《Life Sciences in Space Research》：Dynamic Changes in Ocular and Retinal Function across Acute Hypobaric Hypoxia
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本研究通过模拟高海拔（3500-4500米）缺氧环境，评估了39名健康受试者的屈光状态、眼压及视网膜电生理反应（ERG），发现ERG b波振幅随海拔升高显著降低，且眼压与b波振幅呈负相关，提示急性缺氧可能同时影响眼机械结构和视网膜功能，为空间站VIIP综合征的生物标志物研究提供依据。
Xinli Yu|Jiaxi Li|Yuchen Wang|Jun Zhou|Xuemin Li|Li Ding
北京航空航天大学生物科学与医学工程学院，中国北京
摘要
视觉障碍和颅内压（VIIP）综合征已被认为是长期太空飞行中的主要健康风险，但其潜在机制尚未完全了解。地球上的高海拔缺氧环境为研究这些过程提供了相关的类比。在本研究中，39名健康参与者在基线水平（海平面）以及急性暴露于3500米、4000米和4500米的高度时接受了评估。测量项目包括屈光度（球镜度（SPH）、柱镜度（CYL）测量、眼内压（IOP）测量和视网膜电图（ERG）检查。结果显示，不同高度下的屈光度和眼内压存在微小且不显著的波动。ERG反应显示振幅减小和潜伏期延长，尤其是闪光b波的振幅显著降低，这表明内层视网膜对缺氧极为敏感。回归分析发现眼内压与闪光b波振幅之间存在显著的负相关（β = ?0.307，p = 0.031），而屈光状态与ERG参数之间未发现显著关联。这些发现表明，急性缺氧暴露会影响视网膜功能，并会微妙地改变眼睛的光学特性，反映了VIIP综合征和急性高山病（AMS）的某些方面。因此，我们的研究结果为未来验证非侵入性眼部测量方法（包括屈光度和ERG）作为高海拔和太空飞行环境中与缺氧相关的视觉和神经学风险的生物标志物提供了依据。
引言
随着人类对月球和火星等太空环境的探索不断增加，舱外活动（EVA）的持续时间也需要延长。EVA是载人太空探索计划的核心。经过多次评估后，探索性大气工作组（EAWG）建议在密集的EVA任务阶段使用8.2帕斯卡和34%氧气的环境（相当于海拔1213米）（Norcross等人，2013年；Norcross JC等人，2015年；该小组，2010年）。尽管这种环境可以有效提高EVA的能力，但仍存在低气压缺氧的生理挑战，尤其是对中枢神经系统（CNS）的潜在影响，包括颅内压（ICP）升高、视觉障碍、感觉运动功能障碍和氧化损伤。长期暴露于太空环境引起的症状，如视觉水肿和颅内压升高，被认为是VIIP的表现（Norcross JC等人，2015年）。VIIP被认为是国际空间站（ISS）项目中最大的人类系统风险，23%的航天员和48%的长期驻站航天员报告有主观视力丧失（Mader等人，2011年）。目前关于VIIP的研究缺乏对低气压缺氧暴露的关注。
低气压缺氧可能导致急性高山病（AMS），在8.2帕斯卡/34%氧气的环境中，发生AMS的概率仍为10%（Norcross JC等人，2015年）。AMS表现为快速上升到高海拔时出现的不具体症状。急性低气压缺氧暴露可能导致ICP升高，甚至引发高海拔脑水肿（HACE）。ICP与视神经鞘直径的增加呈正相关。Singh等人（1969年1月）首次发现，高海拔地区的人们会出现视力下降、眼底静脉扩张和充血以及视觉水肿。高海拔视网膜病变不仅代表了眼部系统的病理变化，也是AMS和HACE的敏感生物标志物。及时快速评估HAR的严重程度可以为后续治疗和预后评估提供依据。Riva等人（Falsini等人，2002年）认为视网膜电生理学可能是评估视网膜血流依赖性神经活动的有价值间接工具，这反映了视网膜中间层和外侧层功能的生物电位平均值（Robson等人，2022年；Wangsa-Wirawan和Linsenmeier，2003年）。作为一种非侵入性的视网膜眼科检查方法，手持式视网膜电图（ERG）因其简单性和无需瞳孔扩张而被研究人员广泛使用（Friedel等人，2024年）。在高海拔条件下，视网膜光感受器、视杆细胞相互作用、内层和外层视网膜功能信号以及视网膜神经节细胞和无长突细胞的功能发生了改变（Schatz等人，2013年；Schmeisser等人，1997年；Janáky等人，2007年；Schatz等人，2014年）。急性缺氧引起的ERG反应表现为偏心分布，多焦点ERG的结果显示中央黄斑区域的功能受到影响，且缺氧敏感性随偏心度的增加而降低（Klemp等人，2007年）。缺氧还会导致眼内压（IOP）波动，但结果并不一致（Xie等人，2019年；Yang等人，2019年）。先前的研究表明，IOP升高会导致视网膜内皮功能丧失（Girkin等人，2023年），但在缺氧环境中对IOP、屈光度和视网膜电生理学的综合研究尚不足。
本研究的主要目的是通过使用先进的客观测量工具，整合屈光状态、IOP和视网膜电生理反应，来研究低气压缺氧对眼部生理功能的影响，阐明高海拔暴露的影响，并探讨屈光状态和IOP是否改变了与海拔相关的眼部电生理变化。
研究部分摘要
研究对象
这项前瞻性研究招募了39名身体健康的受试者（27名男性，12名女性；平均年龄24±2.8岁）。使用G*Power 3.1软件（德国杜塞尔多夫海因里希·海涅大学）计算了重复测量方差分析（ANOVA）所需的最小样本量，假设效应大小为中等（f = 0.25），α = 0.05，功效（1 ? β）= 0.80。计算结果显示至少需要24名参与者。为了考虑可能的退出情况，我们计划招募额外15%的受试者。
描述性结果
共有39名受试者安全到达模拟的4500米高度并完成了实验，且未使用氧气补充。平均球镜度（SPH）、眼内压（IOP）和柱镜度（CYL）在不同高度下没有显著变化（表1）。闪光b波的振幅在所有高度上都显示出与海拔相关的显著降低，而在4500米高度时b波的振幅显著减小。此外，b波的潜伏期（p < 0.001）和闪光b波的潜伏期（p < 0.001）也显著延长。
讨论
在本研究中，我们全面探讨了急性低气压缺氧暴露对39名健康常住居民在四个不同高度（海平面、3500米、4000米和4500米）下的眼内压（IOP）、屈光度和视网膜电图（ERG）反应（包括光a波、b波和闪光b波的振幅及潜伏期）的影响。我们的主要统计推断基于线性混合效应模型（MixedLM），该模型能够适当考虑这些因素。
结论
本研究表明，急性高海拔缺氧会导致屈光度的轻微但一致的变化，改变视网膜电生理反应，并揭示了眼内压与闪光b波振幅之间的显著负相关关系。这些发现表明，缺氧影响了眼球? 生物力学特性和视网膜的功能完整性。重要的是，这些变化与VIIP综合征中描述的眼部表现一致。
作者贡献声明
Xinli Yu：撰写原始稿件、方法论设计、数据收集与整理。Jiaxi Li：方法论设计、数据收集。Yuchen Wang：数据整理。Jun Zhou：数据整理。Xuemin Li：资源协调、方法论设计。Li Ding：资源协调、方法论设计。
致谢
利益冲突和财务披露：无其他披露。
资助：无。
数据访问：通讯作者可完全访问研究中的所有数据，并对数据的完整性和数据分析的准确性负责。
