长时间太空飞行可能对我们的眼睛有害

一种导致宇航员视力模糊的神经眼病综合征,对长期太空旅行者来说是个坏消息。
a woman astronaut with short hair and glasses propped on her head looks through a long tube with a lens and camera which takes pictures of her eye. she's aboard the international space station
2016 年,美国宇航局宇航员佩吉·惠特森在国际空间站上进行例行眼部检查。宇航员的身体在太空飞行中会发生各种变化——包括视力受损。美国宇航局约翰逊航天中心

从航天器内部看到璀璨的星空可能是一生一次的机会——但如果你在太空中待的时间太长,地球可能会让你大开眼界(此处为双关语,原文 "sight for sore eyes" 的意思是“令人欣慰的景象”,与后面的“眼睛疼”形成对比)。 

本周发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究表明,长期太空飞行会损害宇航员的视力。这种被称为“航天相关神经眼病综合征”(SANS)的视力状况,被发现与大脑血管周围充满液体的空间体积有关。该疾病会导致宇航员出现视力模糊和恶心等症状。 

该研究的主要作者、南加州大学神经科学研究员朱塞佩·巴里萨诺与一个国际科学家团队合作,研究宇航员的大脑在太空中如何变化。 

巴里萨诺说:“这项研究可能是迄今为止最大规模的宇航员神经影像学研究,也是第一个包含来自三个不同航天机构的宇航员和航天员 MRI 数据研究。” 

在航天飞机计划期间,宇航员一次太空飞行仅几周,返回地球后也没有视力问题。但当机组人员开始在国际空间站上进行更长时间的太空停留时,他们开始报告视力变化。 

医生检查他们的眼睛时,发现视神经(连接眼睛后部并将视觉信息传递给大脑的神经纤维束)有微小变化,有时还会出现肿胀。这种肿胀会导致头痛、恶心和视力模糊。 

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从太空返回后,这些症状有时会类似于一种称为特发性颅内高压的疾病,这是一种由于大脑周围压力过高而引起的疾病,可能导致视力变化和头痛。 

所有这些副作用对太空旅行者来说都不是好消息。 

为了更好地理解太空如何改变人类视力,该团队分析了 24 名美国宇航局宇航员、13 名俄罗斯联邦航天局航天员以及数量未公开的欧洲航天局(ESA)成员的 MRI 扫描。他们在国际空间站(ISS)进行了为期六个月的太空飞行之前和之后两周内的扫描。然后,巴里萨诺和他的同事们比较了宇航员和航天员在太空飞行后大脑血管周围空间(perivascular spaces)的液体积聚量。 

在地球上,如果这些结构比平时大,则可能表明大脑健康状况正在恶化。过去的研究已将血管周围空间液体增加与多种疾病和健康状况联系起来,包括阿尔茨海默病高血压血管性痴呆和轻度创伤性脑损伤,这些都反映了早期和永久性的大脑变化。研究人员确定,长时间生活在太空中与血管周围空间液体总体积的增加密切相关。 

还需要更多研究来找出液体增加的原因,但这很可能是生活在太空环境中的又一个 不利 影响。例如,在零重力下,宇航员的面部经常会因为身体发生极端的液体转移而浮肿。一些前国际空间站的宇航员甚至创造了“浮肿的头,细长的腿”这个词来形容这种体验。这种全身液体的转移可能导致鼻窦堵塞甚至太空贫血等问题,但 SANS 特别导致脑脊液向上半身转移,迫使大脑和眼睛发生结构性变化。以往的研究也将微重力造成的颅内压力增加与眼球形状的结构性变化联系起来。  

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虽然他们的研究结果表明人类能够适应长期的微重力暴露,但来自不同航天机构的机组人员的结果却有所不同。例如,美国宇航局宇航员的液体增加比俄罗斯同行更明显。巴里萨诺说,由于他们共享相同的环境,并暴露在相同的辐射和微重力下,因此没有简单的解释来说明为何会出现这种差异。 

他说:“一种可能的解释可能与微重力对策有关,美国宇航局宇航员和俄罗斯联邦航天局航天员的对策略有不同。” 

这些对策包括高阻力运动方案,这会影响大脑的液体再分布。俄罗斯航天员使用一种称为“下体负压”(LBNP)的技术。航天员将身体放入一个像吸盘一样的舱内——内部压力降低会导致上半身的液体回流到下半身。虽然有效,但这并不意味着这种方法就能解决他们所有的太空难题。  

巴里萨诺希望这项研究的发现能够用于预测哪些宇航员会患上这种疾病,并提前做好准备。  

尽管 SANS 尚未被广泛理解,但它可能影响多达 70% 的宇航员。为了尝试阻止或减缓这种疾病,美国宇航局一直在努力为长期任务的宇航员提供预防性医疗保健措施。 

南卡罗来纳医科大学医学院教授唐娜·罗伯茨说:“他们实际上会给宇航员送去额外的眼镜,因为他们知道他们的视力在太空中会发生变化。” 

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这些“太空预期眼镜”是完全可调节的眼镜,可以像双筒望远镜一样重新聚焦,以满足宇航员的视力需求。 

但眼部问题——即使是那些有初步解决方案的问题——只会阻碍第一批星际探索者。“如果我们打算在月球上建立永久定居点,然后前往火星,那这(指只带额外眼镜)就不是一个好的解决方案,”罗伯茨说。 

虽然他们的研究没有考虑到性别或饮食等某些生活方式因素,但目前尚不清楚 SANS 的影响在返回地球后是否会消失,主要是因为很难追踪。罗伯茨说,美国宇航局的政策并不是在宇航员返回数月后对其进行测试,但如果人类想了解大脑如何受到太空影响,那么在人类深入宇宙之前,需要对宇航员进行更先进的成像技术研究。 

罗伯茨说,如果“我们想让人们在太空中保持健康、安全、快乐和功能正常”,就需要更好地理解人类在太空中的健康。 

她说:“前往火星的技术已经存在,这不成问题。所有这些中最复杂的问题是人体,而所有这些中最复杂的是人脑。” 

 

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Tatyana Woodall

科学特约撰稿人

Tatyana Woodall是Popular Science的常驻撰稿人。她居住在俄亥俄州,对科学技术如何在日常生活中交织在一起非常感兴趣。


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