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宇航員視力損害,誰是元兇?

2018-07-18 來源:協(xié)和眼科資訊  標(biāo)簽: 掌上醫(yī)生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護(hù)膚
摘要:暴露于無重力或微小重力環(huán)境下,可引起人體諸多生理及病理學(xué)改變。比如41.7%的宇航員歷經(jīng)長(zhǎng)期任務(wù)重返地球后會(huì)發(fā)生視力和眼球解剖特征改變,這種改變被稱作視覺改變及顱內(nèi)壓綜合征(visualimpairmentandintracranialpressuresyndrome,VIIP)。

 暴露于無重力或微小重力環(huán)境下,可引起人體諸多生理及病理學(xué)改變。比如41.7%的宇航員歷經(jīng)長(zhǎng)期任務(wù)重返地球后會(huì)發(fā)生視力和眼球解剖特征改變,這種改變被稱作視覺改變及顱內(nèi)壓綜合征(visualimpairmentandintracranialpressuresyndrome,VIIP)。VIIP的眼部解剖學(xué)改變包括脈絡(luò)膜皺褶、視盤水腫、視神經(jīng)鞘擴(kuò)張,視神經(jīng)扭轉(zhuǎn)(這些表現(xiàn)與特發(fā)性顱內(nèi)壓增高IIH非常相似)。這些改變中有些即使在宇航員返回地球后也無法復(fù)原。關(guān)于VIIP的成因,目前認(rèn)為是由于宇航員在宇宙空間內(nèi)顱內(nèi)壓升高造成。

 
在眼科領(lǐng)域,顱內(nèi)壓變化對(duì)青光眼視神經(jīng)損傷的作用已經(jīng)被認(rèn)可,但目前尚無明確實(shí)驗(yàn)研究說明其生物力學(xué)組織重建過程,因此一組來自美國(guó)的科學(xué)家最近研究了不同腦脊液壓力環(huán)境下篩板、前部視神經(jīng)、篩板前神經(jīng)組織的生物力學(xué)環(huán)境變化,來探討腦脊液壓力對(duì)青光眼視神經(jīng)損害的影響。
 
該研究運(yùn)用有限元計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)糾正個(gè)體間差異,使用機(jī)械應(yīng)變計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)化形變來測(cè)量視乳頭、篩板等組織的細(xì)胞變化,計(jì)算其應(yīng)變量。同時(shí)測(cè)量眼內(nèi)壓、腦脊液壓力及中心視網(wǎng)膜動(dòng)脈平均壓力(meanarterialpressure,MAP),通過“拉丁超立方體抽樣法”(譯者注:一種抽樣方法,假設(shè)我們要在n維向量空間里抽取m個(gè)樣本。拉丁超立方體抽樣的步驟是:(1)將每一維分成互不重迭的m個(gè)區(qū)間,使得每個(gè)區(qū)間有相同的概率。(2)在每一維里的每一個(gè)區(qū)間中隨機(jī)的抽取一個(gè)點(diǎn);(3)再?gòu)拿恳痪S里隨機(jī)抽出(2)中選取的點(diǎn),將它們組成向量),來平衡個(gè)體差異,估測(cè)視乳頭周圍生物動(dòng)力學(xué)環(huán)境。)
 
在顱內(nèi)壓測(cè)量方面,該研究建立了納入硬腦膜、軟腦膜、視神經(jīng)周圍鞏膜、中央視網(wǎng)膜動(dòng)脈及篩板對(duì)于腦脊液壓力測(cè)量影響的三維幾何模型,來建立有限元網(wǎng)格,用來計(jì)算某一種客觀壓力在此幾何模型內(nèi)對(duì)于視乳頭的壓力影響。
 
該研究共考慮了三種壓力:眼內(nèi)壓、顱內(nèi)壓及平均動(dòng)脈壓,每種壓力均在三種條件下測(cè)量:直立位、仰臥位、無重力狀態(tài)。眼壓用壓平法測(cè)量;直立位平均動(dòng)脈壓取“空間內(nèi)”站立位動(dòng)脈收縮壓及舒張壓(由NASA約翰遜航天中心提供)平均值計(jì)算,而直立位眼部動(dòng)脈壓為平均動(dòng)脈壓的2/3。仰臥位及失重狀態(tài)下,眼動(dòng)脈與前臂動(dòng)脈間不存在凈水壓差,因此仰臥位及失重狀態(tài)直接取收縮壓及舒張壓平均值作為眼部平均動(dòng)脈壓;無重力狀態(tài)中升高的腦脊液壓力通過測(cè)量罹患VIIP綜合征的的返回地球的宇航員及頭向下位傾斜實(shí)驗(yàn)所取得的數(shù)據(jù)獲得。
 
實(shí)驗(yàn)將視神經(jīng)的生物力學(xué)性質(zhì)及篩板的復(fù)雜結(jié)構(gòu)根據(jù)其復(fù)雜性、已有信息、計(jì)算機(jī)模擬成本及真實(shí)度簡(jiǎn)化為可操作的生物力學(xué)模型,將后鞏膜、乳頭旁鞏膜、視神經(jīng)孔、硬腦膜、軟腦膜根據(jù)前人建立的“各向異性超彈性本構(gòu)模型”(譯者注:一種常用于生物組織特性研究的力學(xué)模型)構(gòu)建。
 
最終形成的力學(xué)模型包含描述組織力學(xué)特性的三項(xiàng)系數(shù):一項(xiàng)描述基質(zhì)硬度(c1),兩項(xiàng)描述膠原纖維硬度(c3,c4),一項(xiàng)描述體積模量(k,譯者著:一種反應(yīng)材料“彈性”,即體應(yīng)變與平均應(yīng)力關(guān)系的物理量),該研究假設(shè)組織均不可壓縮,因此體積模量k=100MPa,其余系數(shù)(即鞏膜、篩板及視神經(jīng)組織的c1,c3,c4)均采用前人文獻(xiàn)中的測(cè)量結(jié)果(部分結(jié)果來自于動(dòng)物)。
 
研究測(cè)量在篩板前視神經(jīng)組織、篩板、篩板后視神經(jīng)在不同腦脊液壓力下拉伸及壓縮的峰值計(jì)算應(yīng)變量(PeakStrain)。
 
在設(shè)定腦脊液壓力分別為0,10,20mmHg時(shí),在眼壓及MAP設(shè)定不變的情況下,研究觀察到球后視神經(jīng)隨腦脊液壓力升高的應(yīng)變量增加,而篩板及篩板前視神經(jīng)的應(yīng)變量減少,應(yīng)變峰值作用范圍如圖1所示。
 
圖1計(jì)算腦脊液壓力在0-20mmHg時(shí)的視乳頭組織第一及第三理論應(yīng)變量(即拉伸及壓縮),除腦脊液外,其它變量均帶入基線值,眼壓設(shè)定為15mmHg。紅色代表組織伸展(拉伸),藍(lán)色代表組織壓縮。研究觀察到隨腦脊液壓力升高篩板后視神經(jīng)前部應(yīng)變量增加。該區(qū)域內(nèi)各結(jié)構(gòu)如圖(左上)所示。
 
關(guān)于應(yīng)變量的敏感性分析發(fā)現(xiàn),視乳頭應(yīng)變量與多項(xiàng)變量及系數(shù)相關(guān),其中,眼壓、腦脊液壓力、視神經(jīng)及篩板硬度的累積影響因子最高,距離視神經(jīng)越近,鞏膜纖維硬度對(duì)于視神經(jīng)的峰值應(yīng)變量影響越大。
 
研究通過拉丁超立方抽樣及偏等級(jí)相關(guān)系數(shù)(PRCC)建立組織拉伸與壓縮峰值應(yīng)變量的累積分布函數(shù),來描述某一人群的峰值應(yīng)變量分布。研究發(fā)現(xiàn),隨腦脊液壓力增強(qiáng),視乳頭峰值應(yīng)變量亦在增加,腦脊液壓力條件變化造成的效果是顯著的,且P<0.001。配對(duì)檢驗(yàn)表明,除直立vs仰臥位篩板后視神經(jīng)應(yīng)變量,仰臥vs升高后篩板前視神經(jīng)組織應(yīng)變量外,其余配對(duì)組合均有顯著差異。但研究者們認(rèn)為,在該研究所設(shè)立的假設(shè)及模型下,即使在腦脊液壓力升高組,亦不會(huì)出現(xiàn)對(duì)篩板前視神經(jīng)組織及篩板產(chǎn)生“極端應(yīng)變量”的現(xiàn)象,但對(duì)篩板后視神經(jīng)組織,則約47%的腦脊液壓力升高組個(gè)體可能感受到“極端應(yīng)變量”(這個(gè)數(shù)字與開篇提到的宇航員VIIP患病率相近,但有可能只是緣分)。
 
在對(duì)模型的分析中發(fā)現(xiàn),除腦脊液壓力外,基質(zhì)及纖維的較弱硬度及較低的平均動(dòng)脈壓,是某些條件下產(chǎn)生極端應(yīng)變量重要條件。
 
該研究說明了腦脊液壓力升高對(duì)篩板后視神經(jīng)應(yīng)變量會(huì)產(chǎn)生顯著影響,而腦脊液壓力升高并不僅僅出現(xiàn)在觸不可及的宇宙空間中,因此在良性顱內(nèi)壓升高、正常眼壓型青光眼及視乳頭水腫個(gè)體中,這種現(xiàn)象亦值得關(guān)注。
 
(本文圖片摘自原文)
 
原文:
 
FiniteElementModelingofFactorsInfluencingOpticNerveHeadDeformationDuetoIntracranialPressure.InvestigativeOphthalmology&VisualScienceApril2016,Vol.57,1901-1911.doi:10.1167/iovs.15-17573
 
短評(píng):
 
這是一篇極其燒腦的文獻(xiàn),非常佩服編譯者選擇這樣的文章。究其大意,就使用一些列的已知或推測(cè)的參數(shù),來模擬不同顱內(nèi)壓的情況下,篩板及周圍組織的應(yīng)變(拉升或壓縮)程度。得出的結(jié)論為,在高顱壓情況下,篩板后的視神經(jīng)的應(yīng)變?cè)黾虞^篩板前的視神經(jīng)顯著,并推測(cè)這種變化可能是引起VIIP的原因。本文的觀點(diǎn)和王寧利教授等提出的跨篩板壓可能與開角型青光眼發(fā)病相關(guān)的理論有異曲同工之妙。不過,本文的局限性頗多,感興趣的同學(xué)可以下載全文看看。
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