第二节　角膜组织学

角膜由前向后分为上皮层、前弹力层、基质层、后弹力层和内皮层5层，在其前表面有一层泪膜（图8-2-1），对于维持眼表的正常功能必不可少。

一、泪膜

既往认为泪膜是一个包含脂质、水和黏蛋白的夹心层。现在新的学说认为泪膜主要组成部分为水合黏蛋白凝胶，中间的水层和最里面的黏蛋白层并非截然分开，而是相互融合，只不过黏蛋白的浓度梯度由里向外逐渐稀释，最外层为阻止泪液蒸发的脂质层（图8-2-2）。

（一）脂质层（lipid layer）

该层厚0.1μm，主要由上、下睑板腺（meibomian gland）所分泌，有些脂质来自睑缘的睑缘腺（zeis gland）和睫毛根部的睫毛腺（moll gland），包含极性脂质和非极性脂质。极性脂质与泪膜的水相接触，主要为神经酰胺、脑苷脂、磷脂。非极性脂质构成与空气的交界面，主要有胆固醇、甘油三酯、非酯化脂肪酸（游离脂肪酸）。脂质层的变化不依赖于下面的水层。它对着上、下睑板腺的开口处，不参与泪液从外眦向泪小点的流动。当闭睑时，脂质层在水层上面发生浓缩，而水层则维持原位。当开睑时，脂质层在水层上面扩散变薄，就像油在水面扩散那样，其扩散的速度大于开睑的速度，所以水层从不暴露于外界，这种现象可通过在裂隙灯上观察脂质层厚度变化来证实。

脂质层的主要功能是防止泪液的蒸发。由于脂质层比水层的张力大，也有防止泪液溢出睑缘和润滑之功能，特别是在干燥和气流较强的环境下。在睑板腺开口处的脂质可作为疏水屏障，防止泪液的溢出。有实验证实，泪膜如果缺乏脂质层，泪液蒸发将增加17倍，使泪膜迅速出现干斑或破裂。

（二）水样层（aqueous layer）

黏蛋白/水合凝胶层内的水样成分包括：蛋白质、电解质、氧气、葡萄糖。正常情况下，泪液中水分占98%，由泪腺和副泪腺分泌，为角膜提供必要的养分和氧气，清除代谢废物和碎片。水溶液成分中包含有几种具有抗菌活性的蛋白质，还具有抗黏附和润滑的功能，保证蛋白和一些碎片不会黏附到角膜表面。40岁以后，泪液产生的量不断下降，这可能是老年人易发生角膜感染和对接触镜耐受性差的原因。

（三）黏液层（mucous layer）

黏液层由上皮细胞表面糖被和一层泪液特异性的黏蛋白组成。泪液黏蛋白由结膜杯状细胞分泌。黏蛋白产生一个平滑的亲水性壁垒，对角膜上皮的湿润和保持眼球表面湿润至关重要。这些蛋白有效阻止了微生物、细胞碎片和炎细胞与上皮细胞黏附及相互作用。可以保护角膜上皮避免因反复眨眼带来的损伤，并且可以降低表面张力，使泪膜光滑均匀，保证了视觉质量。

二、上皮层和基底膜

角膜上皮是一种非角化鳞状上皮，厚约50μm，占整个角膜厚度的10%，由5～7层细胞组成，角膜周边部上皮增厚，细胞增加到8～10层。角膜上皮是机体所有鳞状上皮中排列最规整的。在形态上分为三型细胞：表层的鳞状细胞，中层的翼状细胞和基底层的柱状细胞。基底上皮细胞依附于紧邻前弹力层的上皮基底膜。应用前段光学相干断层成像技术测量正常人角膜及角膜缘上皮细胞层厚度的研究中发现，随年龄增长，旁中央角膜上皮及鼻侧和颞侧角膜缘上皮细胞层变薄，而中央角膜上皮层无明显变化。

（一）表层

表层的上皮细胞呈六角形，分为两层，细胞长而细，长约45μm，厚约4μm，其细胞核扁平，长约25μm。表层上有微绒毛和微皱褶，微绒毛高0.5～1.0μm，粗约0.5μm；微皱褶高0.5μm，它们是表面上皮细胞正常结构的一部分，具有支撑和稳定泪膜的功能；同时，微皱褶增加了细胞膜表面积，提高从泪膜摄取氧气和营养的能力。

在扫描电镜下，表层上皮细胞有明暗两种，“明”细胞有较多的网状皱襞，是较年轻的细胞，而“暗”细胞表面皱褶较少，支撑泪膜能力差，为即将脱落的表层细胞。表层上皮细胞属于终末分化细胞，它们不再分裂，细胞器也比其他角膜上皮细胞少。眼睑平均每7秒眨眼一次，最表面的细胞在眨眼过程中脱落进泪膜。

表层细胞固有的连接复合体构成细胞之间的带状紧密连接，既能阻止物质从泪膜进入上皮细胞间隙，又能抵抗水分穿越上皮层。

（二）中层

是翼状细胞层，为多角形，在角膜中央区有2～3层，在周边部变为4～5层。基底细胞进行有丝分裂向前移入翼状细胞层，翼状细胞的前面呈凸面，后面呈凹面，它向侧面延伸变细，形似翼状，与其相邻的细胞及基底细胞相连接，其间有许多的桥粒和缝隙连接。这些细胞呈现出介于基底细胞和表层细胞之间的半分化状态，很少进行细胞分裂，在向表层迁移的过程中形成终末分化的表层鳞状上皮细胞。

（三）深层

为基底细胞层，是一单层柱状上皮细胞，后表面扁平，依赖半桥粒与基底膜附着。基底细胞是角膜上皮细胞中唯一具有分裂功能的细胞，是上皮的生发层。它有丰富的细胞器、线粒体、高尔基体、内质网和无数糖原颗粒，以及一个位于中心的核。其两侧细胞膜交错，形成黏着小带、桥粒和缝隙连接。

（四）基底膜

角膜上皮基底膜由上皮基底细胞分泌产生，在电镜下可见呈现透明的前层和较致密的后层。出生时厚约90nm，由Ⅳ型胶原纤维、层粘连蛋白、硫酸肝素和纤维连接蛋白组成，随年龄增长逐渐增厚。基底膜的重要作用是使细胞附着迁移和生长。45岁以上成人，基底膜可见多层者，可能提示为细胞外伤的一种反应。基底膜增厚者与其深层的基质附着不够紧密，容易造成上皮脱落。基底膜缺乏时会造成上皮内生进入浅基质。在角膜上皮受损伤时，基底膜对于角膜上皮细胞间连接的重建有重要作用。在角膜缘区，上皮基底膜位于干细胞的下方，能调节生长因子和细胞活素，有助于调节干细胞的功能。Shams等发现维生素A缺乏时，角膜上皮基底膜结构异常（层粘连蛋白少）是上皮疏松、附着异常及脱落的原因。

三、前弹力层

前弹力层又称Bowman’s膜，在上皮基底膜或称基膜的下边，是一层胶原纤维膜。在光镜下，此层厚10～16μm，被看作是相对的均一、无细胞的板片。在电镜下，Bowman’s膜是一个特殊层，而不是一个真正的膜，此层由胶原纤维组成，走行较乱，除了在其直径和走行上稍有不同外，在其他方面很像基质层。

前弹力层的前面是光滑的，与角膜上皮的基底膜相毗邻，其后面与基质层融合在一起。角膜周边部，前弹力膜变薄，纤维排列松散，逐渐与球结膜的胶原纤维相融合，因此在其周边有时可以见到细胞，甚至毛细血管。

前弹力层的胶原纤维是胚胎时期角膜上皮细胞分泌的产物，破坏之后不能再生。当角膜出现缺损时，上皮修复较快，在其表层形成一个凹面，或称角膜小面，这些小面逐渐被瘢痕组织填平，所以，临床上有角膜小面时角膜透明，到后期，角膜小面消失，表面变平整，此时反而混浊明显。

此膜有70个左右孔眼，无髓鞘的神经轴突经过这些孔眼到达上皮表面，成为上皮细胞间的神经末梢。

四、基质层

角膜基质层构成角膜的主要部分，厚约500μm，占角膜厚度的90%，由纤细的胶原纤维、角膜（基质）细胞及细胞外黏性物质所组成。

角膜基质是由200～250层胶原纤维板构成，成层交错排列，每层厚1.52～2.5μm，每层纤维板是由许多平行排列的、直径一样的胶原纤维组成，板层间为糖胺聚糖，主要由硫酸角质素和硫酸软骨素组成，两者比例为3：1。胶原层呈矩形，相邻层的排列方向互相垂直，但前1/3部分胶原分布稍偏斜。胶原纤维以Ⅰ型为主，Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ型也存在，角膜的透明性依赖于胶原纤维规则的半径以及胶原纤维之间的距离。基质层的后2/3胶原纤维排列比前1/3整齐，因此在临床上剥离板层角膜移植片时，浅层比深层剥离困难。

角膜（基质）细胞仅占角膜基质层总体积的2%～3%，呈纺锤形，分布于基质纤维板之间（图8-2-3），通常认为每2～3年更换一次。共聚焦显微镜研究表明，离前弹力层最近的浅基质层细胞密度最高，从前到后，其细胞密度逐渐降低。基质细胞具有分泌胶原和基质介质的功能，在静止状态下，处于低水平的分泌状态，但在发育和修复状态下，分泌和合成胶原与介质的能力增加，进入一种与成纤维细胞相似的状态。除此以外，尚可见到Schwam细胞。

五、后弹力层

后弹力层位于角膜基质层与内皮层之间，被认为是角膜内皮层的基底膜。分为前部带状层和后部非带状层两部分。前部带状层在妊娠5个月的胎儿时期就已经出现，为胎生层，其厚度终生保持不变，平均为2～3μm，在横截面上呈带状外观。后部非带状层是出生以后由内皮细胞分泌形成的，随着年龄的增长厚度逐渐增加，约每10年增厚2μm，到80岁时达到10μm以上，呈纤维性颗粒状外观，表面是均匀的。

后弹力层破坏后，可以再生，如果后弹力层过度增生，形成小丘状，这些小丘状的斑点，当它们发生于老年人角膜周边时，被认为是生理性老年性改变，称Hassall-Henle小体；当发生在中心或轴心部分时，就被认为是异常，称滴状角膜。

在电镜下，后弹力膜是由极其纤细的胶原微丝所构成。

六、内皮层

角膜内皮为一单层细胞，大约由50万个六边形细胞所形成。细胞高5μm，宽18～20μm，平均细胞表面积约为250μm2，一面与后弹力层接触，另一面与房水接触。

内皮细胞一般不能再生，在出生时，角膜中央内皮细胞密度为5 000/mm2，随着年龄的增长而减少。5～20岁快速下降至3 500/mm2，以后再缓慢下降，在衰老期细胞计数约为2 500/mm2。当内皮细胞损失之后，被其邻近细胞移行扩展而填充。年轻人细胞大小几乎一样，但随着年龄的增长，面积变大。丢失、死亡的内皮细胞由剩余的细胞变大或滑动来覆盖暴露的后弹力层。一般认为，当内皮细胞密度低于400/mm2时，其物理性屏障功能失调，可以引起角膜水肿。外伤、炎症、人工晶体、眼内压增高均能加速内皮细胞的丧失。如果角膜捐献者内皮细胞的密度低于1 500/mm2，是不宜移植给其他人的。

相邻的内皮细胞间的连接依靠闭合斑（maculae occludens）、粘连斑（adherens）和闭锁小带（occluding zonle），没有桥粒连接。此外，尚有复杂的交错对插。细胞核位于细胞中央，椭圆形，直径约7μm。内皮细胞的细胞质中具有丰富的细胞器，包含线粒体、光面和粗面内质网、高尔基体、游离核糖体等。线粒体内含有大量的组织氧化酶，此酶的含量反映内皮细胞的活性，细胞内的吞饮小泡，对内皮细胞主动运输水分有重要作用。广泛的胞质内质网，提示内皮细胞具有合成蛋白的能力，这对于新的后弹力层的持续合成是必不可少的。在内皮细胞的细胞质中，色素颗粒并非罕见，其色素颗粒系从房水中吞噬而来。

另外，内皮细胞前房侧的表面，还有微绒毛结构，每个细胞20～30根，宽0.1～0.2μm，高0.5～0.6μm，这些微绒毛浸泡于房水中，对调节角膜内水分与吸收营养物质有重要作用。