Длительное пребывание в невесомости влияет практически на все системы человеческого организма. У астронавтов изменяется распределение жидкостей, уменьшается мышечная и костная масса, перестраивается работа сердечно-сосудистой системы, а также возникают изменения, связанные со зрением и нервной системой.
Новое исследование выявило ещё одну характерную особенность пребывания человека в космосе. Нижнее веко астронавтов в условиях микрогравитации заметно смещается вверх, ближе к центру глаза. В среднем расстояние между центром роговицы и краем нижнего века уменьшалось на 1 миллиметр по сравнению с фотографиями тех же людей на Земле.
Исследователи называют такое положение нижнего века обратным птозом, или reverse ptosis. Само по себе обнаруженное изменение не означает, что у астронавтов обязательно возникает нарушение зрения, однако оно может иметь значение для состояния роговицы, поля зрения и остроты зрения. При этом работа пока не доказывает прямую связь между изменением положения века и конкретными жалобами на глаза: для этого потребуются специальные исследования с контролем симптомов.
Что происходит с глазами человека в невесомости
Микрогравитация меняет распределение жидкости в организме
Одно из наиболее заметных последствий перехода в невесомость связано с перераспределением жидкостей. На Земле сила тяжести постоянно способствует накоплению большей части жидкости в нижней половине тела. В микрогравитации этот градиент практически исчезает, поэтому жидкость перемещается в сторону верхней части тела.
Так возникает хорошо известный у астронавтов эффект «луноподобного» или отёчного лица: ткани головы и шеи получают больше жидкости, чем в обычных земных условиях. По оценкам, при переходе в микрогравитацию около двух литров жидкости перераспределяются в направлении головы, при этом примерно 50 миллилитров приходится на поверхностные ткани головы и шеи.
Область вокруг глаз особенно чувствительна к такому перераспределению. Отёк может менять положение мягких тканей, окружающих глазное яблоко, и влиять на форму и положение век. Поэтому изменения внешнего вида лица астронавтов в космосе являются не просто визуальной особенностью фотографий, а отражают реальные физиологические процессы.
Изменяется не только нижнее веко
Положение тканей вокруг глаз в невесомости менялось и в предыдущих исследованиях. Наблюдались изменения положения бровей и верхнего века, причём похожие эффекты удавалось регистрировать даже во время кратковременных периодов микрогравитации при параболических полётах.
Новое исследование сосредоточилось именно на нижнем веке. Ранее его положение у астронавтов в условиях длительного космического полёта практически не изучалось. Авторы исходили из результатов экспериментов с кратковременной микрогравитацией, где уже было замечено уменьшение соответствующего измеряемого расстояния.
Это важно, поскольку короткий период невесомости и месяцы на орбите создают разные условия для организма. Если изменение появляется уже в первые минуты микрогравитации и сохраняется во время длительного полёта, оно может рассматриваться как одна из устойчивых реакций организма на отсутствие нормального направления действия силы тяжести.
Как учёные измеряли положение нижнего века
Для работы не проводились специальные медицинские обследования астронавтов непосредственно на борту космической станции. Исследователи использовали уже существующие фотографии из открытой фототеки NASA.
Из нескольких тысяч просмотренных изображений удалось отобрать только те, которые соответствовали достаточно строгим требованиям. Для каждого участника требовались как минимум три подходящие фотографии, сделанные на Земле, и три фотографии во время космического полёта. Лицо должно было быть обращено непосредственно к камере, без существенного наклона головы, а выражение лица должно было оставаться нейтральным.
Такие ограничения были необходимы потому, что улыбка, прищуривание и положение головы сами по себе могут менять положение нижнего века. Если не учитывать эти факторы, изменение на фотографии нельзя было бы надёжно связать с микрогравитацией.
В итоге для анализа подошли 115 изображений: 52 фотографии были сделаны на Земле, а 63 — во время космических полётов. Они представляли 13 астронавтов — 12 мужчин и одну женщину. Средний возраст участников составлял 46 лет, диапазон возраста — от 35 до 60 лет.
Что такое MRD2
Для количественной оценки положения нижнего века офтальмологи используют показатель MRD2 — расстояние от центра роговицы до края нижнего века.
Если нижнее веко располагается ниже, расстояние увеличивается. Если оно поднимается вверх и приближается к центру глаза, показатель уменьшается.
В норме величина MRD2 составляет примерно 5 миллиметров, хотя конкретное значение зависит от индивидуальных анатомических особенностей. В исследовании среднее значение на Земле составило 4,9 миллиметра, а на фотографиях из космоса — 3,9 миллиметра. Таким образом, средняя разница достигла ровно 1 миллиметра.
Для оценки использовалось положение геометрического центра роговицы, поскольку характерный световой рефлекс в центре роговицы присутствовал не на всех снимках. Размер роговицы в фотографиях также приходилось калибровать по средним значениям, поскольку индивидуальные измерения каждого астронавта отсутствовали.
Нижнее веко действительно поднимается
Изменение обнаружили у всех участников
Результат оказался достаточно однозначным в пределах исследованной выборки. У всех 13 астронавтов значение MRD2 в космосе уменьшилось по сравнению с земными фотографиями.
У восьми участников, то есть у 62% выборки, среднее изменение составляло не менее 1 миллиметра. При этом изменения положения век на левом и правом глазу хорошо соответствовали друг другу.
Статистический анализ показал, что различие между земными и космическими измерениями было статистически значимым. Однако это не означает, что каждый астронавт обязательно испытывает одинаковое визуально заметное изменение. Исследование измеряло положение века на фотографиях, а не субъективное восприятие или качество зрения.
Именно поэтому результат следует формулировать как обнаруженное устойчивое изменение анатомического положения нижнего века в условиях микрогравитации, а не как доказанное заболевание глаз у астронавтов.
Почему это называют обратным птозом
Обычный птоз связан с опущением века. При обратном птозе происходит противоположное: край нижнего века располагается выше обычного положения и приближается к центру роговицы.
В медицинской практике уменьшение MRD2 более чем на 1 миллиметр рассматривается как клинически значимое изменение. Средняя разница, полученная в исследовании, составила 1 миллиметр, а у 62% участников она была не меньше этой величины.
Важно, однако, не переносить автоматически медицинское значение показателя на каждого астронавта. Исследование не проводило индивидуальную клиническую диагностику участников и не определяло, какие именно функциональные последствия имело изменение века у каждого человека.
Почему нижнее веко поднимается в невесомости
Перераспределение жидкости может механически сдвигать ткани
Авторы работы рассматривают несколько возможных механизмов. Наиболее очевидный связан с перераспределением жидкости в организме.
В микрогравитации жидкость перемещается в сторону головы. Вокруг глаз это может приводить к увеличению объёма мягких тканей. На фотографиях исследователи заметили особенно выраженное утолщение тканей в области нижнего века, которое они описывают как характерный выпуклый валик перед хрящевой пластинкой века.
Если в этой области увеличивается объём тканей, они могут механически перемещать край нижнего века вверх. В таком случае уменьшение MRD2 становится непосредственным результатом изменения объёма окружающих тканей.
Этот механизм согласуется с более общим явлением отёчности лица в микрогравитации. Однако авторы рассматривают его именно как возможное объяснение, а не как окончательно доказанную единственную причину.
Может играть роль и упругость тканей лица
Второй механизм связан с механическими свойствами кожи, фасций, мышц и сухожилий.
На Земле ткани лица постоянно находятся под воздействием силы тяжести, которая в определённом направлении тянет их вниз. В ответ внутренние упругие структуры тканей создают противодействующее натяжение. Когда направление действия силы тяжести перестаёт играть обычную роль, механическое равновесие изменяется.
В условиях микрогравитации ткани могут смещаться в положение, при котором внутреннее натяжение становится меньше. Такой упругий возврат, или elastic recoil, способен дополнительно способствовать подъёму нижнего века.
Поддержкой этой гипотезе служат наблюдения за людьми, которые длительное время находятся в положении лёжа на Земле. У них также может уменьшаться MRD2, хотя эффект слабее, чем в микрогравитации. Авторы предполагают, что часть изменения может быть связана именно с исчезновением обычного направления действия силы тяжести на ткани лица.
Почему дело, вероятно, не только в нервной системе
Для положения век важны не только механические свойства тканей, но и работа мышц с автономной нервной регуляцией. Поэтому теоретически изменение положения тела и микрогравитация могли бы воздействовать на веко через нервные механизмы.
Однако авторы считают такой механизм менее вероятным для наблюдаемого изменения нижнего века в космосе. Изменения автономной нервной системы при космическом полёте не выглядят достаточно сильными, чтобы полностью объяснить полученный эффект. Поэтому основное внимание уделяется перераспределению жидкости и механическим свойствам тканей.
Это важная оговорка: исследование обнаружило сам эффект, но не ставило задачу экспериментально разделить вклад каждого механизма. Для этого потребуются новые исследования, в которых можно будет непосредственно измерять объём тканей вокруг глаза, распределение жидкости и положение век в динамике.
Эффект появляется быстро и может сохраняться
Что показали параболические полёты
Особенно интересным оказалось сравнение с результатами экспериментов, в которых люди на короткое время испытывают микрогравитацию во время параболического полёта самолёта.
Такие эксперименты показывали уменьшение MRD2 примерно на 0,9 миллиметра. В новом исследовании у астронавтов средняя разница составила 1 миллиметр. То есть величина эффекта оказалась очень близкой.
Это позволяет предположить, что изменение положения нижнего века начинается практически сразу после перехода в микрогравитацию. Однако фотографии астронавтов также показывают, что подобное положение века может сохраняться во время длительных космических миссий.
Именно сочетание этих двух наблюдений делает результат важным для космической медицины. Если изменение возникает быстро и не исчезает после длительной адаптации организма, его необходимо учитывать при оценке воздействия микрогравитации на зрительную систему.
Но фотографии не позволяют установить точную динамику
Здесь есть существенное ограничение. Исследователи не наблюдали одних и тех же астронавтов непрерывно от момента выхода на орбиту до конца миссии.
Фотографии были сделаны в разные моменты времени и по разным причинам. Поэтому по ним нельзя построить точную кривую изменения MRD2 в течение нескольких месяцев.
Авторы говорят о вероятной устойчивости эффекта на протяжении длительных полётов, основываясь на сопоставлении фотографий, но для точного изучения динамики нужны стандартизированные измерения до полёта, на орбите и после возвращения на Землю.
Может ли поднятое веко влиять на зрение
Возможное воздействие на роговицу
Положение нижнего века имеет значение для поверхности глаза. Край века контактирует с областью рядом с роговицей и участвует в распределении слёзной плёнки.
При выраженном изменении положения века механическое воздействие на роговицу потенциально может менять её форму. Для обратного птоза в медицинской литературе описаны случаи изменения топографии роговицы и связанные с этим нарушения зрения.
Однако новое исследование не показало, что именно обнаруженное изменение у астронавтов уже приводит к таким последствиям. Авторы подчёркивают необходимость дальнейшего изучения возможной связи между положением века, состоянием роговицы и динамикой слёзной плёнки.
Поэтому корректнее говорить о потенциальном факторе риска, который требует проверки, а не об установленной причине ухудшения зрения.
Возможное изменение поля зрения
Если нижний край века перемещается вверх и начинает закрывать большую часть нижней области роговицы, теоретически может измениться и доступная область зрения.
Подобное последствие известно для выраженного обратного птоза в клинической офтальмологии. Но применительно к астронавтам пока нельзя утверждать, что обнаруженное среднее смещение на 1 миллиметр приводит к измеримому сокращению поля зрения у каждого человека. В исследовании не проводились соответствующие офтальмологические тесты.
То же относится к остроте зрения. Работа обнаружила изменение положения века, но не сравнивала показатели зрения участников до и во время полёта. Поэтому причинно-следственная связь между двумя явлениями пока не установлена.
Микрогравитация уже связывалась с изменениями зрительной системы
Воздействие космического полёта на глаза изучается несколько десятилетий. Одним из наиболее известных состояний является синдром нейроокулярных изменений, связанный с космическим полётом — Spaceflight-Associated Neuro-Ocular Syndrome, или SANS.
При длительном пребывании в микрогравитации у некоторых астронавтов наблюдаются изменения, затрагивающие структуру и функцию зрительной системы. В числе возможных факторов рассматриваются перераспределение жидкости в организме, изменения внутричерепной и внутриглазной среды и другие последствия длительного пребывания в космосе.
Новое исследование не утверждает, что подъём нижнего века является причиной SANS. Оно добавляет ещё один элемент к общей картине изменений области вокруг глаза в микрогравитации.
Это различие принципиально. Нельзя объединять все обнаруженные изменения глаз в один механизм без экспериментального подтверждения. У разных проявлений могут быть разные причины, хотя перераспределение жидкости потенциально может участвовать сразу в нескольких процессах.
Сухость глаз также остаётся отдельной проблемой
У астронавтов описаны жалобы на сухость глаз. В работе отмечается, что примерно 30% астронавтов сообщали о симптомах сухого глаза в соответствующих исследованиях.
Однако авторы нового исследования специально подчёркивают, что не проверяли связь между сухостью глаз и изменением положения нижнего века. В использованном наборе фотографий просто отсутствовали необходимые данные о симптомах.
Следовательно, нельзя утверждать, что поднятие нижнего века объясняет сухость глаз у астронавтов. Можно лишь предполагать, что изменение положения тканей вокруг глаза потенциально способно влиять на слёзную плёнку, что и предлагается проверить в дальнейших исследованиях.
Насколько надёжны результаты исследования
У работы есть важное преимущество
Главное достоинство исследования заключается в том, что одинаковый тип изменения обнаружен у всех 13 участников. При этом величина эффекта была близка к результатам независимых экспериментов с кратковременной микрогравитацией.
Совпадение между левым и правым глазом также оказалось высоким. Это снижает вероятность того, что результат связан исключительно со случайными индивидуальными особенностями одного глаза.
Кроме того, исследователи специально исключали фотографии с улыбкой, прищуриванием и выраженным наклоном головы. Эти требования позволили уменьшить влияние факторов, которые сами по себе способны менять положение нижнего века.
Но размер выборки остаётся небольшим
Главное ограничение — всего 13 астронавтов. Причём среди них была только одна женщина. Поэтому исследование не позволяет определить, одинаково ли выражен эффект у разных полов, возрастных групп или людей с различными индивидуальными особенностями глаз.
Кроме того, фотографии изначально не создавались как научные измерения. Они предназначались прежде всего для документации и публичных материалов космических программ. Поэтому многие снимки пришлось исключить из анализа.
Ещё одна проблема связана с калибровкой. У исследователей не было индивидуальных измерений горизонтального диаметра роговицы каждого участника. Вместо этого использовались средние значения для мужчин и женщин. Это снижает точность абсолютных измерений, хотя не отменяет обнаруженного общего направления изменения.
Что необходимо проверить в будущем
Авторы предлагают перейти от анализа случайных фотографий к стандартизированным изображениям. В идеальном исследовании один и тот же человек должен быть обследован по одинаковому протоколу до полёта, во время пребывания в космосе и после возвращения на Землю.
Кроме того, необходимо непосредственно измерять объём тканей вокруг глаза. Это позволит проверить, действительно ли перераспределение жидкости и увеличение объёма тканей непосредственно вызывают подъём нижнего века.
Отдельное направление — исследование слёзной плёнки. Если изменение положения нижнего века действительно влияет на её распределение, это может помочь установить связь между анатомическим изменением и некоторыми симптомами со стороны поверхности глаза.
Почему это важно для будущих полётов к Луне и Марсу
Чем дольше полёт, тем важнее небольшие изменения организма
Полёт на низкую околоземную орбиту и экспедиция к Марсу создают принципиально разные требования к медицинскому обеспечению. Во время длительных межпланетных миссий экипаж будет находиться в условиях микрогравитации значительно дольше, чем большинство современных экспедиций.
Если небольшое изменение положения тканей возникает быстро и сохраняется длительное время, его потенциальные последствия становятся более важными. Даже небольшое влияние на роговицу, слёзную плёнку или поле зрения может иметь значение, если оно продолжается месяцами.
Особенно важно это для миссий, во время которых невозможно быстро доставить астронавта на Землю для обследования или лечения. Поэтому космическая медицина стремится выявлять даже относительно небольшие физиологические изменения задолго до появления реальной необходимости принимать медицинские решения в дальнем космосе.
Исследование не означает, что полёты к Марсу опасны для зрения
Полученный результат нельзя трактовать как доказательство того, что астронавты обязательно получат повреждение глаз во время длительной миссии.
Исследование показало анатомическое изменение положения нижнего века. Возможные последствия для зрения пока остаются предметом дальнейшего изучения. Авторы сами указывают, что для установления клинического значения необходимы стандартизированные измерения и данные о симптомах.
Тем не менее подобные результаты важны именно потому, что позволяют заранее определить, какие процессы необходимо контролировать. Чем лучше изучена реакция организма на микрогравитацию, тем точнее можно разрабатывать медицинские протоколы для длительных космических экспедиций.
Невесомость меняет даже положение нижнего века
Исследование показало, что пребывание человека в космосе связано с устойчивым подъёмом нижнего века. В среднем расстояние MRD2 уменьшалось на 1 миллиметр, а изменение было обнаружено у всех 13 изученных астронавтов. По величине эффект оказался близок к тому, который ранее наблюдался во время кратковременных параболических полётов.
Наиболее вероятными объяснениями авторы считают перераспределение жидкости в сторону головы с увеличением объёма тканей вокруг глаз и изменение механического равновесия мягких тканей лица после исчезновения обычного действия силы тяжести. Однако окончательно установить вклад каждого механизма пока невозможно.
Особенно важно, что исследование не доказывает прямую связь между подъёмом века и ухудшением зрения или сухостью глаз. Возможные изменения роговицы, поля зрения, остроты зрения и слёзной плёнки требуют отдельных исследований.
Результат показывает, насколько глубоко микрогравитация воздействует на человеческий организм. В космосе меняется не только распределение крови, состояние мышц и костей или работа внутренних органов. Даже небольшие структуры вокруг глаза перестраивают своё положение в ответ на исчезновение привычного направления силы тяжести. Для будущих длительных миссий это означает необходимость изучать не только очевидные физиологические последствия космического полёта, но и малые изменения, которые при многомесячном воздействии могут оказаться значимыми.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
