微重力環(huán)境對眼壓和視力的影響及其機制研究進(jìn)展

陳小鳳，潘學(xué)會，朱思泉

作者單位：610081成都，成都中醫(yī)藥大學(xué)附屬眼科醫(yī)院，成都中醫(yī)藥大學(xué)眼科研究院，銀海眼科醫(yī)院（陳小鳳，潘學(xué)會）；首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院，北京同仁眼科中心，北京市眼科與視覺科學(xué)重點實驗室（朱思泉）

1961年，蘇聯(lián)成功發(fā)射世界上第一艘載人飛船東方一號，航天員作為人類使者開始了探索太空的旅程。1961年，美國實施“雙子星座”計劃，歷時5年，其中一項任務(wù)就是要求宇航員觀察其視力在飛行中的變化，表明當(dāng)時科學(xué)家已經(jīng)在考慮失重環(huán)境對人類眼睛的影響[1]。2011年，Mader等[2]對7位在太空中工作了6個月的宇航員的眼部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)他們的眼球出現(xiàn)了不同程度的多種改變，包括：眼壓一過性升高，視乳頭水腫，脈絡(luò)膜皺褶，眼球變扁，遠(yuǎn)視偏移，近視力減弱，視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層增厚，視網(wǎng)膜棉絨斑等。其實，在此之前的數(shù)年里，美國NASA（National Aeronautics and Space Administration）太空醫(yī)學(xué)部就已發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過長期太空作業(yè)的宇航員會出現(xiàn)不同程度的上述眼部癥狀。在回歸地面生活后，這些眼部病理改變在數(shù)周內(nèi)逐漸修復(fù)，但部分病例可持續(xù)近兩年[3]。宇航員的眼部生理病理變化及其機制引起了許多學(xué)者的重視，并對此進(jìn)行了多方面的探討和研究。筆者對長時間太空作業(yè)的宇航員眼部出現(xiàn)的生理病理變化及其機制綜述如下。

1 眼壓

1983年，在德國空間實驗室D1任務(wù)中，首次對航天員的眼壓變化進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)入失重狀態(tài)44 min后，眼壓會升高20%～25%[4]。1992年，第一代德國-俄國和平號空間站任務(wù)中，使用全自動手持自測式眼壓計測量，發(fā)現(xiàn)進(jìn)入失重狀態(tài)16 min，眼壓升高了92%；其后進(jìn)入適應(yīng)期，并持續(xù)數(shù)小時[5]。1993年，在德國空間實驗任務(wù)D2中，再次使用相同的眼壓計測量宇航員的眼壓變化，發(fā)現(xiàn)峰值眼壓出現(xiàn)于進(jìn)入失重狀態(tài)15 min時，比基線眼壓升高了114%。其后逐漸下降，眼壓升高值超過50%的狀態(tài)可持續(xù)到第3 d[6]。高性能失重飛機做連續(xù)的拋物線飛行，產(chǎn)生重復(fù)的短暫的失重環(huán)境，為科研模擬太空微重力環(huán)境提供了一定的條件。Mader等[7]通過在連續(xù)的拋物線飛行產(chǎn)生的失重環(huán)境中觀察發(fā)現(xiàn)，在失重20 s后，眼壓可迅速升高58%。但是，這種快速的眼壓升高主要出現(xiàn)于宇航員剛進(jìn)入失重環(huán)境后的一段時間內(nèi)，并不會繼續(xù)存在于整個太空生活期間[8]。早在“阿波羅計劃”中進(jìn)行的視覺系統(tǒng)生理學(xué)研究結(jié)果就表明，航天員在進(jìn)入太空失重環(huán)境后，眼壓會升高，但在返回地面后，眼壓會立即降至基線（飛行前）眼壓水平以下[9]。Draeger等[10]也發(fā)現(xiàn)，在D1任務(wù)中的航天員，返回地面后，眼壓下降至基線水平以下。

為了進(jìn)一步研究人體眼壓在失重環(huán)境內(nèi)的變化，研究者采用將頭朝下傾斜的體位變化的方式來模擬太空失重狀態(tài)對體液移動的影響。Draeger等[11]進(jìn)行了D1太空任務(wù)的前期實驗研究，就是通過頭低位傾斜的方式來觀察眼壓的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在頭低位傾斜后，眼壓立即升高，但在1 h后恢復(fù)至正常。Chiquet等[12]使用非接觸式眼壓計對25名健康女性坐位及平躺后的眼壓進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)平躺1 min后眼壓就可快速增加2 mmHg。Mader等[13]發(fā)現(xiàn)，不僅在頭低位傾斜10度后，眼壓會立即升高平均4.8 mmHg，之后會逐漸下降至基線眼壓；還發(fā)現(xiàn)當(dāng)傾斜的體位恢復(fù)正常坐姿時，眼壓會降低至基線眼壓以下約3 mmHg。

下肢靜脈內(nèi)的靜脈泵結(jié)構(gòu)可助血液向心臟回流，而頭部及眼部的靜脈血管內(nèi)無靜脈泵，且無靜脈瓣存在。因此，在剛進(jìn)入微重力環(huán)境時，由于體液失去了地球的回心引力作用，宇航員頭面部血液難以回流，靜脈血管擴張，血液淤積于靜脈血管內(nèi)，導(dǎo)致靜脈血管內(nèi)壓力增加，表層鞏膜靜脈的升高，將導(dǎo)致房水流出受阻，引起眼壓升高[8]。但是，睫狀突產(chǎn)生房水的速率≤3 μl/min，通過這一機制至少需要幾分鐘的時間才能導(dǎo)致測量的眼壓值升高，而頭低體位實驗及微重力環(huán)境下眼壓是呈快速升高的。因此，表層鞏膜靜脈壓的升高并不是引起微重力環(huán)境下眼壓升高的唯一機制。Shinojima等[14]通過對9位10度頭低位傾斜的受試者的眼壓及中心凹下脈絡(luò)膜厚度測量發(fā)現(xiàn)，頭低位傾斜后，頭面部靜脈壓升高，渦靜脈內(nèi)壓力增加，阻止了脈絡(luò)膜毛細(xì)血管內(nèi)血液的流出，導(dǎo)致脈絡(luò)膜血管擴張，血液淤積，脈絡(luò)膜增厚。但由于鞏膜厚韌，增厚的脈絡(luò)膜不能向鞏膜面擴張，反而向柔軟的玻璃體腔方向增壓，導(dǎo)致了眼壓的升高[15]。研究發(fā)現(xiàn)，脈絡(luò)膜血流每增加20 μl，眼壓就可上升20 mmHg[16]?？梢姡谕蝗贿M(jìn)入失重狀態(tài)或頭低體位時，脈絡(luò)膜血流發(fā)生少量的增加，就會導(dǎo)致眼壓的快速升高。而其后出現(xiàn)眼壓下降，甚至在宇航員返回地面后或從頭低位變?yōu)樽蛔藙莺?，眼壓會低于基線水平的機制并無確切的實驗數(shù)據(jù)來說明其機制。但Mader等[17]認(rèn)為，由于脈絡(luò)膜增厚導(dǎo)致的眼壓快速增高，眼內(nèi)壓的自身調(diào)節(jié)機制被激活，眼球可能將通過減少房水的生成來代償增厚的脈絡(luò)膜導(dǎo)致的眼壓的變化，從而引起升高后的眼壓出現(xiàn)下降，以維持眼內(nèi)壓力的穩(wěn)定。而在返回地面后或從頭低體位返回坐位時，由于體液循環(huán)受重力的影響，頭面部靜脈能正常回流至心臟，脈絡(luò)膜血流量減少，脈絡(luò)膜體積減小，而由于眼內(nèi)壓調(diào)節(jié)感受器需要一定的時間才能調(diào)節(jié)房水的生成增加，因此，會首先表現(xiàn)出現(xiàn)眼壓的下降，其后再逐漸回復(fù)至正常。

2 視力及屈光狀態(tài)

雖然早在雙子座-V及VⅡ號飛船內(nèi)對宇航員的視力進(jìn)行檢查時，就發(fā)現(xiàn)其視力無顯著變化[1]。但是，Mader等[2]對7名在太空飛行6個月多的宇航員進(jìn)行驗光，其中有6人近視力減退，有5人出現(xiàn)不同程度（0.5～1.75 D）的遠(yuǎn)視漂移，這5個人眼眶核磁共振（MRI）均顯示眼球后部輪廓扁平樣改變，其中1人飛行后的屈光度改變長達(dá)5年。同時對近300名宇航員進(jìn)行問卷調(diào)查，結(jié)果顯示23%的短期失重和50%的長期失重的宇航員均出現(xiàn)不同程度的近視力下降。雖然這種視力下降是可逆的，或者通過矯正視力可以達(dá)到20/20，但部分宇航員這種屈光狀態(tài)改變或可持續(xù)數(shù)年[2,18]。Peters等[19]在觀察了14名長時間（約6個月）太空飛行的宇航員后，發(fā)現(xiàn)他們回歸地面生活第1 d視力平均下降為0.75，但在1 w內(nèi)，視力會逐漸提高。同樣的，通過體位改變模擬微重力環(huán)境的影響，發(fā)現(xiàn)頭低位臥床可引起近視力下降[20-21]。

通常情況下，0.33 mm的眼軸變化可以引起1 D的屈光狀態(tài)的改變。正常人眼軸長度與脈絡(luò)膜厚度的日變化呈負(fù)相關(guān)性[15]?？梢?，脈絡(luò)膜厚度的微小增加，就可導(dǎo)致眼軸長度的微小變化，而這種微小變化卻可引起明顯的屈光度的改變。在失重狀態(tài)下或頭低體位傾斜時，由于瞬時體液流動的再分配，頭面部血流靜脈壓升高，鞏膜靜脈壓升高、脈絡(luò)膜血流增多，脈絡(luò)膜增厚，導(dǎo)致黃斑到角膜的距離變短，進(jìn)而引起了屈光狀態(tài)的改變及近視力的下降[2,22]。Ansari等[23]在KC-135拋物線飛行實驗中發(fā)現(xiàn)，在模擬的微重力環(huán)境下，脈絡(luò)膜血流量增加了75%，而脈絡(luò)膜體積增大了100%。在微重力環(huán)境下，顱內(nèi)壓升高，蛛網(wǎng)膜下腔積液引起視乳頭水腫，且推擠眼球后部向前，導(dǎo)致眼球后極部出現(xiàn)的扁平樣形變（通過對宇航員進(jìn)行眼眶MRI檢查發(fā)現(xiàn)）[24-25]，眼軸變短，出現(xiàn)遠(yuǎn)視漂移，近視力下降。正常人眼的屈光狀態(tài)主要影響因素有角膜曲率、晶狀體和眼軸長度。而宇航員在太空環(huán)境內(nèi)，除微重力環(huán)境影響眼軸長度外，晶狀體及角膜等眼部組織還能受輻射、磁場、內(nèi)分泌代謝變化等因素的影響而發(fā)生改變[25-28]，這些都可能對眼部的屈光及視力狀態(tài)產(chǎn)生影響。

3 結(jié)語

雖然探索太空環(huán)境對人眼的生理病理影響的一系列研究都存在著樣本量小、個體差異大，在太空環(huán)境內(nèi)檢測設(shè)備不齊全、檢測技術(shù)不熟練，干擾因素（個人體質(zhì)，飲食，作息，運動等）控制不理想、以及需對宇航員個人健康資料的保密而大多研究均以合并數(shù)據(jù)進(jìn)行報道等缺點，但通過對微重力環(huán)境下宇航員眼部乃至全身生理病理的影響的探索，不僅能為宇航員未來的太空工作生活產(chǎn)生指導(dǎo)和幫助，同時能使人們更好地了解人體器官的功能以及生理病理的過程，從而指導(dǎo)疾病的治療。