Мюонная диагностика в биомедицинских исследованиях
Статья Басара Мухитдиновича Сабирова об этих исследованиях вышла в журнале «Физика элементарных частиц и атомного ядра» в 1984 году.
Вот, что вспоминает об этом сам Басар Мухитдинович: «В связи с освоением человеком космического пространства и увеличением времени пребывания космонавтов на орбите исследование минеральной насыщенности кости приобрело особую актуальность. Для этого необходимо было проводить исследования с живыми объектами. Впервые эксперименты по использованию мюонов для определения элементного состава живых организмов совместно с Институтом медико-биологических проблем АН СССР (ИМБП) по инициативе и при непосредственном участии Красавина Е. А. были начаты в Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ в 1973 году, на пучках мюонов в низкофоновой лаборатории синхроциклотрона ЛЯП. Исследования проводились на белых крысах линии Wistar весом около 180-200 г, испытавших трёхнедельный орбитальный полет на искусственных спутниках Земли “Космос-605” и “Космос-690”. Крысы экспонировались на пучке µ– -мезонов до полёта, сразу после полёта и спустя месяц после приземления.
В качестве спектрометра мезорентгеновского излучения использовался Ge(Li) детектор объемом 55 $см^3$. Впервые наблюдался спектр характерного мю-мезорентгеновского излучения, возникающего при остановке мюонов в организме живых объектов.
Полученные нами данные показали, что в результате действия факторов космического полета не происходит заметного выноса тяжелых элементов из организма животных, а наступает, вероятно, перераспределение их между тканями или органами тела.
Инициатором эксперимента по изучению элементного состава организма живого человека был директор Лаборатории В. П. Джелепов, а от ИМБП непосредственным ведущим и участником эксперимента был д-р Ю. Ю. Осипов. Исследование проведено с 18 добровольцами — здоровыми мужчинами в возрасте 32÷37 лет. Каждый из них в течение 182 суток содержался в условиях строгого постельного режима (антиортостатической гипокинезии). Для имитации эффекта невесомости создавался небольшой /4°/ наклон кровати в сторону головы.
Все испытуемые были разделены на три группы. Первая группа была контрольной — ее члены находились в условиях постельного режима без каких-либо профилактических мероприятий. Мужчины второй группы выполняли комплекс профилактических мероприятий: физическая тренировка (2 часа в сутки с энергозатратами 300-350 ккал/ч); миоэлектростимуляция; перед окончанием постельного режима — тренировка с приложением ОДНТ (отрицательного давления на нижнюю часть тела) и водно-солевые добавки к рациону. Профилактический комплекс у испытуемых третьей группы состоял из физических упражнений, объем которых не превышал 35% от физической нагрузки членов второй группы.
Выбор пяточной кости в качестве объекта исследования был обусловлен гомогенностью ее структуры, доступностью для измерений, а также как орган, испытывающий максимальную нагрузку всего веса человека.
Измерения мю-мезорентгеновских спектров при остановке мюонов в губчатой части пяточной кости человека проводились на мюонном пучке синхроциклотрона ЛЯП. Для проведения исследования была разработана и построена специальная стальная камера с двойными стенками, промежуток между которыми заполнен водой для уменьшения дозы нейтронного фона от ускорителя.
За время одного сеанса измерения локальная поглощенная доза на пяточной кости не превышала 0,2÷0,3 бэр, а доза общего облучения от рассеянного фона была не более 1 мбэр.
Результаты исследования таковы: для испытуемых первой контрольной группы наблюдается самый широкий спектр изменения суммарного содержания фосфора и кальция — от увеличения на 25% до уменьшения вдвое. Для испытуемых II и III групп изменения существенно меньшие. Средние значения изменений Р + Са по трем группам (соответственно —12, 0 и — 12% ) демонстрируют некоторую тенденцию к реакции на профилактические мероприятия. Но для твердых утверждений о наличии реакции испытуемых на профилактические меры нужно провести эксперимент на большем числе испытуемых и с более длительной экспозицией. Результаты этих экспериментов были приняты в качестве рекомендаций в процессе подготовки космонавтов для длительных космических полётов. В 1981 г. эта работа была удостоена премии ОИЯИ» (Б. М. Сабиров).
Для справки. Коллектив авторов в составе: Р.-Д. Арльт, В. С. Евсеев, А. Л. Карповский, Е. А. Красавин, Т. Н. Мамедов, А. Минкова, Х.-Г. Ортлепп, В. С. Роганов, Б. М. Сабиров, П. Экштейн за работу «Элементный анализ живых организмов по мезорентгеновскому излучению (мюонная диагностика)» — был удостоен в 1981 году Второй премии ОИЯИ в номинации «Научно-технические прикладные работы».
«Метод основан на регистрации мезорентгеновского излучения из химических элементов, входящих в состав живых организмов при остановке в них отрицательно заряженных мюонов. Впервые идею использования мюонов для элементного анализа живого организма выдвинули независимо друг от друга Х. Даниэль (ФРГ, 1969 г.) и группа советских физиков в составе В. Г. Зинова, А. Д. Конина и А. Н. Мухина (1970 г.). В связи с началом интенсивного исследования космоса человеком возникла необходимость прижизненного неразрушающего элементного анализа, в частности костной ткани человека, которая более всего подвержена деминерализации при длительном пребывании в невесомости. Эксперименты были начаты в Лаборатории ядерных проблем под руководством В. С. Евсеева в 1973 году совместно с Институтом медико-биологических проблем. Первый эксперимент был осуществлен на крысах, претерпевших трехнедельный полет на спутниках Земли “Космос-605” и “Космос-690”, методом измерения мезорентгеновского излучения из организма крыс до и после полета. Отсутствие заметных изменений элементного состава свидетельствовало о том, что изменение минеральной насыщенности костной ткани следует наблюдать на определенных участках скелета, а не во всем организме. Поэтому следующим шагом стал эксперимент по исследованию методом мюонной диагностики минерального состава пяточной кости человека, пребывавшего в экстремальных условиях, имитировавших условия космического полета. Исследование проведено на 18 физически здоровых мужчинах в возрасте 32-37 лет, которые в течение 182 суток находились в условиях антиортостатической гипокинезии. Все испытуемые были разделены на три группы: I – контрольная, II – принимала полный комплекс профилактических мер и III – принимала 35% профилактических мер по сравнению со II-ой группой. В результате исследования отмечена корреляция изменений минерального состава костной ткани с профилактическими мерами, что явилось одной из рекомендаций для подготовки космонавтов к длительным космическим полетам.
Таким образом, продемонстрирована уникальная возможность применения мюонных атомов для сравнительного элементного анализа в биомедицинских исследованиях». (Из книги «60 лет Лаборатории ядерных проблем в достижениях ее сотрудников»/Под ред. Ц. Вылова. – Дубна: ОИЯИ, 2009. – 414 с.)
75-летие ЛЯП
