最新发现:长时间太空飞行会影响脑容量

学术头条

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· 2020.04.19 17:07

“如果我们能更深入地了解宇航员脑室扩大的原因,并制定出相应的解决方法,那么这些方法可能也会对正常压力脑积水和其他相关疾病的患者起作用。”

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最新发现:长时间太空飞行会影响脑容量

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文丨学术头条

早在 2016 年,美国研究人员就发现,长期的太空飞行会损害宇航员的视力,而原因可能与脑脊髓液变化有关。

美国迈阿密大学诺姆·阿尔珀林教授等人也曾于 2016 年 11 月 28 日的《北美放射学会》年会上报告说,过去十多年中,近三分之二在国际空间站长期驻站的宇航员出现视力障碍颅内压综合征。
经检查发现,这些视力有问题的宇航员眼球后部变平,视神经出现炎症,此外一些宇航员返回地球后,存在无法完全恢复的严重结构性变化。而这一现象产生的原因至今依旧是众说纷纭,尚未定论。

现在,一项发表在《放射学》杂志上的新研究表明,长时间太空旅行的影响不仅仅是视力受损这么简单,严重地甚至可能会导致脑容量改变和脑下垂体变形。据报道,国际空间站(ISS)上超过一半的宇航员在长期暴露于太空的微重力环境后,在评估中会表现出视神经肿胀、视网膜出血等眼部结构改变。

前国际空间站指令长克里斯·哈德菲尔德,在空间站视频中他看起来头部肿胀,脸色发红

对此,科学家们猜测,在太空飞行期间,飞行员长期处于过高的颅内压下,是导致这些损伤的因素之一。太空的失重环境与地球的生活环境大不相同,在地球上,重力场会使我们体内的液体形成静力学的压力梯度,事实上,当我们站立或坐下时,我们体内的流体的压力会从头到脚逐渐增加。而在太空的失重环境中,这种压力梯度在太空中是不存在的。

该研究的主要负责人、休斯顿德克萨斯大学健康科学中心的医学博士拉里·克雷默(Larry A. Kramer)表示:“在(太空的)微重力环境下,像静脉血这样的液体不再(因重力)向下肢汇集,而是缓慢流向头部”, 他还进一步解释说:“液体向头部的转移可能是我们引起飞行员眼睛和颅内腔室中的变化的机制之一。”

为了更深入的了解,克雷默博士和同事们在 11 名宇航员(其中包括 10 名男性和 1 名女性)前往国际空间站之前,对他们进行了脑部核磁共振成像检查。在宇航员从国际空间站返回后,研究人员又进行了核磁共振成像的跟踪研究,并且在接下来的一年中每隔几天检查一次。

国际空间站

实验结果显示,长时间微重力暴露导致宇航员的脑脊液(CSF)体积扩张(脑脊液是流入大脑和脊髓空洞及周围的液体。即使在飞行返回一年后,飞行员脑脊液的总量仍然保持上升的状态,这也就意味着,太空飞行对于飞行员脑脊液总量的改变是永久的。

克莱默博士补充道:“我们发现,飞行前到飞行后,大脑白质的体积显著增加,这是以前没有发现的。事实上,白质的扩张是飞行后大脑和脑脊液总量增加的主要原因。”

核磁共振成像的结果还显示了飞行员的脑下垂体也发生了相应的变化。脑下垂体是位于头骨底部的一个豌豆大小的结构,因为它控制着身体中许多其他腺体的功能,因而通常被称为“主腺体”。而大多数宇航员都有脑垂体变形的现象,这也是证明飞行员在太空飞行中颅内压升高的证据之一。

3 名宇航员在航天飞行前和航天飞行后脑垂体畸形的检验案例(取返回后第 1 天的结果作为对照)。

(a)飞行前正常垂体穹隆(黑色箭头),垂体柄直(白色箭头)。本例航天员在航天飞行后脑垂体或叶柄的形态结构无变化(脑垂体畸形评分为 0 分),显示脑垂体前叶(a 中的 a 表示)和脑垂体后叶(p 表示)。

(b)航天飞行前脑下垂体穹丘正常向上凸。航天飞行后脑下垂体穹丘变平(脑下垂体畸形评分为 1 分)。注意紧靠脑下垂体穹丘上方的鞍上池内的脑脊液(CSF)。

(c)航天飞行前脑下垂体穹丘轻度凹陷。航天飞行后,脑下垂体穹丘中凹,体积减少,垂体柄轻度弯曲后出现新的后凸(箭头所示; 航天飞行后蝶窦充血加重。)

(a)同一宇航员飞行前基线图像和(b)飞行后匹配图像(飞行后第1天)。黑色箭头显示侧脑室前、中、后上缘向上扩展,并伴有扣带沟边缘沟的缩小(白色箭头)

事实上,改变的不仅仅是脑垂体的形状。克雷默博士还表示说:“我们发现,宇航员在飞行后脑垂体位置的高度下降,并且比飞行前更小。此外,没有经历过微重力的宇航员中的脑下垂体的穹丘主要是凸出的,但是,飞行后的宇航员的脑垂体会出现平坦或凹陷的迹象。当然,这种变形也是由颅内压升高而导致的。”

研究人员还观察到,在飞行后,宇航员的侧脑室(大脑中含有脑脊液的空间)的平均体积会增加。但增加后体积并没有超出健康成年人的体积范围。这种变化与那些在研究中模拟微重力条件下头部轻微向下倾斜,并且在床上休息了很长一段时间的人所发生的变化大体相同。

除此之外,飞行员的脑脊液在脑导水管(连接脑室的狭窄通道)中的流速也增加了。这种现象常常出现在常压性脑积水的患者身上,而患者的其他病症表现为脑室异常增大,行走困难、小便失禁甚至痴呆。但到目前为止,还没有太空飞行返回后的宇航员出现类似的病症。

同时,研究人员也正在寻找对抗微重力影响的方法。其中,有个方案是利用大型离心机使人以坐姿或俯卧姿势旋转来制造人造重力,该方案还在研究中。同时,也有方案提出可利用飞行员下肢的负压来抵消由于微重力,从而防止静脉血等液体的回流。

克雷默博士还说,这项研究也可以应用于非宇航员。“如果我们能更深入地了解宇航员脑室扩大的原因,并制定出相应的解决方法,那么这些方法可能也会对正常压力脑积水和其他相关疾病的患者起作用。”

参考资料:https://www.eurekalert.org/emb_releases/2020-04/rson-lsa040720.php

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