长期太空飞行对眼部生物力学的影响：微重力环境下眼压、眼脉幅及眼球硬度的变化研究

《IEEE Open Journal of Engineering in Medicine and Biology》：Ocular Biomechanical Responses to Long-Duration Spaceflight

本刊推荐：为解决长期太空飞行中航天员出现的空间飞行相关神经-眼综合征(SANS)问题，研究人员开展了微重力对眼球硬度(OR)、眼压(IOP)及眼脉幅(OPA)影响的主题研究。通过对13名国际空间站宇航员的任务前后对比，发现返回后OPA降低25%(p<0.005)、IOP下降11%(p=0.04)、OR减少33%(p=0.04)。这些首次发现的眼球力学特性改变为SANS病理机制提供了新见解，有望成为疾病进展的生物标志物。

　　

当人类将目光投向更遥远的宇宙深空，长期太空飞行带来的健康挑战日益凸显。其中，航天员视力问题尤为突出——超过40%的国际空间站宇航员在长期任务后出现视盘水肿、眼球扁平化、脉络膜皱褶等眼部异常，这些症状被统称为空间飞行相关神经-眼综合征(SANS)。尽管这种现象被报道已逾十年，但其病理机制至今未明，有效的防治措施更是匮乏。

在微重力环境下，人体体液会重新分布，导致头部血流增加，这可能影响眼内各种压力平衡。眼球作为精密的光学器官，其组织时刻承受着眼压波动、血液灌注等多种力学作用。在太空特殊环境中，这些力学关系的微妙平衡被打破，引发眼球结构的适应性改变。特别值得注意的是，眼球外壁的硬度特性可能在这些变化中扮演关键角色，因为眼球硬度直接影响着眼球对外部压力变化的抵抗能力。

为揭开这一谜团，由Marisse Masis Solano领衔的研究团队在《IEEE Open Journal of Engineering in Medicine and Biology》上发表了创新性研究，首次系统评估了长期太空飞行对眼部生物力学特性的影响。研究团队假设微重力环境会改变眼球的机械性能，而这些变化可能与SANS的发生发展密切相关。

研究的关键技术方法包括：使用海德堡Spectralis OCT2光学相干断层扫描系统采集高速眼部图像，通过深度学习算法自动分割脉络膜边界；采用Pascal动态轮廓眼压计同步测量眼压和眼脉幅；基于Friedenwald方程计算眼球硬度。研究对象为13名在国际空间站停留157-186天的宇航员，共计26只眼，任务前后数据进行配对分析。

研究结果方面，眼压和眼脉幅的变化显示：宇航员返回地面后，平均眼压从任务前的16.0±2 mmHg显著下降至14.2±2 mmHg，降幅达11%(p=0.04)。更为明显的是眼脉幅的降低，降幅高达25%且具有高度统计学意义(p<0.005)。眼脉幅反映了心脏搏动引起的眼压周期性波动，其变化提示眼球血流动力学特征的改变。

眼球硬度的变化方面：在17只获得高质量脉络膜分割图像的眼球中，发现返回后眼球硬度平均降低33%(p=0.04)。眼球硬度是描述眼球体积变化引起眼压变化关系的生物力学参数，反映了眼球外壁（主要是巩膜）的僵硬程度。硬度降低意味着眼球更容易在压力作用下发生形变。

研究人员还发现，约38%的宇航员表现出异常增厚的脉络膜（正常厚度为250-400μm），这一现象与性别、年龄或既往太空飞行经验无显著相关性。多元分析表明，眼球硬度和眼压的变化与宇航员的性别、年龄、任务经验及任务时长均无显著关联。

讨论部分指出，微重力环境下头部静脉血容量增加可能导致脉络膜血管扩张，进而拉伸巩膜胶原纤维。返回地球重力环境后，虽然脉络膜体积恢复正常，但巩膜的机械性能可能发生持久性改变，表现为眼球硬度降低。这种机制类似于组织工程中观察到的胶原纤维拉伸后无法完全恢复原有力学特性的现象。此外，降低的眼球硬度可以解释眼脉幅的减少——在较软的巩膜条件下，心脏搏动引起的血容量增加会导致眼球更易扩张，从而减弱眼压的上升幅度。

该研究首次证实长期太空飞行会导致眼球生物力学特性发生显著改变，为理解SANS的发病机制提供了新视角。眼球硬度、眼压和眼脉幅的变化有望成为评估SANS风险和进展的新型生物标志物。然而，由于样本量有限且测量均在返回地球后进行，这些变化究竟是在太空中发生还是返回后的适应性反应仍需进一步探究。未来结合更长时间的随访和更详细的临床特征关联分析，将有助于揭示这些生物力学变化的持久性及其与SANS症状的具体关联。

尽管研究存在样本量小、数据收集时间点受限等挑战，但几乎所有宇航员都表现出一致的眼球硬度降低趋势，这一发现具有重要启示意义。随着人类太空探索活动的不断扩展，理解微重力对眼部组织的生物力学影响对于制定有效的防护措施、保障航天员视觉健康具有至关重要的意义。