《Life Sciences in Space Research》：Exposure to low (10 cGy) doses of simulated space radiation impairs reward-guided decision making in both male and female rats.
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微重力环境下，肌肉骨骼退化与空间神经眼综合征（SANS）共享上游机制，包括头面部液体转移、氧化应激及线粒体功能障碍，这些机制引发系统性适应不良，影响手术风险和任务准备。整合低重力负压、靶向抗阻训练、营养抗氧化优化及远程机器人手术策略可系统性改善症状。
Rohan Phadke|Samer Salman|Ananya Bansal|Rahul Kumar|Phani Paladugu|Joshua Ong|Ethan Waisberg|Andrew G. Lee
德克萨斯州休斯顿贝勒医学院医学系
摘要
长期暴露在微重力环境中会导致快速而广泛的生理变化，最显著的是肌肉骨骼退化和与太空飞行相关的神经眼综合征（SANS），这两种情况通常被视为独立的临床挑战。本文认为，这些病症可能具有共同的上游机制——尤其是头部液体转移、氧化应激和线粒体功能障碍——这些机制导致了全身性的适应不良，对手术风险、对策设计以及长期太空飞行的任务准备具有重要意义。我们强调了骨骼分解代谢、肌肉和肌腱萎缩、脊柱结构变化与SANS高发率之间的联系，SANS的特点包括视盘水肿、眼球扁平化和脑脊液动力学改变。线粒体应激和氧化还原失衡在这些过程中起着关键作用，它们将机械转导受损、血管和神经脆弱性以及淋巴清除功能障碍联系在一起。我们提出，通过综合策略（如下肢负压、针对性抗阻训练、营养和抗氧化优化以及新兴的远程机器人手术平台）针对这些共同途径，可能比单独针对特定器官的措施提供更有效的解决方案。尽管存在技术和证据方面的局限性，但我们认为基于系统的视角可以提高太空中的手术准备能力，并为地球上的衰老问题、骨科康复和复杂手术护理提供转化医学的见解。
引言
随着NASA即将开展的阿尔忒弥斯计划前往月球和火星的任务，医学界面临着前所未有的挑战：理解和缓解长期太空飞行期间发生的深刻生理变化。其中最令人担忧的适应变化包括肌肉骨骼退化和与太空飞行相关的神经眼综合征（SANS），这两种看似不同的病症实际上可能具有比之前认为的更多的共同机制。我们认为，这些病理现象并非孤立存在，而是由共同的病理生理机制引起的——具体来说，就是头部液体转移、氧化应激和线粒体功能障碍——这对太空中的手术规划和干预具有关键影响。通过研究这些病症之间的转化医学联系，我们可以开发出针对根本原因的综合对策和手术方案，而不仅仅是治疗症状。重要的是，这些共同的上游机制（头部液体重新分布、氧化应激和线粒体功能障碍）并不是孤立运作的，而是通过前馈相互作用在两个系统中相互影响，从而加剧了病理变化。本文特别关注肌肉骨骼-神经眼系统的比较，因为这两种情况都是太空飞行中限制操作能力的最主要表现，它们都涉及头部液体重新分布这一主要驱动因素，但发生在解剖学上不同的组织中，并且在飞行过程中最有可能出现相关的手术问题。
太空飞行中的肌肉骨骼退化发生得非常迅速且严重。宇航员的骨质流失速度为每月1-2%，主要影响承重骨骼区域——这一速度远远超过了地球上的骨质疏松症（Sonawane等人，2025年）。这种加速的骨骼退化伴随着显著的肌肉萎缩，在长期任务中下肢肌肉质量减少了近2.0 Hedges单位（Comfort等人，2021年）。肌腱也发生了适应不良，松弛度增加，整个肌肉-肌腱-附着单元的强度下降，返回地球后恢复情况不一（Lee Satcher等人，2024年）。定量肌腱恢复数据显示，后肢卸载后6天的重新负荷可以恢复附着点的弹性特性和失效控制水平，但在任务期间和返回地球后进行对抗措施训练时需要谨慎（Camy等人，2022年）。
机械卸载是微重力下肌肉骨骼退化的主导因素：几乎完全缺乏重力负荷，消除了维持骨骼的主要刺激，这对承重区域（如跟骨、股骨颈和腰椎）的影响尤为明显（Sonawane等人，2025年）。尽管在国际空间站上进行了抗阻训练，宇航员仍会以临床显著的速率失去骨质（Comfort等人，2021年）。这种机械缺陷还受到氧化应激的加剧，氧化应激在太空飞行引起的骨质流失中起着核心调节作用（Pintus等人，2025年）。由线粒体功能障碍、宇宙辐射、昼夜节律改变和液体转移引起的过量活性氧会破坏成骨细胞分化，增强破骨细胞生成，并通过包括RANK/RANKL/OPG（调控破骨细胞分化和激活）、Wnt/β-连环蛋白（调节成骨细胞增殖和骨形成）和MAPK（将细胞外应力信号转化为凋亡和炎症反应）在内的氧化还原敏感途径损害成骨细胞的存活能力（Pintus等人，2025年）。机械卸载与这些分子级联反应之间的相互作用形成了一个逐步加剧的骨骼退化循环。
这种肌肉骨骼退化的机制不仅仅是简单的机械卸载。最新研究表明，氧化应激在太空飞行引起的骨质流失中起着核心调节作用（Pintus等人，2025年）。由线粒体功能障碍、宇宙辐射、昼夜节律改变和液体转移引起的过量活性氧（ROS）会破坏成骨细胞分化，增强破骨细胞生成，并通过包括RANK/RANKL/OPG、Wnt/β-连环蛋白和MAPK在内的氧化还原敏感信号通路损害成骨细胞的存活能力（Pintus等人，2025年）。这些分子事件引发了炎症反应、自噬失调和细胞衰老，形成了一个骨骼退化的恶性循环。
重要的是，空间组学研究表明，这些分解代谢反应在进化上是保守的，涉及由肌细胞因子、骨细胞因子和肌腱来源的信号介导的系统级途径（Roberts等人，2025年）。这表明，太空中的肌肉骨骼退化不仅仅是局部组织的反应，而是一个对其他器官系统有深远影响的全身性现象。
与太空飞行相关的神经眼综合征在长期任务中影响了大约70%的宇航员，表现为视盘水肿、眼球后部扁平化、脉络膜视网膜褶皱和远视性屈光变化（Pardon等人，2022年；Venegas，2024年）。最初认为这是由于颅内压升高引起的，类似于特发性颅内高压，但最近的侵入性测量结果对此假设提出了质疑。使用Ommaya储液器的研究表明，微重力下的颅内压实际上低于地球上的仰卧姿势，尽管仍高于直立姿势（Lawley等人，2017年）。
目前认为慢性头部液体转移是SANS的主要诱因（Pardon等人，2022年）。在缺乏重力静水压梯度的情况下，太空飞行初期腿部向头部会有多达2升的血管外液体积转移到头部（Seidler等人，2024年）。这种液体积聚表现为脑室体积增加7-25%，上矢状窦扩张，颈静脉充血（相比飞行前的坐姿增加了646%），以及脑脊液动力学的显著改变（Seidler等人，2024年；Arbeille等人，2021年）。
然而，SANS的发病机制不能仅归因于流体力学，最近的研究发现了代谢和遗传因素，包括与一碳代谢途径和B族维生素状态的相关性（Brunstetter等人，2024年）。解剖学上的差异，特别是较小的视杯体积，也被发现是一个重要风险因素，表明个体易感性起着关键作用（Brunstetter等人，2024年；Waisberg等人，2023年）。此外，有证据表明脑部的淋巴功能受损，废物的清除受到影响，飞行后三周外周血液中检测到β40和β42淀粉样蛋白浓度升高，这被认为是微重力下清除减少后的蛋白质废物清除阶段（Seidler等人，2024年）。肌肉骨骼退化和SANS的共同机制及其转化医学意义在表1中进行了概述。
部分摘录
统一线索：液体转移、氧化应激和线粒体功能障碍
太空飞行中肌肉骨骼和眼部病理之间的表面差异掩盖了它们在基本机制上的共性。三个相互关联的病理生理过程将这些病症联系在一起：头部液体转移、氧化应激和线粒体功能障碍，如图1所示。
未来方向和研究重点
肌肉骨骼退化和SANS之间的转化医学联系为长期探索任务成为常规之前，开辟了几条高优先级的研究方向：
结论
肌肉骨骼退化和与太空飞行相关的神经眼综合征代表了同一生理现象的两个表现——即微重力通过头部液体转移、氧化应激和线粒体功能障碍引起的系统性压力。认识到这些共同机制有助于开发综合对策，并为长期任务中的手术规划提供依据。虽然这一共同框架突显了真正的机制共性，
声明
Andrew G. Lee博士曾担任美国国家航空航天局（NASA）、美国国家橄榄球联盟（NFL）、美国司法部的顾问，并为Amgen、AstraZeneca、Argenx、Bristol-Myers Squibb、Alexion、Celgene、Stoke、Ethyreal、Catalyst、Dompe和Viridian等公司提供咨询。Lee博士还是《Frontiers in Ophthalmology》、《Eye》、《JNO》、《CJO》、《JJO》、《Survey of Ophthalmology》和《JAMA Ophthalmology》等期刊的编委会成员。
CRediT作者贡献声明
Rohan Phadke：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、监督、方法学设计、概念构思。Samer Salman：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计。Ananya Bansal：撰写——审稿与编辑。Rahul Kumar：撰写——审稿与编辑。Phani Paladugu：撰写——审稿与编辑。Joshua Ong：撰写——审稿与编辑、监督。Ethan Waisberg：撰写——审稿与编辑、监督。Andrew G. Lee：监督、方法学设计。
利益冲突声明
所有作者均报告与本研究无关的冲突利益。本研究未接受任何资助。
