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加速度对眼部结构和视觉的影响

【摘要】目的综述加速度对眼部结构和视觉的影响以及相应的实验方法，为空

间运动加速度领域对视觉健康的影响以及反向工程学研究提供基础和临床依据。

资料来源与选择加速度对眼部结构和视觉影响的相关著作和国内外该领域的论

文和报告。资料引用引用文献资料36篇。资料综合Gx、Gy、Gz方向和复合方

向的加速度对眼球结构和视觉存在明显影响，其中的机制仍需进一步研究。实验

方法以仿真模拟配合传统检测方法为主，计算机模拟是该研究领域的发展趋势。

结论不同方向和复合作用的加速度会对视觉造成明显影响，建议通过后续的计

算机模拟进行机制的研究。

【关键词】加速度；视知觉；视功能

早在20世纪70年代，已有学者研究了飞行环境下Gz方向的高加速度对飞

行员的眼部形态和视觉功能的影响［1-2］。随着航空技术的发展，Gx方向的

高加速度及复合方向加速度［3］对飞行员视功能及双眼眼球运动的影响日益凸

显。此外，航天研究中，宇航员在火箭升空等极高垂直加速度环境下视功能的变

化同样受到关注。不同方向的加速度对前房深度（anteriorchamberdepth，A

CD）和角膜厚度等眼球结构有较大影响，继而影响视锐度和对比敏感度等视功能

指标。故研究高加速度对眼部结构、视功能和眼球运动的影响，对于更加科学地

加强飞行员和宇航员训练及降低事故发生率等均有重要的医学和社会意义。

一、高加速度的产生场景及其对眼部结构的影响

1.Gx方向加速度产生场景及其对眼部结构的影响：在高铁和飞机等向前加

减速的场景下，产生Gx方向的加速度且影响眼部结构。长期暴露在震动-加速

度环境中会引发各种各样的疾病，如宇航员、高铁上的工作人员等［4］人群的

职业病，都受Gx方向加速度的影响。先前的研究很少涉及对眼部结构变化的准

确描述，笔者认为这与水平加速度作用时间短、变化的定性和定量测量局限性有

关。Geng等［3］在研究复合加速度下周边视力不对称丧失时对Gx方向加速度

下视网膜的应变（指在外力和非均匀温度场等因素作用下物体局部的相对变形）

进行记录，结果显示左眼视网膜应变略高于右眼。目前比较成熟的对眼部结构变

化的检测方式为生物测量仪器及角膜地形图测量，应用于先前的实验［5］。

2.Gy方向加速度产生场景及其对眼部结构的影响：Gy方向加速度在转向时

会产生。目前，鲜有对Gy环境下眼部结构的变化进行研究。Geng等［3］研究

表明，在Gy方向加速度环境下，左眼视网膜应变高于右眼，且程度比Gx方向大。

3.Gz方向加速度产生场景及其对眼部结构的影响：Gz方向的加速度多产生

于航空航天领域，在飞机驾驶和载人飞船发射等诸多场景下，人体需要经受高垂

直加速度。Tsai等［5］在2009年纳入14名男性应用载人离心机进行的研究表

明，ACD增加，并在30min后恢复到原有水平；瞳孔直径（pupillarydiameter，

PD）增加，但在30min后未恢复；角膜中央厚度（centralcornealthickness，

CCT）增加，试验结束后15min内消失（此试验的加速度大小为9G）。Tsai等［6］

在2011年改进试验方法，应用弹射座椅，再次进行试验，结果表明，CCT无明

显增加；ACD增加，15min后未见明显恢复，但在30min后恢复到原有水平；PD

增加，15、30min后均未恢复（此试验的加速度大小为6G）。垂直方向的高加速

度会导致眼部局部缺血，进而造成局部缺氧，缺氧对大细胞神经节细胞的影响大

于对旁细胞神经节细胞的影响。Paul［7］认为，Gz方向加速度会造成韦利斯氏

环异常。Popper和Tripp［8］认为Gz方向的高加速度会造成左右眼供给血液的

动脉压不一致。

4.复合加速度产生场景及其对眼部结构的影响：复合加速度多出现于航空领

域，尤其是高性能飞机的飞行环境下，关于复合加速度对飞行员视功能的影响越

来越受到关注［9］。现代高性能战斗机高度机动灵活，空战时不但会产生持续

高Gz作用，在短距起降或超机动时也会产生复合加速度载荷［3］。Geng等［3］

指出，在复合加速度环境下，充满于晶状体与视网膜之间的明胶状玻璃体很可能

对视网膜及周围血管产生严重挤压。尤其是视网膜的静脉血管，其管壁薄、管径

大、血压低，极易发生塌陷。塌陷后的静脉流阻增加，影响视网膜的正常供血。

徐艳等［10］认为，在复合加速度环境下，左右眼灌注压会出现差异，但尚无直

接证据。

二、高加速度环境下眼部结构的改变对视功能