Изменения зрительного анализатора, происходящие в результате космического полета

Валях М.А.

Клиническая офтальмология

Обзоры

DOI: 10.21689/2311-7729-2019-19-1-27-30

Изменения зрительного анализатора, происходящие в результате космического полета

М.А. Валях12, Н.Г. Баева12

1 ГБУЗ ГКБ № 15 ДЗМ, Москва, Россия

2 ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России, Москва, Россия

РЕЗЮМЕ

В настоящий момент задачами космической медицины являются изучение воздействия космических факторов (микрогравитация, гипогравитация, космическая радиация) на организм человека, а также разработка рекомендаций для повышения работоспособности членов экипажа во время космических экспедиций.

Микрогравитация возникает во время нахождения на большом расстоянии от небесных тел, когда их гравитационное влияние очень мало. Гипогравитация, в свою очередь, является вариантом сниженной гравитации.

За последние несколько лет сотрудниками НАСА неоднократно были зафиксированы изменения со стороны органа зрения у астронавтов после длительных космических экспедиций: отек диска зрительного нерва (ДЗН), уменьшение длины переднезадней оси глазного яблока, изменение скорости кровотока, а также сдвиг рефракции в сторону гиперметропии. Европейскими учеными были получены схожие данные, выявлены ватообразные экссудаты, зарегистрировано выпадение полей зрения. Отечественные ученые сообщают о разной степени отека ДЗН у космонавтов после длительных космических экспедиций.

В статье представлен структурированный обзор результатов исследований как зарубежных, так и отечественных ученых, обследовавших космонавтов во время и после космических экспедиций.

Ключевые слова: микрогравитация, гипогравитация, космический полет, внутриглазное давление, отек диска зрительного нерва, гиперметропия, внутричерепное давление.

Для цитирования: Валях М.А., Баева Н.Г. Изменения зрительного анализатора, происходящие в результате космического полета. РМЖ«Клиническая офтальмология». 2019;19(1):27—30.

Changes in the visual analyzer occurring as a result of space flight

M.A. Valyakh12, N.G. Baeva12

1 City Clinical Hospital No. 15, Moscow, Russian Federation

2 Pirogov Russian National Research Medical University, Moscow, Russian Federation

ABSTRACT

Nowadays, objectives of space medicine are to study the impact of space factors (microgravity, hypogravity, space radiation) on the human body, as well as to develop recommendations for improving the performance of crew members during space expeditions. Microgravity occurs while being at a great distance from celestial bodies when their gravitational influence is very small. And hypogravity, in turn, is a variant of reduced gravity.

Over the past few years, NASA officers have repeatedly recorded changes in the visual organ of astronauts after long space missions, in particular, they manifested an optic nerve swelling, a reduction in the anterior-posterior axial length of the eye, a change in blood flow velocity, and hypermetropia. European scientists obtained similar data. Also, velvet-like exudates were ophthalmoscopically revealed and visual field loss was recorded. National scientists have reported a varying severity of optic nerve swelling in astronauts after long space missions. The article presents a structured review of the results of both foreign and national scientists as a result of astronaut survey during space missions and after their completion.

Keywords: microgravity, hypogravity, space flight, intraocular pressure, optic nerve swelling, hypermetropia, intracranial pressure.

For citation: Valyakh M.A., Baeva N.G. Changes in the visual analyzer occurring as a result of space flight. Russian Journal of Clinical

Ophthalmology. 2019;19(1):27-30.

Введение

В настоящий момент задачами космической медицины являются изучение воздействия космических факторов (микрогравитация, гипогравитация, космическая радиация) на организм человека, а также разработка рекомендаций для повышения работоспособности членов экипажа во время космических экспедиций.

Микрогравитация возникает во время нахождения объекта на большом расстоянии от небесных тел, когда их гра-

витационное влияние на него очень мало (состояние невесомости). В свою очередь, гипогравитация представляет собой вариант пониженной гравитации, схожее состояние встречается при нахождении тела под водой.

За последние несколько лет сотрудниками NASA (National Aeronautics and Space Administration — Национальное управление по воздухоплаванию и исследованию космического пространства, США) неоднократно были зафиксированы изменения со стороны органа

Том 19, №1, 2019

21

Reviews

Russian Journal of Clinical Ophthalmology

зрения у астронавтов после длительных космических экспедиций: отек диска зрительного нерва (ДЗН), уменьшение длины переднезадней оси глазного яблока, изменение скорости кровотока, сдвиг рефракции в сторону гиперме-тропии. Европейскими учеными были получены схожие данные, кроме того, зарегистрированы ватообразные экссудаты на сетчатке, выпадение полей зрения. Отечественные ученые также сообщают о разной степени отека ДЗН у космонавтов после длительных космических экспедиций [1—8].

Изменение уровня внутриглазного давления

Большинство ученых сходятся во мнении, что в условиях микрогравитации происходит подъем внутриглазного давления (ВГД) [9-12].

Первые данные о повышении уровня ВГД во время космических полетов получил Дрегер, использовавший ручной аппланационный тонометр [6, 11]. Было зафиксировано увеличение ВГД на 20-25% в течение первого часа от начала экспедиции.

Исследования во время орбитального полета с помощью аппланационного тонометра Tono-pen показали, что уровень ВГД может подниматься более чем у половины астронавтов [11]. Основным объяснением происходящих изменений на данный момент является теория о том, что при перераспределении жидкости в организме человека в условиях гипо- и микрогравитаци увеличивается кровенаполнение структур и органов головы и шеи, в т. ч. сосудистой оболочки глаза. В результате этого происходит уменьшение внутриглазного объема, приводящее к подъему уровня ВГД. Адаптационные процессы в организме, которые заключаются в снижении реабсорбции жидкости и электролитов в почечных канальцах, усилении клубоч-ковой фильтрации и увеличении диуреза в несколько раз, а также выведение осмотически активных веществ приводят к нормализации уровня ВГД [13-17].

Отек ДЗн

По данным NASA, у некоторых астронавтов после длительных космических полетов наблюдалось наличие пери-папиллярного отека [2, 9]. Отечественными учеными также были зафиксированы случаи отека ДЗН у космонавтов после длительного пребывания на орбитальной станции «Мир» [18-20].

Существует теория о том, что к развитию данных изменений приводит повышение внутричерепного давления (ВЧД) [10, 21, 22]. Такая зависимость обусловлена анатомией зрительного нерва. Увеличение ВЧД может приводить к увеличению давления в периоптическом субарах-ноидальном пространстве, что влечет за собой развитие отека ДЗН [23-25].

Противники данной теории сообщают о том, что после длительных космических экспедиций не у всех космонавтов, у которых был зафиксирован отек ДЗН, выявлялось увеличение ВЧД [26-29].

Имеются еще две теории происхождения отека ДЗН в результате воздействия гипо- и микрогравитации. Одна из теорий основывается на предположении, что отек ДЗН возникает вследствие местных изменений внутриглазнич-ной части зрительного нерва. Было сделано предположение, что в условиях микрогравитации происходит нарушение оттока спинномозговой жидкости (СМЖ) из субарахнои-

дального пространства при неизменном уровне ее продукции. Таким образом, объем СМЖ в субарахноидальном пространстве увеличивается, что может привести к развитию отека ДЗН даже при отсутствии повышенного ВЧД [28, 30].

Вторая теория говорит о том, что развитие отека ДЗН может происходить в результате снижения уровня ВГД после включения компенсаторных механизмов в организме человека в ответ на повышение уровня ВГД в первые часы полета.

Уровень ВГД в нормальных физиологических условиях в 1,5-2 раза выше ВЧД, которое составляет 10-12 мм рт. ст. Следовательно, можно предположить, что снижение уровня ВГД до 10-12 мм рт. ст. и ниже приведет к нарушению баланса между давлением в периоптическом субарахноидаль-ном пространстве и ВГД. В результате происходит перераспределение жидкости из области ее большего давления в область меньшего давления, что и обусловливает приток ликвора в периоптическое субарахноидальное пространство и приводит к развитию отека ДЗН.

Изменение кровотока в хориоидее

Рядом ученых были получены данные об изменении скорости кровотока в сосудистой оболочке глаз у космонавтов после длительных космических экспедиций, что в ряде случаев приводило к относительному застою крови в хори-оидее [31, 32]. При снижении скорости кровотока увеличивается минутный объем крови, что может способствовать утолщению хориоидеи. Это приводит к уменьшению площади ее внутренней поверхности, на которой расположена сетчатая оболочка, обусловливает сморщивание наружных слоев сетчатки, в т. ч. и видимого пигментного слоя, что при офтальмоскопии может быть расценено как формирование складок. Такие хориоидальные складки были выявлены при офтальмоскопическом обследовании астронавтов и подтверждены данными оптической когерентной томографии глаза. Вероятность возникновения видимых хориоидальных складок зависит от сочетания анатомического строения сосудистой оболочки, мембраны Бруха и того, насколько плотно сетчатка прилежит к хориоидее. Так, например, в результате расширения хориоидального русла нарушается связь между оболочками: пигментный эпителий легко отделяется от хориокапил-ляров, складки не образуются, и глазное дно имеет гладкий внешний вид, несмотря на утолщение хориоидеи [33, 34]. Если же контакт между сетчаткой и сосудистой оболочкой достаточно плотный, то вместо разглаживания сетчатки происходит ее сморщивание [35].

Изменение оптических сред

Наибольшее влияние на прозрачность хрусталика в условиях микрогравитации оказывает радиационный фактор [36-38]. Поскольку возникновение радиационной катаракты отличается отсроченным характером, то в первую очередь были обследованы астронавты, совершавшие длительные космические полеты (продолжительностью более 100 дней), а также те, чей последний космический полет проходил за несколько лет до исследования. Европейскими учеными были обследованы астронавты на предмет выявления радиационной катаракты, группа контроля состояла из людей в возрасте от 14 до 81 года, не совершавших космические полеты. Для выявления локализации помутнений и степени их развития был использован метод Шаймпфлюга [39].

28

Vol. 19, №1, 2019

Клиническая офтальмология

Обзоры

На основании принципа денситометрии в хрусталике выявляют 5 анатомических зон: передняя капсула, передний кортекс, ядро, задний кортекс и задняя капсула, а 6-й зоной является хрусталик в целом. Сравнение исследуемых групп выявило, что наиболее типичным проявлением радиационной катаракты было развитие помутнений хрусталика в задних кортикальных слоях (в 4-й зоне) и под задней капсулой (в 5-й зоне) [39, 40].

Изменение рефракции

Учеными NASA было обследовано более 300 астронавтов, более чем у 70% из них отмечалось ухудшение зрения вблизи [35]. После космических экспедиций у данных астронавтов произошло изменение рефракции (гиперметропи-ческий сдвиг) [41-43]. Была отмечена прямая зависимость выраженности гиперметропических изменений от возраста, большее ухудшение зрения отмечалось у лиц старше 40 лет со снижением аккомодации. Гиперметропический сдвиг проявляется постепенно, отличаясь по величине, и сохраняется в течение нескольких месяцев или лет после возвращения на Землю. Одним из возможных механизмов гиперметропического сдвига является повышение ВЧД, которое приводит к повышению субарахноидального давления и увеличению кровенаполнения хориоидеи, что обусловливает уплощение заднего полюса [41]. Сосудистая оболочка анатомически расположена между склерой — фиброзной оболочкой и сетчаткой. Фиброзная оболочка обладает меньшей эластичностью по сравнению с сетчаткой, в связи с чем увеличение толщины хориоидеи не оказывает существенного воздействия на склеру, но может приводить к смещению сетчатки кнутри относительно ее анатомического положения и уменьшению переднезаднего размера глаза. Уменьшение данного размера на 0,33 мм приводит к сдвигу в сторону гиперметропии на 1 диоптрию [21, 44-46].

Заключение

Гипо- и микрогравитация оказывают непосредственное влияние на зрительный анализатор. Многие изменения сохраняются и после окончания воздействия данных факторов. Все изменения, скорее всего, вызваны изменением положения тела и перераспределением жидкостных сред в организме. Также прослеживается тесная взаимосвязь между уровнем ВЧД и состоянием зрительного анализатора. Зарубежными и отечественными учеными неоднократно зафиксировано, что изменение состояния гравитации приводит к повышению ВГД, отеку ДЗН, а также изменению морфо-функционального состояния сетчатки. Помимо этого, гипо-и микрогравитация приводят к уменьшению длины горизонтальной оси глаза, что происходит или за счет изменения уровня давления на задний полюс глазного яблока жидкости в субарахноидальном пространстве в результате перераспределения жидкостных сред в организме, или из-за отека хориоидальной оболочки и увеличения ее толщины.

Литература

1. Alexander W.C., Leach С.Б., Fischer С. Clinical biochemistry. Biomedical results of Apollo. 1975;185-197.

2. Berry C.A., Minners H.A., McCutcheon E.P., Pollar R.A. Aeromedical analysis. Results of the Third manned orbital space flight. 1988;149-152.

3. Catterson A.D., McCutcheon E.P., Minners H.A., Poleard R.D. Aeromedical observations. Mercury project summary. 1963;299-326.

4. Friberg T.R., Weinreb R.N. Ocular manifestations of gravity inversion. JAMA. 1985; 253:1755-1757.

5. Harm D.L., Parker О.Е., Reschke M.F. DSO 468: Preflight adaptation trainer. Results of life sciences DSOs conducted aboard the Space Shuttle. 1993;27-43.

6. Hoffler G.W. Cardiovascular studies of US space crews: An overview and perspective. Cardiovascular flow dynamics and measurements. 1977:335-363.

7. Leach C.S., Rambaut P.C. Biochemical responses of the Skylab crewmen: An overview. Biomedical results from Skylab. 1977;204-216.

8. Leach C.S. Biochemical responses of the Skylab 4. Biomedical results from Skylab. 1978;204-215.

9. Макаров И.А., Воронков Ю.И. Влияние длительной микрогравитации на орган зрения. Офтальмология. 2016;13(2):74-82.

10. Otto С., Barr Y., Hart S. et al. Syndrome, visual impairment and intracranial pressure in on extended mission astronauts: comprehensive approach. VIP Project Scientist. 2010.

11. Draeger J., Wirt H., Schwartz R. Tonometry under microgravity condititions. Norderney Symposium on Scentific Results of the German Spacelab Mission D1. 1986;503-509.

12. Mader T.H., Gibson G.R., Caputo M. et al. Intraocular pressure and retinal vascular changes during transient exposure to microgravity. Am J Ophthalmology. 1993;115:347-350.

13. Бунин А.Я., Бабижаев М.А., Супрун А.В. Об участии процессов перекисного окисления липидов в деструкции дренажной системы глаз при открытоугольной глаукоме. Вестник офтальмологии. 1985;2:13-16.

14. Егоров Е.А., Тагирова С.Б., Алябьева Ж.Ю. Роль сосудистого фактора в патогенезе глаукомной оптической нейропатии. РМЖ. Клиническая офтальмология. 2002;3(2):61-64.

15. Егоров Е.А., Румянцева О.А. Динамика изменений диска зрительного нерва при экспериментальном повышении внутриглазного давления. Военно-медицинский журнал. 1977;11:49-52.

16. Зайко Н.Н., Минц С.М., Гудаковская М.М. Влияние нервной системы на проницаемость сосудов и тканей глаза. Офтальмологический журнал. 1955;3:148-151.

17. Кашинцева Л.Т., Михейцева И.Н., Копп О.П. Мембранно-рецепторные, клеточные и кальциевые механизмы развития первичной открытоугольной глаукомы. Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Глаукома на рубеже тысячелетий: итоги и перспективы». 1999;21-23.

18. Антипов В.В., Григорьев А.И., Лич Хантун К. Человек в космическом полете. М.: Наука, 1997.

19. Дроздова Н.Т., Нестеренко О.П. Проблемы космической биологии: длительное ограничение подвижности. Состояние анализатора в течение гиподинамии. М.: Наука. 1970;189-191.

20. Grigoriev A.l., Polyakov V.V., Bogomolov V.V. et al. Medical Results of the Fourth Prime Expedition on the Orbital Station "Mir". Ibid. 1990; 19-22.

21. Золотарева М.М., Рабинович М.Г. Офтальмологические симптомы при различных заболеваниях организма. Минск: Беларусь, 1965.

22. Otto С. Risk of Microgravity Induced Visual Alterations and Increased Intracranial Pressure. VIIP Project Scientist. 2011.

23. Mader T.H., Gibson G.R., Pass A.F. et al. Optic disc edema globe flattening, choroidal folds, and hyperopic shifts observed in astronauts after long- dyration space flight. Ophthalmology. 2011;118:2058-2069.

24. Stern C., Castrucci F., Godard B. et al. Associated with space flight syndrome and changes of intracranial pressure (VIIP) European Space Agency, ESA Crew Medical Support Office, HSO-UM. Aerospace Center Institute of Aerospace Medicine. 1994;217-247.

25. Thomas H., Mader M.D., Gibson C.R. et al. Optic Disc Edema, Globale Flattening, Choroidal Folds, and Hyperopic Shifts Observed in Astronauts after Long — duration Space Flight. American Academy of Ophthalmology Published by Elsevier Inc. 2011;2058-2070.

26. Polk J.D. Spaceflinght — Induced Idipathic Intracranial Hypertension. Biomedical results from Skylab. 1977;204-216.

27. Fogarty J. Risk of Microgravity Induced Visual Alterations and Increased Intracranial Pressure. J. Clinical. Pharmacology. 1991;31:1001-1006.

28. Shelhamer M., Carey J., Janky K. et al. Non-invasive measurement of intracranial pressure: potentially a new device for measuring vestibular myogenic evoked potentials. 1992.

29. Matsnev E.I., Yakovleva I. Ya., Tarasov I.K. et al. Space motion sickness: Phenomenology, countermeasures, and mechanisms. Ibid. 1983;54:312-317.

30. Murthy G., Marchbaks R.J., Watenpaugh D.E. et al. Increased intracranial pressure in humans during simulated microgravity. Physiologist. 1992;35:184-185.

31. Ansari P.R., Kwang I.S., Moret F. et al. Measurement of choroidal blood flow in zero gravity. 2003;177-84.

32. Kergoat H., Lovasik J.V. Seven — degree head — down tilt reduces choroidal pulsatile ocular blood flow. Aviat Space Environ Med. 2005;76:930-934.

33. Горбань А.И. О происхождении субретинальной жидкости при отслойке сетчатки. Вестник офтальмологии. 1983;5:38-40.

34. Шамшинова А.М., Зуева М.В., Цапенко И.В., Яковлев А.А. Нейрофизиологические особенности сетчатки и возможности клинической электроретинографии. Вестник офтальмологии. 1996;2:52-55.

35. Oman C.M., Lichtenberg В.К., Money К.Е. Space motion sickness monitoring experiment: Spacelab-l. Motion and space sickness. 1990;217-246.

36. Chylack B.E., Peterson L.E., Feiveson A.H. et al. NASA study of cataract is astronauts (NASA). Report 1: Cross-sectional study of the relationship of exposure to space radiation and risk of lens opacity. 2009;172:10-20.

37. Cucinotta F.A., Manuel F.K., Jones J. et al. Space radiation and cataracts in astronauts. RADIAT Res. 2001;460-466.

38. Frey M.A. Radiation health: mechanism of radiation- induced cataracts in astronauts. Aviat Space Environ Med. 2009;575-576.

39. Rastegar N., Eckart P., Mertz M. Radiation-induced cataract in astronauts and cosmonauts. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2002;240:543-547.

Том 19, №1, 2019

29

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Reviews

Russian Journal of Clinical Ophthalmology

40. Thomas H., Mader M.D., Gibson C.R. et al. Stability of Vision During Space Fligt in an Astronaut with Bilateral Intraocular Lenses. American Journal of Ophthalmology. 1999;3:342-343.

41. Mekjavic P.J., Eiken O., Mekjavic I.B. Visual function after prolonged bed rest. J Gravit Physil. 2002;9:31-32.

42. Sara R., Zwart C., Gibson R., Thomas H. et al. Vision changes after space flight related to changes in folic-B-12-dependent pathways one carbon. 2012;142(3):427-431.

43. Sawin C.F., Nicogossian A.E., Rummel J.A., Michel E.L. Pulmonary function evaluation during the Skylab and Apollo- Soyuz missions. Aviation Space and Environ. 1976;47(2):168-172.

44. Астахов Ю.С., Ангелопуло Г.В., Джалиашвили О.А. Глазные болезни: Справочное пособие для врачей общей практики. 2001.

45. Шамшинова А.М., Волков В.В. Функциональные методы исследования в офтальмологии. Медицина. 1999.

46. Jongebloed W.L., Worst J.G.F. The cisternae anatomy of vitreous body. Doc. Ophthalmology. 1987;67:183-196.

References