"Uluslararası Uzay İstasyonunda Astronot Spinal Anatomisi ve Bozukluklarının Gerçek Zamanlı Ultrason Değerlendirmesi "

Bel ağrısı, astronotların uzay boşluğu sırasında en sık karşılaşılan durumlarından biridir ve patolojik anatomik değişikliklerle nedeniyle olabileceği varsayılmaktadır. Ultrason (US), ISS’de tek kullanılabilir görüntüleme yöntemi olarak geçmektedir fakat omurga yapısının görüntülerini görüntülemek için resmi bir US protokolü mevcut değildir.Bu araştırma, uzun süreli uzay boşluğu sırasında omurganın ön lomber ve servikal bölgelerinin tanısal görüntülerini elde etmek için bir yöntem geliştirdi.

Apollo programı ile başlayan ve Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) ile devam eden, orta-şiddetli bel ağrısı, astronotlar arasında, uzay aracının ilk 10 günü boyunca tutarlı ve yaygın bir tıbbi durum olmuştur. Kısa süreli retrospektif çalışmalar Shuttle misyonları,% 72 lik bir bel ağrısı insidansı rapor etmişlerdir, bu da, mikrogravite maruziyetinin ilk 72 saati içinde doruğa ulaşır ve neredeyse tamamen 10. günde çözülme eğilimi gösterir. Uzaya adaptif bel ağrısı olarak adlandırılan bu durumun, uzay görevini olumsuz etkilemediği ve çoğunlukla iyi huylu ve uzun süreli morbidite ile ilişkili olmadığı bildirilmiştir.

Uzaya adaptif bel ağrısının tam mekanizması, büyük ölçüde uçuş içi görüntülemenin eksikliğinden dolayı iyi anlaşılmamıştır. Etkilenen faktörler arasında görev verilme yaşı (genellikle> 40 yıl), yüksek performanslı uçaklarda uçuş süresi, günlük yükleme-boşaltma döngüsünün bozulması, mikrograviteye postural adaptasyonlar nedeniyle omurganın uzaması (6 cm ye kadar) ve uzay aracı içinde kısıtlı konumlandırma olarak söylenebilir.

Manyetik rezonans görüntüleme (MRG) veya bilgisayarlı tomografi, iyi bilinen ve standartlaştırılmış protokoller ve isimlendirmeyle birlikte, spinal görüntüleme için klinik standartları temsil etmektedir, ancak her zaman sırt ağrısına bağlı bir tanıyı tanımlayamazlar. Bilgisayarlı tomografi ya da MRI a erişime sahip olmayan mürettebat üyeleri, ultrason (US) gibi taşınabilir bir görüntüleme yöntemine güvenmek zorundadırlar.Ultrason pnömotoraks ve yüksek irtifa pulmoner ödem gibi durumlar için tanı kalitesinde görüntülerin hızlı bir şekilde sağlanmasında yardımcı olduğunu göstermiştir. Erişkin omuriliği servikal ve lomber bölgelerdeki görüntülerde kullanmak için ultrason kullanımı yenidir ve bilgisayarlı tomografi ve MRI ile gösterilen değişiklikleri tanımlamak için standart teknikler ve isimlendirmelerden yoksundur.

Kas iskelet sistemi hastalıklarında ultrasonun klinik kabulü, taşınabilirliği, uzaysal çözünürlüğü ve iyonizan radyasyon eksikliği nedeniyle hızlı olmuştur. Kas-iskelet sistemi ultrasonu, kas, bağ, tendon, bursa ve sinirlerdeki düzensizlikleri dinamik olarak tanımlamak için ortak bir yöntemdir. Kas-iskelet ultrasonografisi, kemik de dahil olmak üzere kemik yüzeylerindeki kırıkların da dahil olduğu osteofitleri ve düzensizlikleri belirlemede klinik uygulamalara sahiptir. Bazı teknikler kolayca uygulanmamasına rağmen, hayvan ve insan modellerinde spinal morfolojik özelliklerdeki değişikliklerin ölçülmesinde rol oynadığı gösterilmiştir. Koşulları değerlendirmek, akut veya kronik değişiklikleri belgelemek ve aralıklı ortamdaki omurga bozukluklarını tanımlamak için ultrasonun rolü, bu tekniği ümit verici olarak öneren son yayınımızın ötesinde bilinmemektedir. Belki de daha da önemlisi, daha önce açıklanan öneme rağmen, lomber disk anormallikleriyle ilgili yaygın ve kabul edilen ultrason terimleri eksikliği mevcut değildir.

Bu çalışma, uzaktan yönlendirilen ve olmayan astronot operatörlerinin, ön-uçuş ve post-ışık MRG değerlendirmelerine kıyasla, uzun süreli uzay boşluğu sırasında bel omurlarının ve servikal bölgelerinin tek tek bileşenlerinin tekrarlayan ultrason tabanlı fokal değerlendirmelerini yapabilmelerini araştırmıştır. Birincil amaç, uzun süreli orbital ve keşif sınıfı uzay uçuşları sırasında operasyonel spinal ultrason incelemeleri için ortak bir semantik seti ile basitleştirilmiş ve tekrarlanabilir bir ultrason protokolü geliştirmekti.

Materyal ve Yöntem 

Araştırma protokolü İnsan İnceleme Komitesi ve NASA Lyndon B.Johnson Uzay Merkezi Kurumsal Değerlendirme Kurulu tarafından onaylandı. Deneysel lomber ve servikal US protokolü, sonograflar (n59) veya görüntü alımı için hastalara (n57) katılmak için sözlü ve yazılı bilgilendirilmiş onam veren 9 sağlıklı gönüllü astronotta gerçekleştirildi. Deneysel çerçeve, preflight ve postflight MRI tetkikleri, preflight ve postflight ABD tetkikleri ve ISS de astronotun uygulanması sırasında lomber ve servikal omurgada yapılan in-flight ultrasonografi incelemelerinden oluşuyordu.

Tüm görüntüleme uyarılmış omurga değişikliklerini en aza indirmek için mümkün olduğunca erken ve herhangi bir egzersiz, takım içi aktivite veya diğer özel eğitimlerden önce yapıldı. Katılımcılardan ultrasonografi tetkiklerinden 6 saat önce ağır yemeklerden kaçınmaları istendi. Manyetik rezonans görüntüleme verileri Verio 3T / VB19 sistemi (Siemens AG, Erlangen, Almanya) ile elde edildi ve T12 den S1 vertebralara ve C1 den T2 vertebralara sagittal, aksiyel ve koronal görünümleri dahil edildi. Tüm astronotların uçuştan 4 ila 6 ay sonra ve uçuştan 7 ila 10 gün sonra MRG verileri vardı. Preflight(uçuş öncesi) ve postflight(uçuş sonrası) US görüntülerini MRG ile aynı günde veya mümkün değilse 10 günlük bir pencerede toplamak için her türlü çaba gösterildi.

Veri Analiz Yöntemleri

Her bir başlangıç ve aralık veri toplamada, 2 ortogonal planda 5 lomber ve 5 servikal segmentin ultrasonografileri denendi. Her bir veri toplama için ortalama olarak 75 ila 100 cine loop ultrasound ile elde edildi. Omurga kemiği yüzeyinin ve omurlararası disk bölgesinin kaliteli bir değerlendirmesi, her bir vertebral disk görüntüsü için cine loop dikkatlice kare kare kontrol edilerek tamamlandı.

İstatistiksel Analiz

Veriler e-tablo formatında (Excel 2008; Microsoft Corporation, Redmond, WA) derlenmiş ve SPSS sürüm 22.0 yazılımı (IBM Corporation, Armonk, NY) ile analiz edilmiştir. Ön kontrol ve postflight antropometrik ölçümler arasındaki farkları belirlemek için bir Student t testi yapıldı. US ve MRI tarafından bulunan anormalliklerin ortaya çıkması arasındaki farkları belirlemek için v2 analizi yapıldı. Genel bir lineer model tekrarlanan ölçümler, bir Bonferroni post hoc analizi ile varyans analizi, uçuştan sonraki uçuştan uçuşa kadar US ölçümlerinin seyri boyunca farklılıkları belirlemek için yapıldı. Tüm istatistiksel analizler için anlamlılık P <.05 olarak belirlendi.

Sonuçlar

ISS de araştırma hastaları olarak katılma izni verilen 7 astronot, ağırlıklı olarak erkek (% 86) olup, yaş ortalaması 46.166.4 idi. Temel preflight antropometrik veriler 1.7960.07m yükseklik, 79.9611.4 kg ağırlığı ve vücut kütle indeksi 24.762.7 kg / m2 idi. Postflight antropometrik veriler iniş 1 gün içinde toplanmış ve 1.7860.06m, 80.16 11.5 kg ağırlığında ve 25.062.9 kg / m2 vücut kitle indeksinde bir yükseklik göstermiştir. Astronotların önemli bir kısmı, erken boşlukta (n56 [% 86]) ve Dünya ya geri döndükten kısa bir süre sonra (n54 [% 57]) sırt ve boyun ağrısı bildirdi.

Ultrason Image Acquisition Başarı Oranı

Kapsam dışı lomber ve servikal omurga USS leri ISS de olmayan uzman astronot operatörleri tarafından yaklaşık 60 dakikada tamamlandı. Bu yeni ultrason değerlendirmesi yöntemiyle ilgili zorluklar nedeniyle, bu dönem, uzman sonografların aynı anatomik bölgelerden görüntüler elde etmek için gerekli olanla karşılaştırılabilir olmuştur. Operatörler, lomber ve servikal vertebraların yüksek kaliteli görüntülerini, L5-S1 den L1–2 ye ve C7-T1 den C2–3 e kadar ortalama 92,5% başarı oranı ile görselleştirmek için kolayca elde ettiler. Tablo 1, US değerlendirmelerinden elde edilen bulguları, lomber omurgada% 95 ve görüntü elde etme açısından servikal omurgada% 90 genel başarı oranları ile özetlemektedir. Tanısal kalitede görüntü elde etmek için en zorlu görüşler ve en düşük başarı oranları, söz konusu spinal segmentin sonlarında gözlenmiştir. Aşağı bağlı US görüntüleri, önemli spinal anormallikleri veya yaralanmaları dışlamak için kullanılabilecek tanısal kalitede görüntüler sağlamıştır. Lomber ve servikal bölgelerdeki uzman operatörler ve astronot mürettebat üyeleri arasında görüntü edinimi veya görüntü kalitesi için başarı oranlarında kayda değer bir fark yoktu.

Tartışma

Bu yayın, uzun süreli ve keşif sınıfı uçuşları sırasında operasyonel spinal US incelemeleri için bir dizi ortak semantik ile basitleştirilmiş ve tekrarlanabilir bir US protokolü oluşturmak için ilk çabayı göstermektedir. Bulgularımızın özeti, bu modalitenin faydasını ve tanılama kalitesindeki görüntüleri, acemi sonograflarla uzaktan rehberlik ve tam zamanında eğitim ile toplama fizibilitesini göstermektedir. Astronotlar sıklıkla, doğada iyi huylu olan, aralıksız olarak bel ağrısına sahiptir; bununla birlikte, aynı zamanda, doğada patolojik olan bel yaralanmalarına yakalanma riski de artmaktadır. Etiyolojisi bilinmeyen akut başlangıçlı bel ağrısı olan bir astronot ortamında, bir uzay uçuşu görevi sırasında, bu yayın, omurganın ana bölgelerini görüntüleme için ilk tanı yaklaşımını temsil eder.

Uzaydaki spinal görüntüleme kapasitesindeki boşluk, bilgimize göre, bu çalışma meydana geldiğinde omurgaya mikrogravite ile ilişkili akut değişikliklerin izlenmesi için ilk denemeyi göstermektedir. Bulgular, daha önce mikrogravite maruziyeti sırasında omurga uzunluğundaki değişikliklerle ilgili olarak rapor edilenlere karşıttır (Şekil 8). Daha kısa süreli uzay boşluklarından elde edilen önceki raporlar, oturulan gövde içinde ölçülen gövde yüksekliğindeki artışları göstermektedir.

Daha kısa süreli uzay boşluklarından elde edilen önceki raporlar, 6 cm ye kadar oturmuş bir postürde ölçülen gövde yüksekliğindeki artışları belirledi. Diğer çalışmalar, bu büyük artışı, diürnal varyasyonda görüldüğünden yaklaşık 2.5-3 kat daha fazla, akut mikrogravite maruziyetinde lordoz kaybı ve unloadling(boşaltma) ile ilişkilendirmiştir. Spinal kolon ve postural stabilizasyon ile ilişkili yapılarda atrofi, MRI ile değerlendirilen yeni bir spinal kas atrofisi raporuyla uyumludur. Bu çalışma, preflight ve postflight MRI da anterior intervertebral disk yüksekliğinde değişiklik göstermemesine rağmen, bizim sonuçlarımız; Dünya ya geri dönüşün ilk günlerinde en azından kısmen çözülen bir uçuş-içi fenomenini gösteriyor. Bu bulgular, ileri düzey dirençli egzersiz cihazı ve varyasyonları dahil olmak üzere, uçuş cerrahlarına ve karşı önlem egzersiz reçetesinden sorumlu eğitim uzmanlarına ilgi göstermelidir. Ayrıca, mikro çekimi simüle etmek için gelecekteki yatak istirahatı çalışmalarının tasarımını da etkileyebilirler; bu süreçte, tarihsel olarak, hafif çekiş ile spinal uzatma dahil etmek için özel çabalar sarfedilmiştir.

Mürettebat sağlığını geliştirmek ve mikrogravitede kemik ve kas kaybını azaltmak için ISS üzerine kurulmuş bir dizi egzersiz önlemi bulunmaktadır. Gelişmiş dirençli egzersiz cihazı spinal etkilere sahip olabilir. Lomber omurgada yükü arttırır ancak servikal omurganın yapıları üzerinde minimal etkiye sahiptir. Mevcut egzersiz karşı önlemlerine rağmen, mikrograviteye uzun süre maruz kalma, postflight rehabilitasyonunu, mürettebatın yaşam tarzlarını ve gelecekteki görevler için uçuş hazırlığını etkileyebilecek spinal patolojik özellikleri artırıyor gibi görünmektedir. Açıkça anlaşılmayan, spinal anatomide (ör., İntervertebral disk yüksekliği ve disk açısı) ve patolojik koşullardaki (örn., Herniye olmuş nükleus pulposis ve osteofitler), hem uzay adaptif bel ağrısı hem de uzun süreli uzay uçuşuna maruz kalmanın ortaya çıkan değişiklikler ve altta yatan mekanizmalarla ne tür bir ilişkisi olduğudur.

Veriler, ISS ye giden çoğu astronotun görevlerinden önce omurga bozukluklarının olduğunu gösteren önceki verileri doğrulamaktadır. Bu çalışmanın katılımcılarının yarısından fazlası, önceki Shuttle verileriyle uyumlu olarak, görev süreleri boyunca bir noktada ağrıya uyum sağladığını bildirmiştir. Bu çalışmadaki tüm uzun süreli astronotlar, preflight MRI ve US incelemelerinde anormal bulgulara sahipti. Bu bulgular, uçuş sırasında US de yapılan muayenelerle kanıtlandığı gibi, görev sırasındaki ilerleyişini ortaya çıkardı ve uçuş sonrası MRI ve US incelemeleriyle doğrulandı. Servikal omurga kötü anlaşılmış bir bölgeyi temsil etmesine rağmen, bu deney periyodu sırasında, lomber bölgede servikal omurgaya göre anormal değişiklikler daha yaygındı.

Uzun süreli uzay boşluğu sırasında uzunlamasına değişiklikler için omurganın ABD tarafından izlenmesine odaklanılması, disk dejenerasyonunu azaltmak için ek stratejileri veya beslenme / ilaç tedavilerini etkileyebilir. Örneğin, disk desikatasyonu, dejeneratif disk hastalığı olan hastalarda görülen bir tanısal sınıflandırmadır ve intervertebral disk hidrasyonunda bir azalmayı gösterebilir. Astronotlarımızda mikrograviteye maruz kaldıktan sonra, intervertebral disk hidrasyonunda azalma ve ilerleyen yaşta görülen disk dejenerasyonuna bağlı olarak hücresel yan ürünlerdeki artış gözlenmiştir.

ABD değerlendirme protokolümüzün yeniliği, bu kadar çok sayıda cine loop (sine döngüsünün) toplanmasını etkiledi; ISS, bir veri toplama oturumunu yeniden yapmanın neredeyse imkansız olduğu bir araştırma ortamıdır. Sonuç olarak, analiz için yeterli kaliteyi sağlamak için fazla sayıda sine döngüsü topladık. Sonuç, yüksek bir başarı oranıydı; bu, gelecekteki çalışmaların, yeterli görüntü elde etmek için neredeyse birçok sine döngü dosyası toplamaya ihtiyaç duymadığını düşündürmektedir.

Astronotlar, olağandışı kısıtlamalara ve mekân ortamına maruz kaldıklarında sık sık bel ağrısına sahip olan oldukça uzmanlaşmış bir topluluktur. Bu çalışmadaki küçük örneklem büyüklüğü, görüntülenen omurga bölgelerindeki mikrograviteye yapısal cevabın bireysel değişime eğilimli olduğunu ve eğilimlerin gözlemlendiği, sonuçların tüm bireyler için tek tip olmadığını göstermiştir. Bu eğilimleri semptomlarla ilişkili olarak incelemek, mekâna bağlı sırt ağrısının patofizyolojik mekanizmalarına daha fazla bilgi sağlayabilir. Sonuçlarımız, US nin bu boşlukları doldurmak için görüntüleme verilerinin toplanmasında kullanılmasını önermektedir ve daha fazla astronot uzun süreli uzay uçuşlarına katılabildiği için, bir görüntü ve sonuç veritabanı derlenebilir. Bu çalışma, çetin ve sert ortamda acemi kullanıcıların spinal kolonun lumbar ve servikal bölgelerinin yapılarını değerlendirmek için kapsamlı bir bakım noktası olan spinal US incelemeleri yapabileceğini göstermiştir. Astronot mürettebat üyelerinin, C3 ten T1 e ve lomber omurgadan L3 ten S1 e kadar servikal omuriliği etkili bir şekilde görselleştirebildiler. Değerlendirmelerin çoğu, tüm disk konturunun sorgulanmasını sağladı ve semptomatik veya klinik olarak intervertebral diskin yırtığını veya herniasyonunu belirlemeye yardımcı olabilir. Bu sonuç, US’nin disk seviyesinde ve omurlararası yapıların kemik yüzeyindeki lokal değişiklikleri tespit etme kapasitesi genişletmiştir.

Bildiğimiz kadarıyla, bu araştırma, uzamış ağırlıksızlığın omurga üzerindeki etkileri hakkında en kapsamlı uçuş içi değerlendirmeyi temsil etmektedir. Uzun süreli uzay mesafesi boyunca vertebral ünitenin adaptasyonuna ilişkin ilk uzunlamasına gerçek zamanlı veriyi sağlar. Bu çalışma, acemi US kullanıcılarının, minimal eğitim ve uzaktan rehberlik ile sert koşullar altında omurganın servikal ve lumbar bölgelerinin yapılarının tanısal kalitede görüntülerini elde edebildiklerini göstermektedir. Bu sonuçlar, tanılama US’nin ISS ve diğer uzun süreli uzay yürüyüşü misyonları gibi uzak ortamlardaki başka uygulamalarını göstermektedir.

Sonuç olarak, US, zor koşullar altında taşınabilir ve çok yönlü bir diagnostik görüntüleme yöntemi olarak etkinliği kanıtlanmıştır. Bu çalışma, US nin mekansal bütünlüğünü ve ISS deki uzayın aşırı ortamında meydana gelen değişikliklerin değerlendirilmesinde potansiyel bir rolü olduğunu göstermektedir. Bu görüntüleme tekniğini desteklemek ve uzun süreli uzay aralıklarında uçuş-içi omurga bozuklukları ile ilgili daha büyük bir veri tabanı oluşturmak için daha fazla araştırma yapılmalı ve bu bulgular mikrogravite karşı önlemlerin geliştirilmesi ve iyileştirilmesine dahil edilmelidir.

Real-timeUltrasound Assessment of Astronaut SpinalAnatomyandDisorders on the International Space Station. Kathleen M. Garcia, BSc, Michael F. Harrison, MD, PhD , Ashot E. Sargsyan, MD, Douglas Ebert, PhD, Scott A. Dulchavsky, MD, PhD. 2017 by the American Institute of Ultrasound inMedicine | J UltrasoundMed 2018; 37:987–999 | 0278-4297