Fysiologiska studier av hur gravitation och hur dess hydrostatiska effekter påverkar hjärnans och ögats vätskesystem – med applikation att förstå astronauters synförändringar vid rymdresor

Projektbeskrivning

För de påverkade astronauterna är ögonsymptomen sannolikt förknippat med ett ökat intrakraniellt tryck (ICP). Forskarna som för närvarande arbetar mot att förstå uppkomsten av sjukdomen har i allmänhet en bakgrund som flygläkare eller fysiologer med fokus på tyngdlöshetens påverkan på människans kardiovaskulära, respiratoriska och muskuloskeletala funktioner, eller ögonläkare med fokus på ögonsymtomen. Detta innebär att de har stora kunskaper inom sitt område men inte nödvändiga specialister i cerebrospinalvätskans tryck- och flödesdynamik (CSF- dynamik) och ICP fysiologi. Vår tvärvetenskapliga forskargrupp inom hydrocefalus har ägnat decennier till utveckling av metoder och modeller för mätning och analys av ICP variation och CSF-dynamik, eftersom en störning i CSF-dynamiken är den viktigaste patofysiologiska hypotesen i hydrocefalus. Vi har också erfarenhet av tryckmätning och biomekanik hos det intraokulära (ögats) vätskesystemet. Det innebär att vår forskargrupp närmar oss VIIP problemet från en annan bakgrund och vi är övertygade om att vi har en unik möjlighet att bidra med ny och grundläggande kunskap i detta viktiga rymdrelaterad forskningsområde.

Genom att beskriva CSF-systemet och det venösa systemet tillsammans, i en gemensam modell, tror vi att vi kan producera en beskrivning av vad som kontrollerar ICP, och identifiera vilka komponenter i den styrningen som länkar till gravitationsfenomen. Preliminära resultat tyder på att en sådan modell kan förutsäga ICP vid olika kroppspositioner. Vi planerar att utveckla denna preliminära modell till att omfatta ytterligare aspekter av venös intrakraniell dränering och arteriell blodtillförsel. Vi kommer i projektet vidare att utveckla en motsvarande modell för intraokulära systemet och utvärdera båda modellerna vid olika kroppshållning. Utvärderingen kommer att göras i båda patienter med CSF dynamiska störningar och friska. Genom att veta hur dessa system fungerar och hur de påverkas av tyngdkraften kan vi då förutse vad som ska hända i mikrogravitation, och från den föreslå en fysiologiskt baserad förklaring till varför avsaknad av gravitationen kan generera VIIP symtom.

I projektet planerar vi att genomföra en studie på friska frivilliga försökspersoner med mätning av ögontryck (IOP) och bildgivande ultraljud för bestämning av cerebral venös dränering och venös kollaps avseende kroppsvinklar. Detta för att förstå de venösa utflödesvägar och hur de kan skilja sig åt mellan enskilda och mellan patientgrupper. Vi kommer vidare att utvärdera föreslagna modellerna genom att utföra kombinerade tryckmätning och tiltstudier med patienter som har Idiopatisk Intrakraniell Hypertension (IIH, liknande symptom som VIIP), hydrocefalus patienter och friska försökspersoner, med hjälp av ett omfattande protokoll som innehåller mätning av ICP, IOP och ultraljud.

Målet är att formulera en specifik hypotes för hur tyngdlöshet påverkare intrakraniella och intraokulära system och hur detta kan leda till VIIP.

VIIP är ett fysiologiskt fenomen som är relaterat till tyngdlöshet. Det är troligt att alla astronauter utveckla detta, men i olika utsträckning, beroende på egenskaperna hos deras CSF-, venösa- och intraokulära system. Som ett yttersta mål strävar vi efter att använda den utvecklade modellen för hur dessa system interagerar för att kunna identifiera kombinationer av egenskaper som sannolikt ger en hjärna och ögon som är känsliga för VIIP. På så sätt hoppas vi kunna utveckla en metod som kan användas för att identifiera astronauter som kan vara i riskzonen.

NASA har förklarat VIIP som en av de största medicinska hindren för långtidsvistelse på internationella rymdstationen och för resor till Mars. Vår forskargrupp är internationellt känd och har lång erfarenhet inom forskning om tryck och flöden av hjärnan. Därför tror vi att vår nya hypotes som presenteras i detta forskningsprojekt har potential att bli ett genombrott i VIIP forskning. Vår forskning bidrar till en ökad kunskap om VIIP, till skapandet av en förklaringsmodell som kan testas på den internationella rymdstationen och slutligen till en modell för pre-flight identifiering och uteslutning av personer i riskzonen för att utveckla VIIP. Motsvarigheten till VIIP på jorden är en sjukdom som kallas idiopatisk intrakraniell hypertension (IIH). Forskning om IIH är försummad, och vår forskning kommer sannolikt att ge spin-off-effekter som kan hjälpa IIH-patienter, ofta unga och överviktiga kvinnor, att undvika utveckling av blindhet.