暴露于無(wú)重力或微小重力環(huán)境下，可引起人體諸多生理及病理學(xué)改變。比如41.7%的宇航員歷經(jīng)長(cháng)期任務(wù)重返地球后會(huì )發(fā)生視力和眼球解剖特征改變，這種改變被稱(chēng)作視覺(jué)改變及顱內壓綜合征（visualimpairmentandintracranialpressuresyndrome,VIIP）。VIIP的眼部解剖學(xué)改變包括脈絡(luò )膜皺褶、視盤(pán)水腫、視神經(jīng)鞘擴張，視神經(jīng)扭轉（這些表現與特發(fā)性顱內壓增高IIH非常相似）。這些改變中有些即使在宇航員返回地球后也無(wú)法復原。關(guān)于VIIP的成因，目前認為是由于宇航員在宇宙空間內顱內壓升高造成。

在眼科領(lǐng)域，顱內壓變化對青光眼視神經(jīng)損傷的作用已經(jīng)被認可，但目前尚無(wú)明確實(shí)驗研究說(shuō)明其生物力學(xué)組織重建過(guò)程，因此一組來(lái)自美國的科學(xué)家最近研究了不同腦脊液壓力環(huán)境下篩板、前部視神經(jīng)、篩板前神經(jīng)組織的生物力學(xué)環(huán)境變化，來(lái)探討腦脊液壓力對青光眼視神經(jīng)損害的影響。

該研究運用有限元計算機模擬系統糾正個(gè)體間差異，使用機械應變計或標準化形變來(lái)測量視乳頭、篩板等組織的細胞變化，計算其應變量。同時(shí)測量眼內壓、腦脊液壓力及中心視網(wǎng)膜動(dòng)脈平均壓力（meanarterialpressure,MAP），通過(guò)“拉丁超立方體抽樣法”（譯者注：一種抽樣方法，假設我們要在n維向量空間里抽取m個(gè)樣本。拉丁超立方體抽樣的步驟是：（1）將每一維分成互不重迭的m個(gè)區間，使得每個(gè)區間有相同的概率。（2）在每一維里的每一個(gè)區間中隨機的抽取一個(gè)點(diǎn)；（3）再從每一維里隨機抽出（2）中選取的點(diǎn)，將它們組成向量），來(lái)平衡個(gè)體差異，估測視乳頭周?chē)飫?dòng)力學(xué)環(huán)境。）

在顱內壓測量方面，該研究建立了納入硬腦膜、軟腦膜、視神經(jīng)周?chē)柲ぁ⒅醒胍暰W(wǎng)膜動(dòng)脈及篩板對于腦脊液壓力測量影響的三維幾何模型，來(lái)建立有限元網(wǎng)格，用來(lái)計算某一種客觀(guān)壓力在此幾何模型內對于視乳頭的壓力影響。

該研究共考慮了三種壓力：眼內壓、顱內壓及平均動(dòng)脈壓，每種壓力均在三種條件下測量：直立位、仰臥位、無(wú)重力狀態(tài)。眼壓用壓平法測量；直立位平均動(dòng)脈壓取“空間內”站立位動(dòng)脈收縮壓及舒張壓（由NASA約翰遜航天中心提供）平均值計算，而直立位眼部動(dòng)脈壓為平均動(dòng)脈壓的2/3。仰臥位及失重狀態(tài)下，眼動(dòng)脈與前臂動(dòng)脈間不存在凈水壓差，因此仰臥位及失重狀態(tài)直接取收縮壓及舒張壓平均值作為眼部平均動(dòng)脈壓；無(wú)重力狀態(tài)中升高的腦脊液壓力通過(guò)測量罹患VIIP綜合征的的返回地球的宇航員及頭向下位傾斜實(shí)驗所取得的數據獲得。

實(shí)驗將視神經(jīng)的生物力學(xué)性質(zhì)及篩板的復雜結構根據其復雜性、已有信息、計算機模擬成本及真實(shí)度簡(jiǎn)化為可操作的生物力學(xué)模型，將后鞏膜、乳頭旁鞏膜、視神經(jīng)孔、硬腦膜、軟腦膜根據前人建立的“各向異性超彈性本構模型”（譯者注：一種常用于生物組織特性研究的力學(xué)模型）構建。

最終形成的力學(xué)模型包含描述組織力學(xué)特性的三項系數：一項描述基質(zhì)硬度（c1），兩項描述膠原纖維硬度（c3，c4），一項描述體積模量（k，譯者著(zhù)：一種反應材料“彈性”，即體應變與平均應力關(guān)系的物理量），該研究假設組織均不可壓縮，因此體積模量k=100MPa，其余系數（即鞏膜、篩板及視神經(jīng)組織的c1，c3，c4）均采用前人文獻中的測量結果（部分結果來(lái)自于動(dòng)物）。

研究測量在篩板前視神經(jīng)組織、篩板、篩板后視神經(jīng)在不同腦脊液壓力下拉伸及壓縮的峰值計算應變量（PeakStrain）。

在設定腦脊液壓力分別為0，10，20mmHg時(shí)，在眼壓及MAP設定不變的情況下，研究觀(guān)察到球后視神經(jīng)隨腦脊液壓力升高的應變量增加，而篩板及篩板前視神經(jīng)的應變量減少，應變峰值作用范圍如圖1所示。

圖1計算腦脊液壓力在0-20mmHg時(shí)的視乳頭組織第一及第三理論應變量（即拉伸及壓縮），除腦脊液外，其它變量均帶入基線(xiàn)值，眼壓設定為15mmHg。紅色代表組織伸展（拉伸），藍色代表組織壓縮。研究觀(guān)察到隨腦脊液壓力升高篩板后視神經(jīng)前部應變量增加。該區域內各結構如圖（左上）所示。

關(guān)于應變量的敏感性分析發(fā)現，視乳頭應變量與多項變量及系數相關(guān)，其中，眼壓、腦脊液壓力、視神經(jīng)及篩板硬度的累積影響因子最高，距離視神經(jīng)越近，鞏膜纖維硬度對于視神經(jīng)的峰值應變量影響越大。

研究通過(guò)拉丁超立方抽樣及偏等級相關(guān)系數（PRCC）建立組織拉伸與壓縮峰值應變量的累積分布函數，來(lái)描述某一人群的峰值應變量分布。研究發(fā)現，隨腦脊液壓力增強，視乳頭峰值應變量亦在增加，腦脊液壓力條件變化造成的效果是顯著(zhù)的，且P＜0.001。配對檢驗表明，除直立vs仰臥位篩板后視神經(jīng)應變量，仰臥vs升高后篩板前視神經(jīng)組織應變量外，其余配對組合均有顯著(zhù)差異。但研究者們認為，在該研究所設立的假設及模型下，即使在腦脊液壓力升高組，亦不會(huì )出現對篩板前視神經(jīng)組織及篩板產(chǎn)生“極端應變量”的現象，但對篩板后視神經(jīng)組織，則約47%的腦脊液壓力升高組個(gè)體可能感受到“極端應變量”（這個(gè)數字與開(kāi)篇提到的宇航員VIIP患病率相近，但有可能只是緣分）。

在對模型的分析中發(fā)現，除腦脊液壓力外，基質(zhì)及纖維的較弱硬度及較低的平均動(dòng)脈壓，是某些條件下產(chǎn)生極端應變量重要條件。

該研究說(shuō)明了腦脊液壓力升高對篩板后視神經(jīng)應變量會(huì )產(chǎn)生顯著(zhù)影響，而腦脊液壓力升高并不僅僅出現在觸不可及的宇宙空間中，因此在良性顱內壓升高、正常眼壓型青光眼及視乳頭水腫個(gè)體中，這種現象亦值得關(guān)注。