宇航员视力损害 到底谁是元凶呢

暴露于无重力或微小重力环境下，可引起人体诸多生理及病理学改变。比如41.7%的宇航员历经长期任务重返地球后会发生视力和眼球解剖特征改变，这种改变被称作视觉改变及颅内压综合征（visualimpairmentandintracranialpressuresyndrome,VIIP）。VIIP的眼部解剖学改变包括脉络膜皱褶、视盘水肿、视神经鞘扩张，视神经扭转（这些表现与特发性颅内压增高IIH非常相似）。这些改变中有些即使在宇航员返回地球后也无法复原。关于VIIP的成因，目前认为是由于宇航员在宇宙空间内颅内压升高造成。

在眼科领域，颅内压变化对青光眼视神经损伤的作用已经被认可，但目前尚无明确实验研究说明其生物力学组织重建过程，因此一组来自美国的科学家最近研究了不同脑脊液压力环境下筛板、前部视神经、筛板前神经组织的生物力学环境变化，来探讨脑脊液压力对青光眼视神经损害的影响。

该研究运用有限元计算机模拟系统纠正个体间差异，使用机械应变计或标准化形变来测量视乳头、筛板等组织的细胞变化，计算其应变量。同时测量眼内压、脑脊液压力及中心视网膜动脉平均压力（meanarterialpressure,MAP），通过“拉丁超立方体抽样法”（译者注：一种抽样方法，假设我们要在n维向量空间里抽取m个样本。拉丁超立方体抽样的步骤是：（1）将每一维分成互不重迭的m个区间，使得每个区间有相同的概率。（2）在每一维里的每一个区间中随机的抽取一个点；（3）再从每一维里随机抽出（2）中选取的点，将它们组成向量），来平衡个体差异，估测视乳头周围生物动力学环境。）

在颅内压测量方面，该研究建立了纳入硬脑膜、软脑膜、视神经周围巩膜、中央视网膜动脉及筛板对于脑脊液压力测量影响的三维几何模型，来建立有限元网格，用来计算某一种客观压力在此几何模型内对于视乳头的压力影响。

该研究共考虑了三种压力：眼内压、颅内压及平均动脉压，每种压力均在三种条件下测量：直立位、仰卧位、无重力状态。眼压用压平法测量；直立位平均动脉压取“空间内”站立位动脉收缩压及舒张压（由NASA约翰逊航天中心提供）平均值计算，而直立位眼部动脉压为平均动脉压的2/3。仰卧位及失重状态下，眼动脉与前臂动脉间不存在净水压差，因此仰卧位及失重状态直接取收缩压及舒张压平均值作为眼部平均动脉压；无重力状态中升高的脑脊液压力通过测量罹患VIIP综合征的的返回地球的宇航员及头向下位倾斜实验所取得的数据获得。

实验将视神经的生物力学性质及筛板的复杂结构根据其复杂性、已有信息、计算机模拟成本及真实度简化为可操作的生物力学模型，将后巩膜、乳头旁巩膜、视神经孔、硬脑膜、软脑膜根据前人建立的“各向异性超弹性本构模型”（译者注：一种常用于生物组织特性研究的力学模型）构建。

最终形成的力学模型包含描述组织力学特性的三项系数：一项描述基质硬度（c1），两项描述胶原纤维硬度（c3，c4），一项描述体积模量（k，译者著：一种反应材料“弹性”，即体应变与平均应力关系的物理量），该研究假设组织均不可压缩，因此体积模量k=100MPa，其余系数（即巩膜、筛板及视神经组织的c1，c3，c4）均采用前人文献中的测量结果（部分结果来自于动物）。

研究测量在筛板前视神经组织、筛板、筛板后视神经在不同脑脊液压力下拉伸及压缩的峰值计算应变量（PeakStrain）。

在设定脑脊液压力分别为0，10，20mmHg时，在眼压及MAP设定不变的情况下，研究观察到球后视神经随脑脊液压力升高的应变量增加，而筛板及筛板前视神经的应变量减少，应变峰值作用范围如图1所示。

图1计算脑脊液压力在0-20mmHg时的视乳头组织第一及第三理论应变量（即拉伸及压缩），除脑脊液外，其它变量均带入基线值，眼压设定为15mmHg。红色代表组织伸展（拉伸），蓝色代表组织压缩。研究观察到随脑脊液压力升高筛板后视神经前部应变量增加。该区域内各结构如图（左上）所示。

关于应变量的敏感性分析发现，视乳头应变量与多项变量及系数相关，其中，眼压、脑脊液压力、视神经及筛板硬度的累积影响因子最高，距离视神经越近，巩膜纤维硬度对于视神经的峰值应变量影响越大。

研究通过拉丁超立方抽样及偏等级相关系数（PRCC）建立组织拉伸与压缩峰值应变量的累积分布函数，来描述某一人群的峰值应变量分布。研究发现，随脑脊液压力增强，视乳头峰值应变量亦在增加，脑脊液压力条件变化造成的效果是显著的，且P＜0.001。配对检验表明，除直立vs仰卧位筛板后视神经应变量，仰卧vs升高后筛板前视神经组织应变量外，其余配对组合均有显著差异。但研究者们认为，在该研究所设立的假设及模型下，即使在脑脊液压力升高组，亦不会出现对筛板前视神经组织及筛板产生“极端应变量”的现象，但对筛板后视神经组织，则约47%的脑脊液压力升高组个体可能感受到“极端应变量”（这个数字与开篇提到的宇航员VIIP患病率相近，但有可能只是缘分）。

在对模型的分析中发现，除脑脊液压力外，基质及纤维的较弱硬度及较低的平均动脉压，是某些条件下产生极端应变量重要条件。

该研究说明了脑脊液压力升高对筛板后视神经应变量会产生显著影响，而脑脊液压力升高并不仅仅出现在触不可及的宇宙空间中，因此在良性颅内压升高、正常眼压型青光眼及视乳头水肿个体中，这种现象亦值得关注。