要点
问题视神经头和视网膜形态学变化如何在航天和短暂的飞行期间暴露于下半身负压(LBNP) ?
发现14在这个队列研究航天船员,neuroretinal rim和视神经盘旁视网膜厚度增加,视杯体积和黄斑厚度减少,布鲁赫膜孔后方与航天。10 - 20分钟的曝光期间LBNP航天与眼部结构的变化无关。
意义这些发现表明,视神经盘旁和黄斑视网膜厚度可能会以不同的方式影响航天,不迅速应对急性流体转变与LBNP逆转;长期持续暴露于对策可能需要缓解的影响spaceflight-associated neuro-ocular综合症。
重要性对策,扭转溯源流体转变在失重经历有可能减轻spaceflight-associated neuro-ocular综合症。这项研究调查了是否使用对策下半身负压在航天与眼部结构的变化。
客观的是否改变视网膜视神经头,可以减轻在航天短暂的飞行25毫米汞柱的应用下肢负压。
设计,设定和参与者国家航空和宇宙航行局的“流体变化研究,”一个前瞻性群组研究中,光学相干断层扫描的视神经头部和黄斑前从美国和国际船员获得飞行,飞行,180天之后返回地球。动态扫描得到正常的失重条件下和10到20分钟后下肢负压暴露。起飞前的坐着和通数据收集,仰卧位,头倾斜姿势。船员完成6 - 12个月发生在国际空间站的任务。从2016年到2021年的数据进行了分析。
干预或曝光航天和下肢负压。
主要结果和措施最低轮辋宽度的变化,视杯体积,布鲁赫膜孔高度,视神经盘旁视网膜厚度,和黄斑厚度。
结果意味着(SD)飞行时间为14名船员(意思是(SD)年龄、45[6]年;11男性船员[79%])是214(72)天。眼部改变飞行150天,比起飞前的坐着,包括增加最低轮辋宽度(33.8μm;95%置信区间,27.9 - -39.7μm;P<措施),减少杯体积(0.038毫米3;95%置信区间,0.030 - -0.046毫米3;P<措施),布鲁赫膜打开后位移(−9.0μm;95%可信区间,15.7−−2.2μm;P= .009)和黄斑厚度下降(中央500μm, 5.1μm;95%置信区间,3.5 - -6.8μm;P<措施)。短暂暴露于下肢负压并不影响这些参数。
结论和意义这个队列研究的结果表明,视神经盘旁组织增厚,罩杯体积减少,轻度中央黄斑萎缩与长时间的太空飞行。急性暴露在25毫米汞柱下半身负压或视网膜形态没有改变视神经头,表明流体转变的长时间逆转可能需要减轻spaceflight-induced变化和/或其他因素。
大约三分之二的船员在长时间的国际空间站任务开发spaceflight-associated neuro-ocular综合症(SANS)。1,2这种情况有着重要的意义,可以让未来的太空旅行,当任务持续时间预计将增加和慢性视神经盘水肿(ODE),没有发现一个特点,可能会导致不可逆转的视力丧失。
虽然SANS的病因并不完善,长期向头部地流体转变发生在失重状态被认为是主要的启动因素。尽管与特发性颅内高血压(IIH)重叠的迹象,最近的研究表明,颅内压(ICP)不是病理上高架在失重而可能略低于地球上经历过在一个仰卧的姿势。3在地球上,人类大约有三分之二的时间是在一个直立的姿势,静水压力梯度的流体footward转变。无法在航天“站起来”,提出了流体远离头部转向导致平均24小时ICP值大于习惯性地经历了在地球上,这可能导致颂歌的发展。4
下半身负压(LBNP)是一种潜在的无对策,旨在扭转溯源流体转变,重新分配流体从上身到腿和腹部。研究地球上,使用头倾斜(热变形)或仰卧的姿势来模拟航天发现LBNP减少了溯源流体转变,就是明证显著减少侵入性和非侵入性ICP的替代措施。5- - - - - -9入侵ICP措施没有被报道在航天;然而,调查视神经头的变化(“)和视网膜形态学可以提供关于病理生理学SANS的颂歌,以及流体的相对变化变化在正常LBNP期间失重条件和应用程序。
本研究的目的是确定在急性fluid-shift眼部形态变化在航天和与飞行LBNP逆转。尽管在“组织厚度的变化被描述在长时间的太空飞行,1,10- - - - - -12动态变化的视杯大小,“前后位置,黄斑厚度尚未建立。我们假设spaceflight-induced慢性溯源流体转变导致结构性变化在“但不是黄斑,急性的应用LBNP部分逆转这些结构性变化。
船员,包括宇航员和航天员,长时间的国际空间站任务在完成国家航空和宇宙航行局(NASA)的“流体变化的研究。“六个人有飞行经验。额外的细节和结果变量队列已报告。13- - - - - -15这项研究是由美国宇航局约翰逊航天中心的机构审查委员会批准和人类研究多边审查委员会,并遵守赫尔辛基宣言的原则。通知书面同意从所有船员,船员没有提供补偿或参与的动机。参与者注册是开放给所有船员来自NASA,欧洲航天局,日本宇宙航空研究开发机构,加拿大航天局和俄罗斯宇航局。我们不能报告种族和民族的参与者由于保密问题。
本研究遵循加强流行病学观察研究(的报告选通脉冲(eAppendix)报告指导方针补充)。
起飞前的和通光学相干断层扫描(OCT)在心血管和视觉表现在美国宇航局的约翰逊航天中心实验室。在太空飞行,扫描获得正常的失重条件下和大约10到20分钟的会话25毫米汞柱与俄罗斯Chibis-M LBNP应用系统16大约飞行一天50和FD150 (FD)。LBNP大小和持续时间的选择由于后勤约束和最大化潜在的刺激,同时限制晕厥的可能性。大约四个船员也成像FD250(范围223 - 293天)。通扫描是大约10天(范围,8日至13日天;返回地球[R] + 10),大约30天(范围、27-50天;R + 30),大约180天(范围167 - 216天;R + 180)后返回地球。起飞前的和R + 10次点,参与者被成像在坐着,仰卧位,15°热变形的姿势在每个位置休息了大约10到15分钟。
海德堡的Spectralis OCT1和OCT2系统(工程)被用来获取每个参与者左眼的图像,包括24-line(20°)径向扫描集中在“和12行的(20°)径向扫描写得如寓言一般集中在黄斑(图1)。AutoRescan特性一致的预飞坐在基线扫描所有图像。所有扫描检查2的读者一个水池3读者(包括C.R.F.和L.P.P.)修正分割错误和手动选择布鲁赫膜(蒙特利尔银行)。数据导出,并使用MATLAB进行计算(MathWorks)。每个测量代表的均值2读者的结果。
neuroretinal rim最低轮辋宽度(股价),每个BMO指向内部的最小距离限制膜(ILM),是蒙特利尔银行点之间的区域限制。前后蒙特利尔银行的位置(蒙特利尔银行高度)量化为每个蒙特利尔银行的最小距离点到4毫米线集中在“BM参考。10一条直线平行和200 -μm前参考线连接定义的蒙特利尔银行分前视杯的边界;罩杯体积被量化为该地区包含在这个边界和ILM,在三维空间中B-scans之间的线性插值。视神经盘旁视网膜厚度(泰爱泰党)计算总4环形区域:蒙特利尔银行250μm (TRT250), 250年到500年μm (TRT500), 500年到1000年μm (TRT1000),和1000年到1500年μm (TRT1500) (图1 a -B)。1,10黄斑厚度(MT)量化500μm半径内凹(MT500),从500年到1500年在环形扩展μm (MT1500)和1500年到2500年μm (MT2500) (图1 c -D)。
统计分析使用占据软件,版本17.0 (StataCorp),重点是描述观察到的影响与建模方法和CIs的95%。统计上显著的差异决定反对2-tailed零假设的差异与α= . 05。所有模型假设之前评估报告的影响,导致一些过度影响消除观测在必要时以满足模型需求。虽然有一些缺失的数据,完整信息最大似然(FIML)混合建模最大化数量的观察告诉每个模型l万博manbetx平台首页istwise消除和减少偏见。
每个不断扩展的结果提交给单独的统计先验固定后果参数混合模型。所有的模型包括随机截距,以适应参与者和FIML估计使用内嵌套的观察分析与n variance-based自由度的调整。纵向变化结果收集飞行和通相对于起飞前的评估(坐的位置)。另一组模型解决的潜在影响LBNP眼部结构通过比较观测收集有和没有LBNP在时间点;比较也没有LBNP飞行时间点之间。最后,评估模型姿态的影响,包括航天完全factorialized系数的姿势(仰卧位,热变形,相对坐着),天(预飞vs通),posture-by-day简单交互作用(相对于起飞前的坐着)。从2016年到2021年的数据进行了分析。
总共14美国和国际船员(意思是(SD)年龄、45[6]年;11名男性参与者(79%);3女性参与者[21%])包括在这项研究。意思是(SD)飞行时间214(72)天。颂歌,定义为增加TRT250μm超过19.4,17发生在14 4 FD50参与者(29%)和13 9 FD150参与者(69%)。然而,只有一个参与者发达Frisen 1级水肿,18由美国宇航局飞行医学诊所。意味着所有参数的值之前、期间和之后航天中列出表(具体PeTable 1的值补充)。
“航天发生的最大影响。股价增长了20.6μm (95% CI, 15.0 - -26.3μm;P<μm FD50措施)和33.8 (95% CI, 27.9 - -39.7μm;PFD150 <措施)(图2A)。这些变化都伴随着相应的减少杯体积的0.028毫米3(95% CI, 0.020 - -0.036毫米3;P<措施)FD50和0.038毫米3(95% CI, 0.030 - -0.046毫米3;PFD150 <措施)(图2B)。个人开发的1级水肿没有可量化的视杯在任何时间点和被排除在罩杯体积分析。返回地球后,股价的变化和罩杯体积持续通过R + 30(股价:7.9;95%置信区间,2.2 - -13.7μm;P= .007;罩杯体积:−0.017毫米3;95%可信区间,0.025−−0.009毫米3;P<措施);然而,通过R + 180,测量不同于基线。蒙特利尔银行高度往往低于基线FD50(即转移后方),但无统计学意义。然而,蒙特利尔银行高度显著降低FD150(−9.0μm;95%可信区间,15.7−−2.2μm;P= .009)(图2C)。1级水肿的参与者表现出最大的蒙特利尔银行高度(−53.3μm)的变化。
视神经盘旁泰爱泰党遵循类似的模式作为股价,尽管变化的大小与距离更小,减少“(图3)。FD50、TRT250和TRT500增加了12.0μm (95% CI, 7.6 - -16.4μm;P<μm措施)和6.2 (95% CI, 3.5 - -9.0μm;P分别<措施)。由FD150 TRT1000也增加;变化如下:TRT250μm 23.1 (95% CI, 18.6 - -27.6μm;P<措施);TRT500μm 12.3 (95% CI, 9.4 - -15.1μm;P<措施);和TRT1000μm 2.0 (95% CI, 0.3 - -3.7μm;P= .02点)。TRT1000恢复了R + 10,而改变TRT250和TRT500坚持通过R + 30 (TRT250: 7.3μm;95%置信区间,2.8 - -11.7μm;P= .002;TRT500: 4.4μm;95%置信区间,1.6 - -7.2μm;PR + 180 = .002),但恢复。尽管在航天TRT1500没有变化,TRT1000和TRT1500值略小于R + 180起飞前的值,减少2.0μm (95% CI, 0.3 - -3.6μm;P= .02点)和1.9μm (95% CI, 0.5 - -3.3μm;P分别= .007)。
与“泰爱泰党相邻的增加,中央太在航天有所下降。MT500下降了3.7μm (95% CI, 2.1 - -5.3μm;P<μm FD50措施)和5.1 (95% CI, 3.5 - -6.8μm;PFD150 <措施)(图4)。薄的大小与中央窝的距离减少;MT1500下降了2.6μm (95% CI, 1.2 - -3.0μm;P< FD50措施)和3.6μm (95% CI, 2.2 - -5.0μm;PFD150 <措施)(图4B),期间或之后没有改变MT2500航天(图4C)。MT1500恢复了R + 30,而MT500才恢复R + 180。
眼部结构变化不确定期间LBNP (eTables 2和3补充)。值之间的正常的失重条件下不同FD50 FD150股价,杯体积,TRT250, TRT500 TRT1000, MT500(股价:12.2μm;95%置信区间,7.2 - -17.2μm;P<措施;罩杯体积:−0.010毫米3;95%可信区间,0.006−−0.014毫米3;P<措施;TRT250: 11.3μm;95%置信区间,7.9 - -14.8μm;P<措施;TRT500: 5.9μm;95%置信区间,3.0 - -8.7μm,P<措施;TRT1000: 1.5μm;95%置信区间,0.1 - -2.9μm;P= .04点;MT500:−1.5μm;95%可信区间,0.0 - 3.0−μm;P= .046),这表明颂歌和中央黄斑稀疏的大小与飞行时间的增加有关。虽然后蒙特利尔银行FD150位移才重要,没有差别在蒙特利尔银行高度FD50和FD150之间。
急性姿态变化对地球的影响研究提供上下文措施LBNP时获得的。仰卧位和15°热变形体位导致溯源流体变化类似于超过航天,分别。14没有明显posture-by-day交互的任何参数。股价和TRT250是唯一参数来演示一个简单的姿势,主要影响股价是4.1μm在热变形大于当坐在(95% CI, 1.1 - -7.1μm;P2.5 = .007)和TRT250μm薄仰卧位时坐在(95% CI, 0.1 - -4.9μm;P= .04点)(eTable 4补充)。
尽管视神经盘旁组织厚度的增加和减少视杯大小,发生在长时间的太空飞行是一致的颂歌,后蒙特利尔银行位移和可逆的黄斑萎缩中观察到这个队列研究表明无差异和颅内高压症。动态流体转变逆转通过10到20分钟的25毫米汞柱LBNP不逆转眼部结构变化与航天有关,可能是因为长时间的暴露是必需的和/或其他机制。
股价的上涨(33.8μm),泰爱泰党(23.1μm)本研究观察到在FD150相似程度堪比先前描述的11名宇航员完成6个月任务,1视神经盘旁视网膜增厚,两项研究表明,增加的大小和扩展径向与飞行时间。此外,股价和泰爱泰党之间的“恢复测量接近R + 30和R + 180,类似于以前的复苏在R + 90的报告。1之间的比较结果的研究强调了轻度水肿的性质在大约6个月的太空飞行。个人发展Frisen 1级颂歌是唯一的参与者与一个不存在的预飞视杯。未来的研究将确定拥挤的“形态与颂歌在航天领域的发展。
颂歌无假设导致的慢性溯源流体转变发生在失重状态。抛物线飞行现有证据表明,ICP在急性失重不是病理水平升高(即> 25厘米H2O)19,20.但略低于地球上,在仰卧的姿势。3然而,它是未知的,如果ICP测定在短暂的失重个人曾收到了中枢神经系统治疗血液恶性肿瘤的化疗3反映了ICP水平在长时间的太空飞行。缺乏昼夜变化的影响在ICP颂歌的发展也是未知的。可能是一种慢性、不懈ICP升高,不管大小,可能足以持续减少translaminar压差(TLPD,眼内压(IOP)−ICP)和破坏轴浆流,导致轴突肿胀和颂歌,表现为“组织厚度的增加和减少杯体积。
观察到后蒙特利尔银行减少TLPD位移不一致。颅内高压症患者经常表现出前蒙特利尔银行位移,被认为是一个机械变形引起的ICP升高“施加一个力21- - - - - -23;因此,我们假设任何持续的ICP刺激后杆在航天也会导致前蒙特利尔银行位移。相反,蒙特利尔银行高度由9.0−μm后方流离失所,类似于之前的研究,测量了蒙特利尔银行高度约1周内通(−9.9μm),10和个人1级颂歌演示后位移最大。ICP相对减少或增加眼内压,将符合后蒙特利尔银行位移。IOP只增加了约1毫米汞柱在航天在目前的参与者,13表明ICP需要仍然很低或减少在航天如果这些位移的唯一因素。颅内高压症并无显著区别,后者通常与脉络膜的礼物增厚。1,13脉络膜厚度的增加可以在前面取代大英博物馆用来计算蒙特利尔银行参考高度,导致明显的相对位移后的蒙特利尔银行。虽然使用脉络/巩膜参考可以规避这个问题,巩膜也不是一个静止的地标,作为全球“常见于无压扁。1,2,24进一步的工作需要更好地理解因素影响蒙特利尔银行的位置在航天和描述视神经盘旁形状变形差异无和颅内高压症。虽然在板的位置变化cribrosa可以提供关于TLPD变化,层流的位置不是在本研究评估由于不可靠的可见性。
我们假设spaceflight-induced视网膜厚度的变化将是孤立的视神经盘旁地区。虽然没有检测到过去TRT1000视网膜增厚,视网膜变薄发生在中央黄斑。温和的下降太(大约5μm)是一致的时间点,超过平均posture-induced变化,回到太空飞行后起飞前的水平。这稀释可能不能归咎于视网膜神经节细胞或轴突,稀疏恢复返回地球后,是最大的在窝内视网膜结构横向流离失所。25视网膜中心凹解剖差异可能使它特别容易受到机械变形。例如,视网膜中央凹无血管区(约200 - 1100μm直径)26假设是可变形多视网膜血管区域,因此更容易受到眼压的影响。27,28此外,孔穴不包含棒,星形胶质细胞、小胶质细胞,25这可能会影响组织的性质。Muller细胞中央窝也胶质原纤维酸性蛋白表达增加,这可能表明机械应力的敏感性。25有可能是慢性,虽然轻微,13眼内压增加,发生在航天施加压缩力在黄斑,白内障手术后已经观察到。29日脉络膜恶性增厚spaceflight-induced报告队列13也可能造成黄斑的反对压缩力。
短暂的应用25毫米汞柱LBNP时航天颈内静脉压力和降低IOP在目前的参与者,13,14表明,负压的大小足以扭转头和眼睛的流体转变。然而,这种LBNP接触并不影响脉络膜厚度13并没有显著改变“或视网膜形态呈现在这里。同样,地球上的一项研究认为短暂LBNP应用程序没有反向温和脉络膜的增厚在仰卧的姿势。5据我们所知,协会与“形态LBNP此前还没有研究。鉴于大约10到15分钟的接触15°热变形没有影响,缺乏应对类似LBNP在太空飞行持续时间可能暴露时间不足的结果而不是流体变化的大小。证据表明,股价的变化和泰爱泰党在应对压力和姿态出现在小时的变化30.,31日表明它可能长期持续LBNP应用反向spaceflight-induced眼部变化。
有一些研究的局限性。鉴于crew-scheduling约束,获得10月扫描没有和LBNP当天和测试参与者在同一时间是不可能的。然而,正在努力最小化之间的天飞行条件下,和所有测试发生在第一天的一半。这项研究也有一个有限的样本大小和没有对照组,没有暴露在太空飞行,是常见的航天研究。因此,为航天因果关系不能被证实。
视神经盘旁泰爱泰党增加和减少视杯大小观察队列研究符合轻度的颂歌。然而,飞行后“中央黄斑表明位移和稀疏的ICP无法解释的眼部表现与长时间的太空飞行。短暂飞行25毫米汞柱的应用LBNP并未影响“或视网膜形态,表明长期持续暴露在溯源流体转变对策可能需要防止或逆转眼部变化与航天有关,或者其他因素导致无。
更正:本文修正2022年8月11日,修复数据点在图2 c。
发表:2022年4月24日。
网上发表:2022年6月16日。doi:10.1001 / jamaophthalmol.2022.1946
通讯作者:劳拉·p·原谅,OD博士,溴化钾,2400年NASA Pkwy,休斯顿,德克萨斯州77058 (laura.p.pardon@nasa.gov)。
作者的贡献:Drs赦免和劳里完全访问所有的数据研究,负责数据的完整性和数据分析的准确性。
概念和设计:Macias Ploutz-Snyder,艾伯特,劳里轮。
数据的采集、分析或解释:原谅,Macias,弗格森,格林沃尔德、Ploutz-Snyder Alferova,艾伯特,Dulchavsky,劳里轮。
起草的手稿:对不起,Macias,弗格森,Alferova。
关键的修订手稿的重要知识内容:原谅,Macias,弗格森,Greenwald Ploutz-Snyder,艾伯特,Dulchavsky,劳里轮。
统计分析:Ploutz-Snyder Alferova。
获得资助:Macias,艾伯特,Dulchavsky轮。
行政、技术或材料支持:Macias,罗力。
监督:Macias轮,罗力。
利益冲突的披露:Drs Macias,艾伯特和轮报道接受资助的国家航空和宇宙航行局的行为研究。博士Hargens报道收到加州大学圣地亚哥和赠款资助支持自有下半身负压的调查在进行深太空任务的研究。没有其他信息披露报告。
资金/支持:这项研究是由人类研究项目拨款NNJ11ZSA002NA(轮)博士,NNX13AK30G (Dulchavsky博士),和NNX13AJ12G (Hargens博士)国家航空和宇宙航行局。
资助者的角色/赞助商:资助者没有参与这项研究的设计和实施;的收集、管理、分析和解释数据;准备、审查或批准的手稿;并决定提交出版的手稿。
额外的贡献:我们感谢船员参与流体变化研究中,心血管和视觉实验室的成员与光学相干断层分割他们的援助和技术支持,和研究操作和集成元素国家航空和宇宙航行局的人类研究项目和我们的国际伙伴。还没有收到任何经济补偿的贡献。