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模拟太空质子辐射的生物损伤效应及其防治研究

岳茂兴  徐冰心  刘志国  李建忠  化楠  陈阿鑫  张建中  敬华  赵葵  罗庆良  
【摘要】:目的载人航天中,除失重之外,宇宙辐射是影响航天员健康和生命安全的最重要因素之一。多年的载人航天实践表明,完全屏蔽高能的空间辐射剂量是不可能的,空间辐射对飞行安全的影响成为一个非常突出的问题。我国近年来载人航天事业的发展要求航天员在深部空间滞留时间将增长,而太阳粒子辐射是宇宙辐射最主要部分,主要由质子组成,发生和规模是随机的。因此深入了解其特点及其危害程度,并研究防护途径是保证航天员完成任务中极其重要的课题。航天辐射由于受到飞船载荷的限制,航天员出舱工作时,单靠屏蔽等物理防护很难实现,所以应采用物理、药物等综合措施,采用药物提高机体对辐射的抵抗能力是对抗辐射影响的一种积极有效的方法。国外公开发表有关质子损伤生物效应的文献较少,未见防治研究。文献主要集中在近年来发达国家临床应用质子治疗肿瘤,质子对正常机体组织的研究可见文献较少,国内对质子辐射生物损伤效应及质子辐射的药物防护研究尚属空白。目前我国航天辐射防护剂基本沿用对γ辐射有效的防护剂。航天所引起的辐射与核武器辐射有其相似点,但也有其不同点,如核武器损伤以急性辐射损伤为主(传能线密度低的X、γ辐射和传能线密度高的中子辐射),而航天空间辐射主要以慢性辐射损伤为主(传能线密度高的质子辐射)。对X、γ辐射及中子辐射防护有效的药物未必适合航天辐射防护,而物理辐射防护在某些情况下存在局限性,不能达到防护要求。因此,我国载人航天的任务迫切需要研究质子辐射防护剂。方法主要研究内容:包括质子辐射损伤的生物效应及防治研究两部分,利用串列加速器产生的质子束流从体外和体内同时进行研究。①质子辐射损伤的生物效应体外研究:采用健康人外周血细胞及猴骨髓细胞建立体外质子辐射损伤的生物模型,观察质子能量、剂量对外周血细胞形态,微核及染色体畸变,细胞氧化损伤,淋巴细胞亚群CD3、CD4、CD8、CD19、CD16+56,Th1/Th2亚群等影响,骨髓细胞形态,骨髓细胞周期,细胞凋亡等。②质子辐射损伤的生物效应体内研究:采用健康小鼠,麻醉后质子照射建立模型,观察外周血形态学及血象的变化,骨髓细胞周期的变化等。③寻找质子辐射损伤有效药物,建立质子损伤的救治方案。初步考虑从以下几种药物中筛选,甘露醇、维生素C等。研究的最终目标:为我国载人航天航天员的辐射损伤的医学保障及医学救治的方案建立提供理论依据。关键问题是可否建立质子生物损伤剂量的评估方法;探讨质子能量、剂量对生物影响的规律,找到有效的质子损伤防治药物。结果我们己对质子损伤的生物效应进行了研究,发现①32Gy 19Mev质子照射组小鼠全部死亡,16Gy 19Mev质子照射组小鼠部分死亡,在照射小鼠背部出现损伤带,表现为随着剂量的增大,损伤带掉毛、皮肤灼伤现象增重。②猴骨髓细胞照射后,测定细胞周期,细胞s期严重阻滞。③19Mev质子0.5、1、3Gy照射后外周血细胞染色体畸变率较高,6Gy降低,10Gy未观察到畸变;10Gy细胞形态学出现空泡,各照射剂量与未照射组比较Th细胞百分率增加,NK细胞的百分率明显降低。结论星际空间飞行存在严重的辐射危险,对载人航天的辐射防护提出了新的挑战。空间辐射对飞行安全的影响成为一个非常突出的问题。特别是深部空间银河宇宙辐射给航天员带来的危害却不能低估。本研究发现32Gy 19Mev质子照射组小鼠全部死亡,16Gy 19Mev质子照射组小鼠部分死亡,在照射小鼠背部出现损伤带,表现为随着剂量的增大,损伤带掉毛、皮肤灼伤现象增重;猴骨髓细胞照射后,测定细胞周期,细胞S期严重阻滞;19Mev质子0.5、1、3Gy照射后外周血细胞染色体畸变率较高,6Gy降低,10Gy未观察到畸变;10Gy细胞形态学出现空泡,各照射剂量与未照射组比较Th细胞百分率增加,NK细胞的百分率明显降低。证明质子辐射的生物损伤效应明显,对其防治研究十分重要。

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