Visualisierung der retinalen Mikrozirkulation in der Schwerelosigkeit

Abstract

Die Schwerelosigkeit stellt die Menschheit vor unterschiedlichste, den menschlichen Organismus betreffende, Herausforderungen. Seheinschränkungen nach langdauernden Weltraummissionen betreffen bis zu 60% aller Astronautinnen und Astronauten. Diese Seheinschränkungen werden unter dem Begriff SANS, engl. für „Spaceflight-associated Neuro-Ocular Syndrome“, zusammengefasst. Obwohl mehrere Hypothesen hinsichtlich der Genese von SANS existieren, bleibt die auslösende Ursache bis dato ungeklärt. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens haben wir bei einer Parabelflugkampagne der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. teilgenommen, um die Gefäße des Augenhintergrunds während Schwerelosigkeitsbedingungen zu untersuchen, um möglicherweise zur Beantwortung der Genese von SANS beizutragen. Hierzu nahmen 9 gesunde Probandinnen und Probanden an drei Flugtagen mit je 31 Parabeln teil (je 3 Probanden/innen pro Flugtag). Mithilfe eines eigens für das Projekt modifizierten Helmes wurde der intraokuläre Druck und mithilfe eines dynamischen Gefäßanalysesystems (DVA, engl. für „dynamic vessel analyzer“) die Gefäße des Augenhintergrunds untersucht. Die Untersuchungen wurden während jeglichen Flugphasen durchgeführt und um die Messung des systemischen Blutdrucks in diesen Phasen sowie Blutproben vor und nach den Flügen ergänzt. Die statistischen Auswertungen ergaben, dass es im Rahmen der Schwerelosigkeitsbedingungen zu signifikanten Dilatationen der venösen Gefäße des Augenhintergrundes kam, während sich die arteriellen Gefäße konstringierten. In Phasen der erhöhten Gravitation verhielten sich die Gefäße umgekehrt. Der Augeninnendruck zeigte sich, ähnlich zu den venösen Gefäßen, während der Schwerelosigkeit erhöht und in Phasen der erhöhten Gravitation reduziert. Hinsichtlich des systemischen Blutdrucks zeigte sich eine Reduktion des diastolischen Drucks während der Schwerelosigkeit und eine Erhöhung des Drucks während Hypergravitation. Die Blutanalysen ergaben, dass die Exposition gegenüber den variierenden Gravitationsleveln zu signifikanten Änderungen von für die intrazelluläre Vesikelorganisation und Apoptose zuständigen Plasmaproteinen führte. Während einer zweiten Parabelflugkampagne wurden die Messungen um die Anwendung eines Flickerlichts kurz vor der Schwerelosigkeit ergänzt, um so die Endothelfunktion der retinalen Gefäße zu untersuchen. Die Auswertungen dieser Messungen sind bereits abgeschlossen und sollen zeitnah publiziert werden. Datei-Upload durch TIB Weightlessness confronts humanity with a wide variety of challenges affecting the human organism. Visual impairments after long-duration space missions affect up to 60% of all astronauts. These visual impairments are summarized as SANS (“Spaceflight-associated Neuro-Ocular Syndrome”). Although several hypotheses regarding the genesis of SANS exist, the triggering cause remains unclear to date. As part of this research project, we took part in a parabolic flight campaign at the German Space Agency at DLR to examine the retinal vessels under microgravity conditions in order to potentially help answer the question of genesis of SANS. For this purpose, 9 healthy test subjects took part in three flight days with 31 parabolas each (3 test subjects per flight day). By using a modified helmet, the intraocular pressure was examined, and the vessels of the retinal fundus were examined using a dynamic vessel analysis system (DVA). The examinations were conducted during all phases of the flight and were supplemented by the measurement of systemic blood pressure in these phases as well as blood sampling before and after the flight. The statistical analyzes showed that under weightlessness conditions there was significant dilatation of the retinal venous vessels, while the arterial vessels constricted. In phases of increased gravity, the vessels behaved in the opposite way. The intraocular pressure, similar to the venous vessels, was found to be increased during weightlessness and reduced in phases of hypergravity. Regarding systemic blood pressure, there was a reduction in diastolic blood pressure during weightlessness and an increase in pressure during hypergravity. The blood sample analyzes revealed that varying gravity conditions led to altered levels of proteins associated with vesicle organization and apoptosis up to 24 h post microgravity exposure. During a second parabolic flight campaign, the measurements were supplemented by the use of a flicker light shortly before weightlessness in order to examine the endothelial function of the retinal vessels. The analyses of these measurements are completed. A publication is planned near-term.