WikiDer > Повреждение межпозвоночного диска и космический полет

Intervertebral disc damage and spaceflight

Астронавты отметили учащение болей в спине во время космический полет и грыжа межпозвонковых дисков (МПД) были диагностированы по возвращении Скайлаб и Шаттл участники космического полета.

Эти состояния и симптомы могут быть связаны с предыдущей травмой спины, но доказательства травм МПД вызывают беспокойство.[кем?] что космонавты подвергаются повышенному риску повреждения межпозвоночного диска во время сценариев нагрузки, возникающих во время исследовательских миссий (повторный вход в гравитационное поле и деятельность на планетных поверхностях). На сегодняшний день полетные данные, касающиеся потенциальных травм спины, сосредоточены на удлинении позвоночника и хорошо известных эффектах механической разгрузки на межпозвоночные диски.

Причины и текущие исследования

Шестьдесят восемь процентов первых астронавтов, которые летали в космос до 1991 года, сообщали о генерализованной боли в спине.[1] Боль считается наиболее болезненной во время раннего полета и ослабевает по мере полета.

Возможные причины боли в спине в полете могут быть связаны с:

  • удлинение позвоночника из-за пониженных гравитационных сил[нужна цитата]
  • Слабость мышц кора и спины [2][3] включая космические атрофия мышц спины
  • повышенное напряжение проксимальных капсул фасеточного сустава [4]
  • сломанные иннервируемые замыкательные пластинки позвонков [5][6]
  • дегенерация диска [7]
  • грыжа фиброзного кольца[8]

Независимо от причины, космонавты могут подвергаться повышенному риску травмы или повреждения межпозвонкового диска, когда опухшие диски подвергаются чрезмерным усилиям или крутящим моментам во время работы на планетарных поверхностях. Исследовательские миссии на поверхности планет могут также вызвать проблемы с обитаемостью, которые могут вызвать чрезмерное скручивающее напряжение, установленный фактор риска грыжи фиброзное кольцо.[9]

В настоящее время имеется минимальный объем данных во время и после полета, которые могли бы охарактеризовать изменения в межпозвонковых дисках у членов экипажа, чтобы оценить, как эти изменения могут предрасполагать диски к травмам при повторной нагрузке. Грыжа пульпозное ядро как известно, встречается у авиаторов, подвергшихся воздействию высоких G-сила окружающая среда [10] и произошло у космонавтов после полета.

Относительный риск повреждения межпозвоночного диска был исследован совсем недавно,[11] но в настоящее время нет доказательств, связывающих происхождение повреждения межпозвоночного диска с изменениями диска в результате космического полета.

На основании анализа ткани межпозвоночного диска у невзвешенных животных биохимические изменения пульпозного ядра во время космического полета повлияют на способность осмотическое давление и эластичность пульпозного ядра, чтобы сопротивляться сжимающая нагрузка.[12][13][14] Биохимические изменения в межпозвонковых дисках членов экипажа после полета не выявлены, но есть исследования in vitro с использованием эксплантатов бычьего хряща. магнитный резонанс технология корреляции изменений межпозвоночного диска протеогликан доволен Т1 ро релаксация протонов.[15] Этот биомаркер сделает возможным неинвазивный мониторинг содержания протеогликанов в качестве метода оценки биохимического воздействия невесомости.

Информация о компьютерном моделировании

Исследования с применением моделирования методом конечных элементов (МКЭ) к МПД при более низком осмотическом давлении космической среды показывают, что появление трещины в МПД, испытывающей более низкое осмотическое давление, увеличивает риск травмы МПД.[16] МКЭ также использовался для демонстрации того, что одна статическая нагрузка не будет способствовать вытеснению жидкости из МПД, набухших во время постельного режима или невесомости. Вытеснение жидкости будет увеличиваться с увеличением частоты нагрузки.[17]

В будущем необходимо продолжить работу с этой возможностью моделирования.

Риск в контексте сценариев геологоразведочных работ

Определение причины боли в спине и травмы МПД в результате космического полета остается открытым вопросом. Рассматриваемые предположения и предположения включают:

  • отсутствие осевой нагрузки и сил из-за атрофии мышц спины предрасполагает членов экипажа к травмам МПД
  • риск пагубных изменений спины и структуры и биохимии МПД будет увеличиваться с увеличением периодов ненагруженности в невесомости
  • риск травмы спины и повреждения МПД будет выше с увеличением силы G, возникающей при входе в атмосферу, приземлении и работе на поверхности

Свидетельства космического полета

В течение 84 дней Скайлаб 4 В ходе миссии у одного космонавта было измерено и записано удлинение позвоночника с точностью до 1/16 дюйма (Thornton, 1987). Это исследование описало бессимптомное увеличение высоты во время полета, которое стабилизировалось через 29 дней. Общее увеличение высоты составило 1,5 дюйма, измеренное в конце миссии. Предполагается, что это удлинение связано с расширением межпозвоночных дисков во время невесомость (осевая разгрузка). Астронавт также сообщил о боли в спине в день приземления, связанной с грыжей межпозвонкового диска.

Обзор карты космонавта

Обзор ретроспективной карты для оценки частоты повреждения межпозвоночного диска после того, как несколько космонавтов разработали шейный или же поясничный грыжа пульпозного ядра в ближайшем послеполетном периоде.[11] В этом исследовании специально сравнивали частоту повреждения межпозвоночного диска у космонавтов с контрольной группой людей того же возраста, которые никогда не летали в космос. Этот обзор также должен прояснить, существует ли повышенный риск повреждения межпозвоночного диска из-за:

  • воздействие окружающей среды с высоким и низким G
  • длительные периоды в ненормальной позе
  • изменения структуры межпозвоночного диска из-за расширения при отсутствии осевой нагрузки

Неясно, увеличивают ли изменения, вызванные космическим полетом, риск повреждения межпозвоночного диска, поскольку есть свидетельства того, что многие из травмированных астронавтов ранее подвергались многократному воздействию чрезмерных перегрузок в качестве пилотов высокопроизводительных реактивных двигателей (6-20 G) или вибрационного сил как пилоты вертолетов.

Патофизиология повреждения межпозвонкового диска после космического полета точно не установлена. Документально подтвержденное увеличение объема диска после космического полета, а также травмы межпозвонкового диска после перезагрузки под действием силы тяжести Земли, позволяют предположить, что адаптивные изменения межпозвонкового диска в невесомости нарушают баланс между осмотическим давлением пульпозного ядра и резистивной структурой коллагена фиброзный анулий, тем самым снижая способность структуры межпозвонкового диска противостоять повторному воздействию G-сил. Повторяющееся, предыдущее воздействие чрезмерных сил G в высокоэффективных форсунках могло также ослабить структуры межпозвонковых дисков, особенно шейных позвонков, увеличивая восприимчивость этих дисков к повреждению. Относительный риск повреждения межпозвоночного диска, вызванного космическим полетом, необходимо определить путем сравнения абсолютных рисков для популяции космонавтов с таковой для наземной контрольной группы с аналогичной историей полетов.

Основанные на земле доказательства

Изменения объема межпозвонкового диска количественно оценивали с помощью магнитно-резонансной томографии в ответ на различные сценарии осевой разгрузки.[18] Площади поперечного сечения и константы поперечной протонной релаксации (Т2) МПД были показателями, используемыми для мониторинга адаптивных изменений межпозвонковых дисков к ночному постельному режиму (более 5 недель и 17 недель) и после 8 дней космического полета. Усредненное расширение МПД с постельным режимом, по-видимому, достигло равновесия где-то между 9 часами и 4 днями разгрузки с расширением в пределах 10-40% от исходного уровня, значений пред постельного режима (среднее значение = 22%). Было небольшое увеличение времени релаксации T2 по сравнению с увеличением площади диска. Восстановление объемов МПД после разгрузки систематически не оценивалось, но в таблице 1 представлено относительное сравнение прошедшего времени в 1 G, когда измеренные объемы МПД не отличались от исходных измерений; относительные периоды восстановления, по-видимому, удлиняются по мере увеличения периода адаптации МПД к разгрузке.

Таблица 1. Относительное сравнение прошедшего времени в 1G
Период разгрузкиОтносительное время до восстановления
8 дней космического полета<24 часов
5 недель постельного режимадней
17 недель постельного режима> 6 недель

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Крыло, ПК; Цанг И.К .; Сусак, Л; Gagnon, F; Gagnon, R; Поттс, Дж. Э. (апрель 1991 г.). «Боли в спине и изменения позвоночника в условиях микрогравитации». Ортопедические клиники Северной Америки. 22 (2): 255–62. PMID 1826549.
  2. ^ Двир, З; Китинг, Дж. Л. (1 апреля 2003 г.). «Усилия по разгибанию туловища у пациентов с хронической дисфункцией поясницы». Позвоночник. 28 (7): 685–92. Дои:10.1097 / 01.BRS.0000051917.04731.A4. PMID 12671356.
  3. ^ Хо, CW; Чен, LC; Hsu, HH; Чан, SL; Ли, MH; Цзян, SH; Цай, KC (15 сентября 2005 г.). «Изокинетическая сила мышц туловища и двусторонних колен у молодых людей с грыжей поясничного диска». Позвоночник. 30 (18): E528-33. Дои:10.1097 / 01.brs.0000179307.34310.7d. PMID 16166880.
  4. ^ Монета, Великобритания; Видеман Т; Kaivanto K; Aprill C; Spivey M; Vanharanta H; Sachs BL; Guyer RD; Hochschuler SH; Рашбаум РФ и; и другие. (1994). «Сообщенная боль во время поясничной дискографии как функция разрывов кольца и дегенерации диска. Повторный анализ 833 дискограмм». Позвоночник. 19 (17): 1968–1974. Дои:10.1097/00007632-199409000-00018.
  5. ^ Boos, N; Reider, R; Schade, V; Spratt, KF; Семмер, Н; Эби, М. (1995). «Премия Volvo 1995 года в области клинических наук. Диагностическая точность восприятия результатов магнитно-резонансной томографии и психосоциальные факторы при выявлении симптоматических грыж межпозвоночного диска». Позвоночник. 20 (24): 2613–2625. Дои:10.1097/00007632-199512150-00002. PMID 8747239.
  6. ^ Хикс, GS; Даддлстон, Д. Н.; Рассел, ЛД; Холман, HE; Шеперд, JM; Браун, Калифорния (2002). "Люмбаго". Американский журнал медицинских наук. 324 (4): 207–211. Дои:10.1097/00000441-200210000-00007. PMID 12385493.
  7. ^ Страус, Б.Н. (2002). «Хроническая боль спинномозгового происхождения: стоимость вмешательства». Позвоночник. 27 (22): 2614–2619. Дои:10.1097/00007632-200211150-00041. PMID 12436003.
  8. ^ Коллакотт, EA; Циммерман, JT; Белый, DW; Риндон, JP (2000). «Биполярные постоянные магниты для лечения хронической боли в пояснице: пилотное исследование». JAMA. 283 (10): 1322–1325. Дои:10.1001 / jama.283.10.1322. PMID 10714732.
  9. ^ Фарфан, ВЧ; Cossette, JW; Робертсон, Г. Х .; Wells, RV; Краус, H (1970). «Влияние кручения на поясничные межпозвоночные суставы: роль кручения в развитии дегенерации диска». J Bone Joint Surg Am. 52 (3): 468–497. Дои:10.2106/00004623-197052030-00006. Архивировано из оригинал на 2014-04-15. Получено 2012-10-12.
  10. ^ Мейсон, KT; Харпер, JP; Шеннон, С. Г. (1996). «Грыжа пульпозного ядра: частота и исходы среди авиаторов армии США». Aviat Space Environ Med. 67 (4): 338–340. PMID 8900985.
  11. ^ а б Johnston, SL; Кэмпбелл, ML; Scheuring, R (2009). «Повышенная частота грыжи пульпозного ядра среди космонавтов». Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  12. ^ Педрини-Милле, А; Maynard, JA; Дурнова, ГН; Капланский А.С.; Pedrini, VA; Чанг, CB; Федлер-Троестер, Дж (1992). «Влияние микрогравитации на состав межпозвонкового диска». J Appl Physiol. 73 (2 супп.): 26С – 32С. Дои:10.1152 / jappl.1992.73.2.S26. PMID 1526953.
  13. ^ Мори-Холтон, ER; Глобус, РК (2002). «Модель грызунов с разгрузкой задних конечностей: технические аспекты». J Appl Physiol. 92 (4): 1367–1377. Дои:10.1152 / japplphysiol.00969.2001. PMID 11895999.
  14. ^ Хаттон, WC; Юон, СТ; Элмер, Вашингтон; Ли, Дж; Мураками, H; Minamide, AS; Акамару, Т. (2002). «Влияние подвешивания хвоста (или имитации невесомости) на поясничный межпозвоночный диск: исследование протеогликанов и коллагена». Позвоночник. 27 (12): 1286–1290. Дои:10.1097/00007632-200206150-00008. PMID 12065975.
  15. ^ Уитон, AJ; Dodge, GR; Эллиотт, DM; Nicoll, SB; Редди, Р. (2005). «Количественная оценка биомеханических и биохимических свойств хряща с помощью T1rho магнитно-резонансная томография ». Магнитный резонанс в медицине. 54 (5): 1087–1093. Дои:10.1002 / mrm.20678. PMID 16200568.
  16. ^ Wognum, S; Huyghe, JM; Baaijens, FP (2006). «Влияние изменений осмотического давления на раскрытие существующих трещин в 2-х моделях межпозвонковых дисков». Позвоночник. 31 (16): 1783–1788. Дои:10.1097 / 01.brs.0000227267.42924.bb. PMID 16845351.
  17. ^ Cheung, JT; Чжан, М; Чоу, Д.Х. (2003). «Биомеханические реакции межпозвонковых суставов на статическую и вибрационную нагрузку: исследование методом конечных элементов». Clin Biochem. 18 (9): 790–799. Дои:10.1016 / s0268-0033 (03) 00142-6. PMID 14527805.
  18. ^ LeBlanc, AD; Evans, HJ; Шнайдер, VS; Wendt, RE; Хедрик, Т. Д. (1994). «Изменения площади поперечного сечения межпозвонкового диска при постельном режиме и космическом полете». Позвоночник. 19 (7): 812–817. Дои:10.1097/00007632-199404000-00015.

Эта статья включаетматериалы общественного достояния от Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства документ: «Здоровье человека и риски при выполнении космических миссий» (PDF). (НАСА SP-2009-3405)

внешняя ссылка