراجعة Wegener et al., 1992) بقياس حالة العدسة تحت المحفظة النووية والقشرية والخلفية (PSC) للموضوعات. الخصائص الأخرى التي تم قياسها في الأساس هي العمر والتركيبة السكانية والصحة العامة والمدخول الغذائي وتعرض العين لأشعة الشمس (Chylack et al., 2009). أدت الدراسة إلى استنتاج مفاده أن التباين ومتوسط ​​إعتام عدسة العين القشري كان أعلى بكثير بالنسبة لرواد الفضاء المعرضين مقارنة بالمجموعة الضابطة. ضمن مجموعة رواد الفضاء، كانت عتامة PSC أكثر أهمية في الأشخاص الذين تعرضوا لجرعات إشعاعية فضائية أعلى. ولم يكن هناك أي دليل على وجود علاقة بين الإشعاع الفضائي وإعتام عدسة العين النووية. تشير هذه النتائج إلى زيادة مخاطر إعتام عدسة العين عند تناول جرعات إشعاعية أصغر مما تم الإبلاغ عنه سابقًا في (Chylack et al., 2009). ناقش Cucinotta et al. (2001) النتائج التي توصلوا إليها في دراسة أخرى، مع رواد فضاء 295 المشاركين في دراسة ناسا الطولية لصحة رواد الفضاء (LSAH) وبيانات التعرض للإشعاع المهني الفردي. تشير النتائج إلى زيادة خطر الإصابة بإعتام عدسة العين لدى رواد الفضاء الذين تعرضوا لجرعات أعلى من العدسات ($>$8 mGy) مقارنة برواد الفضاء الآخرين الذين تعرضوا لجرعات أقل.

هناك ظاهرة أخرى مثيرة للاهتمام وهي ملاحظة الفوسفينات من قبل أفراد طاقم بعثات أبولو من 11 إلى 17 (Pinsky et al., 1974). الفوسفينات هي الإحساس البصري على شكل ومضات من الضوء دون دخول الضوء إلى العين نتيجة لمحفزات مختلفة (ميكانيكية وكهربائية ومغناطيسية وإشعاع مؤين وغيرها، انظر Bokkon, 2008). وصف طيار الوحدة القمرية Apollo 11، إدوين ألدرين، هذه المصابيح الكهربائية لأول مرة، وبعد ذلك، تم إطلاع طاقم Apollo 12 وApollo 13 على هذه الظاهرة وطلب منهم الإبلاغ عن ملاحظاتهم. بعد هذه التقارير، خصص Apollo 14، وApollo 15، وApollo 16 جلسة مدتها ساعة واحدة لمراقبة هذه المصابيح الكهربائية مع عصابة عين بسيطة (مصممة لتجنب الضغط على مقل العيون). في النهاية، تم الإبلاغ عن ثلاثة أنواع من الومضات: الومضات ”البقعية” أو ”الشبيهة بالنجمة”، والأكثر شيوعًا، ”الخطوط” (على الأرجح بسبب الجسيمات ذات المسارات المماسّة تقريبًا لشبكية العين)، والومضات التي يشار إليها باسم ”السحب” والتي كانت تُرى دائمًا في محيط العين. في المتوسط، تم الإبلاغ عن الوميض في 19.3 بعد دقائق من بدء مرحلة التكيف مع الظلام. أضافت بعثتا Apollo 16 وApollo 17 جهازًا يُعرف باسم كاشف المستحلب المتحرك Apollo Light Flash Moving Emulsion Detector (ALFMED) لفهم أصل هذه الظاهرة (Pinsky et al., 1974). تشير Chapman et al. (1972) إلى أن المصابيح الكهربائية المرصودة قد تكون بسبب الأشعة الكونية الأولية التي تمر عبر الخلط الزجاجي الذي يولد إشعاع شيرينكوف أو عن طريق التفاعلات المؤينة المباشرة مع شبكية العين. أكثر من 80% من رواد الفضاء من برامج ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية (وكالة الفضاء الأوروبية) قد لاحظوا الفوسفينات، على الأقل في بعض البعثات (Sannita et al., 2006). ومن الضروري إجراء دراسة متعمقة للآثار المحتملة على المدى الطويل لهذه الظاهرة بالذات.

3.1.5 الغدة الدرقية

الغدة الدرقية هي عضو بشري يقع أمام القصبة الهوائية وتحت الحنجرة، وتتميز بوجود فصين مترابطين بوجود البرزخ المركزي. وهي مغطاة بكبسولتين، واحدة مقدمة من الطبقة أمام القصبة الهوائية من اللفافة العنقية العميقة والأخرى من الغدة المحيطية للنسيج الغدي. من الناحية المجهرية، يتم تنظيم الغدة الدرقية في هياكل مستديرة الشكل تسمى الجريبات. تسمى الخلايا التي تصنع هذه الهياكل بالخلايا الجريبية، المسؤولة عن تصنيع هرمونات الغدة الدرقية الناضجة. هرمونات الغدة الدرقية T3 و T4، التي يتم تصنيعها من اليود وثايروجلوبولين، لها تأثيرات عديدة على جسم الإنسان: فهي تزيد من معدل الأيض الأساسي (زيادة عمليات الأكسدة)، وإنتاج الحرارة، وتوصيل الأكسجين إلى الأنسجة، وامتصاص الأمعاء للفولات وB12.

التعرض للإشعاعات المؤينة يؤدي إلى تلف الحمض النووي ويزيد من معدلات الإصابة بسرطان الغدة الدرقية. وبالتالي، تعد الغدة الدرقية واحدة من أكثر الأعضاء حساسية للإشعاع في جسمنا. حتى الجرعات الصغيرة مثل 50-100 mGy ارتبطت بزيادة خطر الإصابة بسرطان الغدة الدرقية لدى الأطفال ((Sinnott et al., 2010)). أثناء التصوير المقطعي، تتعرض الغدة الدرقية لـ 15.2-52 mGy، وهي جرعة إشعاعية من شأنها أن تزيد حالات الأورام الخبيثة في الغدة الدرقية بما يصل إلى 390 لكل مليون شخص معرض (Mazonakis et al., 2007). معظم المعلومات الحالية مستمدة من الحوادث النووية الماضية، كما حدث في هيروشيما (1945) وتشرنوبيل (1986). وعلى الرغم من أن الجرعات الإشعاعية كانت مرتفعة في كلتا الحالتين، بالنظر إلى عتبة الصحة البشرية الموصى بها حاليًا، فقد اختلفت خصائص الإشعاع في كلا السيناريوهين. في قصف هيروشيما، تعرض الناس للإشعاع السريع بأشعة جاما والنيوترونات عالية الطاقة، بينما في حادث تشيرنوبيل، تم استثمار الكثير من الناس، خاصة في بيلاروسيا، بأشعة بيتا وغاما و نظائر اليود المشعة المختلفة.

أظهرت دراسة أجريت على الناجين من هيروشيما أنه من بين الأشخاص 105، 401، تم تحديد 371 من سرطانات الغدة الدرقية بين 1958 و2005، وكان الخطر الزائد أعلى بالنسبة للأشخاص الذين تبلغ أعمارهم عشر سنوات (أو أقل) في وقت قصف (Iglesias et al., 2017). في نفس الدراسة، تم تحديد أن متوسط ​​جرعة منخفضة مثل 0.05-0.1 ​​Gy قد تزيد بشكل كبير من خطر الإصابة بسرطان الغدة الدرقية، وهو ارتباط يستمر خطيًا حتى الجرعات العالية مثل 20-29 Gy. وربطت دراسات مختلفة كارثة تشيرنوبيل بزيادة حالات الإصابة بسرطان الغدة الدرقية لدى الأطفال. على سبيل المثال، قام Acar et al. (2011) بتحليل حالات 4 و000 لسرطان الغدة الدرقية لدى المشاركين الذين تتراوح أعمارهم بين 0-18 بين 1992 و2000. حوالي 75% حدثت في الأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين 0-14 سنوات. قد يؤدي الإشعاع المؤين (IR) إلى عدم استقرار وراثي محدد في الغدة الدرقية البشرية. على وجه الخصوص، تمت دراسة اثنين من التعديلات الجينية بشكل مكثف، وكلاهما ينتمي إلى نفس مسار الإشارات داخل الخلايا:

1. ET/PTC، وهو الإزاحة الجينية الناجمة عن الإشعاع المؤين، والتي يتميز متغيرها 1 بالانعكاس المركزي على الكروموسوم 10، والذي لوحظ في الأطفال الذين تعرضوا لقصف هيروشيما وناغازاكي. يرتبط وجوده بالنمط الظاهري للسرطان الأكثر عدوانية (Nagataki et al., 1994).

2. BRAF/AKAP9، الانعكاس المتمركز على الكروموسوم 7q، الذي يضعف البنية التثبيطية الذاتية لـ BRAF، وهو جزء من البروتين الذي يحتوي أيضًا على RBD (مجال ربط Ras)، مما يؤدي إلى تنشيط BRAF بشكل مستقل عن Ras. وقد تم وصفه في مجموعتين من الأطفال والمراهقين البيلاروسيين الذين تعرضوا للإشعاع بعد حادث تشيرنوبيل ((Ciampi et al., 2005)).

3.1.6 نظام الهيكل العظمي

يعد النظام الهيكلي لجسم الإنسان أمرًا حيويًا للبنية والحركة، ويتسبب تلف العظام في العديد من الحالات الطبية، بما في ذلك لين العظام (تليين العظام بسبب سوء التغذية). يعد زيادة خطر الإصابة بكسور العظام مصدر قلق لمرضى السرطان بعد العلاج الإشعاعي. بعد العلاج الإشعاعي، يمكن أن يؤدي الضرر الإشعاعي الذي يلحق بالأنسجة الهيكلية السليمة بالقرب من الورم إلى جعلها أكثر عرضة للكسور. على سبيل المثال، في مرضى سرطان الثدي الذين يتلقون العلاج الإشعاعي، يمكن أن تصل معدلات كسر الأضلاع بعد العلاج إلى 19%. يتضمن العلاج الإشعاعي القياسي لمرضى سرطان الثدي الأشعة السينية وأشعة جاما. في الوقت الحاضر، يتم الاستخدام التجريبي للعلاج بالبروتون بشكل متكرر. يمكن أن يعيق العلاج الإشعاعي سلامة بنية العظام من خلال فقدان المعادن وتلف الأنسجة العظمية الإسفنجية الأساسية (الهياكل التربيقية). بحثت ورقة بحثية أعدتها Baxter et al. (2005) في خطر كسر العظام النسبي لثلاثة أنواع من السرطان لدى النساء التي يتم علاجها عادة عن طريق العلاج الإشعاعي: سرطان عنق الرحم، والمستقيم، والشرج. نظرت الدراسة إلى النساء فوق سن 65 وأظهرت أن النساء اللاتي عولجن من سرطان عنق الرحم عن طريق العلاج الإشعاعي كان لديهن خطر نسبي متزايد للإصابة بكسور الورك من 65%. علاوة على ذلك، حددت الدراسة لاحقًا أن الخطر النسبي المتزايد لكسور الورك بسبب سرطان المستقيم والشرج هو 66% و214%، على التوالي.

حقق Willey et al. (2011) تقدمًا كبيرًا في دراسة التأثيرات المحتملة للإشعاع الفضائي على صحة العظام. وقارنوا التعرض للإشعاع لرواد الفضاء أثناء رحلات الفضاء بتعرض مرضى السرطان للعلاج. ويتضمن العلاج الإشعاعي للسرطان عادة إيصال أجزاء من 1.8-2.0 Gy مباشرة إلى كتلة الورم لبضع دقائق. ويعتمد الحجم الكلي وعدد الأجزاء المعطاة على نوع السرطان. فعلى سبيل المثال، تُعالج السرطانات النسائية بجرعة كلية قدرها 54 Gy تعطى على مدى ستة أسابيع في أجزاء مقدار كل منها 1.8 Gy. وللمقارنة، فإن رواد الفضاء أثناء الرحلة إذا تعرضوا لحدث جسيمات شمسية مدته 8-24 ساعة فسيتلقون جرعات تراكمية لكامل الجسم تبلغ 1.0-2.0 Sv أو 1.0-2.0 Gy من البروتونات (Jones et al., 2020b).

إن الجرعات الإشعاعية التي يتلقاها مرضى العلاج الإشعاعي للسرطان أعلى مما يتوقع أن يتعرض له رواد الفضاء في رحلات الفضاء. وهذا يضعف إلى حد ما مقارنة المخاطر الصحية للعلاج الإشعاعي بالمخاطر الصحية للإشعاع الفضائي. ومع ذلك، فقد ثبت أن الجرعات الإشعاعية المرتبطة برحلات الفضاء تؤدي إلى فقدان العظام. عند تناول جرعات بروتون منخفضة تصل إلى 0.5 Gy، يستمر فقدان العظام لمدة تسعة أسابيع بعد التعرض للإشعاع المرتبط برحلات الفضاء. عند التعرض لجرعة 1 Gy، يستمر فقدان العظام لمدة أربعة أشهر بعد التعرض. وبالتالي، فإن 1.0-2.0 Gy من البروتونات التي يمكن أن يتعرض لها رواد الفضاء أثناء حدث جسيم شمسي يمكن أن يؤدي إلى آثار ضارة طويلة المدى على صحة العظام ((Willey et al., 2011)).

هناك تأثيران رئيسيان للتعرض للإشعاع المرتبط بالرحلات الفضائية هما انخفاض نشاط الخلايا العظمية والزيادة المبكرة في نشاط الخلايا العظمية. الخلايا العظمية هي خلايا كبيرة تحتوي على نواة واحدة تعمل في تصنيع العظام. ومع ذلك، يتطلب تركيب العظام عددًا من الخلايا العظمية الفردية للعمل كمجموعة من الخلايا المتصلة. لقد ثبت أن التعرض للإشعاع يؤدي إلى إتلاف سلائف الخلايا العظمية وخلايا هشاشة العظام (الخلايا التي تتطور إلى خلايا عظمية). تتضرر المنشأت العظمية بشكل خاص بسبب الإجهاد التأكسدي للإشعاع، مما يضعف قدرة الخلايا الجذعية الوسيطة على الخضوع للتمايز العظمي. إن تأثير الإجهاد التأكسدي الناجم عن الإشعاع يجعل البحث عن مضادات الأكسدة موضع اهتمام مستهدف. وقد لوحظ أن مضادات الأكسدة مثل البيتا كاروتين تمنع أضرار الإجهاد التأكسدي الناجم عن الإشعاع ((e.g., Bairati, 2016, see also Section 5 for further information)). تتضمن عملية تمايز الخلايا العظمية عامل النسخ الرئيسي، RUNX2. لوحظ انخفاض مستويات RUNX2 استجابةً للتعرض للإشعاع، مما يشير إلى ضعف قدرة سلائف بانيات العظم وسلائف العظام على التطور إلى خلايا بانية للعظام تعمل بكامل طاقتها. يؤدي التشعيع إلى انخفاض عدد الخلايا الجذعية الوسيطة القادرة على الاستجابة للتحفيز العظمي، مما يؤخر تعافي العظم من تلف الأرومة العظمية. إن تلف الخلايا العظمية له عواقب أخرى على صحة العظام، بما في ذلك تقليل حجم الأوعية الدموية التي تزود العظام بالدم المؤكسج، مما قد يسبب نقص الأكسجة (إمداد غير كاف بالأكسجين؛ مثلًا، Willey et al., 2011).

MC3T3-E1 عبارة عن خط خلايا سلائف عظمية مستمدة من كالفاريا Mus musculus (فأر المنزل). يمكن أن تخضع خلايا MC3T3-E1 للتمايز لتكوين الخلايا العظمية. أظهرت دراسة أجراها Kook et al. (2015) ضعف قدرة خلايا MC3T3-E1 على التمايز إلى خلايا عظمية بعد التعرض للإشعاع. تعرضت خلايا MC3T3-E1 لجرعات إشعاعية تتراوح بين 0-8 Gy (الجرعات ذات الصلة برحلات الفضاء). أنتجت الدراسة نتائج حول التأثيرات المحددة للإشعاع على خلايا MC3T3-E1. ذكرت الدراسة أن التشعيع يعزز المسار الكيميائي الحيوي Nrf-2/HO-1، والذي يتداخل مع دور عامل النسخ RUNX2 لدفع تطور الخلايا العظمية. الخلايا العظمية هي خلايا كبيرة متعددة النوى تلحق الضرر بأنسجة العظام استجابة، على سبيل المثال، للطلب الجسدي على الكالسيوم. الاستجابة المبكرة للخلايا العظمية للإشعاع هي عكس استجابة الخلايا العظمية، مع زيادة أولية في نشاط الخلايا العظمية. يتضمن تحلل العظام بواسطة الخلايا الآكلة للعظام إنزيم الفوسفاتيز الحمضي المقاوم للطرطرات (TRAP5b). يمكن قياس مدى انتشار TRAP5b في الدورة الدموية باستخدام علامات المصل. استجابة للتعرض للإشعاع، لوحظ أن علامات المصل لـ TRAP5b مرتفعة خلال أول 24 ساعة (Willey et al., 2011). حددت الدراسة كذلك الريزيدرونات المضاد للامتصاص من البايفوسفونيت كعامل دوائي محتمل لقمع الزيادات الناجمة عن الإشعاع في نشاط ناقضات العظم، وبالتالي قمع الضرر الناتج في أنسجة العظام.

3.1.7 الجهاز المناعي

توجد في جسم الإنسان أنواع خلوية كثيرة، ولكل منها خصائص مميزة. ويؤثر معدل تجدد نوع خلوي معين في حساسيته للضرر الناجم عن الإشعاع. وتعد الخلايا المناعية (خلايا الدم البيضاء) من أكثر أنواع الخلايا حساسية للإشعاع في جسم الإنسان ومن أعلى الخلايا معدلًا للتجدد. وبالمقارنة، تمتلك الخلايا العصبية أحد أدنى معدلات التجدد وتظهر حساسية إشعاعية أقل من الخلايا المناعية. والعدلات هي أكثر أنواع الكريات البيض (الخلايا المناعية) وفرة، إذ تمثل 60-70% من مجموع الكريات البيض في الجسم. وتتجدد العدلات كل 1-5 أيام. وهي جزء حاسم من الجهاز المناعي، ويمكنها ابتلاع الكائنات الدقيقة الممرضة وهضمها بعملية البلعمة. وتطلق العدلة منتجات مضادة للميكروبات مثل الإنزيمات المحللة وأنواع الأكسجين التفاعلية لقتل العامل الممرض المبتلع. وقد تسبب هذه المنتجات ضررًا للأنسجة البشرية السليمة المحيطة إذا لم ينضبط إنتاجها. ولتقليل الأثر الضار في الأنسجة المجاورة، تخضع العدلة للموت الخلوي المبرمج بعد نجاحها في ابتلاع العامل الممرض وقتله. وهذا يعني أن مخزون العدلات يحتاج إلى تعويض مستمر، ما يؤدي إلى معدل تجدد مرتفع. والخلايا التي تتجدد بوتيرة أعلى تنسخ حمضها النووي بوتيرة أعلى أيضًا، مما يزيد احتمال ظهور طفرات DNA الضارة الناجمة عن الإشعاع (انظر قسم تلف الحمض النووي).

يعد تأثير الإشعاع الفضائي على الجهاز المناعي لرواد الفضاء مصدر قلق كبير في علوم السفر إلى الفضاء. بسبب معدل التجدد السريع للكريات البيض، يكون الجهاز المناعي عرضة بشكل خاص للضرر الموضعي والجهازي عن طريق تشعيع الجسيمات. يُظهر نوع فرعي من الكريات البيض، الخلايا الليمفاوية، انحرافات صبغية متزايدة بعد المهمات الفضائية طويلة المدى في مدار أرضي منخفض، كما هو الحال في محطة الفضاء الدولية (Fernandez-Gonzalo et al., 2017). تلعب الخلايا الليمفاوية دورًا حاسمًا في الاستجابة المناعية التكيفية، وهي استجابة مناعية قوية تسمح لجهاز المناعة بتذكر حالات العدوى السابقة. أجرى Gridley et al. (2002) تجارب على الأرض حول استجابة الجهاز المناعي لدى الفئران لإشعاع البروتون.في تجاربهم، قدم (Gridley et al., 2002) جرعات إجمالية من 0.5، أو 1.5، أو 3.0 Gy في أجزاء من 1cGy أو 80cGy في الدقيقة. وقد لوحظ أن هذا التشعيع أدى إلى انخفاض خطي أو يعتمد على الجرعة في عدد الكريات البيض والخلايا الليمفاوية. تم تحديد الخلايا البائية باعتبارها أكثر كريات الدم البيضاء حساسية للإشعاع، تليها الخلايا التائية، والخلايا القاتلة الطبيعية باعتبارها أقل الكريات البيض حساسية للإشعاع. الخلايا B وT هي خلايا مناعية تكيفية، في حين أن الخلايا القاتلة الطبيعية يمكنها قتل الخلايا المصابة بالفيروسات والسرطانية. يزداد خطر الإصابة بالسرطان لدى رواد الفضاء بعد التعرض للإشعاع (انظر قسم زيادة خطر الإصابة بالسرطان)، والذي يمكن أن يتفاقم بشكل كبير بعد انخفاض الخلايا التائية والخلايا القاتلة الطبيعية. لم يؤثر إشعاع الفضاء السحيق المحاكي على حجم عدد الكريات البيض فحسب، بل أثر أيضًا على القدرات الوظيفية للخلايا المناعية (Gridley et al., 2002). ناقش Chancellor et al. (2018) القيود المفروضة على استخدام دراسات البيولوجيا الإشعاعية الأرضية للتنبؤ بالمخاطر الصحية للإشعاع الفضائي على رواد الفضاء. وتشمل هذه القيود التناقضات بين النماذج الحيوانية والبشرية، وصعوبة محاكاة توزيع التعرض للإشعاع عبر الجسم بأكمله، والتناقضات بين أنواع الإشعاع الأرضي والفضائي.

تم تجميع الأبحاث حول ضعف وظيفة الكريات البيض عن طريق التشعيع من مقالات صحفية مختلفة من قبل الوكالة الدولية للطاقة الذرية. يُظهر البحث المجمّع تأثيرات المستويات المختلفة للتعرض للإشعاع. بعد التعرض لـ 5 Gy لمدة ساعة، شهدت تركيزات الخلايا الليمفاوية في المياه المالحة انخفاضًا كبيرًا في مستويات ATP، مما يشير إلى آثار على عمليات التمثيل الغذائي والطاقة في الخلية. عند التعرض لـ 10 Gy، تظهر سيتوبلازمات الكريات البيض زيادة في التفريغ، مما يشير إلى زيادة موت الخلايا. في 20 Gy، يكون التعرض للإشعاع مرتفعًا بدرجة كافية للقضاء على القدرة الانقسامية للكريات البيض، مما يضعف قدرة الكريات البيض على التكاثر. يبدو أن هناك نوع فرعي من الكريات البيض يسمى الخلايا المحببة أقل عرضة للضرر الإشعاعي من الكريات البيض الأخرى. الخلايا المحببة هي خلايا مناعية تطلق حبيبات تحتوي على مواد كيميائية مضادة للميكروبات لقتل الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض. في 30 Gy، تظهر الخلايا الليمفاوية انخفاض الاستجابة للراصة الدموية النباتية؛ مادة كيميائية تعزز تنشيط الخلايا الليمفاوية وانتشارها (Castelino et al., 1997). تعد الاستجابة الالتهابية جزءًا من الجهاز المناعي الذي يثير قلق رواد الفضاء. أخذ Hayashi et al. (2003) عينات دم من الناجين من القنبلة الذرية 453 ​​وقام بتقييم مستويات البلازما لبروتين سي التفاعلي (CRP) والإنترلوكين-6 (IL-6)، وكلاهما يلعب أدوارًا رئيسية في الاستجابة الالتهابية. أظهرت الدراسة أن التعرض لـ 1 Gy فقط أنتج زيادة 28% في مستويات البلازما لـ CRP (القيمة p لـ 0.0002) وزيادة 9.8% في مستويات البلازما لـ IL-6 (القيمة p من 0.0003). الاستجابة الالتهابية هي استجابة الجسم السريعة للعدوى، وتتميز بزيادة تدفق الدم إلى المنطقة المصابة للسماح لأعداد أكبر من الخلايا المناعية بالوصول إلى موقع الإصابة. يمكن أن يؤدي الالتهاب، عندما لا يتم تنظيمه، إلى إتلاف أنسجة الجسم السليمة ويكون له عواقب مرضية. حتى المستويات المنخفضة من الاستجابة الالتهابية الناجمة عن الإشعاع المؤين يتم قبولها كعامل خطر لتطوير كل من الأمراض السرطانية وغير السرطانية مثل أمراض القلب والأوعية الدموية.

3.1.8 الجهاز القلبي الوعائي

تولد القنابل النووية تدفقات عالية الكثافة من الأشعة السينية وأشعة جاما والنيوترونات، بالإضافة إلى النوى المشعة الأخرى. تعد أمراض القلب والأوعية الدموية السبب الرئيسي للوفاة في العالم وتثير قلقًا خاصًا لدى مرضى السرطان الذين يتلقون العلاج الإشعاعي لمنطقة الصدر من الجسم. يُلاحظ في مرضى سرطان الثدي أن جرعة 2 Gy يمكن أن تزيد من خطر التطور اللاحق لأمراض القلب والأوعية الدموية الناجمة عن الإشعاع. أظهرت النتائج التي توصل إليها الناجون من حادث تشيرنوبيل أن جرعة منخفضة تصل إلى 0.15 Gy يمكن أن تزيد بشكل كبير من فرص الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية الناجمة عن الإشعاع (Hughson et al., 2018). أدت كارثة تشيرنوبيل إلى إطلاق العديد من العناصر المشعة، حيث تعد النظائر المشعة لليود-131 والسيزيوم-137 من أبرز النظائر المشعة وأكثرها ضررًا لمن تعرضوا لـ (39). تشير دراسة مدى الحياة للأفراد الذين نجوا من القصف الذرّي على هيروشيما وناجازاكي في 1945 ​​إلى أن أمراض القلب الإقفارية وارتفاع ضغط الدم (ارتفاع ضغط الدم) هما أكثر التأثيرات المتأخرة شيوعًا التي تظهر لدى الناجين من التعرض للإشعاع، وكلاهما متورط في أمراض القلب والأوعية الدموية (Hughson et al., 2018).

تقع محطة الفضاء الدولية في المدار الأرضي المنخفض، وعلى الرغم من أنها غير محمية من الإشعاع الفضائي بواسطة الغلاف الجوي الغني بالأوزون، إلا أنها محمية بواسطة المجال المغناطيسي للأرض. البشر الوحيدون الذين سافروا خارج عوالم المجال المغناطيسي هم رواد فضاء أبولو. قام (Delp et al., 2016) بالتحقيق في تأثيرات إشعاع الفضاء السحيق على رواد الفضاء فيما يتعلق بأمراض القلب والأوعية الدموية. قارنت الدراسة معدلات الوفيات بسبب أمراض القلب والأوعية الدموية بين رواد الفضاء الذين لم يسبق لهم القيام بمهام مدارية في الفضاء، ورواد الفضاء الذين سافروا في مدار أرضي منخفض (LEO)، ورواد فضاء أبولو القمري. وكشفت الدراسة أن معدل الوفيات بسبب أمراض القلب والأوعية الدموية كان أعلى بمقدار 4-5 مرات لدى رواد فضاء أبولو على سطح القمر مقارنة برواد الفضاء في المدار الأرضي المنخفض أو رواد الفضاء غير المداريين. وجدت الدراسة أن معدل الوفيات بأمراض القلب والأوعية الدموية لم يختلف بين رواد الفضاء في المدار الأرضي المنخفض ورواد الفضاء غير المداريين، لكن رواد فضاء أبولو القمريين أظهروا معدل وفيات أعلى بكثير من أمراض القلب والأوعية الدموية. ومع ذلك، فإن الدراسة التي أجراها Delp et al. (2016) عارضتها منشورات أخرى مثل Cucinotta et al. (2016) التي تسلط الضوء على العيوب في منهجية الدراسة. بالإضافة إلى ذلك، قام Elgart et al. (2018) بالتحقيق في الخطر الزائد للوفيات بأمراض القلب والأوعية الدموية بسبب التعرض للإشعاع الفضائي ولم يجد أي ارتباط مهم.

ومن المثير للاهتمام دراسة التشوهات القلبية التي لوحظت لدى رواد فضاء أبولو عند النظر في هذا الخطر المتزايد للإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية الناجمة عن الإشعاع. كما هو مذكور في القسم 2، أظهر رواد فضاء أبولو بعض الاضطرابات الاتزانية، بما في ذلك عدم انتظام ضربات القلب أثناء الرحلة. عدم انتظام ضربات القلب هو حالة يكون فيها معدل ضربات القلب غير منتظم، إما بطيء جدًا أو سريع جدًا. طوال مهمة أبولو 15، أظهر طيار الوحدة القمرية عدم انتظام ضربات القلب، في حين لم يكن طيار وحدة القيادة كذلك. بعد الالتحام مع طيار وحدة القيادة، أظهر طيار الوحدة القمرية سلوكًا قلبيًا غير طبيعي. أولاً، في الساعة 178 من الوقت المنقضي على الأرض (GET)، حدثت خمس انقباضات بطينية مبكرة واجهها طيار الوحدة القمرية في 30 ثانية فقط. تحدث انقباضات البطين المبكرة عندما يبدأ جهاز تنظيم ضربات القلب الخاطئ ”” في نبض القلب. تحدث الانقباضات البطينية المبكرة عندما تبدأ ألياف بوركينجي في نبض القلب بدلاً من العقدة الجيبية الأذينية، وهي الناظمة الطبيعية للقلب. لا يعتبر الانقباض البطيني السابق لأوانه خطيرًا، ولكن عندما يصبح متكررًا، فإنه يشكل مصدر قلق أكثر خطورة ويمكن أن يؤدي إلى اعتلال عضلة القلب الناجم عن عدم انتظام ضربات القلب. في وقت لاحق في 179 ​​GET، أظهر طيار الوحدة القمرية بداية مفاجئة لإيقاع عقدي ثنائي التوائم، وهو إيقاع قلب غير طبيعي أو ”غير منتظم”. قبل بداية إيقاع الجوزاء، بلغ معدل ضربات قلب طيار الوحدة القمرية ذروته عند 120 نبضة في الدقيقة. ثم تباطأ معدل ضربات القلب إلى 95 ينبض في الدقيقة قبل وأثناء عدم انتظام ضربات القلب (Johnston et al., 1975) مباشرة. يتراوح متوسط ​​معدل ضربات القلب أثناء الراحة لدى الشخص البالغ بين 60 إلى 100 نبضة في الدقيقة.

لوحظ أن أنواعًا مختلفة من الإشعاع تؤدي إلى تأثيرات بيولوجية مختلفة في العديد من أنواع الأنسجة، بما في ذلك الجهاز القلبي الوعائي. تعمل جزيئات HZE (المتوفرة بكثرة في الإشعاع الفضائي) على تغيير التعبير الجيني، مما قد يضعف وظيفة القلب والأوعية الدموية ويسبب الضرر. كما تبين أن التعرض لجزيئات HZE يضعف إنتاج أوعية دموية جديدة، وهي العملية الفسيولوجية لتكوين الأوعية الدموية. لاحظت الدراسات أن هذه التأثيرات بواسطة جزيئات HZE تكون فعالة عند التعرض لجرعات منخفضة إلى متوسطة. ثبت أن النيوترونات تلحق الضرر بأنسجة القلب والأوعية الدموية بشكل أكثر خطورة من أشعة جاما الأرضية. ثبت أن الجسيمات عالية الـ LET (مثل أشعة ألفا والبروتونات والنيوترونات) تسبب ضررًا للخلايا البطانية، مما قد يؤدي إلى الاستجابة الالتهابية للجهاز المناعي. الالتهاب هو وسيلة فعالة لمكافحة العدوى، ولكن عندما لا تكون هناك حاجة إليه، فإنه يمكن أن يسبب ضررا للأنسجة البشرية. وبالتالي، يمكن أن يؤدي هذا إلى التطور اللاحق لأمراض القلب والأوعية الدموية الناجمة عن الإشعاع في حالة تلف أنسجة القلب. في الاستجابة الالتهابية، تستخدم الخلايا المناعية عادة أنواع الأكسجين التفاعلية لقتل الكائنات الحية الدقيقة المعدية. أحد العوامل الرئيسية في الأضرار الناجمة عن الإشعاع للجهاز القلبي الوعائي هو الإجهاد التأكسدي. وقد دفع هذا العلماء إلى اقتراح نظام غذائي غني بالمواد المغذية التي تتصدى للإجهاد التأكسدي كإجراء وقائي ومضاد لأمراض القلب والأوعية الدموية الناجمة عن الإشعاع. على سبيل المثال، النترات والنتريت (كلاهما من الخضروات الخضراء)، وريبوسيد النيكوتيناميد (من الحليب والأطعمة المشتقة من الخميرة) تسهل إنتاج أكسيد النيتريك، الذي يمكنه مقاومة الإجهاد التأكسدي، والليكوبين الموجود في الطماطم هو مادة مغذية مضادة للأكسدة مع خصائص وقائية إشعاعية إضافية (Hughson et al., 2018). اطلع على المزيد حول استراتيجيات التخفيف الغذائي في القسم 5.

لا شك أن علوم الفضاء والطب متشابكان. من الصعب دراسة تأثيرات الإشعاع الفضائي على رواد الفضاء دون مقارنتها بتأثير العلاج الإشعاعي على مرضى السرطان. تابعت دراسة الناجين من سرطان الطفولة مجموعة من البالغين الذين تلقوا العلاج الإشعاعي لسرطان الطفولة بين 1970 و1986 ونجوا لمدة خمس سنوات على الأقل بعد العلاج. وذكرت الدراسة أن المرضى الذين تلقوا العلاج الإشعاعي للصدر لديهم زيادة كبيرة في خطر الإصابة بأمراض مثل أمراض القلب والأوعية الدموية واحتشاء الدماغ (السكتة الدماغية). كما ورد في الدراسة التي أجراها Marmagkiolis et al. (2016) أنه بالنسبة للمرضى الذين خضعوا للعلاج الإشعاعي بين 1960 ​​و1995، كانت أمراض القلب والأوعية الدموية مسؤولة عن الوفيات 9-16%. مرض هودجكين هو سرطان يصيب الجهاز اللمفاوي ويتم علاجه عادةً بالعلاج الإشعاعي. على وجه التحديد، يمكن علاج مرض هودجكين عن طريق طرق العلاج الإشعاعي الخارجي مثل العلاج الإشعاعي التقليدي والعلاج الإشعاعي المعدل الشدة (باستخدام الأشعة السينية وأشعة جاما)، ولكن العلاج الإشعاعي بالبروتون أصبح أكثر شيوعًا (Chera et al., 2009). بعد المرضى الذين تلقوا العلاج الإشعاعي لمرض هودجكين بين 1960 و1998، 10% تم تقديمهم سريريًا بمرض الشريان التاجي الواضح في وقت متوسط قدره 9 بعد سنوات من العلاج الإشعاعي، و6.2% تم تقديمه سريريًا مع خلل وظيفي كبير في الصمامات في وقت متوسط قدره 22 بعد سنوات من العلاج الإشعاعي (Marmagkiolis et al., 2016). كلاهما يشارك في تطور أمراض القلب والأوعية الدموية.

3.1.9 الجهاز الرئوي

على مدى العقود القليلة المقبلة، هناك خطط لمحاولة هبوط أول البشر على سطح المريخ. تهدف مهمات NASA Artemis إلى إنشاء استكشاف مأهول مستدام للقمر بنهاية عقد 2030 استعدادًا لإرسال رواد فضاء إلى المريخ لاحقًا. يشكل سطح المريخ العديد من التهديدات البيئية على صحة الإنسان، بما في ذلك مستويات الإشعاع العالية وتربة المريخ التي تحتوي على مستويات عالية من البيركلورات. مركبات البيركلورات سامة للإنسان، وخاصة للغدة الدرقية. ومع ذلك، أظهرت بعض أشكال الحياة البكتيرية قدرة متطورة على تحمل البيركلورات (Wadsworth and Cockell, 2017). كما تم اكتشاف البكتيريا التي تقلل البيركلورات مثل Dechloromonas genus وWolinella succinogenes (Shrout et al., 2005). يتعرض سطح المريخ للإشعاع بمستويات عالية من الأشعة فوق البنفسجية UVB وUVC، وهي الأشعة فوق البنفسجية الأكثر خطورة والتي يكون سطح الأرض محميًا منها في الغالب بواسطة الأوزون. تنتج البيركلورات المشععة بواسطة مستويات الأشعة فوق البنفسجية العالية على سطح المريخ مواد كيميائية أكثر خطورة بشكل متزايد، بما في ذلك الهيبوكلوريت والكلوريت، والتي تبين أنها قاتلة للخلايا البكتيرية التي تتحمل البيركلورات الموصوفة مسبقًا (Wadsworth and Cockell, 2017). تعتبر تربة المريخ مصدر قلق خاص للصحة الرئوية (الرئة) لرواد الفضاء بسبب تركيبها الكيميائي الخطير، وجزيئات الغبار الدقيقة، والتفاعلات مع الأشعة فوق البنفسجية.

عرّضت دراسة أجراها Lam et al. (2008) فئرانًا مخبرية لجرعات منخفضة وعالية من محاكيات تربة المريخ، مع إجراء فحوص متابعة بعد 7 أو 90 يومًا من التعرض. وكانت الجرعة المنخفضة من محاكي التربة المريخية 0.1 ملجم/فأر، في حين كانت الجرعة العالية 1 ملجم/فأر. وأظهر الفحص الذي أعقب التعرض بسبعة أيام وجود تليف خفيف (تندب) في مواضع مختلفة من رئتي الفأر، ووجود بلعميات محملة بالجسيمات . أما الفحص الذي أجري بعد 90 يومًا من التعرض لمحاكي تربة المريخ فأظهر كميات كبيرة من البلعميات المحملة بالجسيمات، والتهابًا خفيفًا إلى متوسط في الحويصلات الهوائية (موضع تبادل غازي الأكسجين وثاني أكسيد الكربون)، فضلًا عن التهاب حول الأوعية الدموية الرئوية والقصيبات، وحطام داخل الحويصلات الهوائية (Lam et al., 2008). وهذه العوامل جميعها تقلل بدرجة كبيرة من كفاءة عمل الرئتين.

يُستخدم العلاج الإشعاعي بشكل شائع لعلاج سرطان الرئة ذو الخلايا غير الصغيرة (NSCLC)، والذي يشكل حوالي 80% من حالات سرطان الرئة. تبين أن العلاج بالبروتون يسبب ضررًا أقل للأنسجة القريبة، مثل القلب والمريء، مقارنة بالعلاج بالفوتون القياسي (Auberger et al., 2007). أحد الاهتمامات الرئيسية للعلاج الإشعاعي لسرطان الرئة هو تطور تليف الرئة الناجم عن الإشعاع، والذي يظهر سريريًا على شكل سعال جاف وضيق التنفس وقصور تنفسي حاد. يتم وضع الأنسجة الندبية عندما تتضرر المنطقة بشدة بحيث لا تتمكن من العودة إلى الأنسجة السليمة وتعرقل قدرة ذلك العضو أو الأنسجة على القيام بوظيفتها الأصلية. لن تتمكن أنسجة الرئة التالفة التي يتم استبدالها بأنسجة ندبة متليفة من توفير الأكسجين الكافي وتبادل غاز ثاني أكسيد الكربون اللازم لتزويد الجسم. كما نوقش سابقًا، يمكن للإشعاع أن يحفز الإجهاد التأكسدي، والذي يمكن أن يحاكي بعض الدفاعات المضادة للميكروبات المميزة للاستجابة الالتهابية.

قام Oh et al. (2012) بتحليل تليف الرئة الناجم عن الإشعاع لدى مرضى 48 NSCLC الذين عولجوا بالعلاج الإشعاعي بعد العملية الجراحية (PORT) ولم يتلقوا العلاج الكيميائي المتزامن. كانت جرعة الإشعاع التي تم تسليمها لهؤلاء المرضى في أجزاء نموذجية من 1.8-2.0 Gy/day، مع جرعة إجمالية تتراوح من 44 Gy إلى 65 Gy. استخدمت الدراسة بعض المعايير الأساسية لتحليل مظهر تليف الرئة الناجم عن الإشعاع. كان ”Vf” هو حجم التليف، و”V-dose” هو حجم أنسجة الرئة التي تلقت أكثر من الجرعة الإشعاعية المرجعية. أظهرت النتائج وجود معامل ارتباط مهم قدره 0.602-0.683 (p ¡0.01) بين معلمات قياس الجرعات لحجم التليف والجرعة V، مما يعني أنه مع زيادة حجم أنسجة الرئة التي تتلقى جرعة الإشعاع، يزداد أيضًا مستوى التليف أو أنسجة الرئة المتندبة. تم العثور أيضًا على معامل ارتباط قوي 0.726 ​​(p ¡0.01) بين جرعة إشعاع الرئة المتوسطة وحجم التليف. وكان الاستنتاج الرئيسي للدراسة هو أن حجم التليف يزداد بشكل مستمر مع الجرعة V، مع زيادة جرعة الإشعاع المرجعية. وعلى الرغم من هذه النتائج، يجب توخي الحذر عند استخدام العلاج الإشعاعي ودراسات الكوارث الإشعاعية التاريخية للتنبؤ بالمخاطر الصحية للتعرض للإشعاع الفضائي على رواد الفضاء. لا يمكن تجاهل عوامل نمط الحياة مثل الظروف الصحية الأساسية واللياقة البدنية والعمر وتاريخ التدخين من حيث تأثيرها المحتمل (Cucinotta and Campbell, 2011).

3.1.10 النظام التكاملي

يشير النظام التكاملي للجسم إلى الجلد والشعر والأظافر المرفقة. وفي الحيوانات الأخرى، يشمل الزوائد مثل الريش والفراء والمقاييس والحوافر. يوفر النظام التكاملي حاجزًا وقائيًا بين الجسم والبيئة الخارجية. على سبيل المثال، يوفر الجلد حاجزًا أمام الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض. نظرًا لأن الطبقة العليا من الجلد (البشرة) تتكون من خلايا ميتة وتتساقط بانتظام، فلا يمكن للميكروبات أن تصيبها بالعدوى. بالإضافة إلى ذلك، فإن وجود الكيراتين والأحماض الدهنية على الجلد يخلق بيئة جافة وحمضية غير مواتية للعديد من الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض. للجلد العديد من الأدوار الأخرى، ولكن على وجه الخصوص، عند البشر، الجلد ضروري للسماح للجسم بتخليق فيتامين د، والذي يتم إنتاجه داخل الجلد من خلال تفاعلات الأشعة فوق البنفسجية مع مركبات مثل 7-ديهيدروكوليسترول. فيتامين د مطلوب لصحة العظام وأنسجة الجسم الأخرى. في حين أن التعرض للأشعة فوق البنفسجية مفيد في تخليق فيتامين د، فهو أيضًا عامل خطر كبير للإصابة بسرطانات الجلد.

يعد سرطان الجلد أحد أكثر أشكال السرطان انتشارًا، حيث يتم تشخيص أكثر من 3.5 مليون حالة سنويًا في الولايات المتحدة. على الأرض، يمتص الغلاف الجوي الغني بالأوزون معظم الأشعة فوق البنفسجية الضارة ويمنعها من الوصول إلى السطح. إن التعرض الأكبر للأشعة فوق البنفسجية المصاحبة للسفر في الفضاء بين الكواكب واستكشاف المريخ يهدد صحة رواد الفضاء. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من سرطان الجلد: سرطان الخلايا القاعدية، وسرطان الخلايا الحرشفية، وسرطان الجلد. ينشأ كل من سرطان الخلايا القاعدية والحرشفية من الخلايا الكيراتينية (خلايا الجلد التي تنتج الكيراتين) وهي أقل عدوانية وعدوانية من سرطان الجلد. ينشأ الورم الميلانيني من الخلايا الصباغية (خلايا الجلد التي تنتج صبغة الميلانين) وهو الشكل الأكثر عدوانية من سرطان الجلد، وهو المسؤول عن معظم الوفيات الناجمة عن سرطان الجلد. يعد الورم الميلانيني أكثر ضررًا لأنه غالبًا ما ينتشر إلى أجزاء أخرى من الجسم (مثل الدماغ أو العظام) بحلول وقت ظهوره سريريًا. يزداد خطر الإصابة بأي من أشكال سرطان الجلد الثلاثة بشكل كبير مع التعرض للأشعة فوق البنفسجية (de Gruijl, 1999). يمكن أن يتضاعف خطر إصابة الفرد بالميلانوما ثلاث مرات مع حادثة واحدة فقط لحروق الشمس كل عامين.

يمكن أن يسبب التعرض للأشعة فوق البنفسجية مجموعة متنوعة من الطفرات الجينية التي تساهم في الإصابة بسرطان الجلد. يمكن أن يحدث سرطان الخلايا القاعدية بسبب طفرات في جينات PTCH1 وPTCH2، مما يؤدي إلى تنشيط عوامل النسخ، بالإضافة إلى الجينات التي تعزز تكاثر الخلايا وتولد الأوعية الدموية (تكوّن الأوعية الدموية؛ مثلًا، Kim et al., 2019). عادة ما تصاحب طفرات الجين الكابت للورم p53 سرطان الخلايا الحرشفية. ذكر Brash et al. (1991) الدليل على أن طفرات p53 هذه تحدث نتيجة التعرض للأشعة فوق البنفسجية، حيث أن الطفرة المستحثة تتضمن استبدال قاعدتي السيتوزين بزوجين من قاعدة الثيمين. هذه طفرة محددة تعزى فقط إلى عمل الأشعة فوق البنفسجية. الطفرة الأكثر شيوعًا المرتبطة بالورم الميلانيني هي طفرة في الجين الكابت للورم CDKN2A. يمكن أن تؤدي طفرة الجين CDKN2A إلى تكاثر الخلايا بشكل غير منضبط. أفاد Monson et al. (1998) أنه في العائلات التي لديها استعداد وراثي للورم الميلانيني، فإن 20% لديها طفرات جينية CDKN2A.

ناقش Kim et al. (2006b) خطر الإصابة بسرطان الجلد بالنسبة لرواد الفضاء المستقبليين المشاركين في مهمات إلى القمر والمريخ. وبالنظر إلى أنه على الأرض - مع جو غني بالأوزون لامتصاص الكثير من الأشعة فوق البنفسجية الضارة - توجد معدلات عالية من سرطان الجلد، فإن المخاطر التي يتعرض لها رواد الفضاء الذين يسافرون إلى المريخ، الذي يبلغ غلافه الجوي أقل من 1% سمك الغلاف الجوي للأرض، يجب تقييمها. إن خطر الإصابة بسرطان الجلد الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية كبير في مناطق الجسم التي تتعرض لمزيد من أشعة الشمس (مثلًا الوجه واليدان، انظر Kim et al., 2006a). ويزداد الخطر لدى الأفراد ذوي البشرة الفاتحة، المصحوب بعدم القدرة على تسمير الشعر، والشعر الأحمر أو الفاتح اللون، والنمش. ويرجع ذلك إلى النقص المرتبط بصبغة الميلانين التي تنتج اللون لدى الأفراد ذوي البشرة الداكنة ((Sturm, 2002)). هناك مجموعة متنوعة من استراتيجيات تخفيف الأجهزة التي من شأنها أن تسمح بمنع التعرض للأشعة فوق البنفسجية؛ ومع ذلك، فمن المحتمل أن يؤثر هذا على مستويات فيتامين د لدى رواد الفضاء أيضًا ويؤدي إلى اعتبارات صحية أخرى. تشير الدراسة التي أجراها Kim et al. (2006b) إلى أن رواد الفضاء على سطح القمر أثناء حدث الجسيمات الشمسية يمكن أن يزيدوا بشكل كبير من مخاطر الإصابة بسرطان الجلد. قامت الدراسة أيضًا بتقييم حالات العلاج الإشعاعي، من خلال دراسة المرضى الذين يعانون من سعفة الرأس (عدوى فطرية في فروة الرأس) الذين تم علاجهم بالعلاج الإشعاعي والذين تلقوا حوالي 0.1 ​​إلى 0.5 Gy (الأشعة السينية) على منطقة الوجه والرقبة. كان هناك ارتباط قوي بين التعرض للإشعاع المؤين وتطور سرطان الخلايا القاعدية لدى هؤلاء المرضى (Kim et al., 2006a). كما لوحظ أن التعرض للإشعاع المؤين يؤدي إلى تساقط الشعر وحمامي الجلد (احمرار الجلد) لدى مرضى السرطان (Butler et al., 2006).

حلّل Mao et al. (2014) عينات جلدية عديدة من إناث الفئران C57BL/6 بعد إطلاقها إلى الفضاء لمدة 13 يومًا داخل وحدات حاويات الحيوانات (AEMs). وقد ازداد التعبير عن عدة جينات تشارك في استقلاب أنواع الأكسجين التفاعلية (Als2، وCat، وFmo2، وNoxa1). كما حدث تغير في عدد من الجينات المسؤولة عن الدفاع المضاد للأكسدة، مثل Ehd2، وPrdx5، وPtgs2، وGsr (غلوتاثيون ريدوكتاز؛ انظر قسم تلف الحمض النووي). وحُللت أيضًا الجينات المشاركة في إعادة تشكيل المصفوفة خارج الخلية، فظهر أن 11 منها زادت تعبيرًا في حين انخفض تعبير أربعة منها. وعلى وجه الخصوص، انخفض التعبير عن الجين المشفر للكولاجين II alpha-1، في حين زاد التعبير عن الكولاجين IV alpha-1. وفي الوقت نفسه، وجد الباحثون زيادة في العديد من الإنتغرينات وMMP15 وTimp3، وهو مثبط للميتالوبروتيناز 3. وينتمي MMP15 أيضًا إلى عائلة الميتالوبروتينازات الغشائية (MT-MMP)، التي يعد ارتفاع تعبيرها سمة مألوفة في عدة سرطانات بشرية.

أنشأ Su et al. (2010) نظام نموذج الجلد 3D لإجراء عمليات محاكاة للتعرض للإشعاع المؤين ولتقييم تلف الحمض النووي الناتج. في التجربة، استخدم العلماء خلايا MCR5 (الخلايا الليفية الرئوية) وHuman EpiDerm، وهو نموذج جلدي يحتوي على الخلايا الكيراتينية الأولية فقط، وEpiDermFT، الذي يحتوي على الخلايا الليفية أيضًا. تم تشعيع هذه الأنسجة باستخدام مصدر مشع Cs-137 يقدم جرعة قدرها 0.82 غراي/دقيقة. وهذا هو المثال الأول للجلد الاصطناعي 3D الذي يبدو أنه جيد لإجراء تجارب الإشعاع لرواد الفضاء. يعد الضرر المحتمل للجلد من خلال زيادة التعرض للأشعة فوق البنفسجية وغيرها من الإشعاعات المؤينة مصدر قلق لرواد الفضاء ويظهر الحاجة إلى مزيد من البحث في هذا المجال.

3.1.11 الجهاز التناسلي

يوضح Oglivy-Stuart and Shalet (1993) بعض التأثيرات الرئيسية للإشعاع على الجهاز التناسلي لدى البشر. في الذكور البيولوجيين، يمكن أن ينتج نقص السائل المنوي (نقص السائل المنوي أثناء القذف) عن التعرض المباشر للخصية لجرعة إشعاعية تبلغ $>$0.35 Gy، ويمكن أن يصبح نقص النطاف دائمًا إذا كانت جرعة الإشعاع $>$2 Gy. عند تناول جرعة أعلى بكثير من $>$15 ​​Gy، يمكن أن يصبح إنتاج هرمون التستوستيرون بواسطة خلايا ايديغ ضعيفًا. في الإناث البيولوجية، قد يتسبب التشعيع المباشر للمبيضين بجرعة 4 Gy في حدوث 100% من العقم عند النساء فوق عمر 40 و30% العقم عند النساء الأصغر سناً. يمكن أن تتأثر الغدد التناسلية بشكل مباشر عن طريق تشعيع البطن أو الحوض أو الحبل الشوكي أو الخصيتين في العلاج الإشعاعي. تشعيع الجمجمة، كما هو الحال في علاج ورم الدماغ عن طريق العلاج الإشعاعي، لديه القدرة على إتلاف محور الغدة النخامية، والذي له عواقب متعددة، بما في ذلك حدوث البلوغ المبكر بشكل غير عادي (البلوغ المبكر)، ومستويات عالية بشكل غير عادي من البرولاكتين في الدم (فرط برولاكتين الدم)، ونقص موجهة الغدد التناسلية (الهرمونات التي تعمل على الغدد التناسلية). يمكن أيضًا ملاحظة قصور الغدة النخامية بعد تشعيع أورام البلعوم الأنفي، ومن المحتمل أن يكون ذلك نتيجة ثانوية لتلف منطقة ما تحت المهاد. هناك العديد من التفاعلات بين منطقة ما تحت المهاد والغدة النخامية والتي تعتبر ضرورية لحسن سير العمل في الجهاز التناسلي الذكري والأنثوي.

يمكن أن يكون للعلاج الإشعاعي للمناطق القحفية النخاعية أو البطن أو الحوض لدى النساء عواقب على الخصوبة والحمل. أبلغ Wo and Viswanathan (2009) عن وجود علاقة تعتمد على الجرعة بين العلاج الإشعاعي للمبيض والبداية المبكرة لانقطاع الطمث. كان لدى أولئك الذين خضعوا للعلاج الإشعاعي في منطقة القحف الشوكي خلل في التنظيم الهرموني، مما أدى إلى صعوبة الحمل في وقت لاحق من الحياة. أظهر أولئك الذين خضعوا للعلاج الإشعاعي في منطقة البطن أو الحوض عواقب التشوهات الخلقية مثل تشوهات الرحم والمشيمة، والولادة المبكرة، وانخفاض الوزن عند الولادة، والإجهاض. أبلغ Norwitz et al. (2001) عن حالة امرأة تبلغ من العمر 23 أصيبت بتمزق الرحم في 17 بعد أسابيع من الحمل بعد تاريخ من تلقي العلاج الإشعاعي لكامل الجسم لعلاج سرطان الدم لدى الأطفال. في 17، بعد أسابيع من الحمل، بعد أن أبلغت المرأة عن آلام حادة في البطن، أظهر الفحص المرضي ضمور (هزال) الرحم وعضل الرحم الذي ترقق إلى حوالي 1-6mm، مع غيابهما تمامًا في بعض المناطق. افترضت الدراسة أن العلاج الإشعاعي السابق الذي تعرضت له المرأة عندما كانت طفلة أدى إلى إصابة الرحم وترقق عضل الرحم لاحقًا. وأظهرت المرأة أيضًا علامات سريرية على وجود غشاء المشيمة، وهي حالة غير طبيعية تنغرس فيها المشيمة بعمق في جدار الرحم ولا يتم ولادتها بشكل طبيعي أثناء الولادة، مما قد يهدد حياتها. يعتبر الرحم بعد البلوغ عضوًا مقاومًا للإشعاع نسبيًا لدى النساء البالغات، لكن الدراسة تشير إلى أن التعرض لجرعات عالية من الإشعاع في مرحلة الطفولة يمكن أن يسبب إصابة لا رجعة فيها لعضلات الرحم والأوعية الدموية.

3.1.12 الجهاز الهضمي

يمكن أن يتأثر الجهاز الهضمي (GI)، الذي يتكون من أعضاء مختلفة وما يرتبط بها من ميكروبيوم، بشدة بعد التعرض للإشعاعات المؤينة. تعتمد الآثار الضارة الناتجة على كل من الجرعة والعضو المعني. الجرعات المنخفضة مثل 1 Gy يمكن أن تقلل من حركية المعدة (مع تأخر إفراغ المعدة)، وفي بعض الحالات، تؤدي إلى عدم كفاءة العضلة العاصرة، والقمع المتأخر لإفراز حمض المعدة، وإطلاق العوامل العصبية الهرمونية والهستامين، مما يساهم في الإسهال (Jones et al., 2020b). أحد الأعضاء ذات الحساسية الإشعاعية المعتدلة في الجهاز الهضمي هي المعدة، التي تتحمل جرعات تصل إلى 40 Gy دون حدوث مضاعفات ثانوية شديدة. تحدث التأثيرات الضارة بجرعات أكبر من 45 Gy، حيث يزيد خطر الإصابة بالتقرحات والثقوب والانسدادات إلى 25-50% من الحالات. بالنسبة للتعرضات بين 55 ​​Gy و64 Gy، يمكن أن تنمو هذه النسبة إلى 63% تقريبًا من الحالات. تظهر التقرحات بعد شهر من التعرض وتظهر عليها أعراض مثل الغثيان المستعصي والألم والقيء وقيء الدم (قيء دموي قد يكون أحمر أو ذا مظهر شبيه بتفل القهوة؛ مثلًا، Wilson, 1990; Vaeth et al., 1970).

وتمثل الأمعاء أهمية خاصة لأنها الجزء الأكثر حساسية للإشعاع. تؤدي إصابة الأمعاء الدقيقة إلى معاناة حادة وطويلة الأمد وخطر الوفاة أكثر من أي أحشاء أخرى في البطن. تصنف سمية الإشعاع المعوي على أنها حادة (مبكرة) أو مزمنة (متأخرة). تحدث السمية الحادة أثناء أو خلال ثلاثة أشهر بجرعة تراكمية تبلغ - 45 Gy أو جرعات يومية بين 1.5-2.0 Gy (جدول أسبوعي 5). يؤدي إلى إصابة الظهارة، مما يؤدي إلى انهيار الحاجز المخاطي والتهاب الغشاء المخاطي (التهاب الغشاء المخاطي المعوي). تشمل المظاهر السريرية القيء وآلام البطن والإسهال. ويحدث ذلك في 60-80% من المرضى الذين يتلقون العلاج الإشعاعي داخل البطن أو الحوض (Vaeth et al., 1970; Hauer-Jensen et al., 2007). بعد العلاج بأجزاء إشعاع يومية عالية من 25-30 Gy، تبدأ السمية المزمنة. تتغير بعض خصائص الأجزاء المعوية الداخلية، مما يؤدي إلى ضمور الغشاء المخاطي، وتليف جدار الأمعاء، وتصلب الأوعية الدموية الذي يتجلى في متلازمة سوء الامتصاص، وخلل الحركة، وتشوهات العبور، ونقص فيتامين B12، والإسهال، وفقدان الوزن، وانسداد الأمعاء الدقيقة الحاد أو المتقطع [64] [65]. الجرعات العالية، مثل 50-60 Gy، يمكن أن تؤدي إلى التهاب الأمعاء الإشعاعي المزمن، مع أعراض مشابهة لجرعات 25-30 Gy. في كلتا الحالتين، يمكن أن تظهر الأعراض بين ستة أشهر و20 بعد سنوات من العلاج الإشعاعي أو التعرض للإشعاع المؤين. (Theis et al., 2010; Hauer-Jensen et al., 2007).

بعد التعرض للإشعاع، يعد الإشعاع المؤين أيضًا أحد عوامل خطر الإصابة بسرطان القولون والمستقيم (CR) بسبب ارتفاع معدل الإصابة بآفات ما قبل الخبيثة، مثل الأورام الحميدة القولونية. حاولت بعض مشاريع وكالة ناسا تقدير مخاطر الأورام المعوية الناجمة عن الإشعاع الفضائي. على سبيل المثال، استخدمت دراسة أجراها Fornace et al. (2008) داء السلائل القولونية الغدي (APC، وهو نموذج فأر يستخدم لإثبات سرطان الأمعاء الناجم عن الإشعاع). لقد درسوا البقاء على قيد الحياة وتطور سرطان القولون بعد تعرض كامل الجسم لفئران APC لمحاكاة حدث الجسيمات الشمسية (SPE) مع طاقات مختلفة باستخدام جرعة إجمالية قدرها 2 Gy خلال ساعات 2. لذلك، استخدموا 2 ​​Gy من البروتون أحادي الطاقة للتعرض للإشعاع المرجعي والأشعة السينية بمعدل جرعة 20 cGy/min. ونتيجة لذلك، أدى تحفيز SPE إلى زيادة عدد الأورام الحميدة والأورام السرطانية الغازية مقارنة بالتعرض للإشعاع المرجعي. تشير هذه النتائج إلى أن التعرض لبروتونات SPE بمعدل جرعة منخفضة له تأثيرات بيولوجية كبيرة قد يكون لها عواقب وظيفية على تطور سرطان القولون ((Fornace et al., 2008)).

إضافة إلى ذلك، قيّم Suman et al. (2017) نشوء الأورام المعوية والقولونية لدى ذكور وإناث فئران APC التي عُرّضت لجرعات مختلفة (10 أو 50 cGy) من إشعاع الأيونات الثقيلة النشطة (⁵⁶Fe أو ⁵⁸Si)، ثم رُوقبت بعد 150 يومًا من التعرض الإشعاعي. وكان نشوء الأورام المعوية وحجمها لدى الذكور والإناث متشابهين لكلا نوعي الإشعاع عند معدلات الجرعات العالية والمنخفضة المختبرة. كما لم يختلف تواتر أورام القولون لدى الذكور والإناث اختلافًا ذا دلالة بعد التعرض لمعدلات جرعة عالية أو منخفضة من الأيونات الثقيلة النشطة. وبالخلاصة، كان تواتر الأورام المعوية والقولونية وحجمها متشابهين، مما يشير إلى أن الإمكانات المسرطنة للأيونات الثقيلة النشطة مستقلة عن معدل الجرعة.

الميكروبيوم البشري هو مجموعة من الميكروبات التي تعيش داخل أجسامنا وعليها، وهي تلعب دورًا أساسيًا في الصحة (Lorenzi et al., 2011). كما ذكرنا سابقًا، يحتوي الجهاز الهضمي على ميكروبيوم مرتبط؛ وهي تشمل الفيروسات، والعتائق، والفطريات، والطلائعيات، والتجمع الرئيسي للبكتيريا. يتمتع الميكروبيوم المعدي المعوي في كل فرد بوظائف حيوية، والتي تشمل إنتاج الفيتامينات، وتخمير الكربوهيدرات، وامتصاص العناصر الغذائية، وقمع نمو الميكروبات المسببة للأمراض مما يخلق بيئة أكثر عدائية ((Kennedy, 2014; Kumagai et al., 2018)). كما أنه يتصل بأجهزة الجسم الأخرى، بما في ذلك الجهاز الهضمي، والمناعي، والغدد الصماء، وعلى وجه الخصوص، الجهاز العصبي، الذي يقع في محور الأمعاء والدماغ. ويؤثر هذا المحور على العديد من العوامل والاضطرابات، بما في ذلك الإدراك والصحة العقلية (Jones et al., 2020a).

اختلال التوازن الميكروبي هو اضطراب وعدم توازن في التركيب المنتظم للميكروبيوم في الجهاز الهضمي. يمكن أن يحدث بعد تغيير النظام الغذائي، والالتهابات المعوية، والعلاج بالمضادات الحيوية، والتعرض للإشعاع (Kumagai et al., 2018). يؤدي اختلال التوازن الميكروبي إلى إطلاق السيتوكينات المؤيدة للالتهابات والتي تؤدي في النهاية إلى تفاقم تلف الغشاء المخاطي. ويبدو أيضًا أنه يرتبط بالعديد من أمراض الجهاز الهضمي والحالات الجهازية مثل مرض السكري من النوع الأول والثاني، واضطرابات المناعة الذاتية، والأمراض التنكسية العصبية، والسمنة، والنوبات النفسية. (Jones et al., 2020a; Kumagai et al., 2018).

أظهرت دراسة أجريت على عينات براز من قرود المكاك الريسوسي 19، Macaca mulatta، المعرضة لإشعاع غاما 7.4 Gy cobalt-60، وجود اختلافات كبيرة في مجموعات الميكروبيوم بعد أربعة أيام من التشعيع. أظهرت عشرة حيوانات إسهالاً بعد هذه الأيام، مما كشف عن زيادة في Lactobacillus reuteri وVeillonella sp. وDialister sp. وانخفاض في جنس Lentisphaerae وVerrucomicrobia وجنس Bacteroides مقارنة بالحيوانات غير المصابة بالإسهال. تُظهر هذه الاختلافات الارتباط المحتمل بين انتشار الميكروبات والقابلية التفاضلية للإسهال الناجم عن الإشعاع (Kalkeri et al., 2020). أظهرت الدراسات التي أجريت على مرضى العلاج الإشعاعي أيضًا وجود اختلافات في التجمعات الميكروبية، وفي بعض الحالات، يمكن أن ترتبط التغييرات الأكثر أهمية بنوبات الإسهال بعد التشعيع (Kumagai et al., 2018).

تشتمل بيئة رحلات الفضاء على عوامل عدة يمكن أن تؤثر في ميكروبيوم الجهاز الهضمي، منها الجاذبية الصغرى والإشعاع (Jones et al., 2020a). وقد قيّمت دراسة على محطة الفضاء الدولية (ISS) ما إذا كانت المجتمعات الميكروبية في الجهاز الهضمي والجلد والأنف واللسان قد تغيرت لدى تسعة رواد فضاء خلال مهمة مدتها ستة أشهر. ونتيجة لذلك، ظهرت الفروق الرئيسة في الجهاز الهضمي. وحدد الباحثون تغيرات في الوفرة النسبية واكتساب أنواع بكتيرية أو فقدانها، فضلًا عن زيادة بعض السيتوكينات المؤيدة للالتهاب. في المقابل، أظهر تركيب ميكروبيوم الأنف والجلد واللسان تغيرات أقل، ويمكن ربط ذلك بعادات النظافة لدى رواد الفضاء. وحدثت جميع التغيرات في وقت مبكر جدًا أثناء المهمة الفضائية واستمرت لمدة لا تقل عن 60 يومًا بعد العودة إلى الأرض (Voorhies et al., 2019). وتتسق هذه النتائج مع دراسة ناسا على التوأمين. فقد قارنت تلك الدراسة بين رائدي فضاء توأمين متماثلين من ناسا، قضى أحدهما 340 يومًا على محطة الفضاء الدولية، بينما بقي الآخر على الأرض. وبعد هذه الفترة قيّم الباحثون التغيرات في طول التيلوميرات، وتنظيم الجينات، وتركيب ميكروبيوم الأمعاء، ووزن الجسم، وأبعاد الشريان السباتي، وسماكة المشيمية تحت النقرة والشبكية، ومستقلبات المصل، والاستجابة المناعية، والأداء المعرفي (Garrett-Bakelman, 2019). ويقترح Siddiqui et al. (2020) أن الإشعاع الفضائي مسؤول عن تبدلات ميكروبيوم الأمعاء لدى رواد الفضاء، نظرًا لأن مرضى العلاج الإشعاعي يظهرون أعراضًا مشابهة بعد التعرض الإشعاعي الحاد.

3.2 تأثير الإشعاعات المؤينة على المادة الوراثية

3.2.1 أنواع الأكسجين التفاعلية

بعد التعرض للإشعاع المؤين، من المحتمل أن تحدث العديد من الأحداث المؤكسدة في الخلايا البشرية. تحدث العواقب البيولوجية الرئيسية كتأثير مباشر للموجات الكهرومغناطيسية على المعلومات الوراثية الخلوية أو نتيجة للتحلل الإشعاعي للمياه الناتج عن الإشعاع المؤين (Azzam et al., 2012). تمثل هذه المادة غالبية البيئة داخل الخلايا (Cooper, 2000). هناك أيضًا أدلة علمية على طفرات معينة في mtDNA مرتبطة بتغير التمثيل الغذائي التأكسدي الخلوي مما يتسبب في زيادة إنتاج ROS (Kawamura et al., 2018; Hahn and Zuryn, 2019). يمكن أن ينتج الماء أنواعًا تفاعلية مختلفة عند تحلله بواسطة الإشعاعات المؤينة، ومع الأخذ في الاعتبار البيئة الخلوية الهوائية في ظروف درجة الحموضة الفسيولوجية، فإن المركبات الكيميائية الأكثر صلة هي O2- وOH وH2O2 (يميل H2 إلى التبخر ولا يملك الآثار الخطرة نفسها للأنواع الكيميائية الأخرى المذكورة؛ مثلًا، Azzam et al., 2012). قد يؤدي مزيج ROS والجذور العضوية الأخرى والهيدروجين الجزيئي إلى تخليق البيروكسيدات المسؤولة عن بيروكسيد الدهون. قد يقوم الإشعاع المؤين أيضًا بتنشيط NO Synthases (NOS، مثلًا، Folkes and O’Neill, 2013) الذي ينتج أكسيد النيتريك، وهو مركب كيميائي قادر على التفاعل مع جذور الأكسيد الفائق لإنتاج مجموعات بيروكسينيتريت قادرة على التفاعل مع أهداف أخرى داخل الخلايا (Jourd’heuil et al., 2001). غالبًا ما يتم إنتاج ROS وRNS بواسطة بلاعم M1 المنشطة التي تستخدم هذه الأنواع الكيميائية لتدمير مسببات الأمراض، خاصة أثناء الالتهابات المزمنة. هناك أدلة قوية على أن الالتهابات المزمنة قد تؤدي إلى ظهور العديد من الأورام البشرية (Multhoff et al., 2012; Singh et al., 2017)، ولهذا السبب، فإن الانفجار التأكسدي والنتروجيني الناجم عن الإشعاعات المؤينة قد يمثل عامل خطر للإصابة بالسرطان (تمت مناقشته بمزيد من التفصيل في القسم 3.3).

في 1972، اقترح Harman (1972) أن الميتوكوندريا قد تمثل ساعة بيولوجية لأنها تميل إلى تراكم الطفرات الجينية، وهي عملية تسارعت أيضًا بسبب المسافة القريبة نسبيًا من سلسلة نقل الإلكترون (ETC). يمكن لطفرات mtDNA أن تعطل بنية مجمعات ETC في غشاء الميتوكوندريا الخارجي مما يتسبب في تسرب إلكتروني غير مرغوب فيه مسؤول عن تحويل O₂ إلى O_2-، خاصة بالنظر إلى المجمعات I و III. تسمى طفرة mtDNA المعروفة بالطفرة المشتركة (CD)، والتي تتكون من حذف 4.977 bp الذي يؤثر على المعلومات الوراثية لخمسة الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) مختلفة وعدة وحدات فرعية من المجمعات الأول والثالث والرابع (Nie et al., 2013). هناك أدلة على أن القرص المضغوط يمكن أن يحدث عن طريق الإشعاع المؤين (Wang et al., 2007)، وقد لوحظت تغيرات جينية أخرى باستخدام جرعات بسيطة من موجات EM (على سبيل المثال، 4934del). من المواد المهمة المشاركة في توازن الأكسدة والاختزال الخلوي الجلوتاثيون (GSH)، وهو ثلاثي الببتيد يتكون من حمض الجلوتاميك والسيستين والجليسين. يستخدم إنزيم الجلوتاثيون بيروكسيديز GSH كأنزيم مساعد لتحويل مجموعة بيروكسيد في الماء والكحول (2 GSH+ROOH $\to$ GSSG+ROH+H2O). لهذا السبب، عادة ما يتم استخدام النسبة 2GSH/GSSG في الكيمياء الحيوية الطبية لتقييم إمكانية الأكسدة والاختزال في الخلية قيد النظر. أيضًا، يشارك GSH في العديد من العمليات البيولوجية مثل استقلاب الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت، وتقليل روابط ثاني كبريتيد، وتثبيت ROS وRNS. أظهرت دراسة بحثية مهمة بقيادة Shimizu et al. (1998) الدور الوقائي للجلوتاثيون على نصف المخ الأيمن المشعع للأرانب البيضاء. أظهرت النتائج أن الإشعاع المؤين يسبب زيادة في مستويات GSH و$\gamma$-glutamylcysteine ​​Synthetase (y-GCS). تم استخدام الأشعة السينية بمعدل جرعة 3 غراي / دقيقة لتشعيع نصف المخ الأيمن بالكامل. من خلال الحقن داخل القراب، تم إعطاء S-methyl GSH (15.6 $\mu$mol/Kg) وbutionine sulphoximine (2.3 $\mu$mol/Kg)، مثبط y-GCS في 400 $\mu$L من متساوي التوتر. مالحة. وبعد ست ساعات من تناول الدواء والتعرض للإشعاع، تمت إزالة الأدمغة وفحصها. كانت الطريقة الكمية لتقييم تلف الحمض النووي هي تحليل مستويات 8-OHdG باستخدام HPLC، ومع جرعة 20 Gy، لوحظت الذروة بعد ثلاث ساعات من التشعيع.

كما يبدو أن 8-OHdG يتناسب مع جرعات الإشعاع:

التحكم الطبيعي = 5.00 $\pm$ 3.12 fmol/mg DNA

5 Gy = 10.5 $\pm$ 0.13 fmol/mg DNA

10 Gy = 21.83 $\pm$ 0.13 fmol/mg DNA

20 Gy = 31.85 $\pm$ 3.92 fmol/mg DNA

تم إجراء اللطخة الشمالية لتحليل كمية gamma-GCS mRNA، وأظهرت النتائج زيادة مذهلة في ساعات 6 بعد التعرض لإشعاع 20 Gy (6600 $\pm$ 950 مقابل 2200 $\pm$ 140 PSL، وهو التلألؤ المحفز ضوئيًا). أدت جرعة إشعاعية قدرها 20 Gy إلى زيادة 173% في مستويات GSH في نصف المخ المشعع، ولوحظت زيادة مماثلة ولكن أقل في نصف المخ الأيسر غير المشعع. أخيرًا، أدت المعالجات فقط باستخدام S-methyl GSH 6 بعد ساعات من الإشعاع 20 Gy إلى انخفاض 31% في تكوين 8-OHdG، بينما أدت المعالجات فقط باستخدام BSO إلى زيادة 8-OHdG بمقدار 193%.

3.2.2 تلف الحمض النووي

كما ناقشنا سابقًا، يتعرض رواد الفضاء باستمرار للإشعاع المؤين (IR)، ويمكن أن يؤدي هذا الإشعاع إلى العديد من الإعاقات في الأنظمة الفسيولوجية البشرية. فيما يتعلق بالمستوى الخلوي، يؤثر النوع (إشعاع LET العالي أو المنخفض) وطاقة الإشعاع المؤين بشكل حاسم على كيفية تلف الحمض النووي. وهذا بدوره قد يؤثر على بقاء الخلية وكيفية إصلاح الحمض النووي التالف. يؤدي الإشعاع المؤين إلى حدوث فواصل في الحمض النووي، والتي يمكن أن تحدث بشكل مباشر أو غير مباشر (Cannan and Pederson, 2016). يتم إنتاج فواصل الحمض النووي بشكل غير مباشر عن طريق الإشعاع المنخفض LET (أشعة جاما والأشعة السينية)، والذي يوزع طاقته في حركة عشوائية حول الحمض النووي (McMahon and Prise, 2019)، مما يؤدي إلى تقسيم جزيئات الماء القريبة وإنشاء أنواع الهيدروجين والأكسجين التفاعلي (ROSs). قد تتفاعل هذه الأنواع شديدة التفاعل مع الحمض النووي القريب، مما ينتج عنه فواصل الحمض النووي المفردة المتعارضة بشكل وثيق (SSBs). ويشار إلى هذه الآفات باسم ”الضرر العنقودي”. قام Cannan and Pederson (2016) بتعريف هذه الآفات في مراجعتهم على أنها أكثر من آفة DNA واحدة، تم إنشاؤها بواسطة مسار واحد من الإشعاع، والذي يقع ضمن دورة أو اثنتين من المنعطفات الحلزونية للحمض النووي. يمكن لجرعات إشعاع LET المنخفضة أو العالية التي تصل إلى 1 Gy (100 rad) أن تنتج آفات عنقودية. تشير نمذجة مسارات الإشعاع المستندة إلى مونت كارلو إلى أن إشعاع LET المنخفض والعالي يمكن أن يولد ما يصل إلى آفات 10 و25 ​​لكل مجموعة ضرر، على التوالي [n]. من المعتقد أن SSBs يتم إنشاؤها بشكل مستقل، ثم يتم تحديد موقعها في نفس الموقع على خيوط تكميلية، مما يؤدي إلى توليد DSB (McMahon and Prise, 2019). تولد ROSs تلفًا إضافيًا في الحمض النووي، بما في ذلك القواعد المؤكسدة ومواقع فقدان القاعدة (Cannan and Pederson, 2016).

يمثل الإشعاع العالي LET خطرًا خاصًا على رواد الفضاء الذين يسافرون خارج نطاق حماية أحزمة Van Allen الإشعاعية ولمرضى السرطان الذين يعالجون بالعلاج الإشعاعي الأيوني الثقيل. يقوم هذا الإشعاع بتخزين الطاقة بشكل أكثر كثافة ويؤدي إلى تلف الحمض النووي بشكل مباشر مع تعقيد أكبر، وربما بكميات أكبر لكل وحدة جرعة، والتي تجد الخلية صعوبة أكبر في إصلاحها (McMahon and Prise, 2019). يستلزم تلف الحمض النووي المباشر اصطدامًا بين جسيم عالي الطاقة وشريط من الحمض النووي، مما يؤدي إلى كسر العمود الفقري للفوسفود، مما يحفز DSB. وهذا يؤدي إلى تجزئة الجزيء ويؤدي إلى انحرافات الكروموسومات الهيكلية (Puerta-Ortiz and Morales-Aramburo, 2020). DSBs هي الأحداث الأكثر سمية للجينات التي يمكن أن تحدث للمادة الوراثية (Chapman et al., 2012). في الواقع، عادةً ما يستخدم نظام إصلاح الحمض النووي الشريط التكميلي لإدخال القواعد الصحيحة، ولكن بعد DSB تكون المعلومات مفقودة في كلا الشريطين. تتفاعل الخلايا مع هذه الآفات الجينية باستخدام وصلات هوليداي أو نظام NHEJ، الذي تم بالفعل الإبلاغ عن نشاطه الشاذ عدة مرات في الخلايا السرطانية. هذه الآليات شديدة الطفرات وقد تكون مسؤولة عن ظهور الطفرات الجينية المسببة لأمراض مثل السرطان.

بالنظر إلى الصورة السابقة، التي توضح تردد وعدد DSB المستمدة من المحاكاة باستخدام حزم البروتون 10، 000 100-MeV، فإن طاقة الجسيمات المتصادمة عالية جدًا لدرجة أنه في الأدبيات، هناك دليل على أنها قد تسبب DSBs غير عشوائية، أقل من 25 لكل مجموعة مدروسة. يحمي حزام Van Allen جزئيًا رواد الفضاء الذين يبقون في الغلاف الجوي الأرضي، بينما قد يتعرض رواد الفضاء الذين يسافرون إلى أبعد من ذلك لجرعات أعلى من الإشعاع المؤين، مما يزيد من خطر الإصابة بالسرطان أيضًا (Schaefer, 1959). وفقًا لـ Dahm-Daphi et al. (2009)، فإن عدد DSBs الناتج عن الإشعاع المؤين يزداد خطيًا مع الإشعاع في نطاق عدة مئات من غراي. عندما يتم إنشاء DSB في الخلايا البشرية، يرتبط به مركب جزيئي يسمى MRN ويسهل تنشيط ATM. يتم فسفرته تلقائيًا، مما يسمح بالتنشيط وما يترتب على ذلك من فسفرة للعديد من الأهداف في الكروماتين المحيط (Lavin et al., 2010). أحد الأنماط الحيوية في العديد من أجهزة DSBs المبكرة هو الفسفرة في متغير الهيستون H2AX (يُسمى أيضًا $\gamma$-H2AX). عندما تتراكم بروتينات الاستجابة لأضرار الحمض النووي (DDR) في المواقع المتضررة، يبدأ تكوين البؤر (وتسمى أيضًا IRIFs، البؤر المستحثة بالإشعاع المؤين) في (Goodarzi and Jeggo, 2012). عادة، تؤدي المسارات الجزيئية الحيوية التي تبدأها بروتينات DDR إلى توقف دورة الخلية في G1/S أو G2/M. تستفيد خلايا الثدييات من مسارين رئيسيين لإصلاح DSBs، وهما NHEJ وHR.

في عقد 1970، تم استخدام ترسيب تدرج السكروز لقياس DSBs في الثدييات المشععة (Vignard et al., 2013) وتم استبداله ببعض البروتوكولات الكهربي في عقد 1980 (على سبيل المثال، PGFE وفحص المذنب). بفضل التقدم في علم الجينوم، من الممكن تحديد التوزيع غير العشوائي لوحدات DSBs المستحثة بالإشعاع المؤين عبر الجينوم وتقييم استجابة الخلايا غير المتجانسة. نظرًا لأنه يجب أن تتراكم البروتينات حتى يتم اكتشافها، فإن NHEJ يصعب تسليط الضوء عليها لأنه يتم التعبير عن بروتيناتها عادةً، ولا يلزم سوى البروتينات الإضافية 1-2 لإصلاح DSB. بدلاً من ذلك، يمكن اكتشاف HR بفضل تراكم البروتينات مثل RAD51، أو RAD52، أو BRCA2، ولكنه ليس مفيدًا للخلايا غير الدورية ويشكل فقط 15% من إجمالي DSBs. يمكن استخدام FRAP (استعادة التألق بعد التبييض الضوئي) للحصول على معلومات حول القدرة على الحركة ومعدلات ربط البروتينات المعينة على DSBs. ومن الممكن أيضًا إنشاء أجسام مضادة كلاسيكية مصغرة تسمى scFvs (شظايا متغيرة ذات سلسلة واحدة) تتكون من مناطق متغيرة من السلاسل الثقيلة والخفيفة المرتبطة بالببتيد. تم مؤخرًا إنشاء scFv الفوسفاتي لاكتشاف IRIFs في الخلايا الحية (Vielemeyer et al., 2009). باستخدام خط الخلايا CHO-K1 و1.0 Gy من الأشعة السينية 200 kVp، تمكنت Mori et al. (2018) من استنتاج كثافة احتمالية الحث لـ DSBs بناءً على كمية الحمض النووي المقاسة والجرعة المحسوبة لكل نواة. يأخذ هذا البحث في الاعتبار المراحل المختلفة لدورة الخلية، وتم تحليل الاختلافات في كميات الحمض النووي عن طريق تلطيخ PI. أيضًا، قام الباحثون بتحليل الهضبة والمرحلة اللوغاريتمية لمنحنى النمو في مزرعة الخلايا CHO-K1. تم تقدير عدد IRIFs عبر الفحص المجهري الفلوري وقياس التدفق الخلوي، وتحليل وجود $\gamma$-H2AX مع الأجسام المضادة الأولية الفلورية. ثم تم إجراء محاكاة مونت كارلو لحساب توزيع ترسب الطاقة لكل نواة، واستنتاج رقم DSB لكل نواة.

تمت زراعة مجموعة مراقبة من خلايا CHO-K1 لاستنتاج خلفية تلف الحمض النووي وتوزيع دورة الخلية. في محاكاة مونت كارلو، للحصول على الكثافة الاحتمالية لعدد DSBs لكل نواة، تم تعيين الرقم j لكل خلية، ويمكن للصيغة التالية أن تقارب DSBs:

DSB_j=k $\times$ Dose_j $\times$ DNA_j $\times$ BG_j,

حيث k هو ناتج تحريض DSB ($\sim$30 [1/Gy/cell])، Dose_j هي الجرعة الممتصة المنقولة إلى النواة [Gy]، DNA_j هي كمية الحمض النووي النسبية، وBG_j يمثل [1/cell] عدد DSB_j قبل التشعيع. يتم اشتقاق هاتين المعلمتين الأخيرتين من التحليل الكمي لمجموعة التحكم في الخلايا CHO-K1. أيضًا، لتحليل اعتماد تحريض DSB على دورة الخلية، تم إنشاء شرطين:

مرحلة الهضبة = 78.9% G0/G1، 12.6% S و8.48% G2/M

المرحلة اللوغاريتمية = 32.4% G0/G1، 56.9% S و10.7% G2/M

أظهر Mori et al. (2018) أن ترسب الطاقة لنواة الخلية أعطى توزيعًا غوسيًا مع ذروة عند 1 Gy وانحراف معياري لـ 0.22 Gy (الهضبة) و0.23 (لوغاريتمي). بالنسبة للمجموعة غير المشععة، كان عدد البؤر بواسطة الفحص المجهري 8.07$\pm$10.45، بينما بالنسبة لـ 1.0 ​​Gy كانت المجموعة المشععة 39.82$\pm$18.51. العينات هي 1.0 $\times$ 10⁵ و2.0 $\times$ 10⁵، على التوالي. عندما يتعلق الأمر بـ BGj، فإن توزيع رقم DSB الخلفي لكل نواة الخلية له ذروتان من خلال تحليل ملف تعريف الحمض النووي في مرحلة النمو اللوغاريتمي: يتكون الجزء السفلي بشكل أساسي من خلايا G1 وG2/M بينما يتكون الجزء العلوي من خلايا S. وفقًا لتجربتهم، كانت القيمة المتوسطة لـ DBS لكل خلية هي 37.31، وكانت القيم الربعية الدنيا والعليا هي 30.53 و46.64 لمرحلة الهضبة، و52.58، و41.98، و66.14 في المرحلة اللوغاريتمية. يتفق النموذج بشدة مع البيانات التجريبية لكل من ظروف النمو الهضبة واللوغاريتمية. تم تطوير أشكال جديدة من التحليل الكمي لـ DSBs. قام Li et al. (2011) بإنشاء جين مراسل $\gamma$-H2AX/MDC1-luc 2 الذي تم إدخاله في جزيئات الفيروسة البطيئة ونقله إلى الخلايا السرطانية من أجل تحديد عدد فواصل الحمض النووي. تم دمج مجال H2AX وBRCT الخاص بـ MDC1 عند الطرف N والطرف C من اليراع luciferase، والذي تم فصله إلى النصف. عندما يحدث DSB، يتم تحويل H2AX إلى $\gamma$-H2AX، ومن خلال التفاعل مع MDC1، يتم جمع نصفي إنزيم luc 2 معًا، مما يعيد تكوين البروتين المضيء. ولاختبار الجين المراسل، قاموا بتعريض الخلايا لجرعات مختلفة من الإشعاعات المؤينة، وتم العثور على استجابة واضحة تعتمد على الجرعة في أنشطة المراسل.

تسبب التعرض للإشعاع المؤين في تنشيط سريع للمراسل خلال دقائق التعرض 30، ولكن بعد ساعات 24، انخفض التنشيط بشكل ملحوظ بفضل الاستجابة الناجحة لوحدات DSBs في الخلايا المشععة. والمثير للدهشة أنه بعد ساعات 24، بدأ نشاط المراسل في النمو مرة أخرى، حيث وصل إلى ذروته في حوالي اليوم الخامس ثم انخفض مرة أخرى بعد يوم 12. تم الافتراض بأن هذه الموجة الثانية من تنشيط جينات المراسل قد تكون مرتبطة بموت الخلايا المبرمج للخلايا المشععة (موت الخلايا المبرمج)، حيث يتم خلالها إنشاء فواصل حبلا كاملة بشكل روتيني ويمكن أن تحدث تفاعلات $\gamma$-H2AX-MDC1. تتداخل هذه الفترة أيضًا مع زيادة في مستويات caspase 3 وPARP، مما يدعم نظرية موت الخلايا المبرمج. ولا يمكن استبعاد أنه قد يمثل أحد أعراض عدم الاستقرار الجيني المستمر الموجود في الخلايا بعد التعرض للإشعاعات المؤينة. كان الهدف الرئيسي لهذا النظام المراسل هو تقييم عدد DSBs في الجسم الحي في الأنسجة السليمة. تمت دراسة وظيفتها على طعم أجنبي للورم في الفئران العارية، وكان التشعيع عبارة عن جرعة واحدة من 6 Gy.

3.3 تأثير الإشعاعات المؤينة على مخاطر الإصابة بالسرطان

تعرضنا الحياة اليومية على الأرض لأنواع مختلفة من الإشعاع عما يتعرض له رواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية. Cucinotta (2014) يقارن بين خطر الإصابة بالسرطان الناجم عن التعرض للأشعة الكونية المجرية التي تحتوي على أيونات HZE وبين خطر التعرض للإشعاع الأرضي، بما في ذلك الأشعة السينية وأشعة جاما. الكثير من التأثيرات السرطانية لأيونات HZE غير معروفة نظرًا لعدم توفر بيانات. يتعرض رواد الفضاء في المدار الأرضي المنخفض للأشعة الكونية المجرية، كما سيتعرض رواد الفضاء المستقبليون الذين يشرعون في السفر إلى الفضاء بين الكواكب، مما يجعل تطوير هذه المعرفة أمرًا بالغ الأهمية. على الرغم من عدم وجود بيانات عن البشر، فقد أجريت دراسات على الحيوانات على الأورام في الفئران والجرذان لتحليل الأورام الناجمة عن أيونات HZE. أظهرت النتائج أن الأورام الناجمة عن التعرض لأيون HZE لديها معدلات أعلى لتصبح منتشرة (تنتشر في جميع أنحاء الجسم) وتظهر أيضًا زيادة في درجة الورم (Cucinotta, 2014). تصنيف الورم هو عملية تستخدم في علم الأمراض الطبي لوصف الشذوذ الملحوظ في خلايا الورم وانحرافات معدل النمو لتحديد مدى خطورة الورم بشكل عام. وقد لوحظ أن التعرض لجزيئات HZE يؤدي إلى إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية، والالتهاب، وضعف مسارات إشارات الحمض النووي، وكلها تلعب دورًا في تطور السرطان ((Sridharan et al., 2015)). تظهر هذه التجارب أيضًا أن الأورام التي تحدثها أيونات HZE تكون أكثر فتكًا من حيث زيادة بدء الورم وتعزيزه مقارنة بأشعة جاما الأرضية (Cucinotta, 2014).

Cucinotta (2014) يناقش حدود التعرض للإشعاع التي وضعتها وكالة ناسا لحماية رواد الفضاء من زيادة خطر الإصابة بالسرطان؛ ”تحدد حدود الإشعاع الخاصة بوكالة ناسا معدل وفيات السرطان 3% باعتباره الحد الأعلى للمخاطر المقبولة وتأخذ في الاعتبار حالات عدم اليقين في التنبؤات بالمخاطر باستخدام مستوى الثقة العلوي 95% للتقييم.” أجرى Cucinotta (2014) أيضًا تحليلًا رياضيًا لمخاطر السرطان التي يتعرض لها رواد الفضاء في مدار أرضي منخفض، كما هو الحال في محطة الفضاء الدولية. ووجدوا أن رائدات الفضاء يمكن أن يتجاوزن حدود وفيات السرطان الناجمة عن الإشعاع التي حددتها ناسا بعد أشهر فقط 18 في مدار أرضي منخفض (أي محطة الفضاء الدولية). قد يتجاوز رواد الفضاء الذكور هذه الحدود نفسها خلال أشهر 24. ومن المتوقع أن تتجاوز رائدات الفضاء الحد الأقصى في فترة أقصر بسبب انخفاض متوسط ​​كتلة الجسم والعديد من أنواع السرطان الخاصة بالإناث، بما في ذلك سرطان الثدي وسرطان المبيض وسرطان الرحم (Cucinotta, 2014). كما هو الحال مع أمراض القلب والأوعية الدموية، لم يلاحظ Elgart et al. (2018) زيادة في خطر الوفاة بالسرطان لدى رواد فضاء ناسا الأوائل نتيجة التعرض للإشعاع. يناقش Barcellos-Hoff et al. (2015) كيف أن دقة التنبؤ بمخاطر الإصابة بسرطان رواد الفضاء من التعرض للإشعاع محدودة بسبب عدم فهم كيف يمكن للإشعاع الفضائي أن يحفز نمو السرطان.

تلعب عوامل أخرى دورًا في خطر الإصابة بالسرطان بعد التعرض للإشعاع. يناقش Straume (2015) كيف يؤثر العمر على خطر الإصابة بالسرطان مدى الحياة الناجم عن الإشعاع في دليل المخاطر الكونية والدفاع الكوكبي. يتناقص خطر الإصابة بالسرطان الناجم عن الإشعاع مع تقدم العمر بسبب فترة كمون السرطان، والتي يمكن أن تصل إلى عقدين أو أكثر. إن الفرد الأصغر سنا الذي يتعرض للإشعاع لديه عمر متبقي أطول لتطور السرطان، في حين أن الفرد الأكبر سنا من المرجح أن يعرض حالة صحية مميتة مختلفة قبل أن يتطور السرطان الناجم عن الإشعاع. يناقش Straume (2015) أيضًا 3% التابع لناسا للوفيات الناجمة عن التعرض للإشعاع بسبب حد التعرض الوظيفي للسرطان ويقدم تقريرًا عن تقديرات المدة التي يمكن أن يشرع فيها رواد الفضاء في السفر إلى الفضاء بين الكواكب قبل تجاوز هذه الحدود: «بافتراض وجود تدريع من الألومنيوم بسمك 20 g/cm² ومتوسط ظروف الحد الأدنى الشمسي، ستكون المدة القصوى حوالي 150-200 من الأيام، وهي غير كافية لمهمة إلى المريخ.»

كما ذكرنا سابقاً، فإن الالتهاب الناجم عن الإشعاع يمكن أن يؤدي إلى زيادة خطر الإصابة بالسرطان. أظهر التشعيع التجريبي للأشعة فوق البنفسجية لفئران المختبر زيادة في تكوين الأوعية الدموية والانبثاث بسبب الاستجابة الالتهابية المستحثة بالأشعة فوق البنفسجية للعدلات (Bald, 2014). تعتبر تأثيرات الأشعة فوق البنفسجية مثيرة للاهتمام بشكل خاص بالنسبة لمهمات المريخ المستقبلية، مع الأخذ في الاعتبار عدم وجود طبقة الأوزون الواقية على الكوكب الأحمر (Cockell et al., 2000). وقد لوحظت هذه الأوعية الدموية والورم النقيلي الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية في خلايا سرطان الجلد . يعد تكوين الأوعية الدموية المتقدم والورم النقيلي من سمات الأورام الأكثر مرضية والتي تهدد الحياة. بالإضافة إلى قدرة جزيئات HZE على تحفيز أورام أكثر قوة، فإن الاستجابة الالتهابية الناجمة عن الإشعاع يمكن أن تؤدي إلى تفاقم النتيجة بشكل أكبر. إن التعرض للإشعاع الذي يتعرض له رواد الفضاء الذين يسافرون إلى المريخ يصاحبه مخاطر لا يمكن إنكارها لتطور السرطان. وهذا يدل على أهمية إجراء مزيد من البحوث حول التخفيف من هذا الضرر المحتمل.

4 نمذجة التعرض للإشعاع

عادةً ما تُحاكى تفاعلات الجسيمات المشحونة مع جسم الإنسان (وتدريعه، مثلًا، بمركبة فضائية) باستخدام حزمة توليد الجسيمات وتتبعها، الإصدار 4 (GEANT4، Agostinelli et al., 2003). وتُستخدم حزمة مونت كارلو هذه على نطاق واسع لنمذجة انتشار الجسيمات المشحونة في المادة، ولا سيما في فيزياء الطاقة العالية وعلوم الفضاء وفيزياء الكواكب، كما في الدراسات المريخية التي أجراها (Matthiae and Berger, 2017; Atri et al., 2020; Röstel et al., 2020). وبما أن الشيفرة مستخدمة على نطاق واسع في فيزياء الطاقة العالية وعلوم الكواكب وطب الفضاء، فقد عُيّرت بالاستناد إلى نتائج تجريبية متعددة. ولحساب ترسب الجرعة في أعضاء الجسم البشري المختلفة، نستخدم المجسم البشري التابع للجنة الجرعة الإشعاعية الداخلية الطبية (MIRD)، والمتاح ضمن حزمة GEANT4، والذي طوّره في الأصل (Guatelli et al., 2006). وعلى الرغم من أن بعض الأعضاء لم تكن ممثلة في الحزمة الأصلية، فقد عدلنا الشيفرة لإدراج جميع الأعضاء الناقصة. وبذلك استندت كتل الأعضاء المضافة إلى مواصفات ICRP-89 (17). كما أدرجنا نماذج فيزيائية ملائمة في نموذج المجسم البشري لمحاكاة تفاعلات الجسيمات المشحونة عالية الطاقة.

نقوم بحساب التعرض للإشعاع أثناء العبور في الفضاء بين الكواكب، عندما تكون المركبة الفضائية في مرحلة الرحلة (انظر القسم 4.3)، وعلى سطح المريخ، حيث يتم توفير بعض التدريع من خلال الغلاف الجوي الرقيق الذي يهيمن عليه CO₂ (انظر القسم 4.4. في كل من الحالتين، نحسب التعرض المباشر للإشعاع لرواد الفضاء بدون درع و5 g cm^-2 من درع الألومنيوم، والذي يستخدم عادة في المركبات الفضائية.

4.1 الأشعة الكونية المجرية وأطياف الجسيمات الشمسية النشطة

Figure 2: اللوحة اليسرى: أطياف بروتونات GCR في ظروف الحد الأدنى الشمسي (بالأسود) والحد الأقصى الشمسي (بالأرجواني). اللوحة الوسطى: الأمر نفسه لأطياف الهيليوم. اللوحة اليمنى: أطياف أحداث الجسيمات الشمسية (SPEs) المرتبطة بأحداث GLE في 17 يوليو 1959 (بالأزرق) و6 نوفمبر 1997 (بالبرتقالي). استُرجعت البيانات بمساعدة نموذج BON10.

لتقدير التعرض الإشعاعي لرواد الفضاء، نحتاج إلى أطياف الطاقة لـ GCRs لحساب التعرض للإشعاع في الخلفية وأطياف SPEs الرئيسية لحساب الجرعة من الأحداث العرضية. نحن نستخدم نموذج Badhwar O’Neill (BON10) (O’Neill, 2010) لحساب أطياف GCR في الفضاء الخارجي. نظرًا لأن طيف GCR يختلف بشكل كبير اعتمادًا على التعديل الشمسي، فإننا نحسب الأطياف لكل من الظروف الشمسية الدنيا والقصوى لمراعاة الطرفين المتطرفين. يتغير تعديل الغلاف الشمسي مع المسافة من الشمس، ولكن هذا التأثير بسيط ويمكن تجاهله، لذلك نفترض أن تدفق GCR يظل كما هو بين 1 و1.5 AU. يتكون طيف GCR بشكل أساسي من نواة الهيدروجين والهيليوم، والتي قمنا بتصميمها في هذه الورقة وتجاهلنا الأنواع الصغيرة الأثقل لتبسيط حساباتنا وتوفير وقت الحوسبة. لمحاكاة تأثير SPEs، استخدمنا قاعدتي بيانات حصلنا من خلالهما على أطياف الطاقة لمختلف الأحداث (مثلًا، Atri et al., 2020). بالإضافة إلى ذلك، قمنا بدراسة تأثير أحداث الجسيمات الشمسية (SPEs) 60 استنادًا إلى كتالوج Tylka et al. (2010). يتم عرض أطياف GCR من نموذج BON10 ​​واثنين من SPEs المحددين في لوحات الشكل  2. لاحظ أنه بالنسبة لكل SPE، تم استخدام صناديق الطاقة 109 في نطاق الطاقة من 10 MeV إلى 10 GeV. ونظرًا لعدم وجود مجال مغناطيسي، سقطت الجسيمات بشكل عشوائي من جميع أنحاء نصف الكرة الأرضية في كل حالة. وهكذا، تم تعريض المجسم البشري إلى إشعاع متناحٍ لمحاكاة ظروف الفضاء السحيق.

4.2 إعداد المحاكاة

تعتمد النتائج الموضحة فيما يلي على الطريقة الموضحة في Atri et al. (2020)؛ تعتمد النتائج على قوائم فيزياء em-standard-opt3 وقوائم فيزياء G4HadronPhysics QGSP-BERT-HP لنمذجة البروتونات والنيوترونات الثانوية، على النحو الموصى به لدمج تفاعلات النيوترونات بشكل أفضل (Ivantchenko et al., 2012). تم استخدام قاعدة بيانات مناخ المريخ (انظر MCD، Millour et al., 2018) لتمثيل الغلاف الجوي للمريخ. تم إعداد عمليات المحاكاة بحيث يتفاعل الإشعاع الساقط أولاً مع الغلاف الجوي، وينتشر إلى السطح، ثم يتفاعل مع المجسم البشري.

فيما يلي، ندرس تأثير GCRs في ظل ظروف الحدين الأقصى والأدنى للنشاط الشمسي ونتحقق من التعرض للإشعاع خلال حدثين محددين من SPE. وبالتالي، تم إجراء عمليات المحاكاة من أجل:

1. مرحلة الرحلة بين الكواكب بدون درع

2. مرحلة الرحلة بين الكواكب مع درع الألمنيوم 5 g cm^-2

3. سطح المريخ بدون درع

4. سطح المريخ مع طبقة حماية من الألومنيوم 5 g cm^-2

في هذه الحالات، نُمذجت الجرعة المكافئة $H$ لمجسم MIRD البشري المتاح ضمن حزمة GEANT4 (Guatelli et al., 2006). ومن ثم تُعطى $H$ بالعلاقة

$$H=\sum _j{w}_{R,j}\cdot D_j,$$ (1)

أي حاصل ضرب عامل الترجيح الإشعاعي ($w_{R,j}$) الذي حدده ICRP 60 (1991)، والذي يأخذ في الحسبان الفعالية البيولوجية للإشعاع $j$ المبينة في الجدول 2، في $D_j$، أي معدلات الجرعة المتوسطة النمذجية. وبالنسبة إلى النيوترونات، عرّف ICRP 103 (2007) دالة مستمرة تُعطى بالعلاقة

(2)

مع $E$ الطاقة الحركية للنيوترون بـ MeV. بالنسبة لجميع الجسيمات الأخرى، $w_R$ يساوي $1$.

Radiation type $j$	$w_{R,j}$
Photons, electrons, muons	1
protons, charged pions	2
$\alpha$, fission fragments, heavy ions	20
neutrons	see Eq. (2)

Table 2: عوامل الترجيح $w_{R,j}$ المحددة بواسطة Petoussi-Henss et al. (2010).

استنادا إلى إعداد المحاكاة الذي تمت مناقشته أعلاه، تم تصميم الجرعة المكافئة على جسم الإنسان. تعرض هذه الدراسة لأول مرة معدلات الجرعات المكافئة في أعضاء الجسم البشرية المختلفة. بينما تسرد الجداول معدلات الجرعة المكافئة لأكثر من 40 للأعضاء الحيوية لجسم الأنثى والذكر، فإن الأرقام تظهر فقط ميزات مختارة.

4.3 التعرض للإشعاع أثناء العبور في الفضاء بين الكواكب

4.3.1 معدلات الجرعة المكافئة الناجمة عن GCR

معدلات الجرعة المكافئة الناتجة عن GCR لبروتونات GCR وجزيئات $\alpha$ والجزيئات الأثقل أثناء مرحلة الرحلة دون حماية التي تواجهها أعضاء رائد الفضاء من الذكور والإناث أثناء الحد الأدنى وظروف الحد الأقصى الشمسي موضحة في الجدول 3. في المقابل، تُظهر اللوحات اليسرى من الشكل. 3 إجمالي معدلات الجرعة المكافئة للدماغ والقلب والرئتين والكلى والمعدة والكبد وعظم الساق اليسرى والأعضاء التناسلية خلال الحد الأدنى الشمسي (اللوحات اليسرى) والحد الأقصى (اللوحات اليمنى).

Male Phantom Female Phantom Hydrogen Helium Heavy Hydrogen Helium Heavy Organ Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Brain 2.46E+02 1.76E+02 1.87E+02 1.45E+02 3.67E+02 2.63E+02 2.28E+02 1.65E+02 1.74E+02 1.36E+02 3.40E+02 2.45E+02 Head 1.36E+02 9.78E+01 1.33E+02 1.01E+02 2.03E+02 1.46E+02 1.30E+02 9.26E+01 1.27E+02 9.56E+01 1.94E+02 1.38E+02 Heart 1.65E+02 1.20E+02 1.40E+02 1.11E+02 2.45E+02 1.79E+02 1.43E+02 1.05E+02 1.21E+02 9.62E+01 2.13E+02 1.56E+02 LeftAdrenal 1.88E+02 1.36E+02 1.54E+02 1.20E+02 2.80E+02 2.03E+02 2.32E+02 1.69E+02 1.68E+02 1.32E+02 3.46E+02 2.52E+02 LeftArmBone 2.70E+02 1.92E+02 2.00E+02 1.53E+02 4.02E+02 2.87E+02 2.66E+02 1.90E+02 1.96E+02 1.50E+02 3.96E+02 2.83E+02 LeftBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 3.48E+02 2.48E+02 3.18E+02 2.38E+02 5.19E+02 3.70E+02 LeftClavicle 2.40E+02 1.73E+02 1.76E+02 1.37E+02 3.58E+02 2.57E+02 2.28E+02 1.65E+02 1.79E+02 1.40E+02 3.40E+02 2.45E+02 LeftKidney 1.98E+02 1.43E+02 1.45E+02 1.15E+02 2.94E+02 2.13E+02 1.95E+02 1.41E+02 1.43E+02 1.12E+02 2.90E+02 2.10E+02 LeftLeg 2.40E+02 1.71E+02 2.06E+02 1.57E+02 3.58E+02 2.55E+02 2.38E+02 1.70E+02 2.06E+02 1.56E+02 3.55E+02 2.54E+02 LeftLegBone 1.75E+02 1.27E+02 1.46E+02 1.15E+02 2.60E+02 1.90E+02 1.71E+02 1.25E+02 1.42E+02 1.12E+02 2.55E+02 1.86E+02 LeftLung 1.99E+02 1.44E+02 1.56E+02 1.23E+02 2.97E+02 2.15E+02 1.95E+02 1.42E+02 1.56E+02 1.23E+02 2.91E+02 2.11E+02 LeftOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 2.10E+02 1.55E+02 1.90E+02 1.51E+02 3.13E+02 2.31E+02 LeftScapula 2.52E+02 1.81E+02 1.87E+02 1.43E+02 3.75E+02 2.69E+02 2.86E+02 2.04E+02 2.10E+02 1.61E+02 4.26E+02 3.04E+02 LeftTeste 2.64E+02 1.90E+02 1.73E+02 1.33E+02 3.93E+02 2.83E+02 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LowerLargeIntestine 1.37E+02 1.01E+02 1.15E+02 9.18E+01 2.05E+02 1.50E+02 1.67E+02 1.22E+02 1.38E+02 1.09E+02 2.49E+02 1.82E+02 MaleGenitalia 2.30E+02 1.65E+02 2.28E+02 1.71E+02 3.43E+02 2.46E+02 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 MiddleLowerSpine 1.55E+02 1.13E+02 1.23E+02 9.70E+01 2.31E+02 1.69E+02 1.53E+02 1.12E+02 1.22E+02 9.62E+01 2.28E+02 1.66E+02 Pancreas 1.17E+02 8.60E+01 9.84E+01 7.86E+01 1.74E+02 1.28E+02 1.36E+02 1.00E+02 1.20E+02 9.56E+01 2.03E+02 1.49E+02 Pelvis 1.60E+02 1.17E+02 1.25E+02 9.92E+01 2.39E+02 1.74E+02 1.57E+02 1.15E+02 1.22E+02 9.62E+01 2.34E+02 1.71E+02 RibCage 2.70E+02 1.93E+02 2.08E+02 1.59E+02 4.02E+02 2.88E+02 2.58E+02 1.85E+02 1.98E+02 1.51E+02 3.84E+02 2.76E+02 RightAdrenal 2.14E+02 1.54E+02 1.45E+02 1.14E+02 3.19E+02 2.30E+02 2.08E+02 1.51E+02 1.52E+02 1.20E+02 3.10E+02 2.26E+02 RightArmBone 2.78E+02 1.99E+02 2.06E+02 1.57E+02 4.14E+02 2.97E+02 2.66E+02 1.91E+02 1.98E+02 1.52E+02 3.96E+02 2.85E+02 RightBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 3.74E+02 2.66E+02 3.36E+02 2.52E+02 5.57E+02 3.96E+02 RightClavicle 2.16E+02 1.56E+02 1.59E+02 1.25E+02 3.22E+02 2.32E+02 2.44E+02 1.75E+02 1.76E+02 1.37E+02 3.64E+02 2.60E+02 RightKidney 1.90E+02 1.38E+02 1.39E+02 1.09E+02 2.83E+02 2.06E+02 1.81E+02 1.32E+02 1.32E+02 1.03E+02 2.70E+02 1.96E+02 RightLeg 2.38E+02 1.70E+02 2.06E+02 1.56E+02 3.55E+02 2.54E+02 2.46E+02 1.76E+02 2.12E+02 1.61E+02 3.67E+02 2.62E+02 RightLegBone 1.67E+02 1.21E+02 1.37E+02 1.08E+02 2.49E+02 1.81E+02 1.76E+02 1.28E+02 1.45E+02 1.14E+02 2.63E+02 1.90E+02 RightLung 1.95E+02 1.41E+02 1.53E+02 1.20E+02 2.90E+02 2.10E+02 1.95E+02 1.41E+02 1.57E+02 1.23E+02 2.91E+02 2.10E+02 RightOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 1.28E+02 9.34E+01 1.00E+02 7.94E+01 1.90E+02 1.39E+02 RightScapula 2.60E+02 1.87E+02 1.95E+02 1.48E+02 3.87E+02 2.78E+02 2.64E+02 1.88E+02 1.94E+02 1.48E+02 3.93E+02 2.80E+02 RightTeste 1.98E+02 1.43E+02 1.37E+02 1.07E+02 2.96E+02 2.13E+02 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 Skull 2.64E+02 1.90E+02 2.20E+02 1.68E+02 3.93E+02 2.83E+02 2.58E+02 1.84E+02 2.14E+02 1.63E+02 3.84E+02 2.75E+02 SmallIntestine 1.34E+02 9.84E+01 1.12E+02 8.88E+01 2.00E+02 1.47E+02 1.43E+02 1.05E+02 1.18E+02 9.40E+01 2.13E+02 1.56E+02 Spleen 1.68E+02 1.23E+02 1.34E+02 1.06E+02 2.51E+02 1.83E+02 1.59E+02 1.15E+02 1.31E+02 1.04E+02 2.36E+02 1.72E+02 Stomach 1.61E+02 1.18E+02 1.26E+02 1.00E+02 2.40E+02 1.75E+02 1.63E+02 1.19E+02 1.27E+02 1.01E+02 2.43E+02 1.77E+02 Thymus 1.56E+02 1.14E+02 1.24E+02 9.78E+01 2.33E+02 1.70E+02 1.54E+02 1.12E+02 1.23E+02 9.70E+01 2.30E+02 1.66E+02 Thyroid 1.74E+02 1.27E+02 1.42E+02 1.12E+02 2.60E+02 1.90E+02 1.61E+02 1.17E+02 1.21E+02 9.56E+01 2.40E+02 1.74E+02 Trunk 1.63E+02 1.18E+02 1.42E+02 1.09E+02 2.43E+02 1.75E+02 1.63E+02 1.18E+02 1.41E+02 1.08E+02 2.43E+02 1.75E+02 UpperLargeIntestine 1.38E+02 1.01E+02 1.15E+02 9.18E+01 2.06E+02 1.51E+02 1.48E+02 1.08E+02 1.23E+02 9.84E+01 2.20E+02 1.61E+02 UpperSpine 1.98E+02 1.43E+02 1.52E+02 1.20E+02 2.94E+02 2.13E+02 1.75E+02 1.27E+02 1.39E+02 1.09E+02 2.60E+02 1.90E+02 UrinaryBladder 1.62E+02 1.18E+02 1.26E+02 9.92E+01 2.41E+02 1.76E+02 1.75E+02 1.27E+02 1.34E+02 1.07E+02 2.60E+02 1.90E+02 Uterus 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 1.38E+02 1.01E+02 1.12E+02 8.96E+01 2.06E+02 1.51E+02

Table 3: الجرعة المكافئة (mSv) خلال مرحلة الرحلة في الأعضاء المختلفة للمجسمين الذكري والأنثوي

Figure 3: اللوحات اليسرى: الجرعة المكافئة (mSv) أثناء مرحلة الرحلة دون تدريع في الأعضاء الرئيسة لمجسم بشري ذكر (اللوحات العلوية) ومجسم بشري أنثى (اللوحات السفلية) خلال ظروف الحد الأدنى الشمسي (يسارًا) والحد الأقصى الشمسي (يمينًا). اللوحات اليمنى: كما في اللوحات اليسرى، ولكن مع درع ألومنيوم إضافي بسماكة كتلية 5 g cm^-2. أُنشئت المخططات باستخدام حزمة بايثون PyAnatomogram (انظر Papatheodorou et al., 2019).

Male Phantom Female Phantom Hydrogen Helium Heavy Hydrogen Helium Heavy Organ Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Brain 2.21E+02 1.59E+02 1.69E+02 1.31E+02 3.30E+02 2.37E+02 2.05E+02 1.48E+02 1.57E+02 1.22E+02 3.06E+02 2.21E+02 Head 1.22E+02 8.80E+01 1.20E+02 9.05E+01 1.82E+02 1.31E+02 1.17E+02 8.33E+01 1.14E+02 8.60E+01 1.74E+02 1.24E+02 Heart 1.48E+02 1.08E+02 1.26E+02 9.99E+01 2.21E+02 1.61E+02 1.29E+02 9.45E+01 1.09E+02 8.66E+01 1.92E+02 1.41E+02 Left Adrenal 1.69E+02 1.22E+02 1.38E+02 1.08E+02 2.52E+02 1.82E+02 2.09E+02 1.52E+02 1.51E+02 1.18E+02 3.11E+02 2.27E+02 Left Arm Bone 2.43E+02 1.73E+02 1.80E+02 1.38E+02 3.62E+02 2.58E+02 2.39E+02 1.71E+02 1.77E+02 1.35E+02 3.57E+02 2.54E+02 Left Breast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 3.13E+02 2.23E+02 2.86E+02 2.14E+02 4.67E+02 3.33E+02 Left Clavicle 2.16E+02 1.55E+02 1.58E+02 1.23E+02 3.22E+02 2.31E+02 2.05E+02 1.48E+02 1.61E+02 1.26E+02 3.06E+02 2.21E+02 Left Kidney 1.78E+02 1.29E+02 1.31E+02 1.03E+02 2.65E+02 1.92E+02 1.75E+02 1.27E+02 1.28E+02 1.00E+02 2.61E+02 1.89E+02 Left Leg 2.16E+02 1.54E+02 1.85E+02 1.41E+02 3.22E+02 2.30E+02 2.14E+02 1.53E+02 1.85E+02 1.41E+02 3.19E+02 2.29E+02 Left Leg Bone 1.57E+02 1.14E+02 1.32E+02 1.03E+02 2.34E+02 1.71E+02 1.54E+02 1.12E+02 1.28E+02 1.00E+02 2.30E+02 1.67E+02 Left Lung 1.79E+02 1.30E+02 1.41E+02 1.10E+02 2.67E+02 1.93E+02 1.76E+02 1.28E+02 1.41E+02 1.10E+02 2.62E+02 1.90E+02 Left Ovary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 1.89E+02 1.40E+02 1.71E+02 1.36E+02 2.82E+02 2.08E+02 Left Scapula 2.27E+02 1.63E+02 1.68E+02 1.28E+02 3.38E+02 2.42E+02 2.57E+02 1.84E+02 1.89E+02 1.45E+02 3.84E+02 2.74E+02 Left Teste 2.38E+02 1.71E+02 1.55E+02 1.20E+02 3.54E+02 2.54E+02 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 Lower Large Intestine 1.24E+02 9.05E+01 1.04E+02 8.26E+01 1.84E+02 1.35E+02 1.50E+02 1.10E+02 1.24E+02 9.85E+01 2.24E+02 1.64E+02 Male Genitalia 2.07E+02 1.49E+02 2.05E+02 1.54E+02 3.08E+02 2.22E+02 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 Middle Lower Spine 1.40E+02 1.02E+02 1.10E+02 8.73E+01 2.08E+02 1.52E+02 1.38E+02 1.00E+02 1.10E+02 8.66E+01 2.05E+02 1.50E+02 Pancreas 1.05E+02 7.74E+01 8.86E+01 7.07E+01 1.57E+02 1.15E+02 1.22E+02 9.00E+01 1.08E+02 8.60E+01 1.82E+02 1.34E+02 Pelvis 1.44E+02 1.05E+02 1.12E+02 8.93E+01 2.15E+02 1.57E+02 1.41E+02 1.03E+02 1.10E+02 8.66E+01 2.11E+02 1.54E+02 Rib Cage 2.43E+02 1.74E+02 1.87E+02 1.43E+02 3.62E+02 2.59E+02 2.32E+02 1.67E+02 1.79E+02 1.36E+02 3.46E+02 2.48E+02 Right Adrenal 1.93E+02 1.39E+02 1.30E+02 1.02E+02 2.87E+02 2.07E+02 1.87E+02 1.36E+02 1.37E+02 1.08E+02 2.79E+02 2.03E+02 Right Arm Bone 2.50E+02 1.79E+02 1.85E+02 1.41E+02 3.73E+02 2.67E+02 2.39E+02 1.72E+02 1.79E+02 1.37E+02 3.57E+02 2.56E+02 Right Breast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 3.37E+02 2.39E+02 3.02E+02 2.27E+02 5.02E+02 3.57E+02 Right Clavicle 1.94E+02 1.40E+02 1.43E+02 1.12E+02 2.90E+02 2.09E+02 2.20E+02 1.57E+02 1.59E+02 1.24E+02 3.27E+02 2.34E+02 Right Kidney 1.71E+02 1.24E+02 1.25E+02 9.85E+01 2.55E+02 1.85E+02 1.63E+02 1.18E+02 1.18E+02 9.25E+01 2.43E+02 1.76E+02 Right Leg 2.14E+02 1.53E+02 1.85E+02 1.41E+02 3.19E+02 2.29E+02 2.21E+02 1.58E+02 1.91E+02 1.45E+02 3.30E+02 2.35E+02 Right Leg Bone 1.50E+02 1.09E+02 1.24E+02 9.72E+01 2.24E+02 1.63E+02 1.59E+02 1.15E+02 1.31E+02 1.02E+02 2.37E+02 1.71E+02 Right Lung 1.75E+02 1.27E+02 1.38E+02 1.08E+02 2.61E+02 1.89E+02 1.76E+02 1.27E+02 1.41E+02 1.11E+02 2.62E+02 1.89E+02 Right Ovary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 1.15E+02 8.41E+01 9.00E+01 7.15E+01 1.71E+02 1.25E+02 Right Scapula 2.34E+02 1.68E+02 1.75E+02 1.34E+02 3.49E+02 2.50E+02 2.38E+02 1.69E+02 1.75E+02 1.33E+02 3.54E+02 2.52E+02 Right Teste 1.79E+02 1.29E+02 1.23E+02 9.59E+01 2.66E+02 1.92E+02 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 Skull 2.38E+02 1.71E+02 1.98E+02 1.51E+02 3.54E+02 2.54E+02 2.32E+02 1.66E+02 1.93E+02 1.47E+02 3.46E+02 2.47E+02 Small Intestine 1.21E+02 8.86E+01 1.00E+02 7.99E+01 1.80E+02 1.32E+02 1.29E+02 9.45E+01 1.06E+02 8.46E+01 1.92E+02 1.41E+02 Spleen 1.51E+02 1.10E+02 1.21E+02 9.52E+01 2.26E+02 1.64E+02 1.43E+02 1.04E+02 1.18E+02 9.32E+01 2.13E+02 1.55E+02 Stomach 1.45E+02 1.06E+02 1.14E+02 9.00E+01 2.16E+02 1.58E+02 1.47E+02 1.07E+02 1.14E+02 9.05E+01 2.19E+02 1.60E+02 Thymus 1.41E+02 1.02E+02 1.12E+02 8.80E+01 2.10E+02 1.53E+02 1.39E+02 1.00E+02 1.10E+02 8.73E+01 2.07E+02 1.50E+02 Thyroid 1.57E+02 1.14E+02 1.28E+02 1.01E+02 2.34E+02 1.71E+02 1.45E+02 1.05E+02 1.09E+02 8.60E+01 2.16E+02 1.57E+02 Trunk 1.47E+02 1.06E+02 1.28E+02 9.79E+01 2.19E+02 1.58E+02 1.47E+02 1.06E+02 1.27E+02 9.72E+01 2.19E+02 1.58E+02 Upper Large Intestine 1.24E+02 9.13E+01 1.04E+02 8.26E+01 1.85E+02 1.36E+02 1.33E+02 9.72E+01 1.11E+02 8.86E+01 1.98E+02 1.45E+02 Upper Spine 1.78E+02 1.29E+02 1.37E+02 1.08E+02 2.65E+02 1.92E+02 1.57E+02 1.14E+02 1.25E+02 9.79E+01 2.34E+02 1.71E+02 Urinary Bladder 1.45E+02 1.06E+02 1.13E+02 8.93E+01 2.17E+02 1.59E+02 1.57E+02 1.14E+02 1.21E+02 9.59E+01 2.34E+02 1.71E+02 Uterus 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 1.24E+02 9.13E+01 1.00E+02 8.06E+01 1.85E+02 1.36E+02

Table 4: الجرعة المكافئة (mSv) أثناء مرحلة الرحلة مع حماية 5 g cm^-2 Al في الأعضاء المختلفة

نظرًا لأن تعديل GCRs منخفض الطاقة يكون أقل بكثير خلال ظروف الحد الأدنى الشمسي، فإن معدلات الجرعة الفعالة لرواد الفضاء من الذكور والإناث، في المتوسط، أعلى بنحو 30% من تلك خلال ظروف الحد الأقصى الشمسي. كما يمكن أن نرى، فإن أعضاء مثل الدماغ والرئتين والأعضاء التناسلية هي الأكثر تأثراً بتأثير GCRs خلال مرحلة الرحلة بين الكواكب. وبالتالي، ستعاني رائدات الفضاء أكثر من معدلات الجرعات الأعلى (يمكن الوصول إلى معدلات جرعة مكافئة تصل إلى 1200 ملي سيفرت خلال ظروف الحد الأدنى الشمسي)، وبالتالي، سيكون لديهن خطر أكبر للإصابة بسرطان الثدي والمبيض.

تؤدي إضافة درع من الألومنيوم بسماكة كتلية 5 g cm^-2 إلى خفض معدلات الجرعة المكافئة بنحو 10%. وتُعرض معدلات الجرعة المكافئة بحسب العضو في الجدول 4. وفي الوقت نفسه، تعرض اللوحات اليمنى من الشكل 3 تصورًا لمعدلات الجرعة في الأعضاء الرئيسة للمجسمين الذكري والأنثوي في ظروف الحد الأدنى الشمسي (يسارًا) والحد الأقصى الشمسي (يمينًا).

4.4 التعرض للإشعاع على سطح المريخ

4.4.1 معدلات الجرعة المكافئة الناجمة عن GCR

يسرد الجدولان 5 و 6 معدلات الجرعات المكافئة المعتمدة على نوع الجسيم والناجمة عن GCR في ظروف الحد الأدنى والحد الأقصى الشمسي للمجسمين الذكري والأنثوي على سطح المريخ دون تدريع وضمن درع ألومنيوم بسماكة كتلية 5 g cm^-2، على التوالي. كما يُعرض أثر GCRs على سطح المريخ في الأعضاء الرئيسة لكلا المجسمين والحالتين في لوحات الشكل 4.

تظهر مقارنة النتائج بالشكل  3 أن معدلات الجرعة المكافئة (غير) المحمية على سطح المريخ أقل بعامل 2.5 تقريبًا من تلك التي كانت أثناء مرحلة الرحلة داخل 5 g cm^-2 Al التدريع، نتيجة للطبقة الرقيقة الغلاف الجوي الذي يهيمن عليه CO₂ والذي يحمي GCRs بشكل أكثر فعالية. يوضح الشكل 4 ​​كذلك أن المأوى الذي يتكون من 5 g cm^-2 Al (اللوحات اليمنى) سوف يقلل قيم معدل الجرعة المكافئة قليلاً فقط (بحوالي 13%). كما هو الحال في مرحلة الرحلة بين الكواكب، تظهر أعضاء رائدات الفضاء استجابة أقوى للتعرض للإشعاع الناجم عن GCR. وبالتالي فإن الأعضاء الأكثر تضررا هي الرحم والثدي.

وفقًا لـ Röstel et al. (2020)، بالنسبة لظروف الحد الأقصى الشمسي، تقل الجرعة المكافئة السطحية لمجسم ICRU بنحو 49 - 54% مقارنة بظروف الحد الأدنى الشمسي. ومع ذلك، فإن دراستنا تعطي نظرة أكثر تفصيلاً حول التعرض للإشعاع للأعضاء البشرية. بالمقارنة مع Röstel et al. (2020)، نجد انخفاضًا أقل قليلاً في معدلات الجرعة المكافئة خلال ظروف الحد الأقصى الشمسي؛ اعتمادًا على العضو، يتم تقليل القيم بمقدار 39 - 49%. ومع ذلك، لاحظ أن تكوين التربة يؤثر أيضًا على البيئة الإشعاعية على سطح المريخ بسبب تدفق الجسيمات الثانوية المحتمل الناتج عن تفاعل الأشعة الكونية مع التربة. وجد Röstel et al. (2020) أن معدلات الجرعة المكافئة تنخفض بحوالي 45% في المناطق ذات المحتوى المائي 50% H₂O بالمقارنة مع صخور الأنديسايت الجافة المستخدمة غالبًا . وبالتالي، فإن المناطق التي تحتوي على مياه جوفية، كما اكتشفت مؤخرًا بواسطة Mars Express، لديها القدرة على توفير حماية غير مباشرة ضد الأشعة الكونية وقد تكون الأرض المثالية لمواقع هبوط الإنسان.

Male Phantom Female Phantom Hydrogen Helium Heavy Hydrogen Helium Heavy Organ Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Brain 1.72E+02 1.23E+02 1.31E+02 1.02E+02 8.43E+01 6.05E+01 1.60E+02 1.15E+02 1.22E+02 9.52E+01 7.81E+01 5.64E+01 Head 9.52E+01 6.85E+01 9.31E+01 7.04E+01 4.66E+01 3.35E+01 9.10E+01 6.48E+01 8.90E+01 6.69E+01 4.46E+01 3.17E+01 Heart 1.15E+02 8.43E+01 9.83E+01 7.77E+01 5.64E+01 4.13E+01 1.00E+02 7.35E+01 8.48E+01 6.73E+01 4.91E+01 3.60E+01 LeftAdrenal 1.32E+02 9.52E+01 1.08E+02 8.43E+01 6.44E+01 4.66E+01 1.62E+02 1.18E+02 1.17E+02 9.21E+01 7.95E+01 5.79E+01 LeftArmBone 1.89E+02 1.35E+02 1.40E+02 1.07E+02 9.25E+01 6.59E+01 1.86E+02 1.33E+02 1.37E+02 1.05E+02 9.12E+01 6.50E+01 LeftBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 2.44E+02 1.74E+02 2.23E+02 1.67E+02 1.19E+02 8.50E+01 LeftClavicle 1.68E+02 1.21E+02 1.23E+02 9.56E+01 8.22E+01 5.92E+01 1.60E+02 1.15E+02 1.25E+02 9.77E+01 7.81E+01 5.64E+01 LeftKidney 1.38E+02 1.00E+02 1.02E+02 8.02E+01 6.77E+01 4.91E+01 1.36E+02 9.87E+01 9.98E+01 7.81E+01 6.67E+01 4.83E+01 LeftLeg 1.68E+02 1.20E+02 1.44E+02 1.10E+02 8.22E+01 5.87E+01 1.67E+02 1.19E+02 1.44E+02 1.09E+02 8.16E+01 5.84E+01 LeftLegBone 1.22E+02 8.90E+01 1.02E+02 8.02E+01 5.99E+01 4.36E+01 1.20E+02 8.74E+01 9.93E+01 7.81E+01 5.87E+01 4.28E+01 LeftLung 1.39E+02 1.01E+02 1.09E+02 8.58E+01 6.83E+01 4.93E+01 1.37E+02 9.93E+01 1.09E+02 8.58E+01 6.70E+01 4.86E+01 LeftOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 1.47E+02 1.09E+02 1.33E+02 1.06E+02 7.20E+01 5.31E+01 LeftScapula 1.76E+02 1.27E+02 1.31E+02 9.98E+01 8.64E+01 6.20E+01 2.00E+02 1.43E+02 1.47E+02 1.13E+02 9.80E+01 6.99E+01 LeftTeste 1.85E+02 1.33E+02 1.21E+02 9.31E+01 9.05E+01 6.50E+01 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LowerLargeIntestine 9.62E+01 7.04E+01 8.08E+01 6.43E+01 4.71E+01 3.45E+01 1.17E+02 8.54E+01 9.67E+01 7.66E+01 5.72E+01 4.18E+01 MaleGenitalia 1.61E+02 1.16E+02 1.60E+02 1.20E+02 7.88E+01 5.67E+01 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 MiddleLowerSpine 1.09E+02 7.92E+01 8.58E+01 6.79E+01 5.31E+01 3.88E+01 1.07E+02 7.81E+01 8.54E+01 6.73E+01 5.24E+01 3.82E+01 Pancreas 8.18E+01 6.02E+01 6.89E+01 5.50E+01 4.00E+01 2.95E+01 9.52E+01 7.00E+01 8.39E+01 6.69E+01 4.66E+01 3.43E+01 Pelvis 1.12E+02 8.18E+01 8.74E+01 6.94E+01 5.49E+01 4.00E+01 1.10E+02 8.02E+01 8.54E+01 6.73E+01 5.39E+01 3.93E+01 RibCage 1.89E+02 1.35E+02 1.46E+02 1.11E+02 9.25E+01 6.62E+01 1.81E+02 1.30E+02 1.39E+02 1.06E+02 8.84E+01 6.35E+01 RightAdrenal 1.50E+02 1.08E+02 1.01E+02 7.97E+01 7.33E+01 5.28E+01 1.46E+02 1.06E+02 1.06E+02 8.39E+01 7.13E+01 5.19E+01 RightArmBone 1.95E+02 1.39E+02 1.44E+02 1.10E+02 9.53E+01 6.83E+01 1.86E+02 1.34E+02 1.39E+02 1.06E+02 9.12E+01 6.55E+01 RightBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 2.62E+02 1.86E+02 2.35E+02 1.76E+02 1.28E+02 9.12E+01 RightClavicle 1.51E+02 1.09E+02 1.12E+02 8.74E+01 7.40E+01 5.34E+01 1.71E+02 1.22E+02 1.23E+02 9.62E+01 8.36E+01 5.99E+01 RightKidney 1.33E+02 9.67E+01 9.72E+01 7.66E+01 6.52E+01 4.74E+01 1.27E+02 9.21E+01 9.21E+01 7.20E+01 6.22E+01 4.51E+01 RightLeg 1.67E+02 1.19E+02 1.44E+02 1.09E+02 8.16E+01 5.84E+01 1.72E+02 1.23E+02 1.48E+02 1.13E+02 8.43E+01 6.02E+01 RightLegBone 1.17E+02 8.48E+01 9.62E+01 7.56E+01 5.72E+01 4.15E+01 1.23E+02 8.95E+01 1.02E+02 7.97E+01 6.05E+01 4.38E+01 RightLung 1.36E+02 9.87E+01 1.07E+02 8.39E+01 6.67E+01 4.83E+01 1.37E+02 9.87E+01 1.10E+02 8.64E+01 6.70E+01 4.83E+01 RightOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 8.95E+01 6.54E+01 7.00E+01 5.56E+01 4.38E+01 3.20E+01 RightScapula 1.82E+02 1.31E+02 1.36E+02 1.04E+02 8.91E+01 6.39E+01 1.85E+02 1.32E+02 1.36E+02 1.03E+02 9.05E+01 6.44E+01 RightTeste 1.39E+02 1.00E+02 9.56E+01 7.46E+01 6.80E+01 4.91E+01 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 Skull 1.85E+02 1.33E+02 1.54E+02 1.18E+02 9.05E+01 6.50E+01 1.81E+02 1.29E+02 1.50E+02 1.14E+02 8.84E+01 6.32E+01 SmallIntestine 9.41E+01 6.89E+01 7.81E+01 6.22E+01 4.61E+01 3.37E+01 1.00E+02 7.35E+01 8.27E+01 6.58E+01 4.91E+01 3.60E+01 Spleen 1.18E+02 8.58E+01 9.41E+01 7.41E+01 5.76E+01 4.20E+01 1.11E+02 8.08E+01 9.16E+01 7.25E+01 5.44E+01 3.95E+01 Stomach 1.13E+02 8.23E+01 8.85E+01 7.00E+01 5.51E+01 4.03E+01 1.14E+02 8.33E+01 8.90E+01 7.04E+01 5.59E+01 4.08E+01 Thymus 1.09E+02 7.97E+01 8.69E+01 6.85E+01 5.36E+01 3.90E+01 1.08E+02 7.81E+01 8.58E+01 6.79E+01 5.28E+01 3.82E+01 Thyroid 1.22E+02 8.90E+01 9.93E+01 7.87E+01 5.97E+01 4.36E+01 1.13E+02 8.18E+01 8.48E+01 6.69E+01 5.51E+01 4.00E+01 Trunk 1.14E+02 8.23E+01 9.93E+01 7.62E+01 5.59E+01 4.03E+01 1.14E+02 8.23E+01 9.87E+01 7.56E+01 5.59E+01 4.03E+01 UpperLargeIntestine 9.67E+01 7.10E+01 8.08E+01 6.43E+01 4.74E+01 3.47E+01 1.03E+02 7.56E+01 8.64E+01 6.89E+01 5.06E+01 3.70E+01 UpperSpine 1.38E+02 1.00E+02 1.06E+02 8.39E+01 6.77E+01 4.91E+01 1.22E+02 8.90E+01 9.72E+01 7.62E+01 5.99E+01 4.36E+01 UrinaryBladder 1.13E+02 8.27E+01 8.79E+01 6.94E+01 5.54E+01 4.05E+01 1.22E+02 8.90E+01 9.41E+01 7.46E+01 5.99E+01 4.36E+01 Uterus 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 9.67E+01 7.10E+01 7.81E+01 6.27E+01 4.74E+01 3.47E+01

Table 5: الجرعة المكافئة (mSv) في أعضاء مختلفة لمجسم بشري على سطح المريخ دون حماية.

Male Phantom Female Phantom Hydrogen Helium Heavy Hydrogen Helium Heavy Organ Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Brain 1.55E+02 1.11E+02 1.18E+02 9.16E+01 7.59E+01 5.44E+01 1.44E+02 1.04E+02 1.10E+02 8.57E+01 7.03E+01 5.08E+01 Head 8.57E+01 6.16E+01 8.38E+01 6.34E+01 4.19E+01 3.02E+01 8.19E+01 5.83E+01 8.01E+01 6.02E+01 4.01E+01 2.86E+01 Heart 1.04E+02 7.59E+01 8.85E+01 6.99E+01 5.08E+01 3.71E+01 9.02E+01 6.62E+01 7.64E+01 6.06E+01 4.42E+01 3.24E+01 LeftAdrenal 1.18E+02 8.57E+01 9.68E+01 7.59E+01 5.80E+01 4.19E+01 1.46E+02 1.06E+02 1.06E+02 8.29E+01 7.16E+01 5.21E+01 LeftArmBone 1.70E+02 1.21E+02 1.26E+02 9.63E+01 8.33E+01 5.93E+01 1.68E+02 1.19E+02 1.24E+02 9.44E+01 8.20E+01 5.85E+01 LeftBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 2.19E+02 1.56E+02 2.00E+02 1.50E+02 1.07E+02 7.65E+01 LeftClavicle 1.51E+02 1.09E+02 1.11E+02 8.61E+01 7.40E+01 5.32E+01 1.44E+02 1.04E+02 1.13E+02 8.79E+01 7.03E+01 5.08E+01 LeftKidney 1.24E+02 9.02E+01 9.16E+01 7.22E+01 6.09E+01 4.42E+01 1.23E+02 8.88E+01 8.98E+01 7.03E+01 6.00E+01 4.35E+01 LeftLeg 1.51E+02 1.08E+02 1.30E+02 9.90E+01 7.40E+01 5.28E+01 1.50E+02 1.07E+02 1.30E+02 9.85E+01 7.34E+01 5.26E+01 LeftLegBone 1.10E+02 8.01E+01 9.21E+01 7.22E+01 5.39E+01 3.92E+01 1.08E+02 7.86E+01 8.93E+01 7.03E+01 5.28E+01 3.85E+01 LeftLung 1.25E+02 9.07E+01 9.85E+01 7.72E+01 6.14E+01 4.44E+01 1.23E+02 8.93E+01 9.85E+01 7.72E+01 6.03E+01 4.37E+01 LeftOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 1.32E+02 9.77E+01 1.19E+02 9.54E+01 6.48E+01 4.78E+01 LeftScapula 1.59E+02 1.14E+02 1.18E+02 8.98E+01 7.77E+01 5.58E+01 1.80E+02 1.29E+02 1.32E+02 1.01E+02 8.82E+01 6.29E+01 LeftTeste 1.66E+02 1.19E+02 1.09E+02 8.38E+01 8.14E+01 5.85E+01 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LowerLargeIntestine 8.66E+01 6.34E+01 7.27E+01 5.78E+01 4.24E+01 3.10E+01 1.05E+02 7.69E+01 8.71E+01 6.89E+01 5.14E+01 3.76E+01 MaleGenitalia 1.45E+02 1.04E+02 1.44E+02 1.08E+02 7.09E+01 5.10E+01 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 MiddleLowerSpine 9.77E+01 7.13E+01 7.72E+01 6.11E+01 4.78E+01 3.49E+01 9.63E+01 7.03E+01 7.69E+01 6.06E+01 4.71E+01 3.44E+01 Pancreas 7.36E+01 5.42E+01 6.20E+01 4.95E+01 3.60E+01 2.65E+01 8.57E+01 6.30E+01 7.55E+01 6.02E+01 4.19E+01 3.08E+01 Pelvis 1.01E+02 7.36E+01 7.86E+01 6.25E+01 4.94E+01 3.60E+01 9.90E+01 7.22E+01 7.69E+01 6.06E+01 4.85E+01 3.53E+01 RibCage 1.70E+02 1.22E+02 1.31E+02 9.99E+01 8.33E+01 5.96E+01 1.63E+02 1.17E+02 1.25E+02 9.54E+01 7.96E+01 5.71E+01 RightAdrenal 1.35E+02 9.71E+01 9.12E+01 7.17E+01 6.60E+01 4.76E+01 1.31E+02 9.54E+01 9.58E+01 7.55E+01 6.42E+01 4.67E+01 RightArmBone 1.75E+02 1.25E+02 1.30E+02 9.90E+01 8.57E+01 6.14E+01 1.68E+02 1.20E+02 1.25E+02 9.58E+01 8.20E+01 5.89E+01 RightBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 2.36E+02 1.68E+02 2.12E+02 1.59E+02 1.15E+02 8.20E+01 RightClavicle 1.36E+02 9.82E+01 1.00E+02 7.86E+01 6.66E+01 4.81E+01 1.54E+02 1.10E+02 1.11E+02 8.66E+01 7.53E+01 5.39E+01 RightKidney 1.20E+02 8.71E+01 8.74E+01 6.89E+01 5.87E+01 4.26E+01 1.14E+02 8.29E+01 8.29E+01 6.48E+01 5.59E+01 4.06E+01 RightLeg 1.50E+02 1.07E+02 1.30E+02 9.85E+01 7.34E+01 5.26E+01 1.55E+02 1.11E+02 1.34E+02 1.01E+02 7.59E+01 5.42E+01 RightLegBone 1.05E+02 7.64E+01 8.66E+01 6.80E+01 5.14E+01 3.74E+01 1.11E+02 8.05E+01 9.16E+01 7.17E+01 5.44E+01 3.94E+01 RightLung 1.23E+02 8.88E+01 9.63E+01 7.55E+01 6.00E+01 4.35E+01 1.23E+02 8.88E+01 9.90E+01 7.77E+01 6.03E+01 4.35E+01 RightOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 8.05E+01 5.88E+01 6.30E+01 5.00E+01 3.94E+01 2.88E+01 RightScapula 1.64E+02 1.18E+02 1.23E+02 9.35E+01 8.02E+01 5.76E+01 1.66E+02 1.18E+02 1.22E+02 9.30E+01 8.14E+01 5.80E+01 RightTeste 1.25E+02 9.02E+01 8.61E+01 6.72E+01 6.12E+01 4.42E+01 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 Skull 1.66E+02 1.19E+02 1.39E+02 1.06E+02 8.14E+01 5.85E+01 1.63E+02 1.16E+02 1.35E+02 1.03E+02 7.96E+01 5.69E+01 SmallIntestine 8.47E+01 6.20E+01 7.03E+01 5.59E+01 4.15E+01 3.03E+01 9.02E+01 6.62E+01 7.45E+01 5.92E+01 4.42E+01 3.24E+01 Spleen 1.06E+02 7.72E+01 8.47E+01 6.67E+01 5.19E+01 3.78E+01 9.99E+01 7.27E+01 8.24E+01 6.53E+01 4.89E+01 3.56E+01 Stomach 1.01E+02 7.41E+01 7.96E+01 6.30E+01 4.96E+01 3.63E+01 1.03E+02 7.50E+01 8.01E+01 6.34E+01 5.03E+01 3.67E+01 Thymus 9.85E+01 7.17E+01 7.82E+01 6.16E+01 4.82E+01 3.51E+01 9.71E+01 7.03E+01 7.72E+01 6.11E+01 4.76E+01 3.44E+01 Thyroid 1.10E+02 8.01E+01 8.93E+01 7.08E+01 5.37E+01 3.92E+01 1.01E+02 7.36E+01 7.64E+01 6.02E+01 4.96E+01 3.60E+01 Trunk 1.03E+02 7.41E+01 8.93E+01 6.85E+01 5.03E+01 3.63E+01 1.03E+02 7.41E+01 8.88E+01 6.80E+01 5.03E+01 3.63E+01 UpperLargeIntestine 8.71E+01 6.39E+01 7.27E+01 5.78E+01 4.26E+01 3.13E+01 9.30E+01 6.80E+01 7.77E+01 6.20E+01 4.55E+01 3.33E+01 UpperSpine 1.24E+02 9.02E+01 9.58E+01 7.55E+01 6.09E+01 4.42E+01 1.10E+02 8.01E+01 8.74E+01 6.85E+01 5.39E+01 3.92E+01 UrinaryBladder 1.02E+02 7.45E+01 7.91E+01 6.25E+01 4.98E+01 3.65E+01 1.10E+02 8.01E+01 8.47E+01 6.72E+01 5.39E+01 3.92E+01 Uterus 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 8.71E+01 6.39E+01 7.03E+01 5.64E+01 4.26E+01 3.13E+01

Table 6: الجرعة المكافئة (mSv) على سطح المريخ مع 5 g cm^-2 Al التدريع في الأعضاء المختلفة

Figure 4: اللوحات اليسرى: الجرعة المكافئة (mSv) على سطح المريخ غير المدرع في الأعضاء الرئيسة لمجسم بشري ذكر (اللوحة العلوية) ومجسم بشري أنثى (اللوحات السفلية) خلال ظروف الحد الأدنى الشمسي (يسارًا) والحد الأقصى الشمسي (يمينًا). اللوحات اليمنى: كما في اللوحات اليسرى، ولكن لتدريع 5 g cm^-2 Al. أُنشئت المخططات باستخدام حزمة بايثون PyAnatomogram (انظر Papatheodorou et al., 2019).

4.4.2 معدلات الجرعة المكافئة الناجمة عن SPE

منذ بداية عصر مراقبة النيوترونات، حدثت أحداث الجسيمات الشمسية النشطة 72 التي كانت نشطة بما يكفي ليتم اكتشافها على سطح الأرض. وكما ذكرنا سابقًا، منذ نهاية 2012، تم اكتشاف خمسة أحداث من هذا القبيل على الأقل على سطح المريخ.

ولتقدير المخاطر التي قد تشكلها أحداث الجسيمات الشمسية القوية على صحة رواد الفضاء مستقبلًا، درسنا أثر 60 حدثًا من SPE في معدلات الجرعات المكافئة في الأعضاء البشرية. وفي حين تُدرج معدلات الجرعة المكافئة الإجمالية المقابلة في الجداول من 11 إلى 16 في الملحق، يوضح الشكل 5 خريطة حرارية لأثر جميع الأحداث البالغ عددها 60 في أعضاء مجسم ذكري. وبذلك، يدل اللون الأغمق على جرعة مكافئة أعلى.

Figure 5: خريطة حرارية لمعدلات الجرعة المكافئة في أعضاء المجسم الذكري خلال أحداث الجسيمات النشطة المختارة البالغ عددها 60 [1-60]. يستند الشكل إلى الجداول الواردة في الملحق.

كما يمكن أن نرى، فإن معدلات الجرعة المكافئة الناتجة عن SPE غالبًا ما تكون أعلى بكثير من تلك التي تحدثها GCRs خلال ظروف الحد الأدنى والحد الأقصى الشمسي. في حين أن أعلى معدلات الجرعة الناجمة عن GCR كانت حوالي 600 ملي سيفرت، فإن بعض القيم المستحثة بـ SPE تظهر معدلات تصل إلى 10⁴ ملي سيفرت. ومع ذلك، فإن تباين معدلات الجرعة من عضو إلى عضو أعلى بكثير، وعلى الأرجح يرجع ذلك إلى ارتفاع تدفق الجسيمات المنخفضة الطاقة. يوضح الشكل 5 أن حدثًا مثل الحدث الذي وقع في اليوم 4 من سبتمبر 1972 (الحدث 14) كان سيؤدي إلى أقوى تعرض للإشعاع، وكان خمسة عشر عضوًا قد تعرضوا لمعدلات جرعات حول 10⁴ ملي سيفرت (10 سيفرت). بدون الحماية المناسبة، سيكون لهذا الحدث عواقب كارثية لأن جرعة واحدة من 1 Sv قد تسبب مرضًا إشعاعيًا (الغثيان والقيء والنزيف)، وجرعة واحدة من 5 Sv ستقتل بالفعل حوالي نصف رواد الفضاء الذين تعرضوا لها خلال الشهر الأول بعد الحدث. وبالتالي، فمن العدل أن نفترض أن جرعة واحدة غير محمية من 10 Sv، كما حدث في الحدث 14، ستكون مهددة للحياة لجميع رواد الفضاء المستقبليين المتمركزين في المريخ. قد تؤدي الأحداث 1 و5 و32 إلى معدلات جرعات تصل إلى 3 Sv، في حين أن الأحداث 2 و31 و33 و34 و قد يؤدي 48 إلى قيم حول 1 Sv.

يوضح الشكل 6 معدلات الجرعة المكافئة للمجسم الذكري (اللوحات العلوية) والأنثى (اللوحات السفلية) خلال حدث SEP لـ 17 يوليو 1959 (اللوحات اليسرى) و06 نوفمبر 1997 (اللوحات اليمنى). من المثير للدهشة أن نتائجنا تشير إلى أنه خلال حالات SPE، تعاني أعضاء المجسم الذكري من جرعات مكافئة أعلى من أعضاء المجسم الأنثوي. وبالتالي، في حين أن رائدات الفضاء من المرجح أن يتأثرن أكثر بـ GCR، إلا أنهن أقل تأثراً بالجزيئات الشمسية ذات الطاقة المنخفضة.

قامت أداة RAD الموجودة على متن المركبة Curiosity بقياس جرعة الإشعاع على سطح المريخ منذ أواخر 2012. وفقًا لـ Hassler et al. (2014)، فإن متوسط ​​الجرعة الإشعاعية في Gale Crater هو 0.64 $\pm$ 0.12 ملي سيفرت/يوم. بالنسبة لمجال ICRU القياسي، قمنا بتصميم نموذج لمعدل جرعة متوسط ​​قدره 0.59 ملي سيفرت/يوم، والذي (ضمن حالات عدم اليقين) يتفق مع القياسات.

Figure 6: الجرعة المكافئة في الأعضاء الذكرية (اللوحات العلوية) والأنثى (اللوحات السفلية) الناجمة عن أحداث SEP 1 (اللوحات اليسرى) و 2 (اللوحات اليمنى). تم إنشاء المخططات باستخدام حزمة بايثون PyAnatomogram (انظر Papatheodorou et al., 2019).

4.5 التعرض للإشعاع الناجم عن GCR أثناء مهمة إلى المريخ

لقد كان تأثير الإشعاع على صحة رواد الفضاء في البعثات المأهولة دائمًا مصدر قلق في العديد من المهام إلى محطة الفضاء الدولية وسطح القمر. كانت معظم هذه المهمات قصيرة المدة، ولم تشكل خطرًا كبيرًا على رواد الفضاء من GCRs أو الأحداث الكبرى التي تنبعث منها جزيئات من أصل شمسي. توفر المهام طويلة الأمد إلى محطة الفضاء الدولية نظرة ثاقبة حول التأثير المحتمل للإشعاع على رواد الفضاء، على الرغم من أن مدتها كانت أقصر بكثير مقارنة بالبعثات المخطط لها إلى المريخ، كما أن قربها من الأرض يجعلها محمية بشكل أفضل مقارنة بالمهام بين الكواكب.

ونظرًا للمسافة والاعتبارات المدارية، فإن المهام المأهولة المخططة إلى المريخ هي مهمات طويلة الأمد، مما يعرض رواد الفضاء للإشعاع المعزز من GCRs وSEPs إلى مستوى لم نشهده من قبل في رحلات الفضاء البشرية. في حين أنه من الصعب التنبؤ بـ SEPs ويمكن أن تختلف شدتها بشكل كبير بسبب انخفاض نطاق الطاقة للجسيمات الساقطة، فإن الدروع الإشعاعية النموذجية مثل درع الألومنيوم 5 g cm^-2 فعالة جدًا في حماية رواد الفضاء من تأثيرها. ومن ناحية أخرى، فإن GCRs عبارة عن إشعاعات خلفية مستمرة، ويمكن تقدير تدفقها بدقة شديدة. ومع ذلك، فإن طاقة الجسيمات المعنية أعلى بكثير، ولا يوفر التدريع النموذجي المستخدم في المركبات الفضائية الكثير من الحماية. إن الإنتاج الثانوي من GCRs، وخاصة النيوترونات الحرارية، يهدد رواد الفضاء في مهماتهم إلى المريخ.

Male Phantom Female Phantom No shield Shield No shield Shield Organ Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Solar min. Solar max. Brain 1.74E+03 1.27E+03 1.56E+03 1.15E+03 1.61E+03 1.19E+03 1.45E+03 1.07E+03 Eyes 1.91E+03 1.40E+03 1.72E+03 1.27E+03 1.77E+03 1.31E+03 1.60E+03 1.18E+03 Head 1.03E+03 7.54E+02 9.29E+02 6.79E+02 9.87E+02 7.15E+02 8.88E+02 6.43E+02 Heart 1.20E+03 8.97E+02 1.08E+03 8.08E+02 1.04E+03 7.81E+02 9.37E+02 7.03E+02 LeftAdrenal 1.35E+03 1.00E+03 1.22E+03 9.02E+02 1.62E+03 1.20E+03 1.46E+03 1.08E+03 LeftArmBone 1.89E+03 1.37E+03 1.71E+03 1.24E+03 1.86E+03 1.35E+03 1.68E+03 1.22E+03 LeftBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 2.59E+03 1.87E+03 2.33E+03 1.68E+03 LeftClavicle 1.68E+03 1.23E+03 1.51E+03 1.11E+03 1.62E+03 1.20E+03 1.46E+03 1.08E+03 LeftKidney 1.38E+03 1.03E+03 1.25E+03 9.23E+02 1.36E+03 1.01E+03 1.23E+03 9.06E+02 LeftLeg 1.75E+03 1.27E+03 1.58E+03 1.15E+03 1.74E+03 1.27E+03 1.57E+03 1.14E+03 LeftLegBone 1.27E+03 9.42E+02 1.14E+03 8.47E+02 1.24E+03 9.22E+02 1.11E+03 8.30E+02 LeftLung 1.42E+03 1.05E+03 1.28E+03 9.44E+02 1.40E+03 1.04E+03 1.26E+03 9.34E+02 LeftOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 1.56E+03 1.18E+03 1.40E+03 1.06E+03 LeftScapula 1.77E+03 1.29E+03 1.59E+03 1.16E+03 2.00E+03 1.45E+03 1.80E+03 1.31E+03 LeftTeste 1.80E+03 1.31E+03 1.62E+03 1.18E+03 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LowerLargeIntestine 9.97E+02 7.48E+02 8.97E+02 6.73E+02 1.21E+03 9.02E+02 1.09E+03 8.12E+02 MaleChest 2.08E+03 1.50E+03 1.87E+03 1.35E+03 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 MaleGenitalia 1.75E+03 1.28E+03 1.58E+03 1.15E+03 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 MiddleLowerSpine 1.11E+03 8.26E+02 9.96E+02 7.43E+02 1.09E+03 8.16E+02 9.84E+02 7.34E+02 Pancreas 8.48E+02 6.39E+02 7.63E+02 5.75E+02 1.00E+03 7.54E+02 9.00E+02 6.78E+02 Pelvis 1.14E+03 8.50E+02 1.02E+03 7.65E+02 1.12E+03 8.31E+02 1.00E+03 7.48E+02 RibCage 1.91E+03 1.39E+03 1.72E+03 1.25E+03 1.83E+03 1.33E+03 1.65E+03 1.20E+03 RightAdrenal 1.47E+03 1.08E+03 1.32E+03 9.73E+02 1.45E+03 1.08E+03 1.31E+03 9.73E+02 RightArmBone 1.95E+03 1.42E+03 1.76E+03 1.28E+03 1.87E+03 1.37E+03 1.68E+03 1.23E+03 RightBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 2.77E+03 2.00E+03 2.49E+03 1.80E+03 RightClavicle 1.51E+03 1.12E+03 1.36E+03 1.00E+03 1.70E+03 1.25E+03 1.53E+03 1.12E+03 RightKidney 1.33E+03 9.87E+02 1.20E+03 8.88E+02 1.27E+03 9.36E+02 1.14E+03 8.43E+02 RightLeg 1.74E+03 1.27E+03 1.57E+03 1.14E+03 1.80E+03 1.31E+03 1.62E+03 1.18E+03 RightLegBone 1.20E+03 8.94E+02 1.08E+03 8.05E+02 1.27E+03 9.43E+02 1.15E+03 8.49E+02 RightLung 1.39E+03 1.03E+03 1.25E+03 9.24E+02 1.40E+03 1.04E+03 1.26E+03 9.32E+02 RightOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 9.10E+02 6.80E+02 8.19E+02 6.12E+02 RightScapula 1.83E+03 1.33E+03 1.65E+03 1.20E+03 1.85E+03 1.34E+03 1.66E+03 1.21E+03 RightTeste 1.37E+03 1.01E+03 1.23E+03 9.05E+02 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 Skin 2.15E+03 1.56E+03 1.94E+03 1.41E+03 2.06E+03 1.51E+03 1.85E+03 1.35E+03 Skull 1.91E+03 1.40E+03 1.72E+03 1.26E+03 1.87E+03 1.36E+03 1.68E+03 1.22E+03 SmallIntestine 9.72E+02 7.29E+02 8.75E+02 6.56E+02 1.03E+03 7.76E+02 9.31E+02 6.98E+02 Spleen 1.20E+03 8.96E+02 1.08E+03 8.07E+02 1.14E+03 8.53E+02 1.03E+03 7.68E+02 Stomach 1.15E+03 8.56E+02 1.03E+03 7.71E+02 1.16E+03 8.65E+02 1.04E+03 7.79E+02 Thymus 1.12E+03 8.31E+02 1.01E+03 7.48E+02 1.10E+03 8.18E+02 9.92E+02 7.36E+02 Thyroid 1.25E+03 9.36E+02 1.13E+03 8.43E+02 1.13E+03 8.41E+02 1.02E+03 7.57E+02 Trunk 1.20E+03 8.77E+02 1.08E+03 7.90E+02 1.19E+03 8.76E+02 1.07E+03 7.88E+02 UpperLargeIntestine 1.00E+03 7.52E+02 9.01E+02 6.77E+02 1.07E+03 8.02E+02 9.63E+02 7.22E+02 UpperSpine 1.40E+03 1.04E+03 1.26E+03 9.34E+02 1.25E+03 9.28E+02 1.12E+03 8.35E+02 UrinaryBladder 1.15E+03 8.57E+02 1.03E+03 7.72E+02 1.24E+03 9.22E+02 1.11E+03 8.30E+02 Uterus 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 9.92E+02 7.46E+02 8.93E+02 6.72E+02

Table 7: إجمالي الجرعة المكافئة (mSv) من GCRs في مختلف الأعضاء، مع التدريع ومن دونه، في مهمة مأهولة إلى المريخ مدتها 600 يومًا في مرحلة الرحلة بين الكواكب و400 يومًا على السطح

درسنا كذلك الجرعة المكافئة المتكاملة المترسبة في أعضاء مختلفة من جسم الإنسان خلال مهمة كاملة إلى المريخ. ولذلك نفترض مهمة تستغرق 600 يومًا في مرحلة الرحلة بين الكواكب ومدة إقامة قدرها 400 يومًا على سطح المريخ، في حالتي عدم التدريع والتدريع على التوالي. وتُدرج النتائج المقابلة في الجدول 7 وتُعرض في الشكل 7. ويُبيَّن هنا مجموع معدلات الجرعة المكافئة الناجمة عن GCR للمجسمين الذكري والأنثوي في الظروف غير المدرعة (النقاط الزرقاء/الصفراء) والمدرعة (النقاط الحمراء/الخضراء). وقد أُجريت الحسابات لظروف الحد الأدنى الشمسي (رموز ملوّنة بالكامل) والحد الأقصى الشمسي (رموز ملوّنة باهتة). وكما يتضح، لا تختلف معدلات الجرعة الكلية الناجمة عن GCR خلال المهمة كلها إلا ضمن نحو 35% بين أطوار النشاط الشمسي المختلفة، وضمن نحو 17% عند افتراض درع ألومنيوم بسماكة كتلية 5 g cm^-2.

Figure 7: إجمالي معدلات الجرعة المكافئة الناجمة عن GCR خلال مهمة مأهولة إلى المريخ (600 يومًا في مرحلة الرحلة بين الكواكب و400 يومًا على السطح) في ظروف الحد الأدنى الشمسي (الرموز الملونة) والحد الأقصى الشمسي (الرموز المظللة).

توجّه اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع (ICRP) وكالات الفضاء بشأن حدود الجرعات المناسبة لرواد الفضاء. وقد وضعت وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) ووكالة الفضاء الروسية (RSA) ووكالة الفضاء اليابانية (JAXA) حدود الجرعات الخاصة بها استنادًا إلى هذا التوجيه. وحددت ESA وRSA حدودًا للجرعة المهنية مقدارها 1 Sv لرواد الفضاء (F.A.Cucinotta, 2010). ومع ذلك، كما يتضح، فإن كثيرًا من حدود الجرعات الإشعاعية ستُتجاوز في مهمة إلى المريخ. كذلك يُتوقع أن تتلقى أعضاء منفردة عديدة جرعة إشعاعية أعلى من 1 Sv خلال مهمة المريخ.

بناءً على أحدث تقرير نشرته وكالة ناسا فيما يتعلق بحدود التعرض للإشعاع، يجب ألا يتجاوز إجمالي الجرعة الإشعاعية الفعالة المهنية بسبب المهام الفضائية 600 mSv (Standard, 2022). وبالنظر إلى نتائج دراستنا، في غياب ووجود هياكل الحماية، من المحتمل أن تتعرض العديد من الأعضاء الداخلية للإشعاع بجرعات أعلى، مما يؤدي إلى مخاطر صحية شديدة ينبغي معالجتها عند التحضير لمهمات المريخ المستقبلية. تقترح ناسا تطبيق مبادئ أدنى مستوى يمكن تحقيقه على نحو معقول (ALARA) لضمان معايير محددة للسلامة الإشعاعية بناءً على مدة التعرض للإشعاع، والمسافة من مصدر الإشعاع، ومواد وهياكل التدريع.

بالإضافة إلى حدود الجرعة المهنية، وضعت وكالة الفضاء الأوروبية أيضًا حدود الجرعة السنوية لأجزاء معينة من الجسم، مثل 0.5 Sv، و1.0 Sv، و3.0 Sv للأعضاء المكونة للدم، والعين، والجلد، على التوالي، (F.A.Cucinotta, 2010). يعد النخاع العظمي في العمود الفقري أحد الأجزاء الرئيسية في الجسم لتكوين الدم وخلايا الدم. تظهر نتائجنا أنه من المتوقع أن يتلقى العمود الفقري السفلي والعلوي جرعات إشعاعية تتراوح من 0.734 Sv إلى 1.40 Sv. ومع ذلك، لاحظ أن حدود معدل الجرعة التي حددتها وكالة الفضاء الأوروبية، على سبيل المثال، للأعضاء المكونة للدم هي حدود الجرعة السنوية. وبالتالي، مع حد سنوي قدره 0.5 Sv، فإن الجرعة المسموح بها في يوم 1000 هي 1.37 ​​Sv، وهو أقل بقليل من الحد الأعلى لدينا وهو 1.40 Sv.

تتوافق بعض الجرعات الإشعاعية المستمدة من حساباتنا مع الحوادث النووية أو التعرض للعلاج الإشعاعي، وهي المصادر الوحيدة الموثوقة للمقارنة في الأدبيات الموجودة لتحديد العلاقة الموضوعية بين الإشعاعات المؤينة وبداية الأمراض ذات الصلة في جسم الإنسان. ومن الضروري أيضًا الأخذ في الاعتبار أن الأعضاء حساسة للإشعاع بشكل مختلف، مما يعني أن معدلات الجرعة المماثلة قد تؤدي إلى أحداث خلوية ذات خطورة مختلفة في الأنسجة والأنظمة.

هناك أنظمة فسيولوجية ملحوظة تتأثر بجرعات الإشعاع المنخفضة. على سبيل المثال، أظهرت الفئران التي تعرضت لجرعات صغيرة مثل 0.1 أو 0.25 Gy قصورًا في ذاكرة التعرف بعد تسعة أشهر من حدوث التعرض ((Frederico et al., 2009)). أظهرت الفئران التي تلقت جرعات صغيرة مثل 0.1 Gy أيضًا أضرارًا مرتبطة بأمراض التنكس العصبي، مثل تراكم الأميلويد والتغيرات في السلوك والإدراك ((Cherry et al., 2012b)). يوضح الجدول أعلاه أن الدماغ يمكنه تلقي جرعات إشعاعية من 1.07 Sv إلى 1.74 ​​Sv. مع مثل هذه الجرعات الصغيرة المرتبطة بتراكم تلف الدماغ لدى الفئران، يجدر النظر فيما إذا كانت هذه الجرعات الإشعاعية المرتبطة بالسفر إلى الفضاء يمكن أن يكون لها آثار طويلة المدى على رواد الفضاء بعد عودتهم إلى الأرض. وتشمل الأعضاء الأخرى التي تتأثر بجرعات منخفضة من الإشعاع الغدة الدرقية والجهاز القلبي الوعائي. ارتبط تعرض الغدة الدرقية لجرعات إشعاعية منخفضة تصل إلى 50-100mGy بزيادة الأورام الخبيثة في الغدة الدرقية لدى الأطفال (Sinnott et al., 2010). وعلى نحو مماثل، أظهرت الدراسات التي أجريت على الناجين من تشيرنوبيل أن التعرض لقدر ضئيل من الإشعاع يصل إلى 0.15 Gy من الإشعاع يمكن أن يزيد من فرص إصابة الفرد بأمراض القلب والأوعية الدموية الناجمة عن الإشعاع. (Hughson et al., 2018).

تظهر نتائجنا أيضًا أنه من المتوقع أن تتلقى الرئتان اليسرى واليمنى جرعات إشعاعية تتراوح من 0.00287 Sv إلى 0.561 Sv. هذه جرعات منخفضة. ومع ذلك، فإن بيئة المريخ تشكل تهديدات أخرى للصحة الرئوية، مثل البيركلورات الضارة في تربة المريخ (Wadsworth and Cockell, 2017). الجلد هو عضو آخر لوحظ أنه حساس لجرعات منخفضة من الإشعاع. ارتبط تشعيع الوجه والرقبة باستخدام 0.1 إلى 0.5 Gy في المرضى الذين يعانون من سعفة الرأس ارتباطًا وثيقًا بتطور سرطان الخلايا القاعدية (Kim et al., 2006a). بالإضافة إلى ذلك، تم الإبلاغ عن أن الجهاز الهضمي يُظهر انخفاضًا في حركة المعدة بعد التشعيع بجرعات منخفضة تصل إلى 1 Gy (Jones et al., 2020b).

4.6 التعرض للإشعاع الناجم عن SPE أثناء مرحلة الرحلة وعلى سطح المريخ

Organ Cruise Surface No shield Shield No shield Shield median max median max median max median max Brain 3.41E+01 1.17E+03 6.34E+00 2.17E+02 2.84E+00 9.74E+01 5.28E-01 1.81E+01 Eyes 3.75E+01 1.29E+03 6.97E+00 2.39E+02 3.13E+00 1.07E+02 5.81E-01 1.99E+01 Head 8.08E+01 5.69E+03 1.50E+01 1.06E+03 6.73E+00 4.74E+02 1.25E+00 8.81E+01 Heart 5.63E+00 2.67E+02 1.05E+00 4.96E+01 4.69E-01 2.22E+01 8.72E-02 4.13E+00 LeftAdrenal 1.34E+01 4.89E+02 2.48E+00 9.10E+01 1.11E+00 4.08E+01 2.07E-01 7.58E+00 LeftArmBone 8.04E+01 3.56E+03 1.49E+01 6.62E+02 6.70E+00 2.97E+02 1.24E+00 5.51E+01 LeftBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LeftClavicle 4.56E+01 1.67E+03 8.48E+00 3.10E+02 3.80E+00 1.39E+02 7.07E-01 2.59E+01 LeftKidney 1.80E+01 5.68E+02 3.34E+00 1.06E+02 1.50E+00 4.73E+01 2.78E-01 8.80E+00 LeftLeg 1.09E+02 6.12E+03 2.03E+01 1.14E+03 9.11E+00 5.10E+02 1.69E+00 9.48E+01 LeftLegBone 1.19E+01 4.20E+02 2.21E+00 7.81E+01 9.90E-01 3.50E+01 1.84E-01 6.50E+00 LeftLung 1.69E+01 5.61E+02 3.14E+00 1.04E+02 1.41E+00 4.68E+01 2.62E-01 8.70E+00 LeftOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LeftScapula 8.39E+01 3.87E+03 1.56E+01 7.19E+02 6.99E+00 3.22E+02 1.30E+00 5.99E+01 LeftTeste 6.58E+01 2.72E+03 1.22E+01 5.05E+02 5.49E+00 2.26E+02 1.02E+00 4.21E+01 LowerLargeIntestine 3.94E+00 1.98E+02 7.33E-01 3.69E+01 3.28E-01 1.65E+01 6.11E-02 3.07E+00 MaleChest 8.00E+01 3.53E+03 1.49E+01 6.56E+02 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 MaleGenitalia 1.54E+02 1.02E+04 2.85E+01 1.90E+03 1.28E+01 8.53E+02 2.38E+00 1.59E+02 MiddleLowerSpine 7.77E+00 3.10E+02 1.44E+00 5.76E+01 6.48E-01 2.58E+01 1.20E-01 4.80E+00 Pancreas 2.37E+00 1.45E+02 4.40E-01 2.69E+01 1.97E-01 1.21E+01 3.66E-02 2.24E+00 Pelvis 1.12E+01 3.71E+02 2.08E+00 6.89E+01 9.34E-01 3.09E+01 1.74E-01 5.74E+00 RibCage 9.05E+01 4.26E+03 1.68E+01 7.91E+02 7.54E+00 3.55E+02 1.40E+00 6.59E+01 RightAdrenal 2.17E+01 6.84E+02 4.04E+00 1.27E+02 1.81E+00 5.70E+01 3.37E-01 1.06E+01 RightArmBone 8.08E+01 3.57E+03 1.50E+01 6.63E+02 6.73E+00 2.97E+02 1.25E+00 5.52E+01 RightBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 RightClavicle 2.35E+01 7.93E+02 4.36E+00 1.47E+02 1.96E+00 6.61E+01 3.63E-01 1.23E+01 RightKidney 1.63E+01 5.24E+02 3.03E+00 9.75E+01 1.36E+00 4.37E+01 2.52E-01 8.12E+00 RightLeg 1.09E+02 6.11E+03 2.03E+01 1.14E+03 9.09E+00 5.09E+02 1.69E+00 9.47E+01 RightLegBone 1.22E+01 4.22E+02 2.26E+00 7.85E+01 1.01E+00 3.52E+01 1.88E-01 6.54E+00 RightLung 1.55E+01 5.26E+02 2.87E+00 9.78E+01 1.29E+00 4.38E+01 2.39E-01 8.15E+00 RightOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 RightScapula 8.12E+01 3.66E+03 1.51E+01 6.80E+02 6.77E+00 3.05E+02 1.26E+00 5.67E+01 Skin 8.89E+01 3.92E+03 1.65E+01 7.29E+02 7.41E+00 3.27E+02 1.38E+00 6.08E+01 RightTeste 4.41E+01 1.78E+03 8.20E+00 3.31E+02 3.68E+00 1.48E+02 6.84E-01 2.76E+01 Skull 8.84E+01 4.29E+03 1.64E+01 7.98E+02 7.37E+00 3.58E+02 1.37E+00 6.65E+01 SmallIntestine 3.45E+00 1.85E+02 6.42E-01 3.43E+01 2.88E-01 1.54E+01 5.35E-02 2.86E+00 Spleen 8.52E+00 3.45E+02 1.58E+00 6.41E+01 7.10E-01 2.87E+01 1.32E-01 5.34E+00 Stomach 8.40E+00 3.31E+02 1.56E+00 6.15E+01 7.00E-01 2.76E+01 1.30E-01 5.13E+00 Thymus 1.08E+01 3.97E+02 2.00E+00 7.38E+01 8.96E-01 3.31E+01 1.67E-01 6.15E+00 Thyroid 1.16E+01 4.40E+02 2.15E+00 8.18E+01 9.65E-01 3.67E+01 1.79E-01 6.82E+00 Trunk 6.20E+01 3.55E+03 1.15E+01 6.59E+02 5.17E+00 2.96E+02 9.60E-01 5.50E+01 UpperLargeIntestine 3.91E+00 1.99E+02 7.27E-01 3.69E+01 3.26E-01 1.65E+01 6.06E-02 3.08E+00 UpperSpine 1.55E+01 5.30E+02 2.89E+00 9.86E+01 1.29E+00 4.42E+01 2.40E-01 8.22E+00 UrinaryBladder 8.84E+00 3.35E+02 1.64E+00 6.22E+01 7.37E-01 2.79E+01 1.37E-01 5.18E+00 Uterus 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

Table 8: الجرعة القصوى والمتوسط ​​المكافئ (ملي سيفرت) من جميع أحداث SEP في مختلف الأعضاء، مع وبدون التدريع

ومن الممكن أيضًا أن تقع أحداث جسيمات شمسية (SPEs) أثناء المهام طويلة الأمد. لذلك درسنا أثرها كذلك. وتُعرض معدلات الجرعة المكافئة الكلية الناجمة عن SPE في أعضاء المجسم الذكري في الجدول 8 وتُبيَّن في الشكل 8. وتُعطى هنا قيم الحدث صاحب الأثر الأكبر في معدلات الجرعة المكافئة (أي حدث اليوم 4 من سبتمبر 1972، والمشار إليه بالحد الأقصى) ووسيط جميع أحداث SPE البالغ عددها 60، وذلك لمرحلة الرحلة بين الكواكب ومدتها 600 يومًا ومرحلة سطح المريخ ومدتها 400 يومًا، في حالتي غياب التدريع ووجوده.

وكما يتضح، فإن حدثًا مماثلًا لذلك الذي وقع في اليوم 4 من سبتمبر 1972 يزيد التعرض الإشعاعي زيادة كبيرة في مهمة مريخية مدتها 1000 يوم. ومن ثم يشكل هذا الحدث تهديدًا أكبر خلال مرحلة الرحلة بين الكواكب منه على سطح المريخ. أما الحدث الذي يمثل وسيط جميع الأحداث البالغ عددها 60 والمدروسة هنا فلن يشكل إلا خطرًا محدودًا على البعثات المأهولة.

Figure 8: الجرعة القصوى والمتوسط ​​المكافئ (ملي سيفرت) لجميع أحداث SEP في مختلف الأعضاء، مع وبدون التدريع.

5 استراتيجيات التخفيف من الإشعاع

مع قيام العلم بإجراء المزيد من الدراسات حول شدة وتأثير الإشعاع الذي سيواجهه رواد الفضاء في البعثات المأهولة المستقبلية، لا يزال هناك الكثير لنتعلمه عن الطرق الممكنة لتقليل التعرض الإجمالي والأضرار البيولوجية. يتم تقسيم الحماية من الإشعاع للمهمات الفضائية إلى ثلاث فئات: المراقبة والإمدادات الطبية والحماية (Dubey et al., 1997). حاليًا، تقوم وكالات الفضاء مثل مركز جونسون للفضاء التابع لناسا بتتبع شدة الإشعاع الشمسي بالإضافة إلى التدفق المستمر للإشعاع الكوني المجري (Tran, 2019). ويراجع العلماء كيف أن المكملات الغذائية، مثل مضادات الأكسدة، لديها القدرة على تسليح الجسم ضد الأضرار الناجمة عن الإشعاع الفضائي (Brown et al., 2010b). تعمل الفرق على طرق حماية سلبية وإيجابية مصممة لامتصاص وصرف نسبة من الجسيمات التي قد تضر رواد الفضاء بجرعات قصيرة وطويلة الأجل. وفي حين أن كل هذه الأساليب قد تحمي رواد الفضاء في رحلتهم إلى أماكن مثل المريخ، إلا أن الأبحاث لا تزال جارية حول الموارد الموجودة في الموقع، مثل التربة المريخية، التي يمكن استخدامها لحماية الموائل أثناء وجودها على السطح. على الرغم من أن صحة رواد الفضاء هي الأولوية الأولى للبعثات الفضائية المأهولة، إلا أن ما يأخذونه معهم لا يزال يقتصر على الكتلة التي يمكن للمركبة الفضائية حملها، وفي النهاية التكلفة. في حين أنه لا يزال هناك الكثير لنتعلمه فيما يتعلق بفعالية هذه الأساليب وغيرها التي تمت دراستها لحماية صحة رواد الفضاء وسلامتهم، فمن المهم الرجوع خطوة إلى الوراء ومراجعة ما نحن عليه الآن قبل أن نتمكن من فهم أين يجب أن نذهب غدًا، والأهم من ذلك، كيف نصل إلى هناك.

5.1 تتبع البيئة الإشعاعية

من أجل الحد من خطر الإشعاع، فإن أبسط طريقة للوقاية غالبًا ما تتضمن تتبع مستويات التعرض الضارة المحتملة قبل الوصول إلى رواد الفضاء. يتضمن ذلك مراقبة أحداث الجسيمات الشمسية (SPEs) وكذلك الإشعاع الكوني المجري (GCRs) (مثلًا، Tran, 2019). يمكن أن يساعد تتبع البيئات الإشعاعية الحالية والتنبؤ الدقيق بالتهديدات المستقبلية في تحديد الأوقات الأكثر أمانًا لجدولة المهام وإرسال تحذيرات كافية لرواد الفضاء الموجودين بالفعل في الفضاء بين النجوم لاستخدام حماية إضافية (Dubey et al., 1997; Tran, 2019). يتقلب النشاط الشمسي في دورات 11 حيث تحدث طفرات الإشعاع كأحداث جسيمات شمسية في كثير من الأحيان عند ”الحد الأقصى الشمسي” للدورة (Tran, 2019; Battiston et al., 2012). تعد SPEs طاقة أقل نسبيًا وتحدث عادةً أثناء التوهجات الشمسية (Battiston et al., 2012; Meyer et al., 1974). لا تزال نماذج النشاط الشمسي التي وضعها مركز جونسون للفضاء التابع لوكالة ناسا في المراحل الأولى من التطوير، ولكن الهدف هو بناء خريطة تنبؤية للوقت المحتمل لحدوث الحدث SPEs (Tran, 2019). يحدث الإشعاع الكوني المجري كتيار من الجسيمات عالية الطاقة التي تتأثر عمومًا بالنشاط الشمسي فقط؛ على سبيل المثال، تكون معدلات GCR أقل بشكل عام خلال الحد الأقصى الشمسي Tran (2019); Battiston et al. (2012). بالإضافة إلى مستويات الطاقة المتفاوتة، فإن وفرة الإشعاع الفضائي تشتمل أيضًا على مواد كيميائية وجزيئات أساسية مختلفة (Battiston et al., 2012; Meyer et al., 1974). هذه مجرد بعض العناصر التي تجعل المراقبة الفعالة للإشعاع الفضائي صعبة وحاسمة للبعثات الفضائية. إن رسم خرائط البيئة الإشعاعية لا يساعد فقط في التخطيط والإنذار، بل يمكنه أيضًا وضع نموذج للجرعة المتوقعة لرواد الفضاء في البعثات الفضائية. إن التنبؤ بالتوهجات الشمسية، ورسم خرائط أكثر دقة لنوع وطاقة جزيئات الفضاء، وفهم حدود الجرعات طويلة المدى لرواد الفضاء، كلها أمور ضرورية لفهم فعالية جميع أنواع استراتيجيات تخفيف الإشعاع.

5.2 استراتيجيات الطب والحمية

5.2.1 البروبيوتيك

وقد عرضت هذه المراجعة التأثيرات المرضية المختلفة للإشعاعات المؤينة على الأجهزة الفسيولوجية والمواد الوراثية لجسم الإنسان. ترتبط استراتيجية التخفيف المحتملة لتقليل الضرر الناجم عن الإشعاع بالاستخدام الغذائي للبروبيوتيك ومضادات الأكسدة والفيتامينات. البروبيوتيك هي كائنات حية دقيقة تمنح فائدة صحية للمضيف عند تناولها بكميات كافية (World Health Organisation and Food and Agriculture Organisation, 2006). في السابق، أظهرت الدراسات التي أجريت على الأرض أن البروبيوتيك يوفر العديد من الفوائد لصحة الإنسان، بما في ذلك المنافسة ضد مسببات الأمراض، وعلاج دسباقتريوز في الجهاز الهضمي، والحد من الاضطرابات الهضمية، وإنتاج المستقلبات المفيدة، والتفاعلات مع الخلايا المضيفة التي تعزز الصحة المناعية والنفسية، والحماية من العدوى. أظهرت بعض الدراسات أن البروبيوتيك يمكن أن يساعد في تخفيف بعض الأمراض البشرية المرتبطة بظروف رحلات الفضاء؛ على سبيل المثال، في الرحلات الفضائية لطاقم الولايات المتحدة، كانت هناك بعض التقارير عن الإسهال المرتبط بالمضادات الحيوية (DAA) بسبب المضادات الحيوية الموصوفة للطاقم (Douglas and Voorhies, 2017). توضح دراسة أجراها Ouwehand et al. (2014) أن استخدام كبسولات تحتوي على ثلاث سلالات مختلفة من البروبيوتيك يقلل من حدوث DAA في المرضى الذين يتلقون العلاج بالمضادات الحيوية. كما تم الإبلاغ عن حالات التهابات الجهاز التنفسي في أطقم الفضاء (Douglas and Voorhies, 2017). تبين أن إعطاء البروبيوتيك في أقراص أو كبسولات للمرضى الذين يعانون من نفس الأعراض على الأرض يقلل من الأعراض والمدة والحمى أثناء الإصابة (Vrese et al., 2005). تعد البروبيوتيك أيضًا استراتيجية واعدة لحماية الميكروبيوم والأنسجة الطبيعية من الإشعاع. على الأرض، يعد العلاج الإشعاعي أحد أكثر مصادر الإشعاع المؤين شيوعًا، وقد تم تقييم ضعف صحة الإنسان أثناء وبعد العلاج (Abdollahi, 2014). وجدت ورقة بحثية من Kumar et al. (2012) أن النظام الغذائي المكمل بالبروبيوتيك قد يكون له إمكانات علاجية لتقليل خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية لدى الفئران المصابة بفرط كوليستيرول الدم المستحث. ولذلك، فإن نظام البروبيوتيك المبرمج يمكن أن يقلل من حدوث أمراض القلب والأوعية الدموية الناجمة عن الإشعاع (RICVD) الواردة في هذه المراجعة.

أجرى Timko (2010) تجربة سريرية مع مرضى الأورام الإشعاعية 42 الذين خضعوا للعلاج الإشعاعي المساعد بعد العملية الجراحية (RT) بعد سرطان البطن والحوض. تم إعطاؤهم مكمل بروبيوتيك بدءًا من اليوم الأول ويستمر حتى نهاية فترة العلاج. وفي نهاية الدراسة، تم التوصل إلى أن العلاج الوقائي بالبروبيوتيك يمكن أن يمنع الإسهال الناجم عن الإشعاع الموصوف سابقًا. تشير مراجعة شاملة أجراها G.L. Douglas وA.A. Voorhies إلى أن البروبيوتيك يمكن أن يساعد في تخفيف بعض الحالات الأخرى المرتبطة برحلات الفضاء، مثل التهاب الجلد والطفح الجلدي والاضطراب النفسي ((Douglas and Voorhies, 2017)). على الرغم من الفوائد الصحية الإيجابية، يجب اختيار البروبيوتيك بعناية وتقييمه لرحلات الفضاء بناءً على فوائده الخاصة بالسلالة وصلته بظروف الطاقم المحتملة.

5.2.2 مضادات الأكسدة والفيتامينات

أجرى Brown et al. (2010a) تجربة حيث قاموا بتعريض فئران المختبر من السلالة C57BL/6 لجرعة إشعاعية لكامل الجسم تبلغ 8 Gy. كان عمر الفئران 7-8 أسابيع وخضعت للتعرض للإشعاع إما من خلال اتباع نظام غذائي عادي أو مكمل بمضادات الأكسدة. شمل النظام الغذائي لمكملات مضادات الأكسدة مضادات الأكسدة L- سيلينوميثيونين، أسكوربات الصوديوم، N- أسيتيل سيستين، حمض ألفا ليبويك، ألفا توكوفيرول سكسينات، والإنزيم المساعد Q10. كانت هناك مجموعات متميزة من الفئران 14-20 التي بدأت كل منها في اتباع النظام الغذائي المضاد للأكسدة إما على الفور، أو بعد 12 ساعات من التعرض للإشعاع، أو 48 بعد ساعات من التعرض للإشعاع. توصلت الدراسة إلى استنتاج شامل مفاده أنه في مجموعة من الفئران 18، نجت 78% مما كان يمكن أن يكون تشعيعًا مميتًا لكامل الجسم عند اتباع نظام غذائي مكمل بمضادات الأكسدة. يُعتقد أن مضادات الأكسدة تعمل على مقاومة الضرر الخلوي الناجم عن إنتاج الجذور الحرة وأنواع الأكسجين التفاعلية المنقولة عن طريق الإشعاع المؤين.

تمت دراسة تأثيرات اثنين من مضادات الأكسدة (بيتا كاروتين وألفا توكوفيرول) على الآثار الجانبية الحادة للتعرض للإشعاع لدى المرضى الذين يعانون من سرطان الخلايا الحرشفية في المرحلة الأولى أو الثانية في الرأس والرقبة. البيتا كاروتين هو بروفيتامين أ (مادة يمكن للجسم تحويلها إلى فيتامين أ) ويوجد في العديد من الفواكه والخضروات ذات اللون البرتقالي، بما في ذلك الشمام واليقطين والجزر. ألفا توكوفيرول هي مركبات ذات نشاط فيتامين E والتي يتم الحصول عليها بشكل رئيسي من الزيتون وزيوت عباد الشمس. في U.S.A.، يعد استهلاك نظير جاما توكوفيرول أكثر شيوعًا من المصادر الغذائية، بما في ذلك فول الصويا. تم تقسيم مرضى سرطان الخلايا الحرشفية إلى مجموعتين. شكلت مجموعة من مرضى 273 ذراع المكملات، وشكل مرضى 267 ذراع الدواء الوهمي. كان عمر جميع المرضى أكبر من 18. في مجموعة الدواء الوهمي (أولئك الذين لا يتلقون مكملات بيتا-كاروتين أو ألفا-توكوفيرول)، أبلغ 24.8% عن آثار جانبية شديدة من العلاج الإشعاعي. نسبيًا، فقط 19.2% من المجموعة التي تتلقى مكملات مضادة للأكسدة أبلغ عن آثار جانبية حادة. تمت ملاحظة التأثير الوقائي الإيجابي لمضادات الأكسدة فقط عند تناول كل من بيتا-كاروتين وألفا-توكوفيرول، ولكن ليس عند تناول ألفا-توكوفيرول وحده. عندما تم تناول مضادات الأكسدة معًا، كانت الحنجرة واحدة من أكثر الأنسجة حماية من الآثار الجانبية للعلاج الإشعاعي. الآثار الجانبية الشائعة للعلاج الإشعاعي للرأس والرقبة هي تلك التي تؤثر على الحنجرة، مثل التهاب الحلق وصعوبة البلع. هؤلاء المرضى الذين تلقوا العلاج المضاد للأكسدة أفادوا أيضًا عن اضطرابات نوم أقل من هؤلاء المرضى الذين لم يتلقوا أي مكملات مضادة للأكسدة (Bairati et al., 2016).

على الرغم من أن مكملات مضادات الأكسدة تظهر من خلال هذه الدراسة أنها تقلل بعض الآثار الجانبية الضارة للعلاج الإشعاعي، إلا أن دراسات أخرى تشير إلى أن مضادات الأكسدة يمكن أن تتداخل مع فعالية العلاج الإشعاعي. شارك المرضى الذين عولجوا من سرطان تجويف الفم عن طريق العلاج الإشعاعي في دراسة تبحث في التأثيرات المضادة للأكسدة لشطف فيتامين E قبل وبعد كل جزء 2 Gy من العلاج الإشعاعي. يحتوي محلول الشطف على 400 ملجم من فيتامين E. في فترة المتابعة لمدة عام 2، لوحظ انخفاض إجمالي البقاء على قيد الحياة لهؤلاء المرضى في المجموعة التي قامت بشطف فيتامين E مقارنةً بمجموعة الدواء الوهمي. لكن يُعزى ذلك إلى تداخل فيتامين E مع العلاج؛ ولوحظ أيضًا انخفاض 36% في التأثير الجانبي لالتهاب الغشاء المخاطي المصحوب بأعراض (Ferreira et al., 2004). يوضح هذا ضرورة قيام الأطباء بتقييم مخاطر وفوائد استخدام مضادات الأكسدة لمنع الضرر الناجم عن العلاج الإشعاعي.

أجرى Burns et al. (2007) نماذج تجريبية لتعرض جلد الفئران للإشعاع الفضائي بجرعات حادة تتراوح من 0.5 إلى 10 Gy. ولوحظ أن الالتهاب يلعب دورًا رئيسيًا في تحفيز السرطان عن طريق التعرض للإشعاع. كان أحد أنواع الإشعاع الرئيسية المستخدمة في التجربة هو إشعاع الحديد (وهو عنصر وفير في الإشعاع الفضائي). ووجد الباحثون أن فيتامين (أ) لديه قدرات وقائية ضد 47% من الأورام الناجمة عن الإشعاع (نمو غير طبيعي / مفرط). تم العثور على فيتامين أ لقمع التعبير عن العديد من الجينات (80%) المشاركة في الاستجابة الالتهابية وبالتالي قمع الاستجابة الالتهابية الحادة. يدعم هذا البحث أهمية وجود نسبة عالية من البيتا كاروتين (بروفيتامين أ) في النظام الغذائي لرواد الفضاء في المستقبل.

لا يشكل تداخل مضادات الأكسدة مع العلاج الإشعاعي مصدر قلق كبير لسلامة رواد الفضاء، الذين من المفترض أنهم لا يعالجون من السرطان أثناء رحلاتهم الفضائية. تعتبر التأثيرات الوقائية لمضادات الأكسدة ضد أضرار الإشعاع ذات أهمية أكبر لعلوم السفر إلى الفضاء. من المبشر أن اتباع نظام غذائي غني بالفواكه والخضروات واستخدام المكملات المضادة للأكسدة يمكن أن يخفف من الآثار الضارة للإشعاع الفضائي على صحة رواد الفضاء. باستخدام الفئران الذكور C57BL/6J، ثبت أن البرقوق المجفف قد يظهر دورًا وقائيًا إشعاعيًا ضد الإشعاع المؤين. على وجه الخصوص، اختبر الباحثون الخصائص المضادة للأكسدة للخوخ المجفف ضد إشعاع أشعة جاما منخفض LET ومزيج من البروتونات وأيونات HZE، لمحاكاة الإشعاع الفضائي. في المحاكاة، بعد 11 يومًا من التشعيع، أظهرت الفئران انخفاضًا في فقدان العظام، والذي يحدث عادة عن طريق الإشعاع. لقد تم افتراض أن مادة البوليفينول الطبيعية (حمض الغال، وأحماض الكافيويل-كينيك، وحمض الكوماريك، والروتين) الموجودة في الخوخ المجفف قد تساهم في تقليل تأثيرات الإشعاع المؤين على العظام البشرية (Schreurs et al., 2016)، وسيكون من المثير للاهتمام تحليل ما إذا كانت هناك نتائج مماثلة لخلايا العظام في ظروف الجاذبية الصغرى.

5.3 أجهزة التخفيف

حتى يومنا هذا، يعتبر أسهل شكل من أشكال التدابير المضادة للإشعاع الهندسية هو الطريقة السلبية لوضع كتلة امتصاص كافية بين رائد الفضاء والفضاء، وبالتالي، من المسلم به أن التدريع السلبي هو الطريقة الأكثر جدوى للحماية من الإشعاع الفضائي (Langley, 1970). ومع ذلك، فإن أكبر التحديات التي يتعين على كل مهمة فضائية التغلب عليها هي المتطلبات الجماعية والتكنولوجيا المتاحة. يمكن إرسال بعض الكتلة فقط إلى الفضاء. كلما كانت المركبة الفضائية أكثر ضخامة، أصبح إطلاقها أكثر صعوبة وتكلفة، أو قل عدد العناصر المهمة التي يمكن أن تحملها معها. وقد استغل المهندسون هذه الفرصة لاستكشاف مفاهيم الحماية من الإشعاع النشط المدفوعة بأفكار تقلل من التكلفة والكتلة المطلوبة للمعدات التي تحافظ على التعرض للإشعاع ضمن الحدود المستدامة. في هذا القسم، نقوم بتحليل كلتا الطريقتين لتخفيف الإشعاع، إلى جانب الاستراتيجيات المقترحة لتقليل مستويات الطاقة أثناء إقامة الإنسان على سطح المريخ.

5.3.1 التدريع النشط

تشتمل الحماية النشطة من الإشعاع على أجهزة تعمل بشكل فعال على حجب أو انحراف GCRs أو الجسيمات الشمسية النشطة. منذ عقد 1970، تم استكشاف ثلاثة أنواع من التدريع للحماية بشكل فعال من الإشعاع الفضائي: الكهرباء الساكنة والبلازما والمغناطيسية (Langley, 1970). تم إجراء القليل من الدراسات على مفاهيم التدريع النشط التي تستخدم الطرق الكهروستاتيكية. تستخدم الدروع الكهروستاتيكية مجالات مشحونة كهربائيًا لتوجيه الجزيئات المشحونة حول المركبة وإنشاء ”منطقة آمنة” تتأثر بالحد الأدنى من الإشعاع (Barthel and Sarigul-Klijn, 2019; Metzger et al., 2004; Townsend, 2005). العديد من الدراسات التي أجريت على الدروع الكهروستاتيكية تقيس الفعالية من خلال مقدار تغير تدفق الجزيئات مع جهد المجال (Metzger et al., 2004).

في عقد 1980، تم الإبلاغ عن أن تصميم الدروع التي تستخدم المجالات الكهروستاتيكية لصرف البروتونات كان أمرًا صعبًا لأنها كانت تتطلب جهدًا كهربائيًا عاليًا للغاية وكانت ”غير قابلة للشبع بطبيعتها” لأن المفاهيم كانت صعبة التصميم وتتطلب أن تكون الجسيمات مشحونة بشكل معاكس للمجالات الكهروستاتيكية (Townsend, 1984). لاحقًا في 2005، تمت إعادة فحص الدروع الكهروستاتيكية، وأظهرت الحسابات أن ترتيب الجهد الكهربي وأقطار نصف قطر الكرة كان كبيرًا جدًا أو غير واقعي لإحداث أي فرق في تشتيت طاقات أيون الإشعاع الكوني المجري (Townsend, 2005). في 2004، تم نشر دراسة حول استخدام الدروع الكهروستاتيكية الجديدة غير المتماثلة، والتي تم افتراضها لمعالجة العديد من أوجه القصور في الأبحاث السابقة حول الدرع الكهروستاتيكي (Metzger et al., 2004; Townsend, 2005). تم فحص فعالية المجالات الكهروستاتيكية غير المتماثلة ضد كل من الجزيئات المنخفضة والعالية الطاقة، بما في ذلك الحديد؛ بشكل أساسي، كانت الحقول أكثر فعالية في تغيير تدفق الجسيمات منخفضة الطاقة مما كانت عليه في تغيير الجسيمات عالية الطاقة، وزادت فعالية المجال مع زيادة جهد المجال (Metzger et al., 2004).

ومن الأمثلة اللاحقة على مفاهيم الدروع الكهروستاتيكية الأكثر تطورًا استخدام هياكل غشائية منتفخة كهروستاتيكيًا (EIMS) مصنوعة من مايلر مكسو بالألومنيوم لتوليد تدفق شحني قوي بما يكفي لحرف الإشعاع الشمسي (Townsend, 2005; Tripathi, 2016). وقد امتلكت هياكل EIMS شحنة قدرها 10 كيلو فولت، وطاقة قدرها 5 كيلو إلكترون فولت لتدفق الإلكترونات، وتيارًا قدره 5 مللي أمبير. ومرة أخرى، وُجد أن الجسيمات منخفضة الطاقة حُجبت كليًا، في حين لم تنخفض إلا تدفقات الجسيمات عالية الطاقة؛ وهذا يعني أن الدرع حجب أحداث الجسيمات الشمسية وكان أكثر فعالية بنسبة 70% من أفضل درع سلبي غني بالهيدروجين ضد الإشعاع الكوني المجري (Tripathi, 2016). وخُلص أيضًا إلى أن المجالات الكهروستاتيكية تحتاج إلى قدر كبير جدًا من الطاقة عند الفولتيات اللازمة لامتصاص الجسيمات امتصاصًا مناسبًا، لكن يمكن تخطي هذه المشكلة بتصميم المجالات لحرف الجسيمات بدلًا من إيقافها. وبسبب اختلاف طاقات الجسيمات، كانت هذه المجالات أكثر فعالية بكثير في حرف طاقة الجسيمات الشمسية منها في حرف الإشعاع الكوني المجري (Tripathi, 2016). وكان هذا التصميم تطبيقًا وحداتيًا للمجالات الكهروستاتيكية مؤلفًا من هياكل Gossamer خفيفة يمكن نشرها بسهولة على المركبات الفضائية. ومن أبرز عيوبه اهتزازات غير متوقعة في الهياكل، ما بيّن الحاجة إلى مزيد من دراسة EIMS قبل استخدامها بفاعلية لحماية مركبة فضائية في رحلة إلى المريخ(Tripathi, 2016). ولا تمتلك كثير من الدراسات الخاصة بتصاميم المجالات الكهروستاتيكية الرصيد نفسه من الأبحاث والمواد والتطوير الذي تمتلكه معماريات التدريع النشط الأخرى. ويحد هذا النقص من قدرة المفهوم على التحول إلى تصميم متين صالح للفضاء. ولا تزال تقنيات كثيرة مطلوبة لجعل الدروع الكهروستاتيكية مجدية للمهام بين الكواكب قيد التطوير (Barthel and Sarigul-Klijn, 2019).

تستخدم دروع البلازما مزيجًا من المجالات الكهروستاتيكية والمغناطيسية حيث تخلق الشحنة الكهروستاتيكية جيبًا من الإلكترونات (البلازما) مثبتة في مكانها بواسطة مجال مغناطيسي (Townsend, 2005; Levy and French, 1968). كما هو الحال مع الدروع الكهروستاتيكية، يلعب الجهد الكهربي في دروع البلازما دورًا كبيرًا في فعالية السحابة الإلكترونية حول المركبة الفضائية. يجب أن يكون المجال المغناطيسي الناتج عن ملفات فائقة التوصيل قويًا بما يكفي لاحتواء البلازما حول المركبة. أكبر المشكلات المتعلقة بتنفيذ مثل هذا المفهوم هي مخرجات الجهد، واستقرار البلازما، وكيفية تأثير البلازما على بقية أنظمة المركبات الفضائية ((Levy and French, 1968)).

من الممكن استخدام البلازما الفضائية لكل من الدفع والحماية من الإشعاع عن طريق إنشاء ”غلاف مغناطيسي صغير” يمكنه حماية ما يصل إلى طاقات 200 أكبر من المغناطيس نفسه بقدرة انحناء في حدود 1 Tm (Winglee, 2004; Jia et al., 2013). تُظهِر دروع البلازما الكثير من الإمكانات للبنى التي يمكن أن تكون متعددة الأغراض ونموذجية ولكنها تفتقر إلى التطوير والدراسة اللازمة لرحلات الفضاء. كما هو الحال مع الدروع الكهروستاتيكية، تتطلب تطبيقات دروع البلازما للحماية من الإشعاع دراسة أكثر قوة قبل استخدامها في مهمة إلى المريخ. تعد الدروع المغناطيسية حاليًا المفهوم الأكثر شيوعًا وتطورًا للحماية النشطة من الإشعاع. تمامًا مثل الطريقة التي يحمي بها الغلاف المغناطيسي سطح الأرض من الإشعاع الأكثر ضررًا، تتمثل الفكرة في استخدام الطاقة لتوليد مجال مغناطيسي يحيط بالمركبة الفضائية. مع وجود طاقة كافية في التكوين الصحيح للمركبة الفضائية، بدلاً من استخدام الجسيمات المشحونة في شكل بلازما، فإن المجال المغناطيسي إما أن يمتص أو يحرف الجسيمات القادمة قبل أن تصل إلى المركبة الفضائية. في حين أنه من الصعب الحماية من جميع جزيئات الإشعاع، فإن الهدف هو تحويل ما يكفي من الجزيئات لتقليل آثار جرعات الإشعاع الضارة على رواد الفضاء والمعدات الخاصة بالمهمات الفضائية الطويلة.

تستخدم محطة الفضاء الدولية (ISS) جهازًا يسمى مطياف ألفا المغناطيسي (AMS-02)، وهو مغناطيس فائق التوصيل بأبعاد 5 × 4 × 3 مترًا، يكتشف يكتشف ويحرف الجسيمات الكونية في مسارها (AMS, 2020; Battiston et al., 2012; Rainey, 2015). في حين أن AMS-02 يولد قوة مجال تبلغ 0.14 ​​T (AMS, 2020)، فإنه معزول عن AMS لمنع التفاعلات مع الغلاف المغناطيسي للأرض والتسبب في مشاكل الملاحة مع محطة الفضاء الدولية. يقيس AMS-02 انحراف الإشعاع الكوني المجري وأحداث الجسيمات الشمسية التي تواجهها محطة الفضاء الدولية (Rainey, 2015). لم يساعد AMS-02 فقط في تطوير فهمنا للجسيمات الكونية التي سنواجهها في البعثات الفضائية المأهولة، ولكنه قدم أيضًا أساسًا ممتازًا لوضع تصور لتحسينات التدريع النشط لمثل هذه المهام.

بدءًا من AMS-02، تمت محاكاة الأشكال الهندسية المختلفة للمغناطيس وقوة المجال لنمذجة تأثيرات تلك المجالات على تقليل جرعات الإشعاع للبعثات الطويلة (Battiston et al., 2012). أحد أفضل التصاميم تطورًا هو ”Double Helix”، الذي يقدم العديد من الملفات اللولبية الأسطوانية المغناطيسية فائقة التوصيل مع طبقتين من ملفات الكابلات الحلزونية المائلة مقابل بعضها البعض والتي من شأنها أن تولد مجالًا مغناطيسيًا حلقيًا يحيط بالمركبة الفضائية.

على وجه الخصوص، تم تقييم قوتين مختلفتين لمغناطيس الحلزون المزدوج، تم قياسهما بوحدة تسلا (T)، وهما: ملفات 2T، 4Tm Double Helix، مع قوة مجال تبلغ 2 T وقدرة انحناء تبلغ 4 Tm؛ و 8 T، 16 Tm Double Helix، بقوة مجال 8 T وقوة انحناء 16 Tm. تمت مقارنة ذلك بعد ذلك بكل من المساحة الحرة ووجود درع المركبة الفضائية السلبي المصنوع من الألومنيوم (Battiston et al., 2012). يوضح الجدول 9 الجرعات السنوية (عند الحد الأدنى الشمسي) للبشرة والأعضاء المكونة للدم (BFO) والجسم.

Effective Reduction in Annual Radiation Dosing
Passive Shield∗			2T, 4Tm Double Helix			8T, 16Tm Double Helix
37%	28%	29%	50%	41%	40%	68%	61%	58%
With passive shielding			21%	18%	16%	50%	46%	41%

Table 9: التخفيض في النسبة المئوية لجرعات الإشعاع السنوية من الفضاء الحر باستخدام التدريع السلبي، 2T، 4Tm Double Helix، و8T، 16Tm Double Helix؛ يتضمن التخفيض الإضافي في الجرعات التي يقدمها تصميما Double Helix بالإضافة إلى الدرع السلبي للمركبة الفضائية (تم تعريف الدرع السلبي على أنه ”المركبة الفضائية” مع درع من الألومنيوم 1.5 سم. BFO - أعضاء تكوين الدم).

ونتيجة لذلك، فإن الحلزون المزدوج أكثر فعالية من الحماية السلبية. في حين أن 2T، 4Tm Double Helix يمكن أن يقلل جرعات الإشعاع بمقدار 40%، فإن تكوين 8T، 16Tm Double Helix يمكن أن يقللها بمقدار 60% على حساب المزيد من القوة والكتلة. بالإضافة إلى ذلك، سيعمل الدرع بشكل فعال على تقليل المستوى الثابت للإشعاع الكوني المجري خلال مهمة بين الكواكب إلى جرعات تبلغ 26-28 ​​rem/y عند الحد الأقصى الشمسي و37 rem/y عند الحد الأدنى الشمسي؛ كلتا الجرعتين السنويتين أقل بكثير من الحد الأقصى المسموح به لرواد الفضاء وهو 50 rem/y. واستنادًا إلى طاقة الجسيمات، تمت محاكاة الدرع لحرفها، كما سيكون الحلزون المزدوج فعالًا جدًا في الحماية من أحداث الجسيمات الشمسية العشوائية، في حالة حدوثها خلال رحلة تستغرق عدة سنوات إلى المريخ.

منذ نشر الدراسة في 2012، فإن أي مهمة مستقبلية إلى المريخ تستخدم هذا المفهوم أو ما شابهه سيكون لديها ما لا يقل عن ثماني سنوات من تكنولوجيا التراث الجديدة تحت تصرفها. غالبًا ما تكون مراجعة البنى السابقة هي الخطوة الأولى في تصميم تقنيات جديدة ومبتكرة. أحد أكبر التحديات في اختيار أفضل نوع من التدريع النشط للمهمات الفضائية طويلة الأمد له علاقة كبيرة بنقص المفاهيم في مجال الهندسة المعمارية. على سبيل المثال، يشير عدم وجود دراسات تستخدم أنواعًا بديلة من التدريع النشط للمجالات المغناطيسية إلى أن التصميمات القائمة على المجال المغناطيسي تشتمل على غالبية المفاهيم. يُظهر النضج والدراسة المستمرة لهذا التصميم المغناطيسي فائق التوصيل إمكانات كبيرة لصنع تصميمات شبه معيارية طويلة الأمد بشكل واقعي للمهام الفضائية الطويلة (Battiston et al., 2012). يمكن أن تُظهر التصميمات الأخرى للمهندسين إمكانية استخدام أنواع حماية متعددة لتلبية حالات التكرار اللازمة لمهمة استكشاف مأهولة أو حتى إصلاحها بسهولة أكبر باستخدام الموارد الموجودة في الموقع (Tripathi, 2016). هناك حاجة إلى مزيد من البحث والتطوير لجعل بدائل التدريع النشط الصالحة للاستخدام في الفضاء قوية بما يكفي لمساعدتنا في إرسال رواد فضاء بأمان إلى المريخ. وفي غضون ذلك، تعد تصميمات المغناطيس فائقة التوصيل مكانًا رائعًا لبدء نمذجة فعالية تقليل الجرعات باستخدام محاكاة بيئة الإشعاع المحدثة.

5.3.2 التدريع السلبي

يعد الحماية من الإشعاع السلبي أحد التدابير المضادة للتعرض للإشعاع الفضائي. وتشمل هذه الحماية استخدام كمية كافية من المواد لامتصاص الطاقة من الإشعاع الكوني. في وقت سابق، ركزت الدراسات البحثية حول التدريع السلبي على استخدام كتلة إضافية للغرض الأساسي وهو الحماية من الإشعاع الفضائي. ومع ذلك، فإن استخدام كتلة إضافية لغرض الحماية من الإشعاع فقط هو أمر غير عملي بسبب قدرة الإطلاق المحدودة للصواريخ والكتلة المطلوبة لإبقاء رواد الفضاء لفترات طويلة من الوقت لمهمات تتجاوز المدارات الأرضية المنخفضة. علاوة على ذلك، فإن إضافة سُمك إضافي لا يقلل كثيرًا من الطاقة الواردة. من نقطة ما، تكون مستويات الطاقة ثابتة تقريبًا، أو حتى أن السُمك الزائد يزيد الجرعة في بعض الحالات بسبب تكوين جزيئات ثانوية. لذلك، كانت هناك اقتراحات حول خيارات التدريع السلبي البديلة مثل استخدام المواد الهيكلية المتقدمة، أو الطعام، أو نفايات رواد الفضاء.

فيما يلي بعض البيانات العامة التي تؤثر على معايير اختيار المواد المرشحة للتدريع. أولاً، نظرًا لأن صحة الإنسان وسلامته هي الاهتمام الأساسي، يجب أن تكون تصميمات التدريع متحفظة وأن تلتزم بـ ALARA. إنه مبدأ أمان مصمم لتقليل جرعات الإشعاع. ثانيًا، يجب أن تكون المواد خفيفة الوزن ويجب أن تتمتع بخصائص مرغوبة مثل الهيكلية والميكانيكية والحرارية، إلى جانب خصائص الحماية من الإشعاع الفضائي. المواد الشائعة التي يتم أخذها في الاعتبار فيما يتعلق بتجارب الحماية من الإشعاع الفضائي هي الألومنيوم والنحاس والبولي إيثيلين والماء والجرافيت. وكثيرًا ما توجد هذه المواد في تصميمات المركبات الفضائية الحالية. وهي محددة جيدًا كيميائيًا ولها الخصائص الفيزيائية المطلوبة.

تزداد فعالية المادة كدرع للإشعاع بشكل عام مع انخفاض العدد الذري (Guetersloh et al., 2006). المواد التي تحتوي على أكبر عدد من الإلكترونات لكل وحدة كتلة، وأقل متوسط ​​طاقة إثارة وأقل طاقات ربط ضيقة، هي أفضل ماصات الطاقة (Wilson et al., 1995). هذه الظروف تجعل الهيدروجين المادة الأكثر تفضيلاً. تم إجراء سلسلة من القياسات باستخدام شعاع الجسيمات، 1 GeV/nuc ⁵⁶Fe، والذي يمثل مكون الأيونات الثقيلة في GCRs، ومواد التدريع المختلفة بما في ذلك المواد المركبة والعناصر الخفيفة والعناصر الثقيلة في (Zeitlin et al., 2006). وأكدت نتائج هذه القياسات أن الهيدروجين هو مادة التدريع الأكثر فعالية. نظرًا لأن الهيدروجين فعال للغاية، فإن البولي إيثيلين ($C{H}_2$)، الذي يحتوي على ذرتي هيدروجين وجزيء ذرة كربون واحد لكل جزيء، يعد أيضًا مادة حماية فعالة. وبصرف النظر عن ذلك، فإن توفره وعدم سميته وطبيعته المستقرة كيميائيًا في ظل الظروف النموذجية يجعل من البولي إيثيلين المادة المرجعية الأكثر ملاءمة لاختبارات التدريع.

كما احتل الجرافيت أهمية خاصة في هذه الاختبارات حيث أن الكربون موجود في الصيغة الجزيئية للبولي إيثيلين، والكتلة الذرية لمكون الكربون هذا قابلة للقسمة على 4. سبب آخر وراء اختيار الجرافيت هو أنه أحد مكونات مركبات الكربون. إن خصائص التدريع الميكانيكية والإشعاعية لألياف الكربون ومركبات الكربون تمكنها من العمل كبنية فوقية متعددة الوظائف للمركبات الفضائية المستقبلية أو الموائل السطحية الكوكبية (Council and others, 2008). تم إجراء قياسات قياس الجرعات لكل واحدة من هذه المواد على أعماق التدريع تتراوح بين 5-20 g/cm² في فترات 5 g/cm²، مما أدى إلى إيجاد استجابة مماثلة مع مركبات الألومنيوم.

يمكن مقارنة فعالية التدريع لأي مادة معينة على عمق معين بالقيمة المرجعية 1.000 المقابلة للبولي إيثيلين (مثلًا، DeWitt and Benton, 2020)). قيمة فعالية التدريع هي قدرة مادة معينة على تقليل الجرعة الممتصة والجرعة المكافئة عند عمق معين x. وبعبارة أخرى، فهو يحدد مدى قدرة المادة على امتصاص أو صرف الإشعاع الذي تواجهه. بالنسبة لمجموعة من القيم عند عمق معين، فإن القيمة الأقرب أو التي تتجاوز 1.000 تعني أن المادة المقابلة تؤدي أداءً جيدًا مقارنة بالبولي إيثيلين. في الدراسة المذكورة أعلاه، تم اختبار عمقين مهمين، 5 g/cm² (الحاجز) و20 g/cm² (مأوى العواصف). أظهرت النتائج أن الماء هو المادة الأكثر فعالية للوقاية من الإشعاع الفضائي مقارنة بالبولي إيثيلين، سواء على أساس الجرعة الممتصة أو الجرعة المكافئة. يمكن أن تكون خصائص التدريع التي تمت ملاحظتها للمياه ذات أهمية عملية لأن الماء مادة استهلاكية ضرورية وسيحتاج الطاقم إلى كميات كبيرة منه في مهمات طويلة بين الكواكب. أما بالنسبة للمواد الأخرى التي تم اختبارها في (DeWitt and Benton, 2020)، كان للنحاس أسوأ سلوك، يليه الألومنيوم والجرافيت.

على الرغم من المزايا العديدة، فإن العيب الرئيسي للبولي إيثيلين هو ضعف خصائصه الميكانيكية. ولذلك، فإن إحدى الأولويات الرئيسية لوكالات الفضاء اليوم هي تطوير مادة حماية إشعاعية عالية الكفاءة وقادرة أيضًا على تحمل الأحمال النموذجية التي تحدث أثناء المهمة. يمكن للجسيمات النانوية من الكربون والبورون أن تلعب دورًا رئيسيًا في تصميم مثل هذه المواد نظرًا لامتلاكها معاملًا عاليًا وخصائص كهربائية وحرارية رائعة. وفقًا لـ Kanagaraj et al. (2007)، تعمل أنابيب الكربون النانوية على تحسين الخواص الميكانيكية للبولي إيثيلين وتوفر نقلًا جيدًا للحمل إلى المصفوفة. أظهرت دراسات أخرى مثل Nambiar and Yeow (2012) أن أنابيب الكربون النانوية والطبقات النانوية لديها القدرة على تقليل الآثار الضارة للإشعاع المؤين وإنشاء مواد مركبة متعددة الوظائف. بخلاف ذلك، تم العثور على المركبات القائمة على البورون لتكون مواد موثوقة للوقاية من الإشعاع. ويرجع ذلك إلى قدرة امتصاص النيوترونات لنظير ¹⁰B، الذي يحتوي على مقطع عرضي واسع.

في Laurenzi et al. (2020)، تم إجراء التحليل الرقمي باستخدام رمز HZETRN2015 على مواد الطيران النموذجية مثل Kapton، وAluminium، وPPS، وPEEK، وRTM6 لتسليط الضوء على أداء البولي إيثيلين في الحماية من الإشعاع. وأعقب ذلك دراسة خصائص التدريع للمركبات النانوية القائمة على البولي إيثيلين بنسب مختلفة من الحشو، مع الأخذ في الاعتبار الأنواع الثلاثة من الإشعاع: GCR، وSPE، والجسيمات في بيئة LEO. أظهرت النتائج أن البولي إيثيلين متوسط ​​الكثافة (MDP) هو البوليمر الأكثر فعالية في تقليل الجرعات المكافئة من مصادر الإشعاع الثلاثة. تم التأكيد في عمليات المحاكاة على أن المحتوى العالي من الهيدروجين مهم في الحد من الضرر الناجم عن كل من البروتونات والنوى الثقيلة. أظهر إيبوكسي RTM6 من الدرجة الفضائية أيضًا خصائص جيدة للحماية من الإشعاع. يشير هذا التحليل العددي أيضًا إلى أن أكسيد الجرافين (GO) يمكن أن يكون بمثابة تعزيز مفيد لمصفوفات البولي إيثيلين لتصنيع مركبات متعددة الوظائف ولها خصائص الحماية من الإشعاع في البيئة الفضائية.

بشكل عام، تتم دراسة أداء الحماية من الإشعاع لمادة معينة في ثلاث خطوات. أولاً، تُستخدم عمليات محاكاة مونت كارلو للتحقق من قدرات التدريع للمادة. إذا كانت النتائج واعدة، يتم تقييم خصائص المواد بشكل أكبر من خلال مرافق مسرع جسيمات التشعيع الأيوني. ومن المتوقع أن تكون الأيونات في هذه الاختبارات هي الأكثر وفرة في الفضاء. وأخيرًا، تخضع المواد التي تحقق الأداء الأفضل في هاتين الخطوتين للتوصيف في الفضاء. تعد محطة الفضاء الدولية حاليًا أفضل مختبر متاح لاختبار استجابة المواد للإشعاع الفضائي. وعلى الرغم من أنه يقع ضمن حماية المجال المغناطيسي للأرض، فإن طيف الإشعاع في محطة الفضاء الدولية على ارتفاعات عالية يكرر طيف إشعاع الفضاء الخارجي (Narici et al., 2015). تم إجراء قياسات في محطة الفضاء الدولية أثناء مشروع درع ALTEA على البولي إيثيلين والكيفلار للتحقق من فعالية التدريع. تم استخدام ثلاثة كاشفات لـ ALTEA يمكنها دمج قياسات الإشعاع مع موقع محطة الفضاء الدولية (Zaconte et al., 2008). ولذلك، كان من الممكن اختيار القياسات في المسار المداري التي تمثل الإشعاع المتوقع في بيئة الفضاء السحيق على أفضل وجه. علاوة على ذلك، بما أن هذه الكاشفات الثلاثة متطابقة، فيمكن استخدامها بشكل متزامن. أظهرت النتائج أن الكيفلار يتمتع بأداء جيد في مجال الحماية من الإشعاع وبالتالي يمكن مقارنته بالبولي إيثيلين. كما أنه مقاوم للصدمات، وهو أمر مهم للوقاية من الحطام، مما يجعله مرشحًا جيدًا. علاوة على ذلك، نظرًا لأنه متوفر كقماش، فقد يتم تكييفه للاستخدام في بدلات الأنشطة الإضافية للمركبات (EVA) أو لتوفير حماية إضافية في بعض المواقع المحددة من الموائل، مثل أماكن نوم الطاقم. هذه الميزات تجعل من كيفلر المرشح الأمثل للنهج المتكامل المستقبلي في المهام الفضائية.

في التطبيقات الفضائية، كل كيلوغرام من الكتلة له تأثير كبير على تكلفة المهمة وجدواها. في حين أن المواد الكثيفة أو الطبقات السميكة من المواد فعالة في تخفيف مستويات الطاقة للإشعاع الوارد، فإنها تساهم أيضًا في زيادة كمية الكتلة. بالإضافة إلى ذلك، في الفضاء، الهدف هو منع الإشعاع من الوصول إلى المنطقة التي يتواجد فيها رواد الفضاء. بالنسبة للبعثات الفضائية طويلة الأمد، يمكن أن يكون موطن رواد الفضاء أكبر قليلاً من معظم مصادر الإشعاع الأرضية، وبالتالي فإن الحجم الذي يحيط به الدرع سيكون أكبر بكثير. وهذا سوف يتطلب المزيد من مواد التدريع. لذلك، يمكن أن يكون التدريع السلبي ثقيلًا للغاية عند استخدامه كوسيلة وحيدة للحماية من الإشعاع في الرحلات الفضائية طويلة الأمد. هذه الدراسات والنتائج هي دليل على أن الأبحاث المستقبلية حول التدريع السلبي لا ينبغي أن تركز فقط على ”المواد الأفضل”، بل يجب أن يكون التركيز على نهج متكامل ومتناغم لمسألة التدريع. سيأخذ هذا النهج في الاعتبار العناصر السلبية المختلفة، واستخدام المواد متعددة الأغراض وربما التدريع النشط بالإضافة إلى التدابير المضادة الصيدلانية.

5.3.3 الموائل المريخية

الخطوة التالية في استكشاف الإنسان للفضاء هي تأسيس وجود بشري على كوكب المريخ بموطن دائم على السطح، لكن هذه المغامرة تأتي مع تحدياتها. أحد هذه المخاطر هو الخطر الناجم عن عدم وجود مجال مغناطيسي، كما هو الحال على الأرض، من شأنه أن يحمي السطح من GCRs والجسيمات الشمسية النشطة (SEPs). الغلاف الجوي للمريخ عبارة عن حاجز طبيعي منخفض الطاقة للجسيمات الواردة، ولا يمكن ملاحظة سوى أحداث SEP التي تحتوي على مكون قوي عالي الطاقة على السطح. تمثل GCRs المساهمة الرئيسية في الإشعاع السطحي ويتم تعديلها بواسطة تباين النشاط الشمسي في الوقت (Guo et al., 2017). توجد GCRs على المريخ كخلفية إشعاعية مستمرة، والتعرض الطويل يجعلها واحدة من المخاطر الرئيسية لمهام الاستكشاف المستقبلية (Cucinotta et al., 2006).

يتميز المريخ بغلاف جوي نادر للغاية (متوسط ​​الضغط السطحي هو 610 Pa) وهو ¡1% أرق من الغلاف الجوي للأرض، وكما تم تحليله بواسطة (Guo et al., 2015)، تعتمد بيئة الإشعاع السطحي عكسًا على الضغط الجوي: ينخفض ​​معدل الجرعة المقاسة عندما يزيد الضغط؛ وبشكل عام فإن عمق العمود في الاتجاه العمودي أصغر بكثير منه في اتجاه الأفق (Guo et al., 2017). ومن الجدير بالذكر أيضًا كيف يتغير تدفق جسيمات GCR في الارتباط المضاد مع النشاط الشمسي بسبب الرياح الشمسية. معدل الجرعة السطحية هو في الواقع غير مرتبط بعمق الغلاف الجوي لإمكانات التعديل الشمسي الأصغر من $\sim$900-1000 MV؛ بينما بالنسبة للأنشطة الشمسية الأقوى، يختفي الارتباط المضاد، ويختفي تأثير الحماية (Guo et al., 2017). وهذا يعني أنه في الأنشطة الشمسية الأضعف، تتأثر جسيمات GCR الأولية ذات الطاقة المنخفضة بشكل أكبر بالدرع الجوي. ولذلك فمن المعقول النظر في تأثير التدريع الجوي على سطح المريخ خلال فترات الحد الأدنى الشمسي. من خلال النظر في خريطة ارتفاع المريخ (على سبيل المثال، Smith et al. (1999))، يمكننا اعتبار السهول الشمالية، وكذلك هيلاس بلانيتيا، أفضل مناطق الاستيطان، من حيث الحماية من الإشعاع، حيث يمكن أن يعمل الغلاف الجوي كحماية إضافية لرواد الفضاء أثناء الأنشطة خارج المركبة.

نظرًا لأن نقل مواد التدريع من الأرض إلى المريخ يمكن أن يؤثر بشكل كبير على تكاليف المهمة، فإن أحد حلول التدريع الأكثر تفضيلاً التي يمكن استخدامها على سطح المريخ هو استخدام الموارد في الموقع كمواد بناء للموطن: في هذه الحالة الثرى السطحي. وتوافقاً مع ذلك، تجدر الإشارة أيضاً إلى إمكانية إقامة مستوطنة تحت الأرض، داخل الكهوف أو أنابيب الحمم البركانية، والتي سيتم استكشافها لاحقاً. لقد ثبت أن الجرعة الممتصة ومعدل الجرعة المكافئة الناجمة عن جسيمات GCR تختلف باختلاف الارتفاع فوق وتحت سطح المريخ ومع التركيب تحت السطح. على وجه الخصوص، حتى نهاية (Röstel et al., 2020) الذي يأخذ في الاعتبار إمكانية استخدام الثرى السطحي كمواد درعية، تم أخذ الأعماق المختلفة تحت السطح في الاعتبار (والتي يمكن أن يكون المقصود منها قيم سماكة مختلفة وكيفية تخفيف الإشعاع). الخياران الأكثر منطقية لاستخدامهما على المريخ هما:

1. خليط متجانس من 50% الماء و50% صخور الأنديسايت البازلتية من حيث الوزن، ويفترض أنها واقعية في القطب الشمالي للمريخ (الكثافة الظاهرية 1.4 جم/سم3)؛

2. حجر رملي غني بالحديد (الثرى الجاف) كما تم تحليله بواسطة ”ChemCam” على متن المركبة Curiosity (الكثافة الظاهرية 2.2 جم/سم3)؛

تبيّن النتائج أن الخليط المحتوي على 50% من الماء أكثر فعالية بكثير من الثرى الجاف، مما يجعل المادة الغنية بالماء خيارًا أوصى به لبناء موطن مريخي. وبالنظر إلى أن حد الجرعة المكافئة التي يمكن أن يتلقاها رواد الفضاء على سطح المريخ حُسب بنحو 500 ملي سيفرت/سنة، فمن المستحسن أن تتضمن جدران الموطن طبقة لا تقل سماكتها عن 10 سم من هذه المادة. وينبغي أخذ أن بيئة المريخ تشهد أيضًا إنتاج إشعاع مُستحث، أي إشعاع ثانوي، في الغلاف الجوي والسطح المحلي في الحسبان؛ لذلك قد لا يكون استخدام الموارد الموجودة في الموقع وحدها كافيًا، بل قد تكون له آثار غير مرغوبة. ويمكن ضبط هذه المسألة بإضافة مواد رابطة بوليمرية إلى الثرى، غير أن هذا المجال البحثي لا يزال بحاجة إلى مزيد من التطوير (Tripathi et al., 2006).

تعرّفت مركبة Viking المدارية إلى أنابيب حممية في الدرع الشمالي لألبا مونس، ورصدت كاميرا HiRISE على متن MRO أنابيب في تارتاروس كوليس، كما حُددت أنابيب على أوليمبوس مونس بالاستناد إلى صور MGS/MOC. ووفقًا للدراسات التي أجريت على الأرض، تميل الكهوف إلى الحفاظ على ظروف بيئية مستقرة (Léveillé and Datta, 2010)، مما يعرّض المعدات لإجهاد أقل مقارنة بالتقلبات اليومية الواسعة على السطح. وتملك هذه الكهوف أسقفًا بسماكات تبلغ عشرات الأمتار - نحو 20 مترًا على المريخ (Walden et al., 1998) - مما يجعل البيئة آمنة نسبيًا من الإشعاع الشمسي والأشعة الكونية والرياح والعواصف الترابية والنيازك الدقيقة. ولهذه الأسباب، تعد خيارًا ملائمًا لإنشاء موطن. ويمكن أن تكون المنشآت داخل أنبوب حممي هياكل بسيطة قابلة للنفخ، ما يجعلها أخف وزنًا وأسرع تركيبًا وأسهل صيانة من الهياكل السطحية.

عند تصميم موطن المريخ، سيكون من الضروري أيضًا مراعاة الصحة النفسية لرواد الفضاء بالإضافة إلى سلامتهم ضد الإشعاع. على سبيل المثال، لن تتمكن الموائل السطحية المبنية من الثرى من احتواء نوافذ، وقد تلعب البيئة المغلقة تمامًا دورًا مهمًا في نفسية الطاقم أثناء المهام طويلة المدى. وبالمثل، لا ينبغي الاستهانة بالقدرة على الاسترخاء والعمل بكفاءة تحت عشرات الأمتار من الصخور، بغض النظر عن عدم احتمال حدوث كهوف في كهوف الحمم البركانية التي نجت لآلاف أو ملايين أو مليارات السنين.

يبدو أن أفضل الحلول لإنشاء موطن لحماية الإشعاع بشكل فعال على المريخ هما حلان، وكلاهما يتضمن الثرى في الموقع. أفضل طريقة، فيما يتعلق بحجب معظم الإشعاع، هي إنشاء موطن داخل كهف تحت الأرض، وبالتالي استغلال خصائص التدريع لسطح المريخ نفسه. في الواقع، تشير البيانات إلى أن عمق عشرة أمتار سيكون قادرًا بالفعل على حل تأثير الإشعاع تمامًا. من ناحية أخرى، إذا كان ملف تعريف المهمة يتطلب موطنًا على السطح، فإن الحل الأفضل سيكون استخدام خليط من الثرى والماء كمواد بناء، بسماكة لا تقل عن 10 سم من أجل الحفاظ على جرعة الإشعاع المتلقاة أقل من الحد الذي يمكن أن يتلقاها رواد الفضاء خلال عام.

ومع ذلك، قد تكون المواد الأخرى مفيدة أيضًا. وتشير عمليات المحاكاة إلى أن المواد المعتمدة على الهيدروجين هي بالفعل أكثر فعالية من حيث الإشعاع في بيئة المريخ أيضًا. على وجه التحديد، يبدو أن المواد ذات الخصائص المماثلة للبولي إيثيلين، مثل الهكسان الحلقي، وPMMA، ومايلار، والكيفلار، لها سلوك متطابق تقريبًا ضد الأشعة الكونية، في حين أن الهيدروجين السائل يفوق بكثير أي مادة أخرى. لا تزال البدائل الأخرى، مثل ألياف الكربون أو الألومنيوم، تقلل مستويات الجرعة بنسبة كافية من خلال (Gakis and Atri, 2022). ومن ثم يتم الدعوة إلى الجمع بين مواد مثل الثرى المريخي والألمنيوم من أجل توظيف الموارد الموجودة في الموقع والمركبة الفضائية التي تحمل رواد الفضاء.

وبالنظر إلى خصائص الحماية الكبيرة للمياه، قد يكون من المثير للاهتمام أيضًا التفكير في وضع حاويات تخزين المياه بشكل استراتيجي على جدران وأسقف المسكن وإعادة تعبئتها بشكل مستمر عن طريق أنظمة إعادة التدوير. تشير الأبحاث السابقة إلى أن طبقة من الماء بسمك 7 سم تقلل من الإشعاع المؤين الذي ينتقل عبرها بمقدار النصف. ومع ذلك، فإن العيب في الماء هو أن الإشعاع الكوني المؤين يتكون في الغالب من أشعة جاما والبروتونات، التي إذا استحوذت عليها المياه، تصبح أيونات H+ والتي يمكن أن تحمض المياه الواقية في الوقت المناسب، مما يجعلها غير آمنة للشرب.

وقد تم الحديث عن مفهوم مماثل حول استخدام النفايات البشرية (Falck, 2017)، حيث أن البول والماء يقدمان في الواقع نفس فعالية الحماية، والبراز قادر على الحماية حتى عند إزالة المياه لأغراض إعادة التدوير، مما يجعله مفيدًا بشكل مضاعف. تم أخذ نفس الشيء في الاعتبار بالنسبة للنباتات أيضًا، وتم اختبار الفطريات، على وجه الخصوص، في محطة الفضاء الدولية، وكشف أن 1.7 mm يمكنه بالفعل تقليل مستويات الإشعاع بمقدار 1.82-5.04% (Shunk et al., 2021).

المواد الأخرى - مثل البولي إيثيلين، كما تمت مناقشته في قسم التدريع السلبي - تمثل العيب الرئيسي للوزن. وفي حالة اختيارهم لبناء هيكل الموطن، في الواقع، سيلزم نقلهم من الأرض إلى المريخ بكميات كبيرة، مما يعني تكاليف هائلة. ومع ذلك، يمكن العثور على تطبيق آخر أكثر إثارة للاهتمام لهذه المواد في البدلات الفضائية للأنشطة خارج المركبة على السطح أو في هيكل المركبات الجوالة المضغوطة، حيث يصعب تطبيق الثرى. تمت بالفعل دراسة مفهوم بدلة الحماية من الإشعاع الشخصية باستخدام الماء وسوائل النفايات البشرية ((Baiocco et al., 2018)).

وبالنظر إلى إضافة الوزن إلى المركبة الفضائية نتيجة لاستخدام التدريع السلبي، قد يكون حل التدريع النشط أكثر ملاءمة لحماية رواد الفضاء أثناء العبور من الأرض إلى المريخ والعودة. يمكن أيضًا النظر في استخدام التدريع النشط لموائل المريخ من خلال تنفيذ التكوين الحلقي (Musenich et al., 2013). إذا كان الموطن ذو شكل شبه أسطواني، فيمكن أن تحيط به مغناطيسات حلقية أسطوانية كبيرة وتكون قادرة على حجب جزء كبير من الإشعاعات المؤينة. ومع ذلك، نظرًا للوزن غير المهمل لنظام توليد المجال المغناطيسي، ينبغي إجراء المزيد من الدراسات وعمليات المحاكاة من أجل تقييم كفاءة كلا حلول التدريع مقارنة بوزنهما. بالإضافة إلى ذلك، فإن التدريع النشط ليس مناسبًا على سطح المريخ، من حيث استهلاك الطاقة، مقارنة بالسلبي. استهلاك الطاقة الوحيد المستمد من التدريع السلبي هو الذي تتطلبه مرحلة الإعداد - إذا أخذنا في الاعتبار الطاقة التي تحتاجها طابعات 3D الروبوتية لبناء موطن في الثرى فوق السطح أو الموطن اللازم لتضخيم الوحدات تحت السطح. من ناحية أخرى، بالنسبة للحماية النشطة، يجب أيضًا مراعاة الطاقة المطلوبة بشكل مستمر مع مرور الوقت. تتطلب الموصلات الفائقة قدرًا كبيرًا من الطاقة ويجب أن تدعم أيضًا نظام التبريد (Sargent and Coverstone, 2020). تجعل هذه المفاهيم التدريع النشط أكثر تكلفة وبنفس نتيجة التدريع تقريبًا. وبالتالي، لتقييم جدواه، يجب أن تركز الأبحاث الإضافية على إدارة الطاقة ونقل النظام من الأرض إلى المريخ وإعداده على السطح.

6 ملخص

تمثل الحماية الإشعاعية للجهاز التناسلي البشري خطوة أساسية وحاسمة للحفاظ على القدرة على الإنجاب وتؤدي إلى حمل صحي وناجح، خاصة فيما يتعلق بالاستعمار المحتمل في المستقبل. هناك دليل على زيادة خطر إصابة الخلايا التناسلية الذكرية بورم الخلايا الجرثومية الخصية (TGCT) لدى المرضى الذين خضعوا لفحوصات تشخيصية بجرعات قد تتجاوز 20 ملي سيفرت من الإشعاع المباشر وغير المباشر (Nead et al., 2018). بالنظر إلى أن عمليات المحاكاة لدينا تحسب جرعات 1800 mSv و1370 mSv، للخصية اليسرى واليمنى، على التوالي، خلال مهمة 1000 لمدة يوم، فقد يُفترض أن التعرض لجرعة إشعاعية أعلى يرتبط بتطور السرطان المُبلغ عنه. بالإضافة إلى ذلك، فإن استراتيجيات التدريع التي تم تقييمها في المحاكاة ليست قوية بما يكفي للتأثير بشكل كبير على جرعة الإشعاع التي يتم توصيلها إلى الجهاز التناسلي الذكري.

ويمكن استخلاص استنتاجات مماثلة من خلال تحليل الجهاز التناسلي الأنثوي في نظامنا الحسابي، مع الأخذ في الاعتبار أن المبيضين والرحم وثديي الإناث سيتعرضون لجرعات إشعاعية تتجاوز إلى حد كبير الحد الذي فرضته وكالة ناسا مؤخرًا للمهام الفضائية. هناك أدلة محدودة في الأدبيات على وجود علاقة بين التعرض للإشعاع وظهور سرطان المبيض، ولكن بناءً على النتائج المستمدة من مجموعة من الناجيات من القنبلة النووية 62، 534، يمكن الإشارة إلى وجود علاقة إيجابية ولكن ليست مهمة بين سرطان المبيض والإشعاع المؤين (Utada et al., 2020). تم إثبات الاتجاه المتناقص في خطر الإصابة بالسرطان النسبي مع زيادة العمر عند التعرض، إلى جانب وجود علاقة أقوى مع سرطانات المبيض من النوع 2 (سرطانات مصلية وغير متمايزة)، والتي تحدث لتتطور مع عدم استقرار الكروموسومات ونمط ظاهري سريري أكثر عدوانية. وبالنظر إلى نفس المجموعة من الناجين من القنبلة النووية، لا يوجد ارتباط كبير بين الإشعاعات المؤينة وسرطان عنق الرحم، ولكن هناك أدلة تشير إلى زيادة مرتبطة بالإشعاع في معدلات سرطان الجسم، وخاصة في الإناث المشععات قبل سن 20 عندما تحدث تغيرات فسيولوجية في أنسجة بطانة الرحم (Utada et al., 2018). واستنادًا إلى الحساسية الإشعاعية العالية التي تظهرها الإناث الأصغر سنًا، سيكون من المعقول إجراء مزيد من البحث في العلاقة بين العمر والتعرض للإشعاعات المؤينة في المستقبل لتحديد المرشحين الأكثر ملاءمة لمهام الفضاء المريخية طويلة المدى بشكل أفضل.

أخيرًا، في نفس المجموعة التجريبية، هناك زيادة في انتشار سرطان الثدي عند الإناث في الأشخاص المعرضين للإشعاع النووي قبل عمر 20، ويبدو أن عمر الحيض يرتبط إحصائيًا بزيادة التعرض للتأثيرات البيولوجية للإشعاع المؤين وبداية سرطان الثدي أو ما يرتبط به (Brenner et al., 2018). لقد وجدنا أيضًا جرعة إشعاعية كبيرة لسرطان الثدي عند الذكور، والتي يمكن أن تكون جرعة كبيرة لرواد الفضاء الذكور بناءً على الحد الأدنى المختار. على الرغم من هذا الاعتبار، من الضروري الإبلاغ عن خطر نهائي للإصابة بسرطان الثدي لدى الذكور بسبب التعرض للإشعاعات المؤينة، كما يتضح من الدراسات التي أجريت مع المرضى الذين خضعوا لعلاجات الصدر بالأشعة السينية، مع زيادة الخطر من 20 إلى 35 بعد سنوات من التعرض الأولي وانخفاض بعد ثلاثة أو أربعة عقود بعد آخر تعرض مسجل (Thomas et al., 1994).

ويمثل التناقض الواضح بين الجرعات الإشعاعية المستخدمة في الدراسات الطبية والجرعات الإشعاعية التي من المتوقع أن يتعرض لها رواد الفضاء خلال مهمة المريخ فجوة بحثية يجب سدها في مجال طب الفضاء. مع ظهور تأثر الجهاز العصبي المركزي والغدة الدرقية والجهاز القلبي الوعائي والجلد والجهاز الهضمي والجهاز التناسلي بجرعات منخفضة من الإشعاع، فإننا نؤيد أنه من المهم فهم التأثيرات المحتملة لجرعات الإشعاع المتوقعة لمهمة المريخ. ويشمل ذلك التأثيرات طويلة المدى، مثل التغيرات في الحمض النووي، بعد عودة رواد الفضاء إلى الأرض.

كما تمت مناقشة العديد من استراتيجيات التخفيف. تشمل الاستراتيجيات الطبية والغذائية البروبيوتيك ومضادات الأكسدة والفيتامينات. يعد تطوير أجهزة الحماية النشطة مجالًا نشطًا للبحث، على الرغم من أنه لم يتم اعتماد أي من هذه الأساليب كتصنيفات آمنة لرحلات الفضاء البشرية من قبل أي وكالة. أصبحت تقنيات التدريع السلبي أكثر تطورًا، وتوفر كل من البيانات وعمليات المحاكاة العديد من الخيارات التي يمكن أخذها في الاعتبار في هذه المهام طويلة الأمد. بشكل عام، توفر المواد الغنية بالهيدروجين أفضل حماية. وأخيرًا، تمت مناقشة أنواع مختلفة من الموائل التي ستوفر حماية كافية من بيئة الإشعاع القاسية. أفضل الخيارات هي استخدام خليط من الثرى والماء لبناء الجدران والبناء داخل أنابيب الحمم البركانية، والتي سوف توفر بيئة آمنة من الإشعاع السطحي، والعواصف الترابية، والنيازك الدقيقة.

7 زائدة

Event	Year	Month	Day
1	1956	Feb	23
2	1959	Jul	17
3	1960	May	4
4	1960	Sep	3
5	1960	Nov	12
6	1960	Nov	15
7	1960	Nov	20
8	1961	Jul	18
9	1967	Jan	28
10	1968	Nov	18
11	1969	Mar	30
12	1971	Jan	24
13	1971	Sep	1
14	1972	Aug	4
15	1972	Aug	7
16	1973	Apr	29
17	1976	Apr	30
18	1977	Sep	19
19	1977	Sep	24
20	1977	Nov	22
21	1978	May	7
22	1978	Sep	23
23	1981	May	10
24	1981	Oct	12
25	1982	Nov	26
26	1982	Dec	8
27	1984	Feb	16
28	1989	Jul	25
29	1989	Aug	16
30	1989	Sep	29
31	1989	Oct	19
32	1989	Oct	19
33	1989	Oct	22
34	1989	Oct	24
35	1989	Nov	15
36	1990	May	21
37	1990	May	24
38	1990	May	26
39	1990	May	28
40	1991	Jun	11
41	1991	Jun	15
42	1992	Jun	25
43	1992	Nov	2
44	1997	Nov	6
45	1998	May	2
46	1998	May	6
47	1998	Aug	24
48	2000	Jul	14
49	2001	Apr	15
50	2001	Apr	18
51	2001	Nov	4
52	2001	Dec	26
53	2002	Aug	24
54	2003	Oct	28
55	2003	Oct	29
56	2003	Nov	2
57	2005	Jan	17
58	2005	Jan	20
59	2006	Dec	13
60	2012	May	17

Table 10: قائمة 60 SPEs المستخدمة لنمذجة جرعات الإشعاع الناجمة عن SPE.

Organ Event 1 Event 2 Event 3 Event 4 Event 5 Event 6 Event 7 Event 8 Event 9 Event 10 Brain 8.99E+02 3.32E+02 3.53E+00 1.88E+01 9.72E+02 4.81E+02 2.19E+01 1.16E+02 4.18E+01 3.74E+01 Head 1.08E+03 7.00E+02 3.77E+00 2.42E+01 2.40E+03 1.36E+03 3.09E+01 1.97E+02 6.15E+01 1.20E+02 Heart 2.67E+02 5.70E+01 1.13E+00 4.10E+00 1.86E+02 8.97E+01 4.96E+00 2.14E+01 1.04E+01 6.05E+00 LeftAdrenal 4.89E+02 1.42E+02 2.00E+00 8.99E+00 4.31E+02 2.10E+02 1.06E+01 5.15E+01 2.09E+01 1.54E+01 LeftArmBone 1.48E+03 7.09E+02 5.58E+00 3.38E+01 2.08E+03 1.07E+03 4.00E+01 2.31E+02 7.52E+01 8.85E+01 LeftBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LeftClavicle 1.03E+03 4.22E+02 4.00E+00 2.26E+01 1.22E+03 6.11E+02 2.63E+01 1.44E+02 4.96E+01 4.86E+01 LeftKidney 5.64E+02 1.86E+02 2.26E+00 1.12E+01 5.50E+02 2.70E+02 1.30E+01 6.62E+01 2.52E+01 2.04E+01 LeftLeg 1.55E+03 8.84E+02 5.62E+00 3.51E+01 2.85E+03 1.56E+03 4.33E+01 2.64E+02 8.38E+01 1.35E+02 LeftLegBone 4.20E+02 1.24E+02 1.71E+00 7.76E+00 3.76E+02 1.84E+02 9.15E+00 4.46E+01 1.81E+01 1.35E+01 LeftLung 5.61E+02 1.78E+02 2.26E+00 1.09E+01 5.30E+02 2.59E+02 1.28E+01 6.37E+01 2.48E+01 1.93E+01 LeftOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LeftScapula 1.51E+03 7.51E+02 5.64E+00 3.51E+01 2.19E+03 1.12E+03 4.14E+01 2.44E+02 7.76E+01 9.38E+01 LeftTeste 1.30E+03 5.90E+02 4.93E+00 2.93E+01 1.71E+03 8.70E+02 3.44E+01 1.96E+02 6.46E+01 7.11E+01 LowerLargeIntestine 1.98E+02 3.91E+01 8.52E-01 2.90E+00 1.30E+02 6.28E+01 3.53E+00 1.48E+01 7.53E+00 4.13E+00 MaleGenitalia 2.01E+03 1.31E+03 7.07E+00 4.64E+01 4.34E+03 2.43E+03 5.87E+01 3.74E+02 1.15E+02 2.14E+02 MiddleLowerSpine 3.10E+02 8.33E+01 1.28E+00 5.41E+00 2.57E+02 1.25E+02 6.42E+00 3.03E+01 1.29E+01 9.00E+00 Pancreas 1.45E+02 2.18E+01 6.40E-01 1.80E+00 7.95E+01 3.81E+01 2.27E+00 8.48E+00 5.12E+00 2.31E+00 Pelvis 3.71E+02 1.14E+02 1.51E+00 6.92E+00 3.43E+02 1.68E+02 8.16E+00 4.05E+01 1.61E+01 1.26E+01 RibCage 1.59E+03 8.00E+02 5.92E+00 3.68E+01 2.35E+03 1.21E+03 4.36E+01 2.58E+02 8.20E+01 1.02E+02 RightAdrenal 6.78E+02 2.27E+02 2.70E+00 1.36E+01 6.69E+02 3.28E+02 1.59E+01 8.10E+01 3.05E+01 2.48E+01 RightArmBone 1.50E+03 7.13E+02 5.64E+00 3.41E+01 2.09E+03 1.07E+03 4.03E+01 2.33E+02 7.58E+01 8.89E+01 RightBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 RightClavicle 6.54E+02 2.31E+02 2.60E+00 1.32E+01 6.79E+02 3.36E+02 1.55E+01 8.08E+01 2.98E+01 2.59E+01 RightKidney 5.24E+02 1.70E+02 2.11E+00 1.03E+01 5.04E+02 2.47E+02 1.20E+01 6.06E+01 2.33E+01 1.86E+01 RightLeg 1.55E+03 8.83E+02 5.61E+00 3.50E+01 2.84E+03 1.56E+03 4.32E+01 2.64E+02 8.37E+01 1.34E+02 RightLegBone 4.22E+02 1.27E+02 1.72E+00 7.90E+00 3.83E+02 1.88E+02 9.30E+00 4.56E+01 1.83E+01 1.39E+01 RightLung 5.26E+02 1.63E+02 2.13E+00 1.01E+01 4.89E+02 2.39E+02 1.18E+01 5.87E+01 2.31E+01 1.77E+01 RightOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 RightScapula 1.49E+03 7.29E+02 5.59E+00 3.45E+01 2.12E+03 1.09E+03 4.07E+01 2.38E+02 7.61E+01 9.01E+01 RightTeste 8.92E+02 3.93E+02 3.41E+00 1.97E+01 1.14E+03 5.81E+02 2.32E+01 1.31E+02 4.38E+01 4.72E+01 Skull 1.49E+03 7.58E+02 5.53E+00 3.39E+01 2.27E+03 1.19E+03 4.06E+01 2.40E+02 7.69E+01 9.99E+01 SmallIntestine 1.85E+02 3.35E+01 8.02E-01 2.56E+00 1.15E+02 5.51E+01 3.15E+00 1.28E+01 6.85E+00 3.55E+00 Spleen 3.45E+02 9.16E+01 1.43E+00 6.04E+00 2.83E+02 1.37E+02 7.15E+00 3.36E+01 1.43E+01 9.81E+00 Stomach 3.31E+02 9.02E+01 1.37E+00 5.84E+00 2.77E+02 1.35E+02 6.92E+00 3.28E+01 1.39E+01 9.74E+00 Thymus 3.97E+02 1.16E+02 1.62E+00 7.41E+00 3.52E+02 1.71E+02 8.70E+00 4.22E+01 1.71E+01 1.25E+01 Thyroid 4.40E+02 1.27E+02 1.80E+00 8.18E+00 3.84E+02 1.87E+02 9.60E+00 4.63E+01 1.89E+01 1.36E+01 Trunk 8.81E+02 4.97E+02 3.21E+00 1.94E+01 1.63E+03 8.99E+02 2.42E+01 1.47E+02 4.73E+01 7.77E+01 UpperLargeIntestine 1.99E+02 3.86E+01 8.55E-01 2.87E+00 1.29E+02 6.23E+01 3.51E+00 1.46E+01 7.50E+00 4.09E+00 UpperSpine 5.30E+02 1.65E+02 2.14E+00 1.02E+01 4.92E+02 2.41E+02 1.19E+01 5.93E+01 2.33E+01 1.79E+01 UrinaryBladder 3.35E+02 9.35E+01 1.38E+00 5.95E+00 2.86E+02 1.40E+02 7.05E+00 3.38E+01 1.41E+01 1.02E+01 Uterus 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

Table 11: ترسيب الجرعة الإشعاعية في الأعضاء المختلفة لأحداث SEP

Organ Event 11 Event 12 Event 13 Event 14 Event 15 Event 16 Event 17 Event 18 Event 19 Event 20 Brain 1.86E+01 7.52E+01 9.52E+01 1.17E+03 6.77E+01 3.26E+00 1.03E+01 1.24E+01 1.30E+01 2.41E+01 Head 2.25E+01 2.85E+02 1.18E+02 5.69E+03 2.51E+02 5.22E+00 1.91E+01 3.74E+01 1.83E+01 4.77E+01 Heart 4.38E+00 1.18E+01 2.25E+01 1.14E+02 1.07E+01 6.74E-01 2.04E+00 2.16E+00 3.27E+00 5.25E+00 LeftAdrenal 9.19E+00 3.05E+01 4.69E+01 3.90E+02 2.76E+01 1.52E+00 4.67E+00 5.27E+00 6.56E+00 1.13E+01 LeftArmBone 3.25E+01 1.86E+02 1.67E+02 3.56E+03 1.66E+02 6.27E+00 2.06E+01 2.85E+01 2.31E+01 4.77E+01 LeftBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LeftClavicle 2.20E+01 9.88E+01 1.13E+02 1.67E+03 8.87E+01 3.99E+00 1.27E+01 1.59E+01 1.54E+01 2.95E+01 LeftKidney 1.12E+01 4.05E+01 5.72E+01 5.68E+02 3.66E+01 1.90E+00 5.92E+00 6.87E+00 7.88E+00 1.41E+01 LeftLeg 3.31E+01 3.07E+02 1.72E+02 6.12E+03 2.72E+02 7.07E+00 2.47E+01 4.24E+01 2.54E+01 5.98E+01 LeftLegBone 7.91E+00 2.69E+01 4.05E+01 3.52E+02 2.43E+01 1.31E+00 4.05E+00 4.62E+00 5.66E+00 9.84E+00 LeftLung 1.10E+01 3.83E+01 5.63E+01 5.15E+02 3.47E+01 1.84E+00 5.72E+00 6.56E+00 7.76E+00 1.37E+01 LeftOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LeftScapula 3.34E+01 1.97E+02 1.71E+02 3.87E+03 1.76E+02 6.56E+00 2.16E+01 3.00E+01 2.38E+01 4.98E+01 LeftTeste 2.83E+01 1.47E+02 1.45E+02 2.72E+03 1.32E+02 5.34E+00 1.73E+01 2.30E+01 2.00E+01 4.01E+01 LowerLargeIntestine 3.14E+00 8.03E+00 1.61E+01 7.19E+01 7.34E+00 4.76E-01 1.43E+00 1.49E+00 2.37E+00 3.75E+00 MaleGenitalia 4.30E+01 4.98E+02 2.26E+02 1.02E+04 4.40E+02 9.89E+00 3.57E+01 6.66E+01 3.44E+01 8.75E+01 MiddleLowerSpine 5.60E+00 1.77E+01 2.86E+01 2.17E+02 1.61E+01 9.08E-01 2.78E+00 3.10E+00 4.05E+00 6.87E+00 Pancreas 2.05E+00 4.45E+00 1.05E+01 2.89E+01 4.10E+00 2.96E-01 8.65E-01 8.69E-01 1.62E+00 2.42E+00 Pelvis 7.03E+00 2.51E+01 3.59E+01 3.52E+02 2.27E+01 1.18E+00 3.67E+00 4.26E+00 5.03E+00 8.86E+00 RibCage 3.51E+01 2.15E+02 1.80E+02 4.26E+03 1.92E+02 6.93E+00 2.29E+01 3.25E+01 2.52E+01 5.31E+01 RightAdrenal 1.36E+01 4.92E+01 6.97E+01 6.84E+02 4.45E+01 2.32E+00 7.21E+00 8.35E+00 9.55E+00 1.71E+01 RightArmBone 3.27E+01 1.87E+02 1.68E+02 3.57E+03 1.67E+02 6.31E+00 2.07E+01 2.86E+01 2.33E+01 4.81E+01 RightBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 RightClavicle 1.32E+01 5.19E+01 6.74E+01 7.93E+02 4.68E+01 2.29E+00 7.20E+00 8.63E+00 9.30E+00 1.70E+01 RightKidney 1.03E+01 3.69E+01 5.28E+01 5.08E+02 3.33E+01 1.75E+00 5.43E+00 6.27E+00 7.29E+00 1.29E+01 RightLeg 3.30E+01 3.07E+02 1.72E+02 6.11E+03 2.72E+02 7.06E+00 2.47E+01 4.23E+01 2.53E+01 5.97E+01 RightLegBone 8.04E+00 2.75E+01 4.11E+01 3.64E+02 2.49E+01 1.33E+00 4.13E+00 4.72E+00 5.73E+00 9.99E+00 RightLung 1.02E+01 3.51E+01 5.23E+01 4.65E+02 3.18E+01 1.70E+00 5.29E+00 6.03E+00 7.23E+00 1.27E+01 RightOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 RightScapula 3.30E+01 1.89E+02 1.69E+02 3.66E+03 1.69E+02 6.41E+00 2.10E+01 2.89E+01 2.34E+01 4.85E+01 RightTeste 1.91E+01 9.79E+01 9.78E+01 1.78E+03 8.76E+01 3.59E+00 1.16E+01 1.53E+01 1.35E+01 2.69E+01 Skull 3.23E+01 2.15E+02 1.66E+02 4.29E+03 1.91E+02 6.47E+00 2.16E+01 3.18E+01 2.36E+01 5.06E+01 SmallIntestine 2.82E+00 6.89E+00 1.44E+01 5.75E+01 6.31E+00 4.21E-01 1.25E+00 1.30E+00 2.16E+00 3.36E+00 Spleen 6.25E+00 1.93E+01 3.20E+01 2.25E+02 1.75E+01 1.01E+00 3.08E+00 3.40E+00 4.51E+00 7.60E+00 Stomach 6.03E+00 1.92E+01 3.08E+01 2.35E+02 1.74E+01 9.79E-01 3.01E+00 3.36E+00 4.35E+00 7.40E+00 Thymus 7.56E+00 2.47E+01 3.87E+01 3.06E+02 2.23E+01 1.24E+00 3.83E+00 4.29E+00 5.37E+00 9.26E+00 Thyroid 8.35E+00 2.66E+01 4.27E+01 3.19E+02 2.41E+01 1.36E+00 4.19E+00 4.66E+00 5.93E+00 1.02E+01 Trunk 1.84E+01 1.79E+02 9.57E+01 3.55E+03 1.58E+02 3.95E+00 1.39E+01 2.45E+01 1.43E+01 3.40E+01 UpperLargeIntestine 3.12E+00 7.96E+00 1.60E+01 7.11E+01 7.27E+00 4.73E-01 1.41E+00 1.48E+00 2.36E+00 3.73E+00 UpperSpine 1.03E+01 3.53E+01 5.28E+01 4.65E+02 3.20E+01 1.72E+00 5.33E+00 6.07E+00 7.29E+00 1.28E+01 UrinaryBladder 6.13E+00 2.01E+01 3.13E+01 2.57E+02 1.82E+01 1.00E+00 3.09E+00 3.49E+00 4.41E+00 7.58E+00 Uterus 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

Table 12: ترسيب الجرعة الإشعاعية في الأعضاء المختلفة لأحداث SEP

Organ Event 21 Event 22 Event 23 Event 24 Event 25 Event 26 Event 27 Event 28 Event 29 Event 30 Brain 5.85E+00 8.28E+01 5.81E+00 3.46E+01 6.22E+00 1.87E+01 8.62E+00 4.64E+00 9.56E+01 2.35E+00 Head 1.08E+01 3.31E+02 2.80E+01 1.63E+02 1.66E+01 5.86E+01 1.18E+01 5.36E+00 2.17E+02 2.59E+00 Heart 1.24E+00 1.06E+01 9.24E-01 5.01E+00 1.26E+00 3.62E+00 1.90E+00 1.15E+00 1.69E+01 8.33E-01 LeftAdrenal 2.73E+00 3.02E+01 2.35E+00 1.33E+01 2.82E+00 8.27E+00 4.13E+00 2.34E+00 4.13E+01 1.40E+00 LeftArmBone 1.17E+01 2.32E+02 1.51E+01 9.70E+01 1.34E+01 4.21E+01 1.57E+01 7.90E+00 2.05E+02 3.68E+00 LeftBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LeftClavicle 7.24E+00 1.15E+02 7.67E+00 4.68E+01 7.79E+00 2.37E+01 1.04E+01 5.43E+00 1.21E+02 2.65E+00 LeftKidney 3.40E+00 4.19E+01 3.11E+00 1.79E+01 3.55E+00 1.05E+01 5.11E+00 2.82E+00 5.36E+01 1.54E+00 LeftLeg 1.40E+01 3.69E+02 2.84E+01 1.72E+02 1.92E+01 6.50E+01 1.67E+01 7.96E+00 2.67E+02 3.79E+00 LeftLegBone 2.35E+00 2.71E+01 2.08E+00 1.19E+01 2.45E+00 7.24E+00 3.56E+00 2.02E+00 3.60E+01 1.19E+00 LeftLung 3.29E+00 3.89E+01 2.94E+00 1.68E+01 3.43E+00 1.01E+01 4.99E+00 2.78E+00 5.13E+01 1.54E+00 LeftOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LeftScapula 1.23E+01 2.52E+02 1.58E+01 1.03E+02 1.40E+01 4.41E+01 1.63E+01 8.09E+00 2.17E+02 3.71E+00 LeftTeste 9.84E+00 1.80E+02 1.17E+01 7.39E+01 1.09E+01 3.40E+01 1.36E+01 6.90E+00 1.70E+02 3.25E+00 LowerLargeIntestine 8.89E-01 7.12E+00 6.36E-01 3.42E+00 8.96E-01 2.56E+00 1.35E+00 8.27E-01 1.17E+01 6.36E-01 MaleGenitalia 2.03E+01 6.05E+02 4.73E+01 2.88E+02 2.96E+01 1.03E+02 2.25E+01 1.02E+01 4.01E+02 4.81E+00 MiddleLowerSpine 1.65E+00 1.74E+01 1.37E+00 7.72E+00 1.70E+00 4.96E+00 2.49E+00 1.43E+00 2.43E+01 9.14E-01 Pancreas 5.76E-01 3.72E+00 3.65E-01 1.91E+00 5.70E-01 1.60E+00 8.50E-01 5.49E-01 6.71E+00 4.99E-01 Pelvis 2.14E+00 2.63E+01 1.94E+00 1.13E+01 2.24E+00 6.63E+00 3.18E+00 1.78E+00 3.30E+01 1.06E+00 RibCage 1.30E+01 2.75E+02 1.75E+01 1.14E+02 1.51E+01 4.78E+01 1.71E+01 8.48E+00 2.32E+02 3.91E+00 RightAdrenal 4.12E+00 5.03E+01 3.77E+00 2.17E+01 4.30E+00 1.28E+01 6.23E+00 3.43E+00 6.54E+01 1.83E+00 RightArmBone 1.17E+01 2.33E+02 1.51E+01 9.72E+01 1.34E+01 4.23E+01 1.58E+01 7.97E+00 2.07E+02 3.73E+00 RightBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 RightClavicle 4.13E+00 5.67E+01 4.01E+00 2.37E+01 4.37E+00 1.31E+01 6.08E+00 3.30E+00 6.65E+01 1.76E+00 RightKidney 3.12E+00 3.78E+01 2.83E+00 1.63E+01 3.25E+00 9.64E+00 4.70E+00 2.61E+00 4.90E+01 1.44E+00 RightLeg 1.40E+01 3.69E+02 2.84E+01 1.72E+02 1.92E+01 6.49E+01 1.67E+01 7.94E+00 2.67E+02 3.78E+00 RightLegBone 2.39E+00 2.78E+01 2.13E+00 1.22E+01 2.50E+00 7.37E+00 3.62E+00 2.04E+00 3.68E+01 1.19E+00 RightLung 3.04E+00 3.54E+01 2.70E+00 1.54E+01 3.17E+00 9.34E+00 4.62E+00 2.59E+00 4.72E+01 1.46E+00 RightOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 RightScapula 1.19E+01 2.39E+02 1.51E+01 9.79E+01 1.35E+01 4.25E+01 1.60E+01 7.99E+00 2.10E+02 3.68E+00 RightTeste 6.61E+00 1.19E+02 7.77E+00 4.90E+01 7.33E+00 2.27E+01 9.13E+00 4.68E+00 1.13E+02 2.28E+00 Skull 1.23E+01 2.74E+02 1.79E+01 1.17E+02 1.47E+01 4.72E+01 1.59E+01 7.83E+00 2.22E+02 3.68E+00 SmallIntestine 7.97E-01 6.03E+00 5.51E-01 2.94E+00 7.99E-01 2.27E+00 1.20E+00 7.45E-01 1.01E+01 6.08E-01 Spleen 1.81E+00 1.84E+01 1.49E+00 8.28E+00 1.86E+00 5.43E+00 2.77E+00 1.61E+00 2.67E+01 1.01E+00 Stomach 1.77E+00 1.88E+01 1.48E+00 8.34E+00 1.83E+00 5.34E+00 2.69E+00 1.54E+00 2.63E+01 9.68E-01 Thymus 2.21E+00 2.40E+01 1.89E+00 1.06E+01 2.29E+00 6.72E+00 3.39E+00 1.93E+00 3.37E+01 1.12E+00 Thyroid 2.42E+00 2.55E+01 2.04E+00 1.14E+01 2.50E+00 7.32E+00 3.74E+00 2.13E+00 3.68E+01 1.24E+00 Trunk 7.91E+00 2.13E+02 1.68E+01 1.01E+02 1.11E+01 3.78E+01 9.31E+00 4.43E+00 1.51E+02 2.19E+00 UpperLargeIntestine 8.85E-01 7.06E+00 6.31E-01 3.39E+00 8.91E-01 2.55E+00 1.34E+00 8.21E-01 1.16E+01 6.43E-01 UpperSpine 3.07E+00 3.54E+01 2.71E+00 1.54E+01 3.19E+00 9.41E+00 4.67E+00 2.62E+00 4.76E+01 1.47E+00 UrinaryBladder 1.82E+00 2.01E+01 1.55E+00 8.81E+00 1.88E+00 5.52E+00 2.74E+00 1.56E+00 2.72E+01 9.80E-01 Uterus 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

Table 13: ترسيب الجرعة الإشعاعية في الأعضاء المختلفة لأحداث SEP

Organ Event 31 Event 32 Event 33 Event 34 Event 35 Event 36 Event 37 Event 38 Event 39 Event 40 Brain 3.27E+02 4.56E+02 3.43E+02 2.31E+02 3.01E+00 1.96E+01 2.56E+01 1.41E+01 1.33E+01 9.23E+01 Head 4.08E+02 1.38E+03 7.20E+02 3.88E+02 3.70E+00 2.87E+01 3.28E+01 1.49E+01 1.76E+01 2.30E+02 Heart 7.49E+01 8.01E+01 5.75E+01 5.37E+01 7.52E-01 4.12E+00 6.01E+00 3.70E+00 2.90E+00 1.44E+01 LeftAdrenal 1.59E+02 1.92E+02 1.46E+02 1.12E+02 1.52E+00 9.21E+00 1.26E+01 7.29E+00 6.36E+00 3.78E+01 LeftArmBone 5.76E+02 1.09E+03 7.33E+02 4.34E+02 5.19E+00 3.70E+01 4.52E+01 2.32E+01 2.42E+01 2.13E+02 LeftBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LeftClavicle 3.88E+02 5.93E+02 4.36E+02 2.78E+02 3.53E+00 2.39E+01 3.04E+01 1.63E+01 1.61E+01 1.21E+02 LeftKidney 1.95E+02 2.49E+02 1.91E+02 1.37E+02 1.83E+00 1.15E+01 1.54E+01 8.68E+00 7.90E+00 5.02E+01 LeftLeg 5.95E+02 1.60E+03 9.11E+02 5.10E+02 5.37E+00 4.01E+01 4.73E+01 2.27E+01 2.53E+01 2.81E+02 LeftLegBone 1.37E+02 1.69E+02 1.27E+02 9.70E+01 1.31E+00 7.93E+00 1.09E+01 6.29E+00 5.49E+00 3.29E+01 LeftLung 1.92E+02 2.38E+02 1.82E+02 1.34E+02 1.80E+00 1.12E+01 1.51E+01 8.62E+00 7.71E+00 4.74E+01 LeftOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LeftScapula 5.95E+02 1.17E+03 7.78E+02 4.51E+02 5.33E+00 3.86E+01 4.67E+01 2.36E+01 2.51E+01 2.28E+02 LeftTeste 5.01E+02 8.74E+02 6.10E+02 3.69E+02 4.52E+00 3.18E+01 3.92E+01 2.04E+01 2.09E+01 1.75E+02 LowerLargeIntestine 5.34E+01 5.60E+01 3.93E+01 3.87E+01 5.43E-01 2.91E+00 4.30E+00 2.69E+00 2.05E+00 9.84E+00 MaleGenitalia 7.81E+02 2.52E+03 1.35E+03 7.21E+02 7.02E+00 5.49E+01 6.25E+01 2.84E+01 3.38E+01 4.30E+02 MiddleLowerSpine 9.66E+01 1.14E+02 8.49E+01 6.85E+01 9.35E-01 5.52E+00 7.67E+00 4.52E+00 3.83E+00 2.19E+01 Pancreas 3.42E+01 3.39E+01 2.15E+01 2.56E+01 3.65E-01 1.82E+00 2.80E+00 1.82E+00 1.28E+00 5.43E+00 Pelvis 1.22E+02 1.57E+02 1.17E+02 8.68E+01 1.16E+00 7.15E+00 9.64E+00 5.52E+00 4.90E+00 3.09E+01 RibCage 6.24E+02 1.26E+03 8.28E+02 4.78E+02 5.60E+00 4.07E+01 4.90E+01 2.47E+01 2.64E+01 2.44E+02 RightAdrenal 2.38E+02 3.02E+02 2.33E+02 1.66E+02 2.22E+00 1.40E+01 1.87E+01 1.05E+01 9.65E+00 6.11E+01 RightArmBone 5.81E+02 1.10E+03 7.37E+02 4.38E+02 5.24E+00 3.72E+01 4.56E+01 2.34E+01 2.44E+01 2.14E+02 RightBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 RightClavicle 2.31E+02 3.17E+02 2.37E+02 1.64E+02 2.15E+00 1.38E+01 1.81E+01 1.01E+01 9.40E+00 6.40E+01 RightKidney 1.80E+02 2.28E+02 1.74E+02 1.26E+02 1.69E+00 1.06E+01 1.42E+01 8.05E+00 7.28E+00 4.57E+01 RightLeg 5.93E+02 1.59E+03 9.10E+02 5.09E+02 5.36E+00 4.00E+01 4.72E+01 2.27E+01 2.53E+01 2.81E+02 RightLegBone 1.40E+02 1.72E+02 1.30E+02 9.84E+01 1.33E+00 8.08E+00 1.10E+01 6.36E+00 5.59E+00 3.38E+01 RightLung 1.78E+02 2.19E+02 1.67E+02 1.25E+02 1.68E+00 1.03E+01 1.40E+01 8.04E+00 7.14E+00 4.34E+01 RightOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 RightScapula 5.86E+02 1.12E+03 7.55E+02 4.41E+02 5.25E+00 3.79E+01 4.60E+01 2.34E+01 2.47E+01 2.20E+02 RightTeste 3.38E+02 5.81E+02 4.06E+02 2.49E+02 3.06E+00 2.13E+01 2.65E+01 1.39E+01 1.41E+01 1.16E+02 Skull 5.76E+02 1.24E+03 7.84E+02 4.52E+02 5.19E+00 3.77E+01 4.54E+01 2.27E+01 2.44E+01 2.34E+02 SmallIntestine 4.76E+01 4.92E+01 3.35E+01 3.49E+01 4.92E-01 2.58E+00 3.85E+00 2.44E+00 1.81E+00 8.43E+00 Spleen 1.08E+02 1.24E+02 9.33E+01 7.60E+01 1.04E+00 6.12E+00 8.56E+00 5.06E+00 4.27E+00 2.38E+01 Stomach 1.04E+02 1.23E+02 9.20E+01 7.37E+01 1.01E+00 5.96E+00 8.26E+00 4.86E+00 4.13E+00 2.37E+01 Thymus 1.31E+02 1.55E+02 1.19E+02 9.17E+01 1.25E+00 7.53E+00 1.04E+01 6.01E+00 5.24E+00 3.05E+01 Thyroid 1.45E+02 1.68E+02 1.30E+02 1.01E+02 1.38E+00 8.29E+00 1.14E+01 6.67E+00 5.78E+00 3.29E+01 Trunk 3.30E+02 9.15E+02 5.12E+02 2.88E+02 3.00E+00 2.23E+01 2.63E+01 1.27E+01 1.40E+01 1.59E+02 UpperLargeIntestine 5.29E+01 5.57E+01 3.88E+01 3.85E+01 5.40E-01 2.89E+00 4.27E+00 2.67E+00 2.03E+00 9.75E+00 UpperSpine 1.80E+02 2.20E+02 1.69E+02 1.26E+02 1.70E+00 1.04E+01 1.41E+01 8.11E+00 7.22E+00 4.37E+01 UrinaryBladder 1.06E+02 1.28E+02 9.55E+01 7.51E+01 1.02E+00 6.11E+00 8.39E+00 4.90E+00 4.22E+00 2.49E+01 Uterus 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

Table 14: ترسيب الجرعة الإشعاعية في الأعضاء المختلفة لأحداث SEP

Organ Event 41 Event 42 Event 43 Event 44 Event 45 Event 46 Event 47 Event 48 Event 49 Event 50 Brain 6.85E+01 9.74E+00 8.86E+01 6.48E+01 7.60E+00 2.61E+00 3.62E+00 3.50E+02 7.98E+01 1.68E+01 Head 1.50E+02 3.01E+01 1.96E+02 1.00E+02 1.18E+01 5.53E+00 8.03E+00 5.63E+02 1.08E+02 3.04E+01 Heart 1.30E+01 1.70E+00 1.30E+01 1.21E+01 1.62E+00 4.83E-01 7.85E-01 6.44E+01 1.95E+01 3.47E+00 LeftAdrenal 3.04E+01 4.14E+00 3.58E+01 2.91E+01 3.57E+00 1.15E+00 1.69E+00 1.56E+02 3.98E+01 7.75E+00 LeftArmBone 1.44E+02 2.24E+01 1.99E+02 1.26E+02 1.43E+01 5.45E+00 7.35E+00 6.89E+02 1.41E+02 3.30E+01 LeftBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LeftClavicle 8.59E+01 1.25E+01 1.16E+02 8.02E+01 9.22E+00 3.27E+00 4.46E+00 4.34E+02 9.44E+01 2.06E+01 LeftKidney 3.89E+01 5.39E+00 4.82E+01 3.72E+01 4.45E+00 1.48E+00 2.10E+00 2.00E+02 4.81E+01 9.72E+00 LeftLeg 1.85E+02 3.39E+01 2.49E+02 1.39E+02 1.61E+01 6.90E+00 9.72E+00 7.69E+02 1.52E+02 3.95E+01 LeftLegBone 2.64E+01 3.63E+00 3.11E+01 2.51E+01 3.09E+00 9.99E-01 1.47E+00 1.35E+02 3.44E+01 6.72E+00 LeftLung 3.74E+01 5.14E+00 4.54E+01 3.58E+01 4.34E+00 1.42E+00 2.04E+00 1.93E+02 4.74E+01 9.43E+00 LeftOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LeftScapula 1.51E+02 2.36E+01 2.14E+02 1.33E+02 1.49E+01 5.74E+00 7.68E+00 7.25E+02 1.46E+02 3.45E+01 LeftTeste 1.19E+02 1.81E+01 1.65E+02 1.08E+02 1.22E+01 4.54E+00 6.11E+00 5.86E+02 1.22E+02 2.78E+01 LowerLargeIntestine 9.04E+00 1.18E+00 8.67E+00 8.41E+00 1.15E+00 3.36E-01 5.61E-01 4.45E+01 1.41E+01 2.45E+00 MaleGenitalia 2.76E+02 5.34E+01 3.72E+02 1.92E+02 2.23E+01 1.02E+01 1.45E+01 1.08E+03 2.04E+02 5.67E+01 MiddleLowerSpine 1.80E+01 2.44E+00 2.05E+01 1.71E+01 2.15E+00 6.80E-01 1.03E+00 9.15E+01 2.44E+01 4.65E+00 Pancreas 5.41E+00 6.90E-01 4.32E+00 4.86E+00 7.18E-01 1.98E-01 3.65E-01 2.53E+01 9.42E+00 1.53E+00 Pelvis 2.41E+01 3.34E+00 2.92E+01 2.28E+01 2.77E+00 9.11E-01 1.33E+00 1.22E+02 3.05E+01 6.06E+00 RibCage 1.61E+02 2.56E+01 2.28E+02 1.40E+02 1.58E+01 6.12E+00 8.22E+00 7.65E+02 1.53E+02 3.66E+01 RightAdrenal 4.74E+01 6.55E+00 5.90E+01 4.56E+01 5.43E+00 1.80E+00 2.55E+00 2.45E+02 5.84E+01 1.18E+01 RightArmBone 1.44E+02 2.25E+01 2.00E+02 1.27E+02 1.44E+01 5.48E+00 7.40E+00 6.93E+02 1.42E+02 3.32E+01 RightBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 RightClavicle 4.78E+01 6.77E+00 6.11E+01 4.52E+01 5.35E+00 1.82E+00 2.55E+00 2.44E+02 5.68E+01 1.18E+01 RightKidney 3.56E+01 4.92E+00 4.38E+01 3.41E+01 4.10E+00 1.35E+00 1.93E+00 1.83E+02 4.44E+01 8.93E+00 RightLeg 1.85E+02 3.38E+01 2.48E+02 1.38E+02 1.60E+01 6.89E+00 9.71E+00 7.67E+02 1.51E+02 3.94E+01 RightLegBone 2.70E+01 3.71E+00 3.21E+01 2.57E+01 3.15E+00 1.02E+00 1.49E+00 1.38E+02 3.48E+01 6.84E+00 RightLung 3.45E+01 4.73E+00 4.15E+01 3.31E+01 4.02E+00 1.31E+00 1.89E+00 1.78E+02 4.41E+01 8.72E+00 RightOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 RightScapula 1.47E+02 2.28E+01 2.07E+02 1.30E+02 1.46E+01 5.57E+00 7.46E+00 7.08E+02 1.43E+02 3.36E+01 RightTeste 7.96E+01 1.20E+01 1.09E+02 7.21E+01 8.22E+00 3.03E+00 4.11E+00 3.91E+02 8.26E+01 1.87E+01 Skull 1.54E+02 2.52E+01 2.15E+02 1.30E+02 1.47E+01 5.83E+00 7.91E+00 7.11E+02 1.43E+02 3.46E+01 SmallIntestine 7.90E+00 1.02E+00 7.22E+00 7.28E+00 1.02E+00 2.92E-01 5.04E-01 3.83E+01 1.27E+01 2.17E+00 Spleen 1.99E+01 2.67E+00 2.23E+01 1.90E+01 2.39E+00 7.50E-01 1.13E+00 1.01E+02 2.72E+01 5.15E+00 Stomach 1.95E+01 2.64E+00 2.23E+01 1.85E+01 2.32E+00 7.35E-01 1.10E+00 9.91E+01 2.63E+01 5.02E+00 Thymus 2.48E+01 3.36E+00 2.91E+01 2.38E+01 2.94E+00 9.40E-01 1.38E+00 1.28E+02 3.27E+01 6.34E+00 Thyroid 2.71E+01 3.65E+00 3.15E+01 2.61E+01 3.23E+00 1.03E+00 1.51E+00 1.40E+02 3.61E+01 6.96E+00 Trunk 1.05E+02 1.96E+01 1.39E+02 7.67E+01 8.99E+00 3.90E+00 5.57E+00 4.26E+02 8.52E+01 2.22E+01 UpperLargeIntestine 8.96E+00 1.17E+00 8.55E+00 8.32E+00 1.14E+00 3.32E-01 5.58E-01 4.40E+01 1.40E+01 2.43E+00 UpperSpine 3.48E+01 4.76E+00 4.19E+01 3.34E+01 4.06E+00 1.32E+00 1.91E+00 1.79E+02 4.44E+01 8.80E+00 UrinaryBladder 2.01E+01 2.74E+00 2.34E+01 1.91E+01 2.37E+00 7.59E-01 1.13E+00 1.02E+02 2.67E+01 5.15E+00 Uterus 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

Table 15: ترسيب الجرعة الإشعاعية في الأعضاء المختلفة لأحداث SEP

Organ Event 51 Event 52 Event 53 Event 54 Event 55 Event 56 Event 57 Event 58 Event 59 Event 60 Brain 7.23E+01 2.45E+01 1.49E+01 1.84E+02 1.42E+02 3.36E+01 7.00E+01 2.04E+02 7.03E+01 1.14E+01 Head 1.47E+02 5.34E+01 3.75E+01 3.58E+02 3.17E+02 1.41E+02 2.85E+02 2.36E+02 1.04E+02 1.70E+01 Heart 1.09E+01 4.37E+00 2.63E+00 2.79E+01 2.58E+01 5.15E+00 9.47E+00 5.21E+01 1.50E+01 2.57E+00 LeftAdrenal 2.97E+01 1.06E+01 6.40E+00 7.58E+01 6.20E+01 1.34E+01 2.68E+01 1.04E+02 3.31E+01 5.50E+00 LeftArmBone 1.58E+02 5.20E+01 3.27E+01 3.98E+02 3.01E+02 8.55E+01 1.84E+02 3.46E+02 1.31E+02 2.11E+01 LeftBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LeftClavicle 9.35E+01 3.09E+01 1.90E+01 2.38E+02 1.79E+02 4.44E+01 9.42E+01 2.38E+02 8.51E+01 1.38E+01 LeftKidney 3.97E+01 1.38E+01 8.31E+00 1.01E+02 7.99E+01 1.80E+01 3.67E+01 1.25E+02 4.13E+01 6.77E+00 LeftLeg 1.90E+02 6.64E+01 4.47E+01 4.70E+02 3.90E+02 1.48E+02 3.07E+02 3.50E+02 1.44E+02 2.33E+01 LeftLegBone 2.57E+01 9.25E+00 5.59E+00 6.56E+01 5.39E+01 1.19E+01 2.37E+01 8.99E+01 2.86E+01 4.75E+00 LeftLung 3.75E+01 1.32E+01 7.95E+00 9.56E+01 7.67E+01 1.70E+01 3.43E+01 1.23E+02 4.02E+01 6.63E+00 LeftOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 LeftScapula 1.69E+02 5.49E+01 3.46E+01 4.27E+02 3.18E+02 9.03E+01 1.96E+02 3.53E+02 1.36E+02 2.19E+01 LeftTeste 1.32E+02 4.32E+01 2.68E+01 3.34E+02 2.50E+02 6.70E+01 1.44E+02 3.02E+02 1.12E+02 1.81E+01 LowerLargeIntestine 7.34E+00 3.02E+00 1.82E+00 1.87E+01 1.79E+01 3.50E+00 6.31E+00 3.77E+01 1.06E+01 1.83E+00 MaleGenitalia 2.80E+02 9.89E+01 6.82E+01 6.86E+02 5.85E+02 2.43E+02 5.03E+02 4.49E+02 1.98E+02 3.20E+01 MiddleLowerSpine 1.71E+01 6.25E+00 3.77E+00 4.35E+01 3.66E+01 7.82E+00 1.53E+01 6.43E+01 1.99E+01 3.33E+00 Pancreas 3.72E+00 1.73E+00 1.05E+00 9.49E+00 1.05E+01 1.93E+00 3.17E+00 2.54E+01 6.61E+00 1.17E+00 Pelvis 2.40E+01 8.47E+00 5.13E+00 6.12E+01 4.93E+01 1.11E+01 2.25E+01 7.92E+01 2.57E+01 4.24E+00 RibCage 1.79E+02 5.86E+01 3.71E+01 4.52E+02 3.40E+02 9.91E+01 2.14E+02 3.71E+02 1.44E+02 2.31E+01 RightAdrenal 4.86E+01 1.68E+01 1.01E+01 1.24E+02 9.75E+01 2.18E+01 4.45E+01 1.52E+02 5.03E+01 8.25E+00 RightArmBone 1.59E+02 5.23E+01 3.29E+01 4.01E+02 3.03E+02 8.58E+01 1.84E+02 3.49E+02 1.32E+02 2.12E+01 RightBreast 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 RightClavicle 4.99E+01 1.70E+01 1.04E+01 1.27E+02 9.88E+01 2.32E+01 4.80E+01 1.46E+02 4.94E+01 8.08E+00 RightKidney 3.61E+01 1.26E+01 7.59E+00 9.21E+01 7.31E+01 1.63E+01 3.32E+01 1.16E+02 3.80E+01 6.24E+00 RightLeg 1.90E+02 6.63E+01 4.46E+01 4.70E+02 3.90E+02 1.48E+02 3.07E+02 3.49E+02 1.44E+02 2.33E+01 RightLegBone 2.65E+01 9.47E+00 5.71E+00 6.76E+01 5.52E+01 1.22E+01 2.44E+01 9.10E+01 2.92E+01 4.83E+00 RightLung 3.44E+01 1.21E+01 7.32E+00 8.76E+01 7.07E+01 1.55E+01 3.13E+01 1.15E+02 3.72E+01 6.15E+00 RightOvary 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 RightScapula 1.64E+02 5.33E+01 3.34E+01 4.14E+02 3.08E+02 8.64E+01 1.87E+02 3.49E+02 1.34E+02 2.15E+01 RightTeste 8.74E+01 2.88E+01 1.79E+01 2.21E+02 1.67E+02 4.45E+01 9.52E+01 2.05E+02 7.55E+01 1.22E+01 Skull 1.68E+02 5.58E+01 3.58E+01 4.22E+02 3.25E+02 9.99E+01 2.14E+02 3.43E+02 1.34E+02 2.16E+01 SmallIntestine 6.14E+00 2.61E+00 1.57E+00 1.57E+01 1.55E+01 3.00E+00 5.28E+00 3.42E+01 9.38E+00 1.63E+00 Spleen 1.86E+01 6.89E+00 4.14E+00 4.75E+01 4.03E+01 8.47E+00 1.65E+01 7.19E+01 2.22E+01 3.71E+00 Stomach 1.85E+01 6.77E+00 4.08E+00 4.72E+01 3.96E+01 8.46E+00 1.66E+01 6.91E+01 2.15E+01 3.59E+00 Thymus 2.42E+01 8.69E+00 5.22E+00 6.16E+01 5.06E+01 1.09E+01 2.16E+01 8.58E+01 2.72E+01 4.52E+00 Thyroid 2.62E+01 9.48E+00 5.68E+00 6.69E+01 5.53E+01 1.17E+01 2.31E+01 9.49E+01 3.00E+01 4.98E+00 Trunk 1.06E+02 3.75E+01 2.55E+01 2.61E+02 2.21E+02 8.68E+01 1.79E+02 1.95E+02 8.03E+01 1.30E+01 UpperLargeIntestine 7.25E+00 2.98E+00 1.80E+00 1.85E+01 1.77E+01 3.47E+00 6.24E+00 3.75E+01 1.05E+01 1.82E+00 UpperSpine 3.47E+01 1.22E+01 7.37E+00 8.84E+01 7.12E+01 1.56E+01 3.14E+01 1.16E+02 3.76E+01 6.20E+00 UrinaryBladder 1.94E+01 7.00E+00 4.22E+00 4.94E+01 4.09E+01 8.88E+00 1.76E+01 6.99E+01 2.20E+01 3.66E+00 Uterus 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

Table 16: ترسيب الجرعة الإشعاعية في الأعضاء المختلفة لأحداث SEP

تضارب المصالح

ويعلن المؤلفون أنه ليس لديهم أي تضارب في المصالح.