LBNP
하반신 음압(LBNP): 비침습적 장치로 하반신에 음압을 가해 체액을 말초로 되돌리는 방법입니다.
증거: -20 mmHg LBNP는 시신경초 직경 증가를 억제하고 3일간의 HDTBR에서 맥락막 확장을 40% 감소시켰습니다1). 5시간 HDTBR에서 CSF 양 증가도 억제되었습니다1).
평가: 현재 가장 유망한 대책으로 간주됩니다.
두부저위 안정(HDTBR)에 따른 안구 변화
한눈에 보는 포인트
섹션 제목: “한눈에 보는 포인트”1. 두부저위 안정(HDTBR)에 따른 안구 변화란?
섹션 제목: “1. 두부저위 안정(HDTBR)에 따른 안구 변화란?”두부저위 안정(Head-Down Tilt Bed Rest; HDTBR)은 우주비행 관련 신경안증후군(Spaceflight Associated Neuro-Ocular Syndrome; SANS)의 병태생리를 연구하기 위한 지상 유사 모델입니다.
SANS는 우주비행 중 두부 쪽 체액 이동으로 인해 발생하는 증후군입니다. 시신경유두부종, 안구 편평화, 원시화, 맥락막 충혈이 주요 소견이며, 우주비행사의 약 70%에서 어떤 소견이 관찰됩니다. 이전에는 시력 장애 및 두개내압(VIIP) 증후군이라고 불렸습니다1).
HDTBR은 1990년 이후 6도 두부저위를 유지하는 안정와상으로서 국제적으로 확립된 지상 유사 모델입니다. 포물선 비행은 노출 시간이 짧아 SANS 유사 증상을 유발하기에 불충분하므로, 지속적인 체액 이동을 재현할 수 있는 HDTBR이 중요시되고 있습니다1).
초기 70일간의 HDTBR 연구에서는 SANS 소견이 유발되지 않았습니다. 그 원인은 베개 사용이나 전완 지지로 인해 두개내압(ICP)이 낮아졌을 가능성이 있는 것으로 생각되었습니다. 이후 베개와 팔 지지를 금지한 엄격한 프로토콜을 채택함으로써 맥락막 주름과 시신경유두부종 유발에 성공했습니다1).
단기 임무(6개월 미만)에서는 우주 비행사의 29%, 장기 임무(6개월 이상)에서는 60%가 원시로 인한 시력 저하를 보고했습니다1).
Q
HDTBR은 왜 6도 각도로 설정되어 있나요?
A
1990년 이후로 6도 머리 아래 기울기가 미세중력의 국제 표준 아날로그로 확립되었습니다. 이 각도는 우주 비행과 유사한 머리 쪽으로의 체액 이동을 지속적으로 유발합니다.
2. 주요 증상 및 임상 소견
섹션 제목: “2. 주요 증상 및 임상 소견”자각 증상
섹션 제목: “자각 증상”- 두통: 연구 초기 단계에서 박동성, 압박성, 양측성 두통이 나타납니다. 이는 머리 쪽 체액 이동에 의한 것으로 생각됩니다.
- 시각 기능에 미치는 영향은 경미함: 실험 조건은 참가자의 시각 기능에 큰 영향을 미치지 않습니다. 심각한 시각 이상을 경험한 피험자는 없었습니다.
- 약간의 근시화: 지속적인 근거리 작업 활동으로 인해 일시적인 근시가 발생할 수 있습니다.
- 인지 변화(SANS 발병자): 고탄산혈증 HDTBR 연구에서 SANS 발병자는 인지 테스트에서 시각적 단서에 대한 의존도가 증가함을 보였습니다1).
Q
HDTBR에서 시력이 저하될 수 있나요?
A
시력 검사와 굴절 검사 모두 정상 범위 내에 있습니다. 암슬러 차트, 레드닷 테스트, 대면 시야 검사, 색각 검사에서도 유의미한 변화는 관찰되지 않았습니다. 심각한 시각 이상을 경험한 피험자의 보고는 없습니다.
임상 소견
섹션 제목: “임상 소견”HDTBR에서 관찰되는 안구 변화의 주요 소견은 다음과 같습니다.
- RNFL 두께 증가: 14일 HDTBR 후 평균 상부 유두주위 망막 두께가 +4.69 μm 증가하고, 70일 HDTBR 후 평균 +11.50 μm 증가합니다1).
- 시신경유두부종: 엄격한 30일 HDTBR 후 피험자의 45%에서 Frisén 등급 1~2의 유두부종이 관찰되었습니다1). 30일 HDTBR 피험자는 우주비행사보다 더 심한 시신경유두부종을 나타내는 경향이 있습니다.
- 유두주위 TRT 증가: 엄격한 HDTBR 피험자는 우주비행사보다 더 큰 유두주위 TRT 증가를 보입니다(평균 차이 37 μm)1).
- 맥락막주름: 맥락막 두께 증가 없이도 발생할 수 있습니다.
- 맥락막 두께 변화: 단기 3일 연구에서 통계적으로 유의한 증가가 관찰됩니다. 60분 HDT에서는 중심와하 맥락막 두께 증가가 확인되었습니다1). 한편, 우주비행사가 HDTBR 피험자보다 맥락막 두께 증가가 더 큽니다(평균 차이 27 μm)1).
- 시신경초 확장: 60분 HDT에서 안와 초음파로 확인되며, 우주비행사 비행 1개월 후 소견과 유사함1).
- 안압 상승: 14일 동안 +1.42 mmHg, 70일 동안 +1.79 mmHg 상승하지만, 모두 정상 범위 내에 있음.
HDTBR에서 관찰되지 않는 소견으로는 안구 편평화, 원시화, 면화반이 있음1). 시력, 굴절, 안축장, 전방 깊이, 각막 곡률도 유의한 변화를 보이지 않음.
아래 표는 HDTBR과 SANS(우주 비행)의 주요 소견을 비교한 것입니다.
| 소견 | HDTBR | SANS(우주 비행) |
|---|---|---|
| 시신경 유두 부종 | 있음 (중증도가 높은 경향) | 있음 |
| 맥락막 두께 증가 | 경도 | 큼 |
| 안구 편평화 | 없음 | 있음 |
| 원시화 | 없음 | 있음 |
| 면화반 | 없음 | 있음 |
3. 원인 및 위험 요인
섹션 제목: “3. 원인 및 위험 요인”HDTBR의 기본 메커니즘은 신체에 작용하는 중력 벡터 방향 변화로 인한 두부 쪽 체액 이동입니다. 이는 미세중력과 유사한 체액 분포 변화를 유발합니다.
기여 요인으로는 사상판을 통한 압력 차이, 맥락막 충혈, 두개내 부피 이동, 콜라겐 섬유 다발의 방향성, 정수압 체액 분포 등이 있습니다.
주요 위험 인자는 다음과 같습니다.
- HDTBR 기간: 가장 큰 위험 인자입니다. 70일 HDTBR은 14일에 비해 유두주위 망막 두께 증가가 약 2.5배 더 두드러집니다.
- 근시: 중등도 근시자는 정시 또는 경도 근시자보다 더 높은 최고 안압(19.8 mmHg 대 18.6~18.7 mmHg)과 유의하게 더 큰 안압 상승을 보입니다1).
- 유전적 소인: MTRR 66G 및 SHMT1 1420 C 대립유전자 보유자에서 시신경유두 부종의 정도가 더 크다고 보고되었습니다1). 이는 비타민 B 대사에 관여하는 유전자 다형성입니다.
- 시신경유두의 해부학적 특징: 작은 시신경유두 함몰을 동반한 밀집된 시신경유두가 위험 인자일 수 있습니다.
- 과거 HDTBR 노출 이력: 여러 번 참여한 피험자에서 이전 대비 2배 이상의 TRT 증가가 보고되었으며, 반복 노출이 위험을 증가시킬 수 있습니다.
Q
일단 HDTBR을 경험하면 다음 번 위험이 증가합니까?
A
여러 HDTBR 실험에 참여한 피험자에서 이전보다 2배 이상의 TRT 증가가 보고되었습니다. 반복 노출이 위험을 증가시킬 가능성이 시사되며, 연구 참가자 선정 시에도 고려가 필요합니다.
4. 진단 및 검사 방법
섹션 제목: “4. 진단 및 검사 방법”HDTBR에서 관찰되는 안구 변화의 평가 및 모니터링에 사용되는 주요 검사 방법은 다음과 같습니다.
- OCT(광간섭단층촬영) : RNFL 두께 증가, 시신경 유두 부종, 맥락막 두께 변화를 정량적으로 평가할 수 있습니다. 브루크막의 변화도 관찰 가능합니다. 하이델베르그 스펙트랄리스(OCT2)는 더 높은 디지털 해상도를 제공합니다.
- OCTA(OCT 혈관조영술) : 2018년 12월부터 ISS에 도입된 비침습적 3차원 혈관조영술입니다. 망막 및 맥락막의 혈관 변화를 평가할 수 있습니다1).
- MRI: 시신경초 확장, 시신경 구불거림, 유리체강 깊이 변화를 정량화할 수 있습니다. 위상 대비 MRI를 통해 내경정맥, 척추동맥, 내경동맥의 혈류량, 단면적, 혈류 속도를 측정할 수 있습니다.
- 궤도 초음파: 시신경초 직경 확장을 감지할 수 있는 간단한 방법입니다1).
- 비침습적 ICP 측정(연구 단계): 직접 ICP를 측정하는 요추 천자는 침습적이며 비행 중에는 불가능합니다. 왜곡성 이음향 방사(DPOAE)의 위상 변화가 비침습적 ICP 모니터링 도구의 후보로 연구되고 있습니다1). 안구전정유발근전위(oVEMP)도 머리 아래로 기울인 각도와 관련이 있어 비침습적 ICP 모니터링 도구로 검토 중입니다1).
- 유전자 및 혈액 검사: 비타민 B 수치 및 SNP(MTRR 66G, SHMT1 1420C) 측정이 위험 요인 평가에 사용됩니다.
안과 기본 검사(시력, 조절 마비하 굴절, 안저, 암슬러 차트, 색각 등)는 모두 정상 범위 내에 있습니다.
5. 대책
섹션 제목: “5. 대책”HDTBR은 실험 모델이며, 일반적인 의미의 ‘치료’가 아닙니다. 다음은 SANS에 대한 대책(countermeasures) 연구 결과입니다.
대퇴부 커프
정맥 수축 대퇴 커프(VTC) : ISS 승무원에서 심장 전부하와 경정맥계 확장 감소가 보고되었습니다. 1회 박출량, 내경정맥 단면적, 안압을 감소시킵니다.
한계 : CSF 분포나 두개내압에 직접적인 영향은 없습니다. 15도 HDT + 60 mmHg 대퇴 커프 10분 적용 시 유두주위 맥락막 두께와 시신경초 직경에 유의한 차이가 없었습니다1).
인공중력
원심분리기를 이용한 인공중력 : 매일 30분간 원심분리기 노출.
한계 : 30분 노출로는 맥락막 주름과 시신경유두 부종을 억제하기에 충분하지 않았습니다. 노출 시간 제한, 안구 수준에서의 중력 부족, 다른 기본 메커니즘의 관여가 원인으로 생각됩니다1).
70일간의 비고탄산혈증 HDTBR에서 NASA의 iRAT 프로토콜(통합 저항 및 유산소 훈련)을 수행한 연구에서는 망막 두께 변화 및 시신경 유두 부종에 대해 운동군과 대조군 간에 유의한 차이가 관찰되지 않았습니다1). 그러나 운동군에서 안압이 약간 더 높았다(1 mmHg 미만)는 결과도 얻어졌습니다. 짧은 시간의 중등도 유산소, 저항, 고강도 인터벌 운동은 안압 감소와 관련이 있는 것으로 나타났습니다1).
Q
하지 음압(LBNP)이 왜 유망한 대책으로 간주됩니까?
A
-20 mmHg LBNP는 시신경초 직경 증가 억제, 3일 HDTBR에서 맥락막 확장 40% 감소, 뇌척수액량 증가 억제가 보고되었습니다1). 체액을 말초로 되돌려 두부 방향 체액 이동을 직접 억제할 수 있는 기전이 다른 대책보다 우수한 것으로 간주됩니다.
6. 병태생리학 및 상세 발병 기전
섹션 제목: “6. 병태생리학 및 상세 발병 기전”현재 SANS의 병태생리에 대해 세 가지 주요 가설이 제시되고 있습니다1).
ICP 상승 가설
기전: 두부 체액 이동 → 정맥 울혈 → 두개내압 상승 → 안구 증상.
한계: 비행 후 요추 천자에서는 정상 상한에서 경도 상승(21–28.5 cm H₂O)만 보입니다. 전형적인 IIH 증상(두통, 박동성 이명)은 없습니다. 유두부종이 비행 후 6개월간 지속되지만, IIH에서는 압력 감소로 빠르게 호전됩니다. 두개내압 상승만으로는 설명이 어렵습니다.
뇌척수액 구획화 가설
기전: 미세중력 하에서 시신경초 내 뇌척수액 압력이 단방향 판막 기전에 의해 국소적으로 상승합니다. 두개 지주막하 공간과의 압력 평형이 불완전합니다.
의의: 정상에서 경도 상승된 두개내압에서도 유두부종이 지속되는 이유를 설명할 수 있습니다.
뇌 상방 이동 가설
기전: 미세중력에서 뇌가 약간 회전하고 위쪽으로 이동하여 시교차를 위로 당기고 시신경초에 압박을 가합니다.
근거: MRI에서 비행 후 시신경 길이 증가(0.80 ± 0.74 mm)가 확인되었습니다1).
HDTBR과 SANS의 차이점
섹션 제목: “HDTBR과 SANS의 차이점”HDTBR과 우주 비행 사이에는 몇 가지 중요한 차이점이 있습니다.
- 맥락막 확장 정도: HDTBR에서는 맥락막 확장이 우주 비행 시만큼 발생하지 않습니다. 수직 축 방향 중력(Gz)이 여전히 존재하여 조직 무게를 생성하기 때문입니다.
- 맥락막 주름의 발생 기전: HDTBR에서는 맥락막 두께 증가 없이도 맥락막 주름이 발생할 수 있습니다. 이는 맥락막 비후가 주름의 필수 조건이 아닐 수 있음을 시사합니다.
- 안압 변화: HDTBR에서는 안압 감소가 없으므로, 안압 감소와 ICP 상승의 조합에 의한 맥락망막주름 형성 메커니즘은 적용될 수 없습니다.
- IIH와의 대비: 유두부종을 동반한 IIH 환자에서 SD-OCT로 맥락막주름이 관찰되는 경우는 10%에 불과하며, ICP 상승만으로는 모든 환자에서 맥락막주름을 유발할 수 없습니다.
- ICP 상승 정도: HDTBR 피험자는 우주비행사보다 약간 더 큰 ICP를 경험할 수 있으며, 이는 시신경유두부종의 중증도 차이에 기여할 수 있습니다.
뇌혈류 변화
섹션 제목: “뇌혈류 변화”Ong 등(2021)의 리뷰에 따르면, HDTBR 동안 모든 피험자에서 뇌관류가 감소합니다. 그러나 SANS 증상 발현자는 비발현자보다 더 높은 관류를 유지했습니다1).
고탄산 환경(약 4 mmHg PCO₂)에서도 뇌혈관 반응성 및 고탄산 환기 반응에 유의한 변화는 관찰되지 않았습니다1).
7. 최신 연구 및 향후 전망
섹션 제목: “7. 최신 연구 및 향후 전망”- ISS에서의 OCTA 도입(2018년 12월): 우주 비행 중 망막 혈관계 데이터를 HDTBR 결과와 비교함으로써 체액 이동이 망막 및 맥락막 순환에 미치는 영향에 대한 이해가 깊어질 것으로 기대됩니다1).
- 비침습적 ICP 측정법 개발: 이음향 방사(OAE)의 위상 변화가 ISS에서의 ICP 모니터링 후보로 연구되고 있으며, HDTBR에서 테스트가 진행 중입니다1). oVEMP도 머리 아래 각도와 관련되어 비침습적 ICP 모니터링 도구로 유망하게 여겨집니다1).
- 민간 우주 여행 시대 대응: SpaceX, Blue Origin 등의 민간 우주 기업의 부상으로 단기 HDTBR이 일반인의 머리 쪽 체액 이동 민감성 선별에 적용될 가능성이 있습니다1).
- 유전자 스크리닝: MTRR 및 SHMT1 다형성이 위험 인자로 확인되었으며, HDTBR이 우주비행사 후보의 유전자 스크리닝에 사용될 수 있는지에 대한 연구가 진행 중입니다1).
- 검증되지 않은 대책: 식이 요법, 비타민 보충, 외용약, 내복약 등 많은 대책이 아직 검증되지 않은 상태입니다1).
- 유인 화성 임무를 위한 과제: 1~3년에 걸친 화성 임무를 위해 SANS의 병태생리 규명, 위험 인자 동정, 대책 개발이 시급합니다1).
HDTBR의 한계
섹션 제목: “HDTBR의 한계”지상 아날로그로서 HDTBR에는 다음과 같은 한계가 있습니다1): 표본 크기의 작음, 피험자 모집의 어려움, 우주비행사와의 체력 차이, 프로토콜의 비표준화, 등 접촉 등 우주 비행과 일치하지 않는 조건의 존재 등이 있습니다.
8. 예후
섹션 제목: “8. 예후”- RNFL 비후 및 맥락막 주름과 같은 일부 변화는 연구 종료 후 며칠 동안 지속될 수 있습니다.
- 심각한 시각 이상을 경험한 피험자는 보고되지 않았습니다.
- 우주 비행에서는 맥락막 주름과 후안구 편평화가 비행 후 수년간 지속될 수 있습니다1).
- 우주 비행에서 비가역적인 영구 시력 상실은 보고되지 않았습니다(최대 14개월 임무까지)1).
- HDTBR 후 요추 및 근육 위축이 정상으로 회복되는 데 수개월이 걸렸다는 보고도 있습니다.
9. 참고문헌
섹션 제목: “9. 참고문헌”- Ong J, Lee AG, Moss HE. Head-Down Tilt Bed Rest Studies as a Terrestrial Analog for Spaceflight Associated Neuro-Ocular Syndrome. Front Neurol. 2021;12:648958.
- Taibbi G, Cromwell RL, Zanello SB, Yarbough PO, Ploutz-Snyder RJ, Godley BF, et al. Ocular Outcomes Comparison Between 14- and 70-Day Head-Down-Tilt Bed Rest. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2016;57(2):495-501. PMID: 26868753.
- He Y, Karanjia R, Zhang X, Wanderer D, Walker E, Lee SH, et al. Optic Nerve Vasculature and Countermeasure Assessment in a Bedrest Analogue of Spaceflight-Associated Neuro-Ocular Syndrome. Am J Ophthalmol. 2025;278:317-327. PMID: 40545016.