头低位卧床（HDTBR）相关的眼部变化

一目了然的要点

1. 什么是头低位卧床（HDTBR）相关的眼部变化？

头低位卧床（Head-Down Tilt Bed Rest; HDTBR）是研究航天飞行相关神经眼综合征（Spaceflight Associated Neuro-Ocular Syndrome; SANS）病理生理学的地面模拟模型。

SANS是由航天飞行期间头部体液转移引起的综合征。主要表现包括视乳头水肿、眼球扁平化、远视化以及脉络膜充血，约70%的宇航员出现某些表现。以前称为视觉损伤与颅内压（VIIP）综合征¹⁾。

自1990年以来，HDTBR已成为国际公认的地面模拟方法，即保持6度头低位卧床休息。抛物线飞行暴露时间短，不足以诱发SANS样症状，因此能够再现持续性体液转移的HDTBR受到重视¹⁾。

早期的70天HDTBR研究未能诱发SANS表现。其原因被认为是使用枕头或前臂支撑可能降低了颅内压（ICP）。随后，通过采用禁止枕头和手臂支撑的严格方案，成功诱发了脉络膜皱褶和视乳头水肿¹⁾。

在短期任务（少于6个月）中，29%的宇航员，在长期任务（6个月或以上）中，60%报告因远视导致视力下降¹⁾。

Q 为什么HDTBR设定为6度角？

自1990年以来，6度头低位倾斜已被确立为微重力的国际标准模拟。这个角度持续诱发类似太空飞行的头向体液转移。

2. 主要症状和临床发现

主观症状

头痛：在研究早期阶段，出现搏动性、压迫性、双侧头痛。这被认为是由于头向体液转移所致。
对视功能影响轻微：实验条件不会对参与者的视功能产生显著影响。没有受试者出现严重的视觉异常。
轻度近视化：持续近距离用眼活动可能导致一过性近视。
认知变化（SANS发病者）：在高碳酸血症HDTBR研究中，SANS发病者在认知测试中对视觉线索的依赖程度增加¹⁾。

Q HDTBR会导致视力下降吗？

视力检查和屈光检查均保持在正常范围内。阿姆斯勒方格表、红点测试、面对面视野检查和色觉检查均未观察到显著变化。没有受试者报告出现严重的视觉异常。

临床发现

以下为HDTBR观察到的眼球变化的主要表现。

RNFL增厚：14天HDTBR后，平均上方视乳头周围视网膜厚度增加+4.69 μm，70天HDTBR后平均增加+11.50 μm¹⁾。
视乳头水肿：严格30天HDTBR后，45%的受试者观察到Frisén 1~2级视乳头水肿¹⁾。30天HDTBR受试者比宇航员更易出现更严重的视乳头水肿。
视乳头周围TRT增加：严格HDTBR受试者比宇航员表现出更大的视乳头周围TRT增加（平均差37 μm）¹⁾。
脉络膜皱褶：可能在脉络膜厚度未增加的情况下发生。
脉络膜厚度变化：短期3天研究中观察到统计学显著增加。60分钟HDT后确认了中心凹下脉络膜厚度增加¹⁾。另一方面，宇航员的脉络膜厚度增加比HDTBR受试者更大（平均差27 μm）¹⁾。
视神经鞘扩张：在60分钟HDT时通过眼眶超声确认，与宇航员飞行一个月后的发现相似¹⁾。
眼压升高：14天内升高+1.42 mmHg，70天内升高+1.79 mmHg，但均在正常范围内。

HDTBR中未观察到的发现包括眼球扁平化、远视化和棉絮状白斑¹⁾。视力、屈光、眼轴长度、前房深度和角膜曲率也未显示显著变化。

下表比较了HDTBR和SANS（太空飞行）的主要发现。

发现	HDTBR	SANS（太空飞行）
视神经乳头水肿	有（严重程度较高）	有
脉络膜厚度增加	轻度	明显
眼球变平	无	有
远视化	无	有
棉絮状白斑	无	有

3. 病因与风险因素

HDTBR的基本机制是由于身体所受重力向量方向改变导致的头向体液转移。这会引起类似于微重力环境下的体液分布变化。

促成因素包括通过筛板的压力差、脉络膜充血、颅内体积转移、胶原纤维束的定向以及静水压体液分布等。

主要风险因素如下。

HDTBR持续时间：这是最大的风险因素。与14天相比，70天HDTBR显示视乳头周围视网膜厚度增加约2.5倍。
近视：中度近视者比正视或轻度近视者表现出更高的峰值眼压（19.8 mmHg对比18.6–18.7 mmHg）和显著更大的眼压升高¹⁾。
遗传易感性：据报道，携带MTRR 66G和SHMT1 1420 C等位基因者视乳头水肿程度更大¹⁾。这些是参与维生素B代谢的基因多态性。
视乳头的解剖特征：伴有小视杯的拥挤视乳头可能是风险因素。
既往HDTBR暴露史：多次参与的受试者被报告TRT较前次增加两倍以上，提示重复暴露可能增加风险。

Q 一旦经历过HDTBR，下次的风险会增加吗？

在参与多次HDTBR实验的受试者中，报告显示TRT增加超过前次的两倍。重复暴露可能增加风险，在研究参与者的筛选中也需要考虑这一点。

4. 诊断与检查方法

用于评估和监测HDTBR中观察到的眼部变化的主要检查方法如下所示。

OCT（光学相干断层扫描）：可定量评估RNFL增厚、视盘水肿和脉络膜厚度变化。也可观察到布鲁赫膜的变化。海德堡光谱域OCT（OCT2）提供更高的数字分辨率。
OCTA（OCT血管成像）：一种于2018年12月引入ISS的非侵入性三维血管成像方法。可评估视网膜和脉络膜的血管变化¹⁾。
MRI：可量化视神经鞘扩张、视神经迂曲及玻璃体腔深度变化。相位对比MRI可测量颈内静脉、椎动脉、颈内动脉的血流量、横截面积和血流速度。
轨道超声：检测视神经鞘直径扩张的简便方法¹⁾。
无创ICP测量（研究阶段）：直接测量ICP的腰椎穿刺为有创操作，飞行中无法进行。畸变产物耳声发射（DPOAE）的相位变化作为无创ICP监测工具的候选正在研究中¹⁾。眼性前庭诱发肌源电位（oVEMP）因与头低位角度相关，也作为无创ICP监测工具正在探讨中¹⁾。
基因和血液检查：维生素B水平及SNP（MTRR 66G, SHMT1 1420C）的测定用于风险评估。

眼科基本检查（视力、睫状肌麻痹下屈光、眼底、阿姆斯勒表、色觉等）均在正常范围内。

5. 对抗措施

HDTBR是一种实验模型，并非通常意义上的“治疗”。以下展示的是针对SANS的对策研究成果。

LBNP

下半身负压（LBNP）：通过无创装置对下半身施加负压，将体液拉回外周的方法。

证据：-20 mmHg LBNP可抑制视神经鞘直径增加，并在3天HDTBR期间使脉络膜扩张衰减40%¹⁾。5小时HDTBR期间的CSF量增加也被抑制¹⁾。

评估：目前被认为是最有前景的对策。

大腿袖带

静脉收缩大腿袖带（VTC）：国际空间站乘员报告显示心脏前负荷和颈静脉系统扩张减少。可降低每搏输出量、颈内静脉横截面积和眼压。

局限性：对脑脊液分布或颅内压无直接影响。在15度头低位倾斜联合60毫米汞柱大腿袖带压迫10分钟的情况下，视乳头周围脉络膜厚度和视神经鞘直径无显著差异¹⁾。

人工重力

离心机产生的人工重力：每天30分钟的离心机暴露。

局限性：30分钟的暴露不足以抑制脉络膜皱褶和视乳头水肿。可能的原因包括暴露时间有限、眼部水平重力不足以及不同基础机制的参与¹⁾。

运动

一项在70天非高碳酸血症HDTBR中实施NASA iRAT方案（综合抗阻和有氧训练）的研究显示，运动组与对照组在视网膜厚度变化和视盘水肿方面无显著差异¹⁾。但观察到运动组眼压略高（低于1 mmHg）。短时间中等强度有氧、抗阻和高强度间歇运动已被证明与眼压降低相关¹⁾。

Q 为什么下肢负压（LBNP）被认为是一种有前景的对策？

据报道，-20 mmHg的LBNP可抑制视神经鞘直径增加、在3天HDTBR中使脉络膜扩张衰减40%，并抑制脑脊液量增加¹⁾。通过将体液拉回外周直接抑制头向体液转移的机制被认为优于其他对策。

6. 病理生理学与详细发病机制

目前，关于SANS的病理生理学提出了三个主要假说¹⁾。

颅内压升高假说

机制：头向体液转移→静脉淤血→颅内压升高→眼部症状。

局限性：飞行后腰椎穿刺仅显示正常上限至轻度升高（21–28.5 cm H₂O）。无典型IIH症状（头痛、搏动性耳鸣）。视乳头水肿在飞行后持续6个月，而IIH中压力降低后迅速改善。仅凭颅内压升高难以解释。

脑脊液分隔假说

机制：微重力下，视神经鞘内的脑脊液压力因单向瓣膜机制而局部升高。与颅蛛网膜下腔的压力平衡不完全。

意义：解释了为何在正常至轻度升高的颅内压下视乳头水肿仍持续存在。

脑上移假说

机制：在微重力下，大脑轻微旋转并向上移动，牵拉视交叉向上，导致视神经鞘受压。

证据：MRI证实飞行后视神经长度增加（0.80 ± 0.74 mm）¹⁾。

HDTBR与SANS的区别

HDTBR与太空飞行之间存在几个重要区别。

脉络膜扩张程度：在HDTBR中，脉络膜扩张不如太空飞行时明显，因为垂直轴向重力（Gz）仍然存在，产生组织重量。
脉络膜皱褶的发生机制：在HDTBR中，即使脉络膜厚度不增加也可能出现脉络膜皱褶，提示脉络膜增厚可能不是皱褶的必要条件。
眼压变化：在HDTBR中，眼压没有下降，因此眼压下降与ICP升高相结合的脉络膜视网膜皱褶形成机制不适用。
与IIH对比：伴有视乳头水肿的IIH患者中，仅10%在SD-OCT上可见脉络膜皱褶，表明仅ICP升高不能在所有病例中诱发脉络膜皱褶。
ICP升高程度：HDTBR受试者可能经历比宇航员稍高的ICP，这可能有助于解释视乳头水肿严重程度的差异。

脑血流变化

根据Ong等人（2021）的综述，HDTBR期间所有受试者的脑灌注均下降。然而，出现SANS症状者比未出现者维持了更高的灌注¹⁾。

在高碳酸血症环境（约4 mmHg PCO₂）下，脑血管反应性和高碳酸血症通气反应均未观察到显著变化¹⁾。

7. 最新研究与未来展望

在国际空间站引入OCTA（2018年12月）：通过将太空飞行期间的视网膜血管数据与HDTBR结果进行比较，有望加深对体液转移影响视网膜和脉络膜循环的理解¹⁾。
开发无创ICP测量方法：耳声发射（OAE）的相位变化作为国际空间站ICP监测的候选方法正在研究中，并在HDTBR中进行测试¹⁾。oVEMP因与头低位角度相关，也被视为有前景的无创ICP监测工具¹⁾。
应对商业太空旅行时代：随着SpaceX、蓝色起源等私营太空公司的崛起，短期HDTBR可能适用于筛查普通人群对头向体液转移的敏感性¹⁾。
遗传筛查：MTRR和SHMT1多态性已被确定为风险因素，关于HDTBR是否可用于宇航员候选人的遗传筛查的研究正在进行中¹⁾。
未经验证的对策：许多对策，如饮食疗法、维生素补充、外用药物和口服药物，仍处于未经验证的状态¹⁾。
载人火星任务的挑战：对于为期1至3年的火星任务，迫切需要阐明SANS的病理生理学、识别风险因素并开发对策¹⁾。

HDTBR的局限性

作为地面模拟的HDTBR存在以下局限性¹⁾：样本量小、受试者招募困难、与宇航员体能差异、方案缺乏标准化以及存在与太空飞行不一致的条件（如背部接触）。

8. 预后

部分变化，如RNFL增厚和脉络膜皱褶，可能在研究结束后持续数天。
没有受试者报告出现严重的视觉异常。
在太空飞行中，脉络膜皱褶和后部眼球扁平化可能在飞行后持续数年¹⁾。
在太空飞行中（最长14个月的任务），没有报告不可逆的永久性视力丧失¹⁾。
有报告称，HDTBR后腰部和肌肉萎缩恢复正常需要数月时间。

9. 参考文献

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.