（一）角膜的解剖与生理

角膜与巩膜共同组成了眼球壁的外层，前1/6为透明的角膜，后5/6为瓷白色的巩膜。在组织学上角膜分5层：上皮层、前弹力层、基质层、后弹力层及内皮层（图2－2）。

1．上皮层（Epithelium）　厚约50μm，由5～6层鳞状上皮细胞组成。只有基底细胞有复制能力，细胞分裂后的子细胞（daughtercell）往浅表移行成为翼细胞及鳞状细胞。上皮层易与前弹力层分离，无角化，再生能力强，正常状态角膜上皮细胞全部更新约需1星期时间，损伤后在无感染的条件下，一般于24h可以修复而不遗留瘢痕。

上皮细胞膜为双层类脂质，疏水性。外伤后邻近上皮细胞发生移行及分裂增生，在24h内即可修复如常，不留任何痕迹。当前弹力层及基质缺损时，修复后的上皮细胞层次增多且增厚。因为组织记忆总要使组织回复原来的表面形态。

维持完整功能的上皮细胞需要四种因素。

（1）正常的基底膜：正常的基底膜为上皮愈合提供良好的表面。

（2）正常泪膜：角膜前泪膜是保持上皮的正常状态及上皮愈合必不可少的。

（3）维生素A：维生素A缺乏者可发生角膜上皮角化。

（4）完整的感觉神经支配：三叉神经眼支切断可导致神经营养性角膜病变，即顽固的复发性上皮缺损。

2．前弹力层（Bowman层）　厚10～13μm，是一层均匀一致无细胞结构的结缔组织成分的透明膜，终止于角膜边缘，由胶原纤维及蛋白多糖浓缩而成。上皮的基底膜紧密地附着在此层上，刮除上皮后便残留基底膜，新生的上皮在几天之内与基底膜的黏附是不紧密的，受轻微外伤即易脱落。前弹力层对维护上皮结构有重要作用。前弹力层对于外伤及细菌具有一定抵抗力，损伤后不可能再生，代之以纤维组织。

3．基质层（Stroma）又称实质层　厚约500μm，占角膜厚度的9/10，由胶原板层及少量角膜细胞（角膜成纤维细胞）构成。每一板层由大量胶原纤维构成，各纤维互相平行，与角膜表面平行，排列极为规则，具有同等屈光指数，周围延伸至巩膜组织中，300层板层彼此平行地重叠，各层胶原板层相互几乎直角交叉，故炎症时可相互影响。这些特征对于维持角膜透明度是重要的。基质层无再生能力，一旦损伤，则为瘢痕组织代替。

基质层水肿时胶原纤维间的液体增加，胶原纤维的间距加大，当大于光线波长（黄色光波长600nm）的一半，则角膜的散射光线增加，角膜呈灰色而不透明。

4．后弹力层（Descemet层）　又称后弹力层，厚6～10μm，结构与前弹力层相似，为透明的均质膜，由胶原纤维所组成，在电镜中分成两层，前1/3呈带状排列，胎儿时期形成；后2/3无一定形态，后天形成，由内皮细胞分泌而成。此层疏松地附着于基质层及内皮层，易分离。它具有内皮层基底膜的作用，是一层半透膜屏障，破裂后可引起角膜水肿，但后弹力层只含有少量的葡萄糖胺多糖，所以它本身不发生水肿。它不被蛋白酶溶解，对机械、外伤、白细胞及细菌有一定抵抗力。本层富有弹性，较为坚韧，当角膜溃疡穿孔前常可见后弹力层膨出，以至可达数天之久而不穿孔。后弹力层破裂（如产伤）可发生基质水肿。外伤缺损后由内皮细胞分泌以致修复。

5．内皮层（Endothelium）　内皮细胞层为一层六角形扁平细胞组成，厚约5μm，大小为18～22μm，总共有约40万个内皮细胞。幼儿时为圆形或立方形，新生儿的内皮细胞厚约10μm。人类成年后内皮损伤不能再生，缺损处只有依靠邻近细胞扩张和移行来填补缺损区来修复。内皮细胞具有角膜—房水屏障功能，正常情况下房水不能透过此层渗入角膜组织中，主要调节角膜基质的含水量，使基质保持在一个相对非肿胀状态（含水78%）。若内皮细胞损伤则易引起基质水肿和大泡性角膜病变。

角膜表面光滑，透明无血管，是屈光系统的一个重要组成部分。营养主要靠角膜缘血管网和房水供应，代谢所需的氧，80%来自空气。角膜含有丰富的三叉神经末梢，故感觉特别敏锐，一旦受外界刺激，则立即发生保护性闭眼反应。因此，角膜既是眼球屈光间质的重要组成部分，又因它灵敏的感觉功能起到保护眼球的作用。角膜的基质折射率为1．354，胶原纤维的折射率为1．55，总体平均折射率为1．377 1。角膜横径平均值男性为11．4mm，女性为10．95mm，纵径平均值男性为10．13mm，女性为10．08mm。周边部厚约1mm，中央部最薄处平均为0．5mm。在中央区4mm直径的圆形区内，基本是球形，屈光度最为规则，称为光学区。由此区向外的中间区和边缘部角膜较为扁平，鼻侧比颞侧平，上方比下方平。角膜后表面的曲率半径为6．8mm角膜前表面的曲率半径，水平方向为7．8mm，垂直方向略小于水平方向为7．7mm。因此在所谓正常人中大多数都有或多或少的角膜生理性循规性散光。巩膜前接角膜系由质地坚韧，呈乳白色，主要由致密且相互交错的胶原纤维组成。巩膜厚度各处不同，眼外肌附着处最薄（0．3mm），视神经周围最厚（1．0mm）。尤其在近视眼的情况下，眼球外面的肌肉收缩压迫眼球，眼压增高，给予眼球壁负荷过重，眼球长期充血引起眼容积增加，眼球壁弹力降低，眼球扩张，后极部巩膜伸展、眼球加长，此时巩膜变薄。在高度近视眼时更为严重，每增加－3．00D，眼轴增长约1mm。

（二）角膜的发育

胚胎第5周，表皮外胚层与晶状体泡分开后，即开始角膜的发育。间充质细胞形成角膜基质层，神经嵴细胞形成角膜内皮层，表皮外胚叶则形成角膜上皮层。胚胎第3～4个月，基质层浅层角膜细胞合成前弹力层，内皮细胞分泌参与形成后弹力层。

（三）角膜的营养代谢

角膜的营养有3个来源：角膜缘血管网，房水及泪液，房水是其主要来源。营养物质在角膜内经过一系列的代谢过程，获得能量，其中主要用以维持角膜的透明性及保持其脱水状态。角膜的呼吸所需氧气有3个主要来源：空气、角膜缘血管网和房水。角膜代谢产生的二氧化碳主要由角膜前表面向大气中直接散发。糖原是葡萄糖在角膜内的储存形式，糖代谢方式为无氧酵解、有氧氧化（三羧酸循环）及磷酸戊糖途径。主要为角膜提供能量与合成代谢所需要的中间物质。蛋白质是角膜细胞的主要成分，其功能主要为维持组织的生长、修复、更新及维持角膜细胞胶体渗透压和正常的生理代谢。

（四）角膜的光学特性

角膜的透明性对角膜来讲十分重要，一旦受到破坏，必将影响物体在视网膜上成像的清晰度。透明性的维持主要取决于以下因素。

1．角膜结构的特殊性　角膜组织内没有血管；基质内板层排列紧密且互相平行；板层纤维大小一致；胶原纤维呈格子状排列；纤维与纤维间距小于一个光波长。当这一特殊结构遭到破坏时，角膜的透明度将受到影响。

2．角膜上皮和内皮的完整性　角膜上皮及内皮层（尤其是内皮层）对保持角膜的脱水状态、维持透明起着重要作用，当损伤时角膜基质便发生水肿。

3．电解质与渗透压的平衡　角膜内皮与上皮细胞膜具有渗透作用，正常情况下膜两侧渗透压保持平衡。这种平衡主要取决于细胞内外离子分布及细胞膜上“钠钾泵”的作用。角膜的渗透作用和电解质的平衡从生理、药物治疗及营养角度均具有重要意义。

4．正常的物质代谢　正常的物质代谢也是维持角膜透明性的因素之一，角膜内外离子的运转离不开“泵”功能，这一功能需要有ATP及Na＋－K＋依赖的ATP酶的存在。当代谢障碍时，ATP生成减少，酶活性降低，泵功能受到影响，不能泵出水分，角膜水肿，透明度降低。角膜的代谢也受温度影响，角膜温度降低，则代谢功能降低，泵功能下降，角膜吸收水分而水肿，当恢复到正常体温时角膜脱水。

5．眼压　正常的眼压有利于角膜的营养、代谢和渗透压的维持。眼压过高或过低均可引起角膜水肿，如时间短，没有造成内皮细胞永久性和过多损坏，眼压恢复正常后，角膜也可恢复透明及正常厚度。

在眼全部屈光中，很大部分的作用是由角膜表面所完成。一般认为角膜表面的屈光力是44．77D。角膜所以有如此强大的屈光力量，首先是由于空气与房水之间折射率的差别较大，其次才是因为角膜前表面的弯曲度。因为角膜前后表面的曲率半径差异很小几乎是平行的，可以将整个角膜当作一个弯曲的平面玻璃板来看待，将房水的折射率1．33与角膜外空气的折射率1．0直接进行比较。晶状体的屈光力只有17D［（17．35±0．44）D］，这个数字还不到角膜屈光力的一半，就是因为晶状体虽然为一个曲率很高的凸球镜片（凸透镜），但它是位于屈光率为1．33的房水和玻璃体之间，因而大大减小了它的屈光力量。如将眼浸泡在水中，由于水的折射率实际上与房水相近似，这样，角膜的屈光力就大大减弱，成为高度远视。所以人在水中看物体是模糊的。

（五）泪膜的成分与光学特性

在角膜及结膜表面盖有一层泪液组成的薄膜，称泪膜（Tear film，Precorneal tear film）。泪膜在角膜表面形成并维持这一光滑的光学界面，提高角膜的光学特性，是良好的光学介质。此膜极薄（7μm），不断更新，它借眨眼运动被均匀地铺盖在结膜及角膜的表面。泪膜的功能有3种：它与上皮细胞亲密相依，为维护视觉清晰度而使眼表面保持平滑，如无此膜，则视力明显减退；泪膜为角膜及结膜提供湿润的环境，润滑眼睑，润滑作用有助于眼睑眨眼；它又有抵御微生物侵犯角膜上皮细胞的作用。泪膜从前至后分成3层。

1．脂质层（lipid layer）　最表层，厚0．5μm。来自于睑板腺产生的脂肪物质，作用是防止泪液的蒸发，并在空气和液体的界面形成低张力。

2．水液层（aqueous layer）　厚6μm，是泪膜的主要部分（9/10），由泪腺产生，一小部分来自于副泪腺（Wolfring腺及Krause腺）。主要成分是水，以及溶解的盐，葡萄糖，溶菌酶，泪液特定的清蛋白，乳铁蛋白，免疫球蛋白A，及其他蛋白质。水液层的作用是提供氧气溶解的界面以供角膜氧气及营养的供应；转运角膜细胞的代谢产物，抵抗微生物的侵袭。角膜受到损伤时，为白细胞提供通路，稀释有害物质。最新试验认为水液层与黏液层是混合在一起而成为黏液/水混合层，黏蛋白呈阶梯式分布，在深处多而在浅表少。

3．黏液层（mucinous layer）　厚0．5μm，主要成分为黏蛋白（mucin），各种分子量的糖蛋白，其中糖占75%，蛋白占20%。主要来自结膜的杯状细胞。最新资料表明，它也可由结膜的其他细胞分泌。它粘着在角膜及结膜上皮细胞表面的微绒毛及微皱襞。此层与角膜上皮细胞表面的葡萄糖盏（glucocalyx）起作用而使上皮细胞表面成为嗜水性，这样瞬目动作使上皮细胞表面的微绒毛的高低不平被水液铺平。这在光学上是很重要的。黏液层的作用是降低眼表面张力，增加泪膜和角膜的亲和力。维生素A缺乏导致的角膜上皮角化即因黏液层异常。