角膜的完整性需要：①足够的氧气。维持角膜正常功能需要15~20.9%的氧分压，防止上皮有丝分裂受到抑制需要的氧分压不低于1%，8%的氧分压可以防止角膜敏感度下降，5%的氧分压防止糖原耗竭。②及时清除CO₂，对于避免pH和代谢的改变是必要条件。③适量的葡萄糖是角膜代谢的物质基础。

（一）角膜氧的来源

1．氧气在大气中的分布  氧气在地表大气中的比例大约为21%，大气中的主要成分是体积比占78%的氮气。在标准大气压（温度15°C，压强为760mmHg）下，氧分压（PO₂）为156.54mmHg，通常用的PO₂近似值为155mmHg。

2．眼睛的氧供  睁眼时，角膜上皮主要通过大气中的氧溶解到泪膜中获取氧供，也有部分来自于角巩缘和睑结膜血管，然后传送到角膜基质。角膜内皮的氧主要来源于房水，然后弥散到角膜基质。

闭眼时，来自大气的氧供基本中断，而仅能从睑结膜血管、房水、角巩缘血管获取氧。闭眼时氧分压大约为55mmHg，闭眼8小时后角膜水肿量为3.5%（不戴镜），睁眼后水肿快速消退。眼睛闭合的影响包括氧供减少、泪液渗透压下降、CO₂张力（分压）上升、泪液和角膜基质pH下降、角膜温度上升（37°C）等（图1-8）。

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3．影响氧供的因素

（1）海拔高度：在海平面氧气占空气的21%，即氧气的分压近似为155mmHg。当海拔高于海平面时，虽然氧气在大气混合气体中所占的比例不变，但是因为混合气体的总压下降了，所以氧分压随之下降。角膜获得的实际氧气减少了，如果此时戴上接触镜（该镜片在海平面时是能提供足够的氧气从而避免水肿的发生），则诱发水肿发生可能性增大。因此除考虑镜片的透氧性以外，还须考虑海拔高度（图1-9）。

（2）接触镜配戴：接触镜直接影响了大气与角膜之间的气体交流，与镜片有关的影响因素包括镜片材料、厚度、配适状况等，将在其他部分阐述。

（二）角膜氧的作用

角膜需要葡萄糖、氨基酸、氧来进行正常的代谢活动。角膜无血管，其营养物质和氧主要自泪液、房水和通过泪液的大气。如果氧供不足，角膜需氧代谢平衡就会丧失，角膜中的糖原储备将迅速耗竭，乳酸聚积，发生失代偿。由于角膜组织渗透压负荷增加，导致角膜上皮和基质水肿。由此可见角膜的健康与其氧供休戚相关。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（图1-10）。

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1．有氧代谢  角膜各层均可由大气获得氧。由于氧的脂溶特性，它容易透过角膜上皮和内皮，另外还可由角膜扩散到房水。角膜摄取的氧主要被上皮和内皮消耗，这两层的QO₂（氧系数，即每小时每微克组织摄取的氧微升数）比基质层高25~30倍，角膜上皮每1cm×1cm每小时从大气中摄取氧约4.8μl；如按组织体积计算，内皮比上皮耗氧速度快5倍。除直接来源大气外，角膜上皮的氧来自角膜瓣泪膜或角巩膜缘毛细血管；眼睑闭合时，还可来自睑结膜的毛细血管，内皮的氧可来自房水。

泪液中的氧张力为20.7kPa；房水的氧主要由虹膜血管供给，氧张力为7.3kPa，所以二者间存在一个梯度，为保证其正常功能，角膜需要氧张力3.3~4kPa，最低甚至可到2~2.7kPa的临界范围，低于此，角膜即发生水化和肿胀。

角膜糖的有氧代谢是通过三羧酸循环生成CO₂和H₂O。三羧酸循环，通过利用丙酮酸和氧，每分子葡萄糖能产生36分子ATP，所以上皮含有的ATP和氧化酶远较基质层高，而乳酸量仅1~3μg/（h·mg）干重，角膜之所以能保持透明，有氧氧化起到重要作用。

2．无氧糖酵解  无氧酵解是角膜葡萄糖分解的重要形式。无氧酵解时，每分子葡萄糖转变成两分子乳酸，并生成两分子ATP，通常角膜上皮的乳酸含量高于基质层；乳酸由角膜输入房水，所以房水中乳酸较多。

3．磷酸戊糖途径  角膜上皮的葡萄糖可以通过此途径代谢，经6-磷酸葡萄糖生成5-磷酸核糖和NADPH,最终生成磷酸丙糖，再代谢为丙酮酸，丙酮酸转化为乳酸，或参与三羧酸循环氧化。NADPH是角膜上皮合成脂类时所必需；产生的磷酸核糖被用以合成核糖。

二、角膜氧供需指标
低氧传导性会导致角膜生理改变，如产生上皮微囊、内皮多形变，角膜pH改变（如果二氧化碳潴留，会出现酸化）、角膜水肿、角膜内皮油滴状改变等。
配戴接触镜时的角膜氧供情况的描述或测量指标有：
①离体测量：如Dk和Dk/t。②在体（间接）测量：如临界氧需求（COR）和等效氧分压（EOP）等。
（一）氧通透性（Dk）和氧传导性（Dk/L或Dk/t）
Dk是描述镜片材料对氧通透的物理指标，是接触镜材料的一个非常重要的属性，是材料本身的固有属性，和镜片厚度、后顶点度数（BVP）无关。要提高材料透氧率需要较高的温度、减少材料聚合物的交联结构、或增大大气压。
Dk/L或Dk/t是描述接触镜片传导氧气的能力，其中L或t代表镜片中央厚度或者局部厚度，不仅受Dk值的影响，还受镜片厚度的影响，与临床关系较Dk更为密切。氧气通过镜片的传导和泪液泵的作用到达角膜，Dk/L是大致估计接触镜传导氧气到达角膜能力的指标。Dk/L用于描述接触镜对角膜氧供的影响，也有人用其他方法来表示。
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/自由水比率非常重要。
硅水凝胶是一种较好的接触镜