تأثیر تشعشعات كیهانی بر اسكلت فضانوردان

اسكلت یكی از سیستم های مهم انسان است كه سبب حفظ وضعیت ایستاده و استوار بدن در برابر نیروی جاذبه می شود به طور طبیعی اسكلت انسان در محیط جاذبه ۱ جی زمین رشد و نمو می كند و ساختار استخوانی آن به شكلی طراحی شده است كه در مقابل نیروهای وارد بر خود مقاومت كند

اسكلت یكی از سیستم‌های مهم انسان است كه سبب حفظ وضعیت ایستاده و استوار بدن در برابر نیروی جاذبه می‌شود. به‌طور طبیعی اسكلت انسان در محیط جاذبه ۱ جی زمین رشد و نمو می‌كند و ساختار استخوانی آن به ‌شكلی طراحی شده است كه در مقابل نیروهای وارد بر خود مقاومت كند. لایه خارجی استخوان را پریوست (در مقابل لایه داخلی یا آندوست) گویند. بافت استخوانی محیطی به‌شكل تیغه‌های استخوانی در زیر پریوست قرار دارد. در لایه‌های زیرین، مجاری استخوانی هم‌مركز (نظیر تنه درخت) در اطراف یك منبع خونی قرار می‌گیرد و سیستم‌های هاورس (استئون) را می‌سازد.

بافت استخوانی از دو قسمت سخت قشری در خارج، و مغز‌ استخوان در داخل تشكیل شده است. قسمتی از استخوان كه در مجاورت مغز استخوان قرار دارد، استخوان اسفنجی (ترابكولار) نام دارد. استخوان قشری (compact bone)، در حدود ۸۰ درصد استخوان‌بندی افراد بزرگسال را تشكیل می‌دهد و اكثراً در تنه استخوآنهای دراز وجود دارد. استخوان اسفنجی (spongy or cancellous bone) به‌صورت تیغه‌های موازی میكروسكوپی آرایش می‌یابد و بیشتر در تنه مهره‌ها، دنده‌ها، لگن و انتهای استخوآنهای دراز وجود دارد. ترتیب قرارگیری بافت اسفنجی و متراكم، استحكام مناسب را برای تحرك فراهم می‌سازد. قسمت اسفنجی استخوان وزن بدن را متحمل می‌شود و آن را در برابر شكستگی محفوظ می‌كند. بافت استخوانی دائماً در حال بازسازی است و كلسیم مورد نیاز بدن به‌طور متناوب از ذخایر اسكلتی آزاد می‌شود.

فضانوردانی كه بی‌تحركی طولانی‌مدت را تجربه می‌كنند، مانند بیماران بستری، قطع نخاع، فلج اندام‌های تحتانی، و كسانی كه اندام‌هایشان مدت‌ها در گچ می‌ماند، بخش زیادی از توده استخوانی، قدرت استخوانی، و عضلانی خود را از دست می‌دهند.

مطالعات مختلف بر روی فضانوردان نشان می‌دهد كه از دست رفتن توده استخوانی در مأموریت‌های فضایی به طور متوسط، حدود ۱ تا ۲ درصد در ماه و از دست دادن كلسیم در فضانوردان تقریباً ۱۰ برابر میزان از دست دادن كلسیم در بدن زنان در اوایل یائسگی است (بیشترین میزان ازبین رفتن توده استخوانی انسان در روی زمین). كاهش توده استخوان باعث كاهش قدرت استخوانی و افزایش خطر شكستگی می‌شود كه یكی از مشكلات سلامتی فعلی فضانوردان است و سبب اختلال در كاركرد آنها در مأموریت‌های فضایی می‌شود. پوكی استخوان در فضانوردان یكی از بزرگ‌ترین موانع مأموریت‌های طولانی‌مدت مثل سفر به مریخ است. آموخته‌های ما درباره پوكی‌استخوان (osteoporosis) در فضا موجب خواهد شد تا این معضل را، كه بیماری شایع و ناتوان‌كننده‌ای در كره زمین است، بهتربشناسیم.

اخیراً دانشمندان متوجه شده‌اند كه اشعه درمانی در بیماران مبتلا به سرطان، خطر شكستگی خودبه‌خودی استخوان را افزایش می‌دهد و این واقعیت افق جدیدی از تحقیقات برای محققان است. بتمن یكی از دانشمندان ناسا، كه در حال حاضر بر روی پوكی‌استخوان كار می‌كند، می‌گوید: "بروز شكستگی استخوان در زنان یائسه‌ای كه به علت سرطان گردن رحم و روده بزرگ تحت درمان با اشعه (رادیوتراپی) قرار می‌گیرند ۶۰ درصد و در بیماران مبتلا به سرطان مقعد به میزان ۲۰۰ درصد افزایش می‌یابد". با توجه به آنكه كاهش توده استخوانی در فضانوردان و مواجه آنها با تشعشعات كیهانی در مأموریت‌های فضایی ۳۰ ماهه به مریخ، امری اجتناب‌ناپذیر است باید شرایطی مهیا كرد تا بتوان مسافران را در برابر آن‌ محافظت نمود.

بتمن (Bateman) در جولای ۲۰۰۶، ۳۵ موش ماده را در معرض یك مواجهه (تك دُز) اشعه‌ به شدت ۲گری قرار داد.

البته این مقدار تقریباً معادل شدت اشعه‌ای است كه برای فرد مبتلا به سرطان استفاده می‌شود. وی موش‌ها را به ۴ گروه تقسیم كرد و اثر اشعه‌های مختلف گاما (امواج الكترومغناطیسی با طول موج كوتاه و انرژی بالا كه به وسیله مواد رادیواكتیو تابیده می‌شود)، پروتون (از اجزای اتم با بار مثبت و اندازه حدوداً ۱۸۳۶ برابر بزرگ‌تر از الكترون)، كربن و یونیزه (اشعه با قدرت بالا با انرژی كافی برای خارج‌كردن الكترون از مدار حركتی و در نتیجه بارداركردن هسته) را روی آنها بررسی كرد. سپس قسمت ابتدایی استخوان بزرگ ساق پا (تیبیا) و استخوان ران (فمور) را به وسیله سی‌تی‌اسكن بررسی كرد. طبق نتایج به‌دست آمده، اشعه كربن باعث شد تا توده استخوان اسفنجی ۳۹ درصد (بیشترین كاهش) كاهش یابد. اشعه‌های پروتون، یونیزه و گاما به ترتیب ۳۵، ۳۴ و ۲۹ درصد توده استخوان اسفنجی را كاهش دادند.

میزان كاهش اتصالات متحمل‌كننده وزن در استخوان اسفنجی در بین چهار گروه، حدود ۴۶ تا ۶۴ درصد متغیر بود.

شایان ذكر است كه قطع اتصالات استخوانی برگشت‌پذیر نیست و با درمان‌های جبرانی بهبود نمی‌یابد. تك‌تك اشعه‌های؛ گاما، پروتون، كربن و یونیزان در این مطالعه نسبت به مجموع این اشعه‌ها (پروتون و یون‌های سنگین یا اشعه‌های یونیزان) تخریب كمتری داشت. طبق اظهارات بتمن در میزان‌های بسیار پایین اشعه هم، كه انتظار كاهش توده استخوانی نمی‌رفت، این معضل مشاهده شد. براساس مطالعه بتمن مشخص شده است كه اشعه بر روی قسمت قشری و سخت استخوان اثر محسوسی ندارد و فقط ناحیه اسفنجی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. براساس نتایج این مطالعه، تشعشعات فضایی موجب تشدید كاهش توده استخوانی و وخیم‌تر شدن اثرات زیان‌آور بی‌وزنی بر روی استخوان می‌شود.

دكترزهرا پیله‌وری و دكتر وحید نوشادی