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改變。比如41.7%的宇航員歷經(jīng)長期任務重返地球后會發(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的眼部解剖學改變包括脈絡膜皺褶、視盤水腫、視神經(jīng)鞘擴張，視神經(jīng)扭轉（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原。關于VIIP的成因，目前認為是由于宇航員在宇宙空間內(nèi)顱內(nèi)壓升高造成。

在眼科領域，顱內(nèi)壓變化對青光眼視神經(jīng)損傷的作用已經(jīng)被認可，但目前尚無明確實驗研究說明其生物力學組織重建過程，因此一組來自美國的科學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)組織的生物力學環(huán)境變化，來探討腦脊液壓力對青光眼視神經(jīng)損害的影響。

該研究運用有限元計算機模擬系統(tǒng)糾正個體間差異，使用機械應變計或標準化形變來測量視乳頭、篩板等組織的細胞變化，計算其應變量。同時測量眼內(nèi)壓、腦脊液壓力及中心視網(wǎng)膜動脈平均壓力（meanarterialpressure,MAP），通過“拉丁超立方體抽樣法”（譯者注：一種抽樣方法，假設我們要在n維向量空間里抽取m個樣本。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個區(qū)間，使得每個區(qū)間有相同的概率。（2）在每一維里的每一個區(qū)間中隨機的抽取一個點；（3）再從每一維里隨機抽出（2）中選取的點，將它們組成向量），來平衡個體差異，估測視乳頭周圍生物動力學環(huán)境。）

在顱內(nèi)壓測量方面，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)膜動脈及篩板對于腦脊液壓力測量影響的三維幾何模型，來建立有限元網(wǎng)格，用來計算某一種客觀壓力在此幾何模型內(nèi)對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)壓及平均動脈壓，每種壓力均在三種條件下測量：直立位、仰臥位、無重力狀態(tài)。眼壓用壓平法測量；直立位平均動脈壓取“空間內(nèi)”站立位動脈收縮壓及舒張壓（由NASA約翰遜航天中心提供）平均值計算，而直立位眼部動脈壓為平均動脈壓的2/3。仰臥位及失重狀態(tài)下，眼動脈與前臂動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脈壓；無重力狀態(tài)中升高的腦脊液壓力通過測量罹患VIIP綜合征的的返回地球的宇航員及頭向下位傾斜實驗所取得的數(shù)據(jù)獲得。

實驗將視神經(jīng)的生物力學性質及篩板的復雜結構根據(jù)其復雜性、已有信息、計算機模擬成本及真實度簡化為可操作的生物力學模型，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模型”（譯者注：一種常用于生物組織特性研究的力學模型）構建。

最終形成的力學模型包含描述組織力學特性的三項系數(shù)：一項描述基質硬度（c1），兩項描述膠原纖維硬度（c3，c4），一項描述體積模量（k，譯者著：一種反應材料“彈性”，即體應變與平均應力關系的物理量），該研究假設組織均不可壓縮，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）均采用前人文獻中的測量結果（部分結果來自于動物）。

研究測量在篩板前視神經(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算應變量（PeakStrain）。

在設定腦脊液壓力分別為0，10，20mmHg時，在眼壓及MAP設定不變的情況下，研究觀察到球后視神經(jīng)隨腦脊液壓力升高的應變量增加，而篩板及篩板前視神經(jīng)的應變量減少，應變峰值作用范圍如圖1所示。

圖1計算腦脊液壓力在0-20mmHg時的視乳頭組織第一及第三理論應變量（即拉伸及壓縮），除腦脊液外，其它變量均帶入基線值，眼壓設定為15mmHg。紅色代表組織伸展（拉伸），藍色代表組織壓縮。研究觀察到隨腦脊液壓力升高篩板后視神經(jīng)前部應變量增加。該區(qū)域內(nèi)各結構如圖（左上）所示。

關于應變量的敏感性分析發(fā)現(xiàn)，視乳頭應變量與多項變量及系數(shù)相關，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，鞏膜纖維硬度對于視神經(jīng)的峰值應變量影響越大。

研究通過拉丁超立方抽樣及偏等級相關系數(shù)（PRCC）建立組織拉伸與壓縮峰值應變量的累積分布函數(shù)，來描述某一人群的峰值應變量分布。研究發(fā)現(xiàn)，隨腦脊液壓力增強，視乳頭峰值應變量亦在增加，腦脊液壓力條件變化造成的效果是顯著的，且P＜0.001。配對檢驗表明，除直立vs仰臥位篩板后視神經(jīng)應變量，仰臥vs升高后篩板前視神經(jīng)組織應變量外，其余配對組合均有顯著差異。但研究者們認為，在該研究所設立的假設及模型下，即使在腦脊液壓力升高組，亦不會出現(xiàn)對篩板前視神經(jīng)組織及篩板產(chǎn)生“極端應變量”的現(xiàn)象，但對篩板后視神經(jīng)組織，則約47%的腦脊液壓力升高組個體可能感受到“極端應變量”（這個數(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）。

在對模型的分析中發(fā)現(xiàn)，除腦脊液壓力外，基質及纖維的較弱硬度及較低的平均動脈壓，是某些條件下產(chǎn)生極端應變量重要條件。

該研究說明了腦脊液壓力升高對篩板后視神經(jīng)應變量會產(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體中，這種現(xiàn)象亦值得關注。