Изменения порогов электрически вызванного фосфена и электрической лабильности зрительного нерва у экипажа наземной станции в международном эксперименте SIRIUS 20/21

В процессе проведения международного эксперимента SIRIUS 20/21, имитирующего межпланетный перелет, у экипажа наземной герметичной станции в течение 8 месяцев определяли пороги электрически вызванного фосфена (ЭВФ), которые отражают электрическую чувствительность (ЭЧ) сетчатки, а также электрическую лабильность (Л) зрительного нерва (тест ЭЧиЛ). Оценку ЭЧиЛ выполняли с помощью прибора «ЭСОМ» («Нейрон», Уфа, Россия) 1 раз в месяц 2 раза в сутки (утро/вечер) в мезопических условиях. Установлено повышение ЭЧ и другие закономерности изменения параметров ЭЧ и Л в период изоляции, отражающие адаптацию экипажа к условиям эксперимента и реакцию зрительной системы на физические и психоэмоциональные нагрузки. Дальнейшее изучение порогов ЭВФ и Л зрительного нерва в экспериментах увеличивающейся продолжительности позволит определить биомаркеры, дифференцирующие индивидуальную адаптационную реакцию космонавтов от дисфункции сетчатки и зрительного нерва в условиях реального космического полета. Л зрительного нерва показала бoльшую устойчивость к условиям эксперимента, чем ЭЧ сетчатки. Результаты позволяют полагать, что определение Л в тесте ЭЧиЛ может стать экспресс-тестом на борту МКС для оценки функционального состояния папилломакулярного пучка волокон зрительного нерва, риска развития или диагностики SANS (связанного с полетом нейроокулярного синдрома) в условиях длительных космических миссий.

1. Mader TH, Gibson CR, Pass AF, Kramer LA, Lee AG, Fogarty J. Optic disc edema, globe flattening, choroidal folds, and hyperopic shifts observed in astronauts after long-duration space flight. Ophthalmology. 2011;118:2058–2069. doi: 10.1016/j.ophtha.2011.06.021.

2. Mader TH, Gibson CR, Otto CA, Sargsyan AE, Miller NR, Subramanian PS. Persistent asymmetric optic disc swelling after long-duration space flight: implications for pathogenesis J. Neuroophthalmol. 2017;37:133–139. doi: 10.1097/WNO.0000000000000467.

3. Wiener TC. Space obstructive syndrome: intracranial hypertension, intraocular pressure, and papilledema in space. Aviat Space Environ Med. 2012;83:64–66. doi: 10.3357/asem.3083.2012.

4. Богомолов ВВ, Кузьмин МП, Даниличев СН. Внутричерепная гипертензия у астронавтов при длительной микрогравитации. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2015;49(4):54–58.

5. Patel N, Pass A, Mason SS, Gibson ChR, Otto Ch. Optical Coherence Tomography Analysis of the Optic Nerve Head and Surrounding Structures in Long-Duration International Space Station Astronauts. JAMA Ophthalmol. 2018;136:193–200. doi: 10.1001/jamaophthalmol.2017.6226.

6. Hoffmann J, Mollan SP, Paemeleire K, Lampl C, Jensen RH, Sinclair AJ. European headache federation guideline on idiopathic intracranial hypertension. J Headache Pain. 2018;19(8):93. doi: 10.1186/s10194-018-0919-2.

7. Lee AG, Mader TH, Gibson CR, Brunstetter TJ, Tarver WJ. Space flight-associated neuro-ocular syndrome (SANS). Eye (Lond). 2018;32:1164–1167. doi: 10.1038/s41433-018-0070-y.

8. Lee AG, Mader TH, Gibson CR. Spaceflight associated neuro-ocular syndrome (SANS) and the neuro-ophthalmologic effects of microgravity: a review and an update. NPJ Microgravity 2020;6:7. doi: 10.1038/s41526-020-0097-9.

9. Макаров ИА, Даниличев СН. Отек зрительного нерва в космическом полете: патогенез, диагностика и мониторинг. Офтальмология. 2020;17(4):752–760. doi: 10.18008/1816-5095-2020-4-752-760.

10. Roy-O’Reilly M, Mulavara A, Williams T. A review of alterations to the brain during spaceflight and the potential relevance to crew in long-duration space exploration. Microgravity. 2021;7:5. doi: 10.1038/s41526-021-00133-z.

11. Khossravi EA, Hargens AR. Visual disturbances during prolonged space missions. Curr Opin Ophthalmol. 2021;32(1):69−73. doi: 10.1097/ICU.0000000000000724.

12. Ong J, Tavakkoli A, Strangman G, Zaman N, Kamran A, Zhang Q, Ivkovic V, Lee AG. Neuro-ophthalmic imaging and visual assessment technology for spaceflight associated neuro-ocular syndrome (SANS). Survey of Ophthalmol. 2022;67(5):1443−1466. doi: 10.1016/j.survophthal.2022.04.004.

13. Wostyn P, Gibson CR, Mader TH. Optic Disc Edema in Astronauts from a Choroidal Point of View. Aerosp Med Hum Perform. 2022;93(4):396–398. doi: 10.3357/AMHP.6010.2022.

14. Nelson ES, Mulugeta L, Myers JS. Microgravity-induced fluid shift and ophthalmic changes. Life. 2014;4(4):621. doi: 10.3390/life4040621.

15. Wall M, George D. Visual loss in pseudotumor cerebri. Incidence and defects related to visual field strategy. Arch Neurol. 1987;44(2):170–175.

16. Calkins DJ. Critical pathogenic events underlying progression of neurodegeneration in glaucoma. Prog Retin Eye Res. 2012;31(6):702–719. doi: 10.1016/j.preteyeres.2012.07.001.

17. Moss HE, Park JC, McAnany JJ. The Photopic Negative Response in Idiopathic Intracranial Hypertension. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2015;56(6):3709–3714. doi: 10.1167/iovs.15-16586.

18. Atilla H, Tekeli O, Ornek K, Batioglu F, Elhan AH, Eryilmaz T. Pattern electroretinography and visual evoked potentials in optic nerve diseases. J Clin Neurosci. 2006;13:55–59. doi: 10.1016/j.jocn.2005.02.007.

19. Богословский АИ. Проблема электрической чувствительности глаза. Проблемы физиологической оптики (ПФО). 1944;2:136–172.

20. Богословский АИ, Ковальчук НА. Электрический фосфен в офтальмологии. В кн.: Офтальмологическая электродиагностика. М., 1980. С. 62–69.

21. Богословский АИ, Семеновская ЕН. Методические указания о применении комплексного метода исследований функций органа зрения электрическими и адекватными световыми стимулами в практике офтальмологических учреждений. М.: Наука; 1971. 33 с.

22. Семеновская ЕН. Электрофизиологические исследования в офтальмологии. М.: Медгиз; 1963. 279 с.

23. Westheimer GKL, Alm A. Entoptic phenomena. In: Kaufman PL, Alm A, eds. Adler’s Physiology of the Eye: Clinical Application. 10th ed. St. Louis, MO: Mosby; 2003. P. 441–452.

24. Fugelsang C, Narici L, Picozza P, Sannita WG. Phosphenes in low earth orbit: survey responses from 59 astronauts. Aviat Space Environ Med. 2006;77:449–452.

25. Purkinje JE. Beitrage zur Kenntnis des Sehens in subjektiver Hinsicht. Prague: JG Calve; 1819.

26. Bogoslowski AI, Sigal J. La phenomenologie du phosphene electrique. J. Physiol. 1947;39:87–99.

27. Barlow HB, Kohn HI, Walsh EG. Visual sensations aroused by magnetic fields. Amer. J. Physiol. 1947;148:372–375.

28. Gebhard JW. Motokawa’s studies on electric excitation of the human eye. Psychol Bull. 1953;50:73–111.

29. Brindley GS, Lewin WS. The sensations produced by electrical stimulation of the visual cortex. J Physiol. 1968;196:479–493.

30. Knoll M, Welpe E. Comparison of excitation conditions, shapes, and movement of optic and electric phosphenes. Elektromed Biomed Tech. 1968;13:128–134.

31. Potts AM, Inoue J, Buffum D. The electrically evoked response of the visual system (EER). Invest Ophthalmol Vis Sci. 1968;7:269–278.

32. Potts AM, Inoue J. The electrically evoked response (EER) of the visual system. II. Effect of adaption and retinitis pigmentosa. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1969;8:605–612.

33. Miyake Y, Yanagida K, Yagasaki K. Clinical application of EER (electrically evoked response). (1) Analysis of EER in normal subjects (author’s transl). Nihon Ganka Gakkai Zasshi. 1980;84:354–360.

34. Miyake Y, Yanagida K, Yagasaki K. Clinical application of EER (electrically evoked response). Analysis of EER in patients with optic nerve disease (author’s transl). Nihon Ganka Gakkai Zasshi. 1980;84:2047–2052.

35. Naycheva L, Schatz A, Rock T, Willmann G, Messias A, Bartz-Schmidt K-U, Zrenner E, Gekeler F. Phosphene thresholds elicited by transcorneal electrical stimulation in healthy subjects and patients with retinal diseases. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2012;53:7440–7448. doi: 10.1167/iovs.12-9612.

36. Morimoto T, Fukui T, Matsushita K, Okawa Y, Shimojyo H, Kusaka S, Tano Y, Fujikado T. Evaluation of residual retinal function by pupillary constrictions and phosphenes using transcorneal electrical stimulation in patients with retinal degeneration. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2006;244:1283–1292. doi: 10.1007/s00417-006-0260-3.

37. Inomata K, Tsunoda K, Hanazono G, Kazato Y, Shinoda K, Yuzawa M, Tanifuji M, Miyake Y. Distribution of retinal responses evoked by transscleral electrical stimulation detected by intrinsic signal imaging in macaque monkeys. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2008;49:2193–2200. doi: 10.1167/iovs.07-0727.

38. Fujikado T, Morimoto T, Kanda H, Kusaka S, Nakauchi K, Ozawa M, Matsushita K, Sakaguchi H, Ikuno Y, Kamei M, Tano Y. Evaluation of phosphenes elicited by extraocular stimulation in normals and by suprachoroidal-transretinal stimulation in patients with retinitis pigmentosa. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2007;245:1411–1419. doi: 10.1007/s00417-007-0563-z.

39. Humayun MS, de Juan E Jr, Dagnelie G, Greenberg RJ, Propst RH, Phillips DH. Visual perception elicited by electrical stimulation of retina in blind humans. Arch Ophthalmol. 1996;114:40–46. doi: 10.1001/archopht.1996.01100130038006.

40. Roessler G, Laube T, Brockmann C, Kirschkamp T, Mazinani B, Goertz M, Walter P. Implantation and explantation of a wireless epiretinal retina implant device: observations during the EPIRET3 prospective clinical trial. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2009;50:3003–3008. doi: 10.1167/iovs.08-2752.

41. Gekeler F, Messias A, Ottinger M, Bartz-Schmidt KU, Zrenner E. Phosphenes electrically evoked with DTL electrodes: a study in patients with retinitis pigmentosa, glaucoma, and homonymous visual field loss and normal subjects. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2006;47:4966–4974. doi: 10.1167/iovs.06-0459.

42. Zrenner E, Bartz-Schmidt KU, Benav H, Besch D, Bruckmann A, Gabel VP, Gekeler F, Greppmaier U, Harscher A, Kibbel S, Koch J, Kusnyerik A, Peters T, Stingl K, Sachs H, Stett A, Szurman P, Wilhelm B, Wilke R. Subretinal electronic chips allow blind patients to read letters and combine them to words. Proc Biol Sci. 2011;278:1489–1497.

43. Chow AY, Chow VY, Packo KH, Pollack JS, Peyman GA, Schuchard R. The artificial silicon retina microchip for the treatment of vision loss from retinitis pigmentosa. Arch Ophthalmol. 2004;122:460–469. doi: 10.1001/archopht.122.4.460.

44. Pardue MT, Phillips MJ, Yin H, Sippy BD, Webb-Wood S, Chow AY, Ball SL. Neuroprotective effect of subretinal implants in the RCS rat. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2005;46:674–682. doi: 10.1167/iovs.04-0515.

45. Ciavatta VT, Kim M, Wong P, Nickerson JM, Shuler RK Jr, McLean GY, Pardue MT. Retinal expression of Fgf2 in RCS rats with subretinal microphotodiode array. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2009;50:4523–4530. doi: 10.1167/iovs.08-2072.

46. Schmid H, Herrmann T, Kohler K, Stett A. Neuroprotective effect of transretinal electrical stimulation on neurons in the inner nuclear layer of the degenerated retina. Brain Res Bull. 2009;79:15–25. doi: 10.1016/j.brainresbull.2008.12.013

47. Morimoto T, Fujikado T, Choi JS, Kanda H, Miyoshi T, Fukuda Y, Tano Y. Transcorneal electrical stimulation promotes the survival of photoreceptors and preserves retinal function in Royal College of Surgeons rats. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2007;48:4725–4732. doi: 10.1167/iovs.06-1404.

48. Ni YQ, Gan DK, Xu HD, Xu GZ, Da CD. Neuroprotective effect of transcorneal electrical stimulation on light-induced photoreceptor degeneration. Exp Neurol. 2009;219:439–452. doi: 10.1016/j.expneurol.2009.06.016.

49. Sato T, Fujikado T, Lee TS, Tano Y. Direct effect of electrical stimulation on induction of brain-derived neurotrophic factor from cultured retinal Muller cells. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2008;49:4641–4646. doi: 10.1167/iovs.08-2049.

50. Willmann G, Schaferhoff K, Fischer MD, Arango-Gonzalez B, Bolz S, Naycheva L, Rock T, Bonin M, Bartz-Schmidt KU, Zrenner E, Schatz A, Gekeler F. Gene expression profiling of the retina after transcorneal electrical stimulation in wild-type Brown Norway rats. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2011;52:7529–7537. doi: 10.1167/iovs.11-7838.

51. Evans I, Palmisano S, Croft RJ. Effect of ambient lighting on frequency dependence in transcranial electrical stimulation-induced phosphenes. Sci Rep. 2022;12(1):7775. doi: 10.1038/s41598-022-11755-y.

52. Crapper DR, Noell WK. Retinal excitation and inhibition from direct electrical stimulation. J Neurophysiol. 1963;26:924–947. doi: 10.1152/jn.1963.26.6.924. 53. Slaughter MM, Miller RF. 2-amino-4-phosphonobutyric acid: a new pharmacological tool for retina research. Science. 1981;211(4478):182−185. doi: 10.1126/science.6255566.