微重力環境下大鼠眼底血流動力學及視網膜、脈絡膜厚度的變化

宮玉波，趙宏偉，宋飛龍，張宇，郭小華，羅靈，許永杰，石圓圓*

1解放軍戰略支援部隊特色醫學中心眼科，北京 100101；2解放軍戰略支援部隊特色醫學中心特診科，北京 100101

失重會造成人體生理功能發生顯著變化[1]，其中眼部結構及視功能的改變尤為重要。長期處于太空失重環境下，可引起視盤水腫、視網膜棉絮斑、神經纖維層增厚等眼部損害[2-3]。失重對眼部損害的具體機制尚不明確，但與失重狀態下血液頭向分布、顱內壓增高及靜脈淤血等有關[4-5]。關于失重狀態下眼部血流變化的研究報道不一，有研究發現，短期(7 d)失重對健康青年人視網膜中央動脈(central retinal artery，CRA)及眼動脈的血流動力學幾乎沒有影響，且出現的一些輕微變化有恢復趨勢[6]； 本課題組前期對失重大鼠進行研究發現，短期失重與長期失重大鼠的眼底血流變化不同[7-8]。失重可影響眼部結構，導致眼軸變短，但對失重狀態下視網膜、脈絡膜厚度的變化鮮有報道。本研究分析大鼠失重前后不同時段眼底血流及視網膜、脈絡膜厚度變化的規律。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 SPF級雄性SD大鼠，體重220 g，由斯貝福(北京)生物技術有限公司提供[動物許可證號：SCXK(京)2016-0002]。實驗過程符合國家及單位有關實驗動物管理和使用的規定。

1.2 方法

1.2.1 實驗分組及模擬微重力環境大鼠模型建立 隨機選取健康SD大鼠8只，采用自身對照法分為尾吊前以及尾吊1、4、7、14 d等5個時間段。采用尾懸吊法建立模擬微重力環境大鼠模型[9]。大鼠單籠飼養，尾部懸吊，使后肢懸空，保持頭低位，并使身體縱軸與水平線呈-30°夾角，前肢著地可自由活動，自由進食、飲水。

1.2.2 彩色多普勒超聲診斷儀檢測CRA血流動力學變化 以大鼠右眼作為實驗眼。腹腔注射3 ml/kg 10%水合氯醛麻醉大鼠，檢測前雙眼均滴表面麻醉藥2次。采用Acuson Sequoia 512型彩色多普勒超聲診斷儀(德國西門子公司)，探頭型號15L8-S，頻率10 MHz，彩色多普勒增益固定在50 dB，圖像深度調至2.0 cm[8]，測量大鼠雙眼CRA血流動力學，二維顯示眼球輪廓，輕微調整探頭方向，使視神經暗區在眼球后壁清晰顯示，啟動彩色多普勒超聲診斷儀。以紅、藍色伴行且垂直于眼球壁或交替出現進入眼球后壁的彩色血流信號作為大鼠CRA和視網膜中央靜脈(central retinal vein，CRV)。利用轉向角功能，使彩色多普勒超聲診斷儀角度盡量<30°；將取樣容積調整為1 mm，置于彩色CRA血流最亮處[10]。選擇5個清晰的心動周期圖像，測定收縮期最大血流速度(peak maximum systolic velocity，PSV)。每個指標重復測量3次，取平均值。所有操作均由同一名醫師完成。

1.2.3 大鼠視網膜、脈絡膜厚度測量 以大鼠右眼作為實驗眼。腹腔注射3 ml/kg 10%水合氯醛麻醉大鼠，雙眼均用復方托吡卡胺滴眼液點眼擴瞳，然后以卡波姆滴眼液涂在角膜表面，保持角膜濕潤狀態。待大鼠反應遲鈍后，包裹全身，置于光學相干斷層掃描(OCT)檢查臺上，暴露待檢眼，使眼球前后徑線與掃描指示光源一致。使用ZEISS 5000(德國Zeiss公司)分別進行雙眼SD-OCT檢查(EDI模式)，測量距離視盤水平顳側2個視盤直徑(disc diameter，DD)處的視網膜、脈絡膜厚度，每只眼重復掃描3次。使用檢測系統的自帶軟件手動測量視網膜內界膜至視網膜色素上皮層的距離定義為視網膜厚度；色素上皮層外高反射條帶寬度定義為脈絡膜厚度[11-12]。

1.3 統計學處理 采用SPSS 17.0軟件進行統計分析。計量資料以±s表示，多樣本均數比較采用重復測量數據的方差分析，進一步兩兩比較采用LSD檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 尾吊大鼠CRA血流動力學變化 尾吊后不同時間段大鼠PSV均較尾吊前下降(P<0.05)；尾吊后1 d大鼠PSV與尾吊4 d、7 d比較差異無統計學意義(P>0.05)，但明顯低于尾吊14 d時，差異有統計學意義(P<0.05，表1)。

表1 不同時長尾吊大鼠CRA血流動力學變化(cm/s，±s，n=8)Tab.1 Hemodynamic changes of CRA in rats with tail suspension at different time (cm/s, ±s, n=8)

表1 不同時長尾吊大鼠CRA血流動力學變化(cm/s，±s，n=8)Tab.1 Hemodynamic changes of CRA in rats with tail suspension at different time (cm/s, ±s, n=8)

PSV. 收縮期最大血流速度；與尾吊前比較，(1)P<0.05；與尾吊1 d比較，(2)P<0.05。

時間PSV尾吊前0.125±0.014尾吊1 d0.088±0.015(1)尾吊4 d0.093±0.012(1)尾吊7 d0.095±0.015(1)尾吊14 d0.107±0.015(1)(2)

2.2 尾吊大鼠視網膜、脈絡膜厚度變化 與尾吊前比較，尾吊后各時間段大鼠視網膜厚度差異均無統計學意義(P>0.05)。尾吊后不同時間段大鼠脈絡膜厚度均較尾吊前增加(P<0.05)；與尾吊1 d比較，尾吊4、7、14 d大鼠脈絡膜厚度均明顯增加(P<0.05)，但尾吊4、7、14 d大鼠脈絡膜厚度比較差異無統計學意義(P>0.05，表2、圖1)。

3 討 論

失重狀態下，體液頭向轉移，顱內壓增高，從而可影響眼部的結構和功能，包括視盤水腫和視力降低等。依據截至目前的研究[2,13-16]，失重狀態下眼部損傷的發生機制包括：(1)航天相關神經-眼綜合征[15]。失重狀態下腦脊液動力學障礙，顱內壓升高，從而引起蛛網膜下腔壓力升高，與眼內壓之間跨篩板壓力差增大，引起視盤水腫、視網膜神經纖維層增厚；擴張的視神經鞘膜會壓迫鞏膜，造成眼球變平、眼軸變短。(2)眼部血流動力學變化。可導致視網膜血流發生變化，脈絡膜血容量增加[16]，引發視神經視網膜病變、眼內壓升高、眼軸變短等。

表2 不同時長尾吊大鼠視網膜、脈絡膜厚度變化(μm，±s，n=8)Tab.2 Changes of retinal and choroidal thickness in rats with tail suspension at different time (μm, ±s, n=8)

表2 不同時長尾吊大鼠視網膜、脈絡膜厚度變化(μm，±s，n=8)Tab.2 Changes of retinal and choroidal thickness in rats with tail suspension at different time (μm, ±s, n=8)

與尾吊前比較，(1)P<0.05；與尾吊1 d比較；(2)P<0.05。

時間視網膜脈絡膜尾吊前199.833±4.262112.833±4.665尾吊1 d201.000±3.899137.833±5.636(1)尾吊4 d202.500±6.716158.333±2.805(1)(2)尾吊7 d204.333±4.676158.000±4.099(1)(2)尾吊14 d203.167±3.971166.500±5.857(1)(2)

圖1 不同時間尾吊大鼠視網膜、脈絡膜厚度變化Fig.1 Changes of retinal and choroidal thickness in rats with tail suspension at different time

眼部血流改變是影響眼部結構及功能的重要因素。本課題組前期研究發現，隨尾吊時間延長，大鼠眼底血流速度降低，眼軸變短[8]。但有研究發現，6°頭低足高位臥床模擬失重，連續臥床7 d，人眼底血流未見明顯變化[6]；也有研究發現，模擬失重狀態下人黃斑中心視網膜厚度不變，脈絡膜厚度增加[16]。本研究發現，尾吊大鼠不同時段視網膜中央動脈PSV均較尾吊前降低，其中尾吊1 d PSV下降明顯；隨尾吊時間延長，PSV有所提高，尾吊14 d較尾吊1 d升高明顯，但仍低于尾吊前。

SD大鼠的視網膜血管以視盤為中心呈放射狀排列直至周邊，末梢分支變細或側支分出的毛細血管相互吻合，形成密集的毛細血管網，呈兩層分布。SD大鼠無人類的黃斑中心凹及血管拱環結構[17]。 大鼠視網膜分層與人類基本相同，分為神經上皮層及色素上皮層，其中神經上皮層分為內界膜、神經纖維層、神經節細胞層、內叢狀層、內核層、外叢狀層、外核層、外界膜、內段/外段層(inner segment/outer segment，IS/OS)等9層[11,18]。脈絡膜位于視網膜與鞏膜之間，由外向內分為脈絡膜上腔、大血管層和中血管層、脈絡膜毛細血管層、Bruch膜，主要由大量的血管組成。脈絡膜作為視網膜外層、篩板前視神經的主要供血結構，具有重要的生理意義，并可能參與多種眼部和全身疾病的病理過程。脈絡膜厚度的變化可直觀反映其組織結構及功能的異常，從而推斷脈絡膜結構與相關疾病的關系。早期對視網膜、脈絡膜厚度的研究主要依靠病理學檢查方法，而對活體視網膜、脈絡膜厚度檢測未有較好方法。隨著頻域相干光斷層深度增強成像(enhanced depth imaging spectral-domain optical coherence tomography，EDI SD-OCT)技術的出現，臨床及科研工作者可很好地觀察視網膜、脈絡膜斷層結構并定點測量其厚度，該技術具有非侵入性、直觀、可重復等特點[19-20]。

本研究發現，尾吊狀態下，大鼠視網膜厚度較尾吊前未見明顯變化；而脈絡膜厚度較尾吊前增加，其中尾吊4 d脈絡膜厚度增加最明顯，尾吊7、14 d脈絡膜厚度與尾吊4 d差異無統計學意義，與相關研究結果一致[16,21]，表明脈絡膜厚度增加與體位改變致脈絡膜血流淤滯、脈絡膜血管擴張有關。視網膜屬于神經組織，神經組織增厚多與缺血缺氧致組織水腫有關。本課題組前期尾吊大鼠眼底像觀察顯示，尾吊2周大鼠眼底無明顯變化[7]，考慮2周失重對眼部血供產生的影響尚不足以引起視網膜神經組織明顯水腫進而導致其厚度發生變化。通常情況下，0.33 mm的眼軸變化可引起1D屈光狀態的改變。脈絡膜厚度的微小增加，雖然導致眼軸輕微縮短，但這種微小變化卻能引起明顯的屈光度改變，出現遠視漂移，近視力下降。健康人眼的屈光狀態主要與角膜曲率、晶狀體和眼軸長度等有關，而宇航員在太空環境下，除微重力環境影響眼軸長度外，晶狀體及角膜等眼部組織受輻射、磁場、內分泌代謝變化等因素的影響也會影響眼軸長度[22-24]，上述因素可能對眼部的屈光及視力狀態產生影響。

綜上所述，本研究結果表明，模擬2周微重力環境下大鼠眼底血流速度降低，脈絡膜厚度增加，但視網膜厚度未發生明顯變化。本研究的不足之處在于，受到大鼠測量條件等因素的限制，測量時需要進行麻醉并變換體位，導致實驗結果與真實情況存在一定偏差。此外，失重尤其長期失重對眼部的損傷是多方面的，如眼部微循環改變、眼部炎性因子表達等，其機制仍須進一步探討。