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配戴角膜接触镜后会引起角膜、泪膜的生理的改变，所以必须了解角膜和泪膜的生理，特别是角膜与氧气的关系，以便及时发现戴镜后的生理和病理变化。
一、角膜的应用生理
1.屈光和自我保护作用
角膜组织透明，是眼的主要屈光介质，其折射率为1.376，屈光力为43.05 D,占眼球屈光系统总屈光力的70%左右。
角膜上皮细胞层神经末梢丰富，感觉十分敏锐，具有良好的自我保护功能。
2.代谢
角膜的营养代谢主要来自房水、泪膜和角膜缘血管网。代谢所需的氧，大部分由外界空气经泪膜提供给上皮细胞，而内皮细胞的氧供来自房水。能量物质主要是葡萄糖，大部分通过内皮细胞从房水中获取，另约10%由泪膜和角膜缘血管供给。角膜糖代谢的主要形式有：有氧代谢、无氧糖酵解和磷酸戊糖途径。
3.角膜的再生、各层的生理特点、主要功能
(1)角膜上皮生理
氧溶解入泪膜到达上皮，使角膜获得充足的氧供；上皮损伤后再生能力强。主要功能：角膜上皮形成一光滑、透明的光学表面；表面的微绒毛和微皱襞，是泪膜的粘附表面；阻止微生物、异物和化学物质的侵入。
(2)前弹力层生理
损伤后不能再生，而留下不透明瘢痕。主要功能：维持上皮结构。
(3)基质层生理
需要氧气来维持相对脱水状态和相对恒定的厚度，缺氧将导致无氧代谢，产生乳酸，水分潴留，造成水肿；基质层损伤后不能再生，而由不透明的瘢痕组织所代替。主要功能：透光和维持角膜形状。
(4)后弹力层生理
富于弹性，抵抗力较强，损伤后可以再生。主要功能：起着角膜内皮基底层的作用。
(5)内皮细胞层生理
有Na＋- K＋-ATP酶即内皮泵，主动泵出水分，维持角膜相对脱水状态；内皮细胞的数量随年龄增大而减少，损伤、炎症、内眼手术等也会引起内皮细胞减少，由于内皮细胞不能再生，减少的部分只能通过邻近细胞移动变形来代偿。主要功能：具有角膜-房水屏障功能，内皮层允许营养物质弥散到角膜；通过主动转运的方式将水分从角膜基质中泵到前房，保持角膜相对脱水的状态。
4.配戴角膜接触镜对角膜的影响
(1)缺氧的影响
所有类型的角膜接触镜都会减少角膜的氧气供应，引起乳酸和CO2堆积,pH下降、渗透压升高。常见的变化包括角膜水肿、上皮脱落、敏感度下降、新生血管、内皮泵功能下降等，程度轻微的并发症可以逆转，严重者则不可逆转。
(2)机械性影响
配戴接触镜后细胞代谢碎片的聚积、压迫、摩擦等会导致对角膜的机械性影响。
二、泪膜的生理
1.泪液分泌和泪膜的成分
泪腺分泌系统包括主泪腺和副泪腺。主泪腺提供反射性分泌，物理性刺激三叉神经(刺激结膜、角膜、鼻黏膜、睑缘)、心理性刺激、对视网膜的亮光刺激等都会引起泪液反射性分泌。Krause和Wolfring副泪腺提供基础分泌。正常人基础泪液的分泌率为1.2μL/min, 24 h的总分泌量约为10 mL,泪液的更新速率为每分钟16%，泪液的pH为6.5~7.6,渗透压296~308 mOsm/L。正常的瞬目频率为每分钟12次，每次瞬目使泪膜在眼表重新分布。
2.泪膜的功能
1)湿润眼球前表面，维持角膜的透明性；
2)形成光滑的光学界面，为形成清晰的视觉提供良好的光学介质；
3)泪液含有免疫球蛋白和抗菌物质，可破坏细菌的细胞壁，抵抗感染，并可稀释和排出毒素；
4)营养角、结膜，为角膜提供葡萄糖和氧气；
5)泪液带走脱落的上皮细胞和二氧化碳等代谢终产物。
3.配戴角膜接触镜后的泪膜变化
配戴角膜接触镜后对泪膜结构的影响很大，一般会加速泪膜破裂。接触镜使泪液重新分布，分别在镜片前、后各形成一层泪膜。镜前的泪膜形态与镜片的材料和设计有关。含水量高、直径大的镜片的泪膜较稳定，标准厚度镜片比超薄镜片的泪膜稳定。
镜片运动也对泪膜产生影响。瞬目初期，软镜变形，降低了对镜后泪膜的压力；瞬目过程中，镜片呈眼睑运动的反向运动，泪膜的厚度增加，故当镜片材料的弹性模量下降时，患者的舒适度会增加。因为软镜的弹性模量比硬镜小，镜后的泪膜能保持相对厚度，所以比配戴硬镜舒适。
泪膜各层的特征和功能总结如下表：
泪膜层 来源 厚度/μm 主要功能
脂质层/类脂层 睑板腺、Zeis腺、Moll腺 0.1 减少泪液蒸发
水质层 Krause和Wolfring副泪腺 6~7 泪膜的主体，维持角膜表面亲水性，为角膜运送营养物质
黏液层 结膜杯状细胞 0.02~0.05 使泪膜与角膜上皮附着
三、角膜与氧气
1.角膜的氧供
氧气在地表空气中的体积比例约为21%，在标准大气压下，氧分压(po2)为156.54 mmHg,通常取近似值155 mmHg(图1-15)。
睁眼时，角膜上皮的氧供主要来自空气中的氧溶解到泪膜中获取，小部分来自于角巩膜缘和睑结膜血管，再传送到角膜基质。角膜内皮的氧主要来源于房水，然后到角膜基质。闭眼时，来自空气的氧供中断，仅能从睑结膜血管、房水、角巩膜缘血管获取氧(图1-16)。
闭眼时氧分压大约为55mmHg，不戴接触镜闭眼8h后角膜水肿量为3.5%，睁眼后水肿很快消退。
表1-4 角膜的氧气来源
状态 氧气来源
无戴镜 睁眼 主要：大气；次要：角膜缘血管网、睑结膜血管、房水
闭眼 角膜缘血管网、睑结膜血管、房水
戴镜 睁眼 主要：大气(部分被镜片阻断)；次要：角膜缘血管网、睑结膜血管、房水
闭眼 角膜缘血管网、睑结膜血管、房水(其中经泪膜溶解后到达角膜的一部分被镜片阻断)
2.影响角膜氧供的因素
(1)海拔高度
海拔高于海平面时，氧分压下降，角膜获得的氧气减少。
(2)配戴角膜接触镜
接触镜直接影响大气与角膜之间的气体交流，其影响程度与镜片材料、厚度、配适状况等有关。
3.角膜氧供需指标
(1)氧通透性( oxygen permeability, Dk)和氧传导性(oxygen transmissibility, Dk/L或Dk/t)
Dk即氧通透性，是描述接触镜片传导氧气的能力，是接触镜材料本身的固有属性，与镜片厚度无关。Dk/L或Dk/t不仅受Dk值的影响，还受镜片厚度的影响。其中L或t代表镜片中央厚度或者局部厚度。
气体通过硬性接触镜到达角膜表面的途径有：①气体首先溶解到镜片前表面，然后弥散入镜片材料基质；②气体到达镜片后表面后离开，溶解到镜后泪膜并到达角膜表面。
气体通过水凝胶软性接触镜则不同，气体经材料中的水分传递，因此受材料含水量的影响。聚合物材料中的水分为结合水和自由水，只有自由水才能传递气体，所以结合水和自由水比率非常重要。
硅水凝胶(silicone hydrogel)材料的基质中存在许多微小“通道”，使得气体分子、离子和水分子可较自由地通过镜片，所以氧通透性很高，并且不受镜片材料含水量的限制。
(2)临界氧需求(critical oxygen requirement，COR)
临界氧需求是指能维持角膜正常生理的最低氧分压，一般用Dk/L值来表示，临床上常用的参数是根据Holden和Mertz等的研究结果，具体如下：
理想日戴(ideal DW)值24×10-9(cm×mL O2)/(s×mL×mmHg)
可接受长戴(acceptable EW)值34×10-9(cm×mL O2)／(s×mL×mmHg)
理想长戴(ideal EW)值87×10-9(cm×mL O2)／(s×mL×mmHg)
(3)等效氧分压(equivalent oxygen percentage，EOP)
EOP表达配戴接触镜后角膜面实际的氧分压，以测量不同的接触镜在角膜上产生的缺氧压力的方法而获得。
4.缺氧导致的角膜变化
角膜上皮细胞以有丝分裂繁殖的方式进行代谢，在缺氧的状况下，角膜上皮层有丝分裂延缓，细胞数量减少，上皮细胞层变薄，衰老细胞增加。
在低氧代谢的状态下，角膜上皮细胞结构层次紊乱，部分衰老的基底细胞和翼状细胞移至角膜表面，形成微囊。
当缺氧时，角膜的水平衡发生紊乱，角膜基质层氨基葡聚糖成分有亲水性的羟基，其水和程度过高，板层的排列结构紊乱，导致角膜的透明度下降、角膜水肿。
当角膜水肿率在5%时，可见角膜后基质层有纵向白色条纹，为纤维板层间隙加大的表现；当角膜水肿率达到10%，可见白色分支状皱纹，提示纤维板层扭曲；当角膜水肿率达到12%~15%时，角膜后基质层有黑色条纹，为纤维板层分离所致。
缺氧的状况下，可见角膜内皮细胞数量减少，形态不规则，大小不一，且在细胞间可见到黑孔、空泡。
缺氧导致的具体角膜改变将在第七章“接触镜配戴对眼睛的影响”中详细讨论。 |
