頭低位臥床（HDTBR）相關的眼部變化

一目瞭然的要點

1. 什麼是頭低位臥床（HDTBR）相關的眼部變化？

頭低位臥床（Head-Down Tilt Bed Rest; HDTBR）是研究太空飛行相關神經眼症候群（Spaceflight Associated Neuro-Ocular Syndrome; SANS）病理生理學的地面類比模型。

SANS是由太空飛行期間頭側體液轉移引起的症候群。主要發現包括視神經乳頭水腫、眼球扁平化、遠視化以及脈絡膜充血，約70%的太空人出現某些發現。以前稱為視覺損傷與顱內壓（VIIP）症候群¹⁾。

自1990年以來，HDTBR已成為國際公認的地面類比方法，即保持6度頭低位臥床休息。拋物線飛行暴露時間短，不足以誘發SANS樣症狀，因此能夠再現持續性體液轉移的HDTBR受到重視¹⁾。

早期的70天HDTBR研究未能誘發SANS發現。其原因被認為是使用枕頭或前臂支撐可能降低了顱內壓（ICP）。隨後，透過採用禁止枕頭和手臂支撐的嚴格方案，成功誘發了脈絡膜皺褶和視神經乳頭水腫¹⁾。

在短期任務（少於6個月）中，29%的太空人，在長期任務（6個月或以上）中，60%報告因遠視導致視力下降¹⁾。

Q 為什麼HDTBR設定為6度角？

自1990年以來，6度頭低位傾斜已被確立為微重力的國際標準類比。這個角度持續誘發類似太空飛行的頭向體液轉移。

2. 主要症狀和臨床發現

主觀症狀

頭痛：在研究早期階段，出現搏動性、壓迫性、雙側頭痛。這被認為是由於頭向體液轉移所致。
對視功能影響輕微：實驗條件不會對參與者的視功能產生顯著影響。沒有受試者出現嚴重的視覺異常。
輕度近視化：持續近距離用眼活動可能導致一過性近視。
認知變化（SANS發病者）：在高碳酸血症HDTBR研究中，SANS發病者在認知測試中對視覺線索的依賴程度增加¹⁾。

Q HDTBR會導致視力下降嗎？

視力檢查和屈光檢查均保持在正常範圍內。阿姆斯勒方格表、紅點測試、面對面視野檢查和色覺檢查均未觀察到顯著變化。沒有受試者報告出現嚴重的視覺異常。

臨床發現

以下為HDTBR觀察到的眼球變化主要發現。

RNFL增厚：14天HDTBR後，平均上方視乳頭周圍視網膜厚度增加+4.69 μm，70天HDTBR後平均增加+11.50 μm¹⁾。
視乳頭水腫：嚴格30天HDTBR後，45%的受試者觀察到Frisén 1~2級視乳頭水腫¹⁾。30天HDTBR受試者比太空人更易出現更嚴重的視乳頭水腫。
視乳頭周圍TRT增加：嚴格HDTBR受試者比太空人表現出更大的視乳頭周圍TRT增加（平均差37 μm）¹⁾。
脈絡膜皺褶：可能在脈絡膜厚度未增加的情況下發生。
脈絡膜厚度變化：短期3天研究中觀察到統計學顯著增加。60分鐘HDT後確認了中心凹下脈絡膜厚度增加¹⁾。另一方面，太空人的脈絡膜厚度增加比HDTBR受試者更大（平均差27 μm）¹⁾。
視神經鞘擴張：在60分鐘HDT時透過眼眶超音波確認，與太空人飛行一個月後的發現相似¹⁾。
眼壓升高：14天內升高+1.42 mmHg，70天內升高+1.79 mmHg，但均在正常範圍內。

HDTBR中未觀察到的發現包括眼球扁平化、遠視化和棉絮狀白斑¹⁾。視力、屈光、眼軸長度、前房深度和角膜曲率也未顯示顯著變化。

下表比較了HDTBR和SANS（太空飛行）的主要發現。

發現	HDTBR	SANS（太空飛行）
視神經盤水腫	有（嚴重度較高）	有
脈絡膜厚度增加	輕度	明顯
眼球扁平化	無	有
遠視化	無	有
棉絮狀白斑	無	有

3. 原因與風險因素

HDTBR的基本機制是身體所受重力向量方向改變導致的頭側體液轉移。這會誘發類似微重力環境下的體液分佈變化。

促成因素包括通過篩狀板的壓力差、脈絡膜充血、顱內體積轉移、膠原纖維束的定向以及靜水壓體液分佈等。

主要風險因素如下。

HDTBR持續時間：這是最大的風險因素。與14天相比，70天HDTBR顯示視乳頭周圍視網膜厚度增加約2.5倍。
近視：中度近視者比正視或輕度近視者表現出更高的峰值眼壓（19.8 mmHg對比18.6–18.7 mmHg）和顯著更大的眼壓升高¹⁾。
遺傳易感性：據報導，攜帶MTRR 66G和SHMT1 1420 C等位基因者視乳頭水腫程度更大¹⁾。這些是參與維生素B代謝的基因多態性。
視乳頭的解剖特徵：伴有小視杯的擁擠視乳頭可能是風險因素。
既往HDTBR暴露史：多次參與的受試者被報告TRT較前次增加兩倍以上，提示重複暴露可能增加風險。

Q 一旦經歷過HDTBR，下一次的風險會增加嗎？

在參與多次HDTBR實驗的受試者中，報告顯示TRT增加超過前次的兩倍。重複暴露可能增加風險，在研究參與者的篩選中也需考慮這一點。

4. 診斷與檢查方法

用於評估和監測HDTBR中觀察到的眼部變化的主要檢查方法如下所示。

OCT（光學同調斷層掃描）：可定量評估RNFL增厚、視神經盤水腫和脈絡膜厚度變化。也可觀察到布魯赫膜的變化。海德堡頻譜域OCT（OCT2）提供更高的數位解析度。
OCTA（OCT血管造影）：一種於2018年12月引入ISS的非侵入性三維血管造影方法。可評估視網膜和脈絡膜的血管變化¹⁾。
MRI：可量化視神經鞘擴張、視神經迂曲及玻璃體腔深度變化。相位對比MRI可測量內頸靜脈、椎動脈、內頸動脈的血流量、截面積和血流速度。
軌道超音波：檢測視神經鞘直徑擴張的簡便方法¹⁾。
非侵入性ICP測量（研究階段）：直接測量ICP的腰椎穿刺為侵入性，飛行中無法進行。畸變產物耳聲發射（DPOAE）的相位變化作為非侵入性ICP監測工具的候選正在研究中¹⁾。眼性前庭誘發肌源電位（oVEMP）因與頭低位角度相關，也作為非侵入性ICP監測工具正在探討中¹⁾。
基因和血液檢查：維生素B群水平及SNP（MTRR 66G, SHMT1 1420C）的測定用於風險評估。

眼科基本檢查（視力、睫狀肌麻痺下屈光、眼底、阿姆斯勒表、色覺等）均在正常範圍內。

5. 對抗措施

HDTBR是一種實驗模型，並非通常意義上的「治療」。以下展示的是針對SANS的對策研究成果。

LBNP

下半身負壓（LBNP）：透過非侵入性裝置對下半身施加負壓，將體液拉回周邊的方法。

證據：-20 mmHg LBNP可抑制視神經鞘直徑增加，並在3天HDTBR期間使脈絡膜擴張衰減40%¹⁾。5小時HDTBR期間的CSF量增加也被抑制¹⁾。

評估：目前被認為是最有前景的對策。

大腿袖帶

靜脈收縮大腿袖帶（VTC）：國際太空站組員報告顯示心臟前負荷和頸靜脈系統擴張減少。可降低每搏輸出量、頸內靜脈橫截面積和眼壓。

限制：對腦脊液分佈或顱內壓無直接影響。在15度頭低位傾斜合併60毫米汞柱大腿袖帶壓迫10分鐘的情況下，視乳頭周圍脈絡膜厚度和視神經鞘直徑無顯著差異¹⁾。

人工重力

離心機產生的人工重力：每天30分鐘的離心機暴露。

限制：30分鐘的暴露不足以抑制脈絡膜皺褶和視乳頭水腫。可能的原因包括暴露時間有限、眼部水平重力不足以及不同基礎機制的參與¹⁾。

運動

一項在70天非高碳酸血症HDTBR中執行NASA iRAT方案（綜合阻力與有氧訓練）的研究顯示，運動組與對照組在視網膜厚度變化和視盤水腫方面無顯著差異¹⁾。但觀察到運動組眼壓略高（低於1 mmHg）。短時間中等強度有氧、阻力與高強度間歇運動已被證明與眼壓降低相關¹⁾。

Q 為什麼下肢負壓（LBNP）被認為是一種有前景的對策？

據報導，-20 mmHg的LBNP可抑制視神經鞘直徑增加、在3天HDTBR中使脈絡膜擴張衰減40%，並抑制腦脊液量增加¹⁾。通過將體液拉回周邊直接抑制頭向體液轉移的機制被認為優於其他對策。

6. 病理生理學與詳細發病機制

目前，關於SANS的病理生理學提出了三個主要假說¹⁾。

顱內壓升高假說

機制：頭向體液轉移→靜脈淤血→顱內壓升高→眼部症狀。

限制：飛行後腰椎穿刺僅顯示正常上限至輕度升高（21–28.5 cm H₂O）。無典型IIH症狀（頭痛、搏動性耳鳴）。視乳頭水腫在飛行後持續6個月，而IIH中壓力降低後迅速改善。僅憑顱內壓升高難以解釋。

腦脊液分隔假說

機制：微重力下，視神經鞘內的腦脊液壓力因單向瓣膜機制而局部升高。與顱蛛網膜下腔的壓力平衡不完全。

意義：解釋了為何在正常至輕度升高的顱內壓下視乳頭水腫仍持續存在。

腦上移假說

機制：在微重力下，大腦輕微旋轉並向上移動，牽引視交叉向上，導致視神經鞘受壓。

證據：MRI證實飛行後視神經長度增加（0.80 ± 0.74 mm）¹⁾。

HDTBR與SANS的差異

HDTBR與太空飛行之間存在幾個重要差異。

脈絡膜擴張程度：在HDTBR中，脈絡膜擴張不如太空飛行時明顯，因為垂直軸向重力（Gz）仍然存在，產生組織重量。
脈絡膜皺褶的發生機制：在HDTBR中，即使脈絡膜厚度不增加也可能出現脈絡膜皺褶，提示脈絡膜增厚可能不是皺褶的必要條件。
眼壓變化：在HDTBR中，眼壓沒有下降，因此眼壓下降與ICP升高相結合的脈絡膜視網膜皺褶形成機制不適用。
與IIH對比：伴有視乳頭水腫的IIH患者中，僅10%在SD-OCT上可見脈絡膜皺褶，表明僅ICP升高不能在所有病例中誘發脈絡膜皺褶。
ICP升高程度：HDTBR受試者可能經歷比太空人稍高的ICP，這可能有助於解釋視乳頭水腫嚴重程度的差異。

腦血流變化

根據Ong等人（2021）的綜述，HDTBR期間所有受試者的腦灌注均下降。然而，出現SANS症狀者比未出現者維持了更高的灌注¹⁾。

在高碳酸血症環境（約4 mmHg PCO₂）下，腦血管反應性和高碳酸血症通氣反應均未觀察到顯著變化¹⁾。

7. 最新研究與未來展望

在國際太空站引入OCTA（2018年12月）：透過將太空飛行期間的視網膜血管數據與HDTBR結果進行比較，有望加深對體液轉移影響視網膜和脈絡膜循環的理解¹⁾。
開發非侵入性ICP測量方法：耳聲發射（OAE）的相位變化作為國際太空站ICP監測的候選方法正在研究中，並在HDTBR中進行測試¹⁾。oVEMP因與頭低位角度相關，也被視為有前景的非侵入性ICP監測工具¹⁾。
應對商業太空旅行時代：隨著SpaceX、藍色起源等私營太空公司的崛起，短期HDTBR可能適用於篩查普通人群對頭向體液轉移的敏感性¹⁾。
遺傳篩查：MTRR和SHMT1多態性已被確定為風險因素，關於HDTBR是否可用於太空人候選人的遺傳篩查的研究正在進行中¹⁾。
未經驗證的對策：許多對策，如飲食療法、維生素補充、外用藥物和口服藥物，仍處於未經驗證的狀態¹⁾。
載人火星任務的挑戰：對於為期1至3年的火星任務，迫切需要闡明SANS的病理生理學、識別風險因素並開發對策¹⁾。

HDTBR的局限性

作為地面模擬的HDTBR存在以下局限性¹⁾：樣本量小、受試者招募困難、與太空人體能差異、方案缺乏標準化以及存在與太空飛行不一致的條件（如背部接觸）。

8. 預後

部分變化，如RNFL增厚和脈絡膜皺褶，可能在研究結束後持續數天。
沒有受試者報告出現嚴重的視覺異常。
在太空飛行中，脈絡膜皺褶和後部眼球扁平化可能在飛行後持續數年¹⁾。
在太空飛行中（最長14個月的任務），沒有報告不可逆的永久性視力喪失¹⁾。
有報告稱，HDTBR後腰部和肌肉萎縮恢復正常需要數月時間。

9. 參考文獻

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.