07-03-2010, 12:35 PM
تحليل مواد معدني استخوان در فضانوردان در زمان سفر هاي فضايي گزارش شده است حتي در زماني كه برنامه شديد ورزشي را نيز اجرا نموده اند.
و این مقاله :
تأثير تشعشعات كيهاني بر اسكلت فضانوردان
. منبع : نشريه خبرهاي هوافضايي، پژوهشگاه هوافضا .
A single dose of radiation approaching what will be faced by long-term space travelers to the Moon or Mars causes as much as a 39 percent spongy bone loss in mice, a new study shows.
The loss of connectivity in spongy bone ranged as high as 64 percent for one of the types of radiation tested, along the lines of an osteoporosis diagnosis.
The results say nothing directly about the effect of space radiation on people but it has implications for the future of human spaceflight, especially given the U.S. commitment to send astronauts on long trips beyond low-Earth orbit. Both mice and humans lose bone after radiation exposure.
"We were surprised that there was bone loss, and the degree was a lot more than we expected," said Ted Bateman of Clemson University, lead author of the research report. "We're seeing bone loss at much lower doses of radiation than we expected."
What's lost
Scientists already know that cancer patients who receive radiation treatments have a higher risk for spontaneous bone fractures down the line. Now it's more clear why.
For Bateman's experiment, 38 female mice were exposed to radiation, receiving about the same amount that would be a single day's dose for someone suffering from cancer. The gamma, proton, carbon and iron radiation used in the experiment is less damaging than the complex mix of radiation (protons and heavy ions, or ionizing radiation) that long-term space travelers will experience.
Bone is comprised of hard or cortical bone on the outside and marrow inside, as well as bone adjacent the marrow, called trabecular bone. This spongy part of the bone is key to bearing weight and preventing fractures. In the experiment, radiation had no real effect on cortical bone.
The result of Bateman's study, published in Journal of Applied Physiology, was a profound loss of trabecular bone—about 30 percent for all types of radiation, with carbon radiation inflicting 39 percent loss, the most of all. The loss of spongy connections in the four radiation groups ranged from 46 to 64 percent, with proton radiation inflicting the worst damage in terms of connectivity.
Fewer interconnected struts means more load on each of them, leaving bone structure less efficient and more vulnerable to fracture.
Trabecular bone connectivity is irreplaceable once lost. "You can regain bone mass," Bateman told SPACE.com, "but once the connections between struts is lost, the load is not being passed from strut to strut and that becomes permanent. Struts can become larger and thicker but loads are not transferred as efficiently once you've lost the connections between struts."
Implications
Currently, astronauts on the International Space Station and shuttle lose about 2 percent of their bone mass for each month in space as a result of microgravity much more than as a result of cosmic or solar radiation given their relatively short stays in space and protection by Earth's magnetic field.
The new study shows that on longer flights, such as a 6-month trip to the Moon or 30-month trip to Mars, the bone lost as a result of microgravity will be compounded by more extensive bone loss as a result of radiation exposure. Up to now, NASA has focused on radiation's cancer-causing properties and effect on the central nervous and immune systems. The effect on bone health has been unexamined.
"Now we're concerned that radiation and reduced gravity are both going to contribute to bone loss," Bateman said.
Procter and Gamble, which makes an osteoporosis drug called Actonel, helped to support the research.
اسكلت يكي از سيستم‌هاي مهم انسان است كه سبب حفظ وضعيت ايستاده و استوار بدن در برابر نيروي جاذبه مي‌شود. به‌طور طبيعي اسكلت انسان در محيط جاذبه 1 جي زمين رشد و نمو مي‌كند و ساختار استخواني آن به شكلي طراحي شده است كه در مقابل نيروهاي وارد بر خود مقاومت كند. لايه خارجي استخوان را پريوست (در مقابل لايه داخلي يا آندوست) گويند. بافت استخواني محيطي به‌شكل تيغه‌هاي استخواني در زير پريوست قرار دارد. در لايه‌هاي زيرين، مجاري استخواني هم‌مركز (نظير تنه درخت) در اطراف يك منبع خوني قرار مي‌گيرد و سيستم‌هاي هاورس (استئون) را مي‌سازد.
بافت استخواني از دو قسمت سخت قشري در خارج، و مغز استخوان در داخل تشكيل شده است. قسمتي از استخوان كه در مجاورت مغز استخوان قرار دارد، استخوان اسفنجي (ترابكولار) نام دارد. استخوان قشري (compact bone)، در حدود 80 درصد استخوان‌بندي افراد بزرگسال را تشكيل مي‌دهد و اكثراً در تنه استخوآنهاي دراز وجود دارد. استخوان اسفنجي (spongy or cancellous bone) به‌صورت تيغه‌هاي موازي ميكروسكوپي آرايش مي‌يابد و بيشتر در تنه مهره‌ها، دنده‌ها، لگن و انتهاي استخوآنهاي دراز وجود دارد. ترتيب قرارگيري بافت اسفنجي و متراكم، استحكام مناسب را براي تحرك فراهم مي‌سازد. قسمت اسفنجي استخوان وزن بدن را متحمل مي‌شود و آن را در برابر شكستگي محفوظ مي‌كند. بافت استخواني دائماً در حال بازسازي است و كلسيم مورد نياز بدن به‌طور متناوب از ذخاير اسكلتي آزاد مي‌شود.
فضانورداني كه بي‌تحركي طولاني‌مدت را تجربه مي‌كنند، مانند بيماران بستري، قطع نخاع، فلج اندام‌هاي تحتاني، و كساني كه اندام‌هايشان مدت‌ها در گچ مي‌ماند، بخش زيادي از توده استخواني، قدرت استخواني، و عضلاني خود را از دست مي‌دهند. مطالعات مختلف بر روي فضانوردان نشان مي‌دهد كه از دست رفتن توده استخواني در مأموريت‌هاي فضايي به طور متوسط، حدود 1 تا 2 درصد در ماه و از دست دادن كلسيم در فضانوردان تقريباً 10 برابر ميزان از دست دادن كلسيم در بدن زنان در اوايل يائسگي است (بيشترين ميزان ازبين رفتن توده استخواني انسان در روي زمين). كاهش توده استخوان باعث كاهش قدرت استخواني و افزايش خطر شكستگي مي‌شود كه يكي از مشكلات سلامتي فعلي فضانوردان است و سبب اختلال در كاركرد آنها در مأموريت‌هاي فضايي مي‌شود. پوكي استخوان در فضانوردان يكي از بزرگ‌ترين موانع مأموريت‌هاي طولاني‌مدت مثل سفر به مريخ است. آموخته‌هاي ما درباره پوكي‌استخوان (osteoporosis) در فضا موجب خواهد شد تا اين معضل را، كه بيماري شايع و ناتوان‌كننده‌اي در كره زمين است، بهتر بشناسيم.
![[عکس: 0000081-1.gif]](http://www.spacescience.ir/images/Posts/0000081-1.gif)
lمحيط فضا از پروتونهاي پر انرژي، الكترونها، اشعه‌هاي گاما و ايكس و يونهاي سنگين پر شده است
اخيراً دانشمندان متوجه شده‌اند كه اشعه درماني در بيماران مبتلا به سرطان، خطر شكستگي خودبه‌خودي استخوان را افزايش مي‌دهد و اين واقعيت افق جديدي از تحقيقات براي محققان است. بتمن يكي از دانشمندان ناسا، كه در حال حاضر بر روي پوكي‌استخوان كار مي‌كند، مي‌گويد: "بروز شكستگي استخوان در زنان يائسه‌اي كه به علت سرطان گردن رحم و روده بزرگ تحت درمان با اشعه (راديوتراپي) قرار مي‌گيرند 60 درصد و در بيماران مبتلا به سرطان مقعد به ميزان 200 درصد افزايش مي‌يابد". با توجه به آنكه كاهش توده استخواني در فضانوردان و مواجه آنها با تشعشعات كيهاني در مأموريت‌هاي فضايي 30 ماهه به مريخ، امري اجتناب‌ناپذير است بايد شرايطي مهيا كرد تا بتوان مسافران را در برابر آن محافظت نمود.
بتمن (Bateman) در جولاي 2006، 35 موش ماده را در معرض يك مواجهه (تك دُز) اشعه به شدت 2گري قرار داد. البته اين مقدار تقريباً معادل شدت اشعه‌اي است كه براي فرد مبتلا به سرطان استفاده مي‌شود. وي موش‌ها را به 4 گروه تقسيم كرد و اثر اشعه‌هاي مختلف گاما (امواج الكترومغناطيسي با طول موج كوتاه و انرژي بالا كه به وسيله مواد راديواكتيو تابيده مي‌شود)، پروتون (از اجزاي اتم با بار مثبت و اندازه حدوداً 1836 برابر بزرگ‌تر از الكترون)، كربن و يونيزه (اشعه با قدرت بالا با انرژي كافي براي خارج‌كردن الكترون از مدار حركتي و در نتيجه بارداركردن هسته) را روي آنها بررسي كرد. سپس قسمت ابتدايي استخوان بزرگ ساق پا (تيبيا) و استخوان ران (فمور) را به وسيله سي‌تي‌اسكن بررسي كرد. طبق نتايج به‌دست آمده، اشعه كربن باعث شد تا توده استخوان اسفنجي 39 درصد (بيشترين كاهش) كاهش يابد. اشعه‌هاي پروتون، يونيزه و گاما به ترتيب 35، 34 و 29 درصد توده استخوان اسفنجي را كاهش دادند. ميزان كاهش اتصالات متحمل‌كننده وزن در استخوان اسفنجي در بين چهار گروه، حدود 46 تا 64 درصد متغير بود.
شايان ذكر است كه قطع اتصالات استخواني برگشت‌پذير نيست و با درمان‌هاي جبراني بهبود نمي‌يابد. تك‌تك اشعه‌هاي؛ گاما، پروتون، كربن و يونيزان در اين مطالعه نسبت به مجموع اين اشعه‌ها (پروتون و يونهاي سنگين يا اشعه‌هاي يونيزان) تخريب كمتري داشت. طبق اظهارات بتمن در ميزان‌هاي بسيار پايين اشعه هم، كه انتظار كاهش توده استخواني نمي‌رفت، اين معضل مشاهده شد. براساس مطالعه بتمن مشخص شده است كه اشعه بر روي قسمت قشري و سخت استخوان اثر محسوسي ندارد و فقط ناحيه اسفنجي را تحت تأثير قرار مي‌دهد. براساس نتايج اين مطالعه، تشعشعات فضايي موجب تشديد كاهش توده استخواني و وخيم‌تر شدن اثرات زيان‌آور بي‌وزني بر روي استخوان مي‌شود.
دكترزهرا پيله‌وري و دكتر وحيد نوشادي
منبع : وب سایت دانش فضایی
www.spacescience.ir
( http://www.spacescience.ir/ShowPost.asp ... st=0000081 )
و این مقاله :
تأثير تشعشعات كيهاني بر اسكلت فضانوردان
. منبع : نشريه خبرهاي هوافضايي، پژوهشگاه هوافضا .
A single dose of radiation approaching what will be faced by long-term space travelers to the Moon or Mars causes as much as a 39 percent spongy bone loss in mice, a new study shows.
The loss of connectivity in spongy bone ranged as high as 64 percent for one of the types of radiation tested, along the lines of an osteoporosis diagnosis.
The results say nothing directly about the effect of space radiation on people but it has implications for the future of human spaceflight, especially given the U.S. commitment to send astronauts on long trips beyond low-Earth orbit. Both mice and humans lose bone after radiation exposure.
"We were surprised that there was bone loss, and the degree was a lot more than we expected," said Ted Bateman of Clemson University, lead author of the research report. "We're seeing bone loss at much lower doses of radiation than we expected."
What's lost
Scientists already know that cancer patients who receive radiation treatments have a higher risk for spontaneous bone fractures down the line. Now it's more clear why.
For Bateman's experiment, 38 female mice were exposed to radiation, receiving about the same amount that would be a single day's dose for someone suffering from cancer. The gamma, proton, carbon and iron radiation used in the experiment is less damaging than the complex mix of radiation (protons and heavy ions, or ionizing radiation) that long-term space travelers will experience.
Bone is comprised of hard or cortical bone on the outside and marrow inside, as well as bone adjacent the marrow, called trabecular bone. This spongy part of the bone is key to bearing weight and preventing fractures. In the experiment, radiation had no real effect on cortical bone.
The result of Bateman's study, published in Journal of Applied Physiology, was a profound loss of trabecular bone—about 30 percent for all types of radiation, with carbon radiation inflicting 39 percent loss, the most of all. The loss of spongy connections in the four radiation groups ranged from 46 to 64 percent, with proton radiation inflicting the worst damage in terms of connectivity.
Fewer interconnected struts means more load on each of them, leaving bone structure less efficient and more vulnerable to fracture.
Trabecular bone connectivity is irreplaceable once lost. "You can regain bone mass," Bateman told SPACE.com, "but once the connections between struts is lost, the load is not being passed from strut to strut and that becomes permanent. Struts can become larger and thicker but loads are not transferred as efficiently once you've lost the connections between struts."
Implications
Currently, astronauts on the International Space Station and shuttle lose about 2 percent of their bone mass for each month in space as a result of microgravity much more than as a result of cosmic or solar radiation given their relatively short stays in space and protection by Earth's magnetic field.
The new study shows that on longer flights, such as a 6-month trip to the Moon or 30-month trip to Mars, the bone lost as a result of microgravity will be compounded by more extensive bone loss as a result of radiation exposure. Up to now, NASA has focused on radiation's cancer-causing properties and effect on the central nervous and immune systems. The effect on bone health has been unexamined.
"Now we're concerned that radiation and reduced gravity are both going to contribute to bone loss," Bateman said.
Procter and Gamble, which makes an osteoporosis drug called Actonel, helped to support the research.
اسكلت يكي از سيستم‌هاي مهم انسان است كه سبب حفظ وضعيت ايستاده و استوار بدن در برابر نيروي جاذبه مي‌شود. به‌طور طبيعي اسكلت انسان در محيط جاذبه 1 جي زمين رشد و نمو مي‌كند و ساختار استخواني آن به شكلي طراحي شده است كه در مقابل نيروهاي وارد بر خود مقاومت كند. لايه خارجي استخوان را پريوست (در مقابل لايه داخلي يا آندوست) گويند. بافت استخواني محيطي به‌شكل تيغه‌هاي استخواني در زير پريوست قرار دارد. در لايه‌هاي زيرين، مجاري استخواني هم‌مركز (نظير تنه درخت) در اطراف يك منبع خوني قرار مي‌گيرد و سيستم‌هاي هاورس (استئون) را مي‌سازد.
بافت استخواني از دو قسمت سخت قشري در خارج، و مغز استخوان در داخل تشكيل شده است. قسمتي از استخوان كه در مجاورت مغز استخوان قرار دارد، استخوان اسفنجي (ترابكولار) نام دارد. استخوان قشري (compact bone)، در حدود 80 درصد استخوان‌بندي افراد بزرگسال را تشكيل مي‌دهد و اكثراً در تنه استخوآنهاي دراز وجود دارد. استخوان اسفنجي (spongy or cancellous bone) به‌صورت تيغه‌هاي موازي ميكروسكوپي آرايش مي‌يابد و بيشتر در تنه مهره‌ها، دنده‌ها، لگن و انتهاي استخوآنهاي دراز وجود دارد. ترتيب قرارگيري بافت اسفنجي و متراكم، استحكام مناسب را براي تحرك فراهم مي‌سازد. قسمت اسفنجي استخوان وزن بدن را متحمل مي‌شود و آن را در برابر شكستگي محفوظ مي‌كند. بافت استخواني دائماً در حال بازسازي است و كلسيم مورد نياز بدن به‌طور متناوب از ذخاير اسكلتي آزاد مي‌شود.
فضانورداني كه بي‌تحركي طولاني‌مدت را تجربه مي‌كنند، مانند بيماران بستري، قطع نخاع، فلج اندام‌هاي تحتاني، و كساني كه اندام‌هايشان مدت‌ها در گچ مي‌ماند، بخش زيادي از توده استخواني، قدرت استخواني، و عضلاني خود را از دست مي‌دهند. مطالعات مختلف بر روي فضانوردان نشان مي‌دهد كه از دست رفتن توده استخواني در مأموريت‌هاي فضايي به طور متوسط، حدود 1 تا 2 درصد در ماه و از دست دادن كلسيم در فضانوردان تقريباً 10 برابر ميزان از دست دادن كلسيم در بدن زنان در اوايل يائسگي است (بيشترين ميزان ازبين رفتن توده استخواني انسان در روي زمين). كاهش توده استخوان باعث كاهش قدرت استخواني و افزايش خطر شكستگي مي‌شود كه يكي از مشكلات سلامتي فعلي فضانوردان است و سبب اختلال در كاركرد آنها در مأموريت‌هاي فضايي مي‌شود. پوكي استخوان در فضانوردان يكي از بزرگ‌ترين موانع مأموريت‌هاي طولاني‌مدت مثل سفر به مريخ است. آموخته‌هاي ما درباره پوكي‌استخوان (osteoporosis) در فضا موجب خواهد شد تا اين معضل را، كه بيماري شايع و ناتوان‌كننده‌اي در كره زمين است، بهتر بشناسيم.
lمحيط فضا از پروتونهاي پر انرژي، الكترونها، اشعه‌هاي گاما و ايكس و يونهاي سنگين پر شده است
اخيراً دانشمندان متوجه شده‌اند كه اشعه درماني در بيماران مبتلا به سرطان، خطر شكستگي خودبه‌خودي استخوان را افزايش مي‌دهد و اين واقعيت افق جديدي از تحقيقات براي محققان است. بتمن يكي از دانشمندان ناسا، كه در حال حاضر بر روي پوكي‌استخوان كار مي‌كند، مي‌گويد: "بروز شكستگي استخوان در زنان يائسه‌اي كه به علت سرطان گردن رحم و روده بزرگ تحت درمان با اشعه (راديوتراپي) قرار مي‌گيرند 60 درصد و در بيماران مبتلا به سرطان مقعد به ميزان 200 درصد افزايش مي‌يابد". با توجه به آنكه كاهش توده استخواني در فضانوردان و مواجه آنها با تشعشعات كيهاني در مأموريت‌هاي فضايي 30 ماهه به مريخ، امري اجتناب‌ناپذير است بايد شرايطي مهيا كرد تا بتوان مسافران را در برابر آن محافظت نمود.
بتمن (Bateman) در جولاي 2006، 35 موش ماده را در معرض يك مواجهه (تك دُز) اشعه به شدت 2گري قرار داد. البته اين مقدار تقريباً معادل شدت اشعه‌اي است كه براي فرد مبتلا به سرطان استفاده مي‌شود. وي موش‌ها را به 4 گروه تقسيم كرد و اثر اشعه‌هاي مختلف گاما (امواج الكترومغناطيسي با طول موج كوتاه و انرژي بالا كه به وسيله مواد راديواكتيو تابيده مي‌شود)، پروتون (از اجزاي اتم با بار مثبت و اندازه حدوداً 1836 برابر بزرگ‌تر از الكترون)، كربن و يونيزه (اشعه با قدرت بالا با انرژي كافي براي خارج‌كردن الكترون از مدار حركتي و در نتيجه بارداركردن هسته) را روي آنها بررسي كرد. سپس قسمت ابتدايي استخوان بزرگ ساق پا (تيبيا) و استخوان ران (فمور) را به وسيله سي‌تي‌اسكن بررسي كرد. طبق نتايج به‌دست آمده، اشعه كربن باعث شد تا توده استخوان اسفنجي 39 درصد (بيشترين كاهش) كاهش يابد. اشعه‌هاي پروتون، يونيزه و گاما به ترتيب 35، 34 و 29 درصد توده استخوان اسفنجي را كاهش دادند. ميزان كاهش اتصالات متحمل‌كننده وزن در استخوان اسفنجي در بين چهار گروه، حدود 46 تا 64 درصد متغير بود.
شايان ذكر است كه قطع اتصالات استخواني برگشت‌پذير نيست و با درمان‌هاي جبراني بهبود نمي‌يابد. تك‌تك اشعه‌هاي؛ گاما، پروتون، كربن و يونيزان در اين مطالعه نسبت به مجموع اين اشعه‌ها (پروتون و يونهاي سنگين يا اشعه‌هاي يونيزان) تخريب كمتري داشت. طبق اظهارات بتمن در ميزان‌هاي بسيار پايين اشعه هم، كه انتظار كاهش توده استخواني نمي‌رفت، اين معضل مشاهده شد. براساس مطالعه بتمن مشخص شده است كه اشعه بر روي قسمت قشري و سخت استخوان اثر محسوسي ندارد و فقط ناحيه اسفنجي را تحت تأثير قرار مي‌دهد. براساس نتايج اين مطالعه، تشعشعات فضايي موجب تشديد كاهش توده استخواني و وخيم‌تر شدن اثرات زيان‌آور بي‌وزني بر روي استخوان مي‌شود.
دكترزهرا پيله‌وري و دكتر وحيد نوشادي
منبع : وب سایت دانش فضایی
www.spacescience.ir
( http://www.spacescience.ir/ShowPost.asp ... st=0000081 )