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Zero-Weight Eye Health

Die Internationale Raumstation (ISS) fliegt alle 90 Minuten in einer Entfernung von 431 km über der Erdoberfläche um die Erde und bietet eine ideale Umgebung, um die physiologischen Auswirkungen der Raumfahrt zu untersuchen. Dies ist weit genug, um das Vakuum des Weltraums zu erleben, aber nah genug, um Vorräte und Ausrüstung zu liefern, und vor allem ermöglicht seine Geschwindigkeit der Besatzung, die Schwerkraft weitgehend zu vermeiden.

Studien von ISS-Besatzungsmitgliedern, die an die Oberfläche zurückkehrten, zeigten jedoch, dass die Bedingungen der Schwerelosigkeit einen tiefgreifenden Einfluss auf ihren Körper haben, einschließlich ihrer Sicht. Seit März 2013 hat die Besatzung im Rahmen einer laufenden prospektiven Studie zur Augengesundheit die Anzahl der an Bord durchgeführten Diagnosetests erhöht, damit Wissenschaftler besser verstehen können, was mit ihren Augen geschieht.
In Ermangelung eines Schutzes unserer Atmosphäre im Körper wird die Ordnung ohne ausreichende Bewegung, Ernährung und Strahlenschutz gestört. Bei unzureichendem Training kann die Knochendichte abnehmen, was letztendlich zu ihrer Zerbrechlichkeit und leichten Fraktur führen kann. Ohne volle Schwerkraft benötigt der Körper keine Anstrengung mehr, um aufrecht zu bleiben, was zu einem Muskelabbau führt. Ohne die Erdatmosphäre abzudecken, kommt es zu einer erhöhten Exposition.

Schwerelose Veränderungen

Im Jahr 2005 berichteten Astronauten nach einem langen Aufenthalt im Weltraum über Sehprobleme, insbesondere als dies zur Einstellung der Arbeit führte. Die NASA gab bekannt, dass 21 ihrer Astronauten während oder nach Missionen Sehprobleme hatten und 70% aller Besatzungsmitglieder Probleme haben könnten. Die Raumfahrtbehörde diskutiert dieses Thema sehr ernst.
Die Liste der klinischen Daten umfasst Fälle von Bandscheibenödemen, Skotomen, Baumwollflecken, Verformungen der Aderhaut, Abflachung des Augenhintergrunds und hypermetrische Verschiebung - in einigen Fällen betrug die Änderung der Brechung 1,75D.

"Dies ist derzeit das größte Risiko der NASA für den menschlichen Raumflug der NASA auf der ISS", erklärt Dr. Christian Otto, Arzt an der Vereinigung der Universitäten für Weltraumforschung in Houston und führender Augengesundheitsforscher bei der NASA.

Dr. Otto sagte gegenüber Optometry Today: "Obwohl bisher keine langfristigen medizinischen Konsequenzen beobachtet wurden, verwendet die NASA erhebliche Ressourcen, um das Problem zu verstehen und zu bewerten und Gegenmaßnahmen zu entwickeln - Wege, die helfen können, zukünftige langfristige Weltraummissionen zu retten und zu erleichtern."

Sehtests werden seit langem als medizinische Standardkomponente vor und nach dem Flug von Besatzungsmitgliedern durchgeführt. Um die Anzahl der verfügbaren Diagnosedaten zu erhöhen, widmet die Agentur dem Astronauten immer mehr wertvolle Zeit, um unschätzbare Daten zu sammeln.

Im Rahmen von Routinetests führt die NASA digitale Fundusuntersuchungen, Tonometrie, Augenultraschall und axiale Längenmessungen durch. Vor und nach dem Flug werden auch das Sichtfeld, die Brechfähigkeit der Linse und die MRT auf neurologische Pathologie oder Veränderungen überprüft. Die Besatzung führt sechs Tests während des Fluges durch und einen nach der Rückkehr zur Erde, von denen jeder einen vollständigen Satz von Untersuchungen enthält. Nach einem, drei, sechs und zwölf Monaten werden sie wiederholt.

Klinische Studien

Im Juni 2013 stärkte die Raumfahrtbehörde ihr diagnostisches Potenzial, indem sie das Arsenal der Station um optische Kohärenztomographie (OCT) erweiterte. Es ist für die spektrometrische OCT nach Heidelberg vorgesehen, mit der Veränderungen in der Netzhaut mit einer Dicke von nur einem Mikrometer erfasst werden können. "[NASA] hat ein Gerät ausgewählt, das eine extrem hohe Bildqualität bietet und zuverlässige Beobachtungen ermöglicht", sagte Christopher Modi, klinischer Programmmanager bei Heidelberg Engineering.

Das Spektrometer musste eine Reihe von Tests bestehen, die eine Bewertung seiner Fähigkeit beinhalteten, Vibrationen zu widerstehen, die die Raumstation bei Manövern in der Erdumlaufbahn erlebte - Kräfte, die Geräte in Stücke zerschlagen können. Auf die Frage nach den Verbesserungen und Modifikationen, die zur Gewährleistung der „Weltraumsicherheit“ des Spektrometers erforderlich sind, sagte Modi zu Optometry Today: „Überhaupt nichts. Dies ist ein Inventar-Tool von der Stange. “

Das Senden solcher Geräte in den Weltraum bedeutet keine Leistung, wie Dr. Otto erklärte: „Die öffentliche Meinung, dass es einfach ist, Dinge an eine Raumstation zu liefern, ist nicht weit von der Wahrheit entfernt.“ Der Kliniker erklärte Optometry Today, dass selbst ein kleiner Teil der Geräte an den Stromversorgungssystemen der Station arbeiten und vor allem in der Schwerelosigkeit sicher arbeiten sollte.

"Die Tatsache, dass dies in den letzten Jahren Teil der geplanten Arbeiten an der Raumstation war, spiegelt die Fähigkeit wider ... die NASA zu verstehen, dass dies ein äußerst wichtiges medizinisches Problem ist", fügte er hinzu.

Veränderungen sind in den Augen der Besatzung sichtbar, vermutlich hauptsächlich aufgrund der Flüssigkeitsverschiebung von den Beinen und dem Unterkörper zum Kopf: Blut, Lymphe, interzelluläre Flüssigkeit und Liquor cerebrospinalis (CSF). Dies ist an den geschwollenen Gesichtern der Astronauten in der Anfangsphase ihrer Anpassung an das Leben an Bord einer Raumstation zu erkennen.

Auf der Erde sammelt sich bei einer Schwerkraft nahe einem konstanten Wert von 9,8 m / s2 (oder 1 g) etwas CSF in der Wirbelsäule an. Es wird jedoch angenommen, dass die Reabsorption aufgrund der verringerten Schwerkraft in der Erdumlaufbahn aufgrund von Flüssigkeitsscherung blockiert ist und sich CSF im Subarachnoidalraum um das Gehirn und den Sehnerv ansammelt. Eine solche Blockierung kann den Hirndruck (ICP) erhöhen, was zu einer Ausdehnung der Sehnervenscheide führt, und auf den Augenhintergrund drücken, wodurch ein Teil des Teams eine Abflachung des Augapfels aufweist. Die NASA ist so sehr mit der Aussicht auf Sehschäden ihrer Astronauten und potenziellen Problemen für zukünftige bemannte Fernmissionen beschäftigt, dass sie ein Programm zur Untersuchung des Risikos von Sehbehinderungen und Hirndruck (VIIP) gestartet hat.

Während viele Änderungen mit einer Flugdauer von mehreren Monaten vorübergehend sind, bedeutet die Verlängerung der Dauer eines Raumfluges ein erhöhtes Risiko für längere oder dauerhafte Schäden. Fälle von Ödemen am Laserboden sind von besonderer Bedeutung, da Schwellungen letztendlich zum Entzug von Sauerstoffzellen führen können. "Wenn dies über einen ausreichend langen Zeitraum andauert, kann dies zum Tod von Neuronen führen", erklärt Dr. Otto. "Wir müssen das periphere Sichtfeld [der Besatzung] überprüfen , da eine Person solche Veränderungen des Sehvermögens oft erst bemerkt, wenn sie bis zu 50% des peripheren Sehvermögens verliert."

Zusätzliche Faktoren

Die vom ÜLG erhaltenen Informationen haben sich bereits bewährt. Die Daten zeigten, dass einige Veränderungen, wie z. B. eine Verdickung der Netzhaut der Nervenfaserschicht, erst nach 10 Flugtagen auftreten. Interessanterweise zeigen die Tonometriedaten, dass der Augeninnendruck (IOD) weiterhin innerhalb normaler physiologischer Parameter (8-22 mmHg) gehalten wird. Auf lange Sicht kann der Unterschied zwischen den Drücken im Schädel und im Auge das Risiko für Erkrankungen wie das Glaukom erhöhen (dazu gehören Fälle von idiopathischer intrakranieller Hypertonie).

In diesem Jahr werden Astronauten ihre physiologischen Grenzen weiter ausbauen. Ab März fliegen der russische und der amerikanische Astronaut 12 Monate lang. Obwohl dies nicht der längste Flug in der Geschichte des Weltraums ist - seine Leistung gehört dem russischen Kosmonauten Valery Polyakov, der 437 Tage auf der Raumstation Mir lebte -, wird es der längste bemannte Flug in der 15-jährigen Geschichte der Internationalen Raumstation sein. Kontrollmission; Vorbereitung auf längere bemannte Missionen mit einem der unmittelbaren Ziele einer zweijährigen Reise mit einer kleinen zum Mars und zurück. Für Dr. Otto und andere Projektwissenschaftler bietet dies die Möglichkeit, mehr Daten über Augenveränderungen zu sammeln.

Die Gesundheitsteams der NASA berücksichtigen auch andere VIIP-Risikofaktoren wie die hohe CO2-Konzentration an Bord der ISS. Während sich das Gas noch unter beruflichen Bedingungen befindet, kann es zehnmal höher sein als auf der Erdoberfläche. Ein solches Gas ist ein starker Vasodilatator und spielt seine eigene Rolle bei der Bewegung von Flüssigkeit, indem es die Blutgefäße erweitert und den Blutfluss zum Gehirn erhöht.

Die Elastizität der Blutgefäße der Besatzung kann ein wesentlicher Faktor sein und ist ein weiteres Forschungsgebiet der NASA. Personen mit flexibleren Gefäßen können das venöse Blutvolumen besser anpassen, wobei 80% des Gesamtvolumens sein können. Das Vorhandensein elastischerer Gefäße bedeutet, dass mehr Blut im Darm- und Brustbereich wie auf der Erde platziert werden kann, was dem Blutfluss zum Kopf in der Schwerelosigkeit standhalten kann.

Andere Indikatoren

Die Bekämpfung der Auswirkungen der Schwerelosigkeit ist ein Schlüsselbereich der NASA-Forschung. Die Besatzung der Raumstation muss täglich zwei Stunden verbringen, um den physiologischen Auswirkungen der Arbeit im Weltraum standzuhalten. Dies umfasst Aerobic-Übungen (mit einem speziell entwickelten Laufband und einem Heimtrainer) sowie anaerobe Übungen wie Gewichtheben und andere Kraftübungen. Während diese Übungen im Kampf gegen Knochenbrüchigkeit und Muskelschwund von entscheidender Bedeutung sind, können solche Trainingsbelastungen Augenprobleme verschlimmern, indem sie den Blutfluss zum Kopf erhöhen und den Druck weiter erhöhen.
Das Team untersucht derzeit eine Reihe möglicher Gegenmaßnahmen, um die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf die Augen zu mildern.

Eine der vielversprechenden Vorrichtungen der mechanischen Klasse für solche Gegenmaßnahmen sind Vorrichtungen zur Erzeugung von Unterdruck. Von Dr. Otto als „wie die Michelin Man-Hose“ beschrieben, erzeugen die Geräte einen Unterdruck um die Beine, der Blut vom Oberkörper zurück zu den Beinen zieht. Obwohl diese Geräte vielversprechend sind, können sie für Besatzungsmitglieder während der Arbeit an der Raumstation umständlich und ungeeignet sein. Sie können jedoch so gestaltet werden, dass sie von Besatzungsmitgliedern getragen werden, während sie schlafen. Die russische Weltraumbehörde verfügt über zwei Geräte. Kiebitzanzug, der Blut in die Beine zieht; und Bracelet, ein Tourniquet, das nach einem ähnlichen Prinzip arbeitet und das Blutvolumen in den Beinen erhält, indem es den venösen Fluss teilweise blockiert und nicht durch Absaugen.Dies hat in einer Kurzzeitstudie zur Wirksamkeit gezeigt.

Medikamente können zusätzliche Gegenmaßnahmen bieten. Die Verabreichung einfacher Medikamente zur Regulierung des Blutdrucks kann den Bluthochdruck senken oder letztendlich mit mechanischen Methoden kombiniert werden. Ein größerer Widerstand kann jedoch durch künstliche Schwerkraft auf einer Raumstation oder einem Raumfahrzeug erreicht werden, das für den Langstreckenflug ausgelegt ist. "Dies ist, was die NASA in der Vergangenheit in Betracht gezogen hat und was sie weiterhin als wichtig für die Lebensfähigkeit zukünftiger Missionen ansieht", sagte Dr. Otto.

Astronauten sollten im März mit dem Experiment zur Messung der Flüssigkeitsbewegung beginnen. Dies soll mehr Aufschluss über die Beziehung zwischen Flüssigkeitsbewegung, intrakranieller Hypertonie und Augenveränderungen geben und möglicherweise alle Fäden miteinander verbinden. "Das ist sehr interessant", sagte Dr. Otto, "dies ist das erste Mal, dass die NASA mit russischen Kollegen zusammenarbeitet, um gemeinsam ein Experiment dieser Größenordnung in diesem Bereich der Gesundheitsversorgung an der Internationalen Raumstation durchzuführen. Das ist phänomenal."

Das aus solchen Projekten gewonnene Wissen hat das Potenzial, wieder in die klinische Praxis zurückzukehren. Das Studium der Biomechanik des Auges unter solch einzigartigen Bedingungen kann Einblicke in potenzielle Technologien geben, die der Gesundheit der Augen auf der Erde zugute kommen. "Wenn wir mehr erfahren, hat es direkte Vorteile im Kampf gegen terrestrische Krankheiten wie das Glaukom", erklärt Dr. Otto. Der leitende Wissenschaftler sagte gegenüber Optometry Today: „Wenn Sie ein Problem in einem neuen Kontext betrachten und versuchen, mehr Informationen zu erhalten, können Sie auch Ihr eigenes Problem ein wenig besser verstehen.“

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