晶状体的基础研究:晶状体的解剖和生理

1.成人晶状体的大体结构11详见第二章。

2.晶状体生理学特性11位于晶状体赤道部的上皮细胞在一生中不断的生长、i分化,l进入晶状体的内部形成晶状体纤维。晶状体的前部与房水密切接触,l通过房水循环带给晶状体生长所需的营养和带走其代谢产物。而晶状体内部的细胞则通过细胞间紧密的缝隙连接进行能量和物质交换。

(1)水和离子平衡的维持:i在晶状体的生长发育过程中,l最重要的是维持其透明性。通常来说,l晶状体透明性的维持主要依赖于晶状体的结构和大分子量物质,l例如晶状体内谷胱甘肽的破坏会迅速导致白内障的产生。值得注意的是,l水和离子平衡的破坏虽然不能导致产生核性白内障,l但可以导致典型的皮质性白内障。正常人晶状体内含有大约65%的水分,l并不随年龄的增长而改变。在皮质性白内障患者,l晶状体含水量明显升高。

正常情况下,l晶状体内Na+浓度维持在20~25mmol/L左右,lK+浓度在120~150mmol/L左右。在周围的房水和玻璃体内,lNa+浓度高达150mmol/L,lK+浓度仅有5mmol/L。这种晶状体内外离子的不平衡性是通过Na+-K+ATP酶和上皮细胞膜渗透性的共同作用得以实现和维持的。这种平衡很容易被Na+-K+ATP酶的抑制剂破坏,l使晶状体内水分增加。一部分实验证明,l在皮质性白内障的发展过程中Na+-K+ATP酶的活性受到抑制,l晶状体上皮细胞膜的通透性增高。

(2)泵-漏系统(pump-leak1system):i在晶状体与外界的物质交换过程中,l把通过晶状体前囊膜的物质主动转运和通过晶状体前后囊膜的物质被动扩散统称为晶状体的泵-漏系统。

如图10-1所示,lK+和氨基酸主要通过晶状体前囊以主动转运的方式泵入晶状体的前部,l然后通过浓度梯度扩散到晶状体的内部。Na+通过浓度梯度从晶状体后囊以被动扩散的方式进入晶状体后部,l在晶状体前囊以主动转运的方式被泵出晶状体。Na+和K+在晶状体前囊的交换是通过Na+-K+ATP酶来实现的,l每泵入2个K+l则有3个Na+被泵出。研究发现,l在晶状体的后皮质Na+浓度远高于晶状体的其他部位,l而K+则在前皮质的浓度最高;大部分有活性的Na+-K+ATP酶位于晶状体上皮细胞;去除晶状体上皮后Na+和K+的主动转运消失,l所有这些研究结果均与晶状体泵-漏系统的理论相吻合。

图10-111晶状体与外界物质交换的泵-漏系统

Ca1SUP]2+[/SUP]平衡对晶状体同样非常重要。晶状体细胞内Ca2+浓度约为2~10μmol/L,l而细胞外达30mmol/L,l这个悬殊的浓度差依赖于Ca2+-ATP酶来维持,l每泵出1个Ca2+的同时有3个Na+被泵入胞内。Ca2+平衡的破坏将严重影响晶状体生理功能,l包括抑制糖代谢,l使大分子量蛋白质聚集,l激活具有破坏性的蛋白酶等。

3.晶状体生物物理学特性11可见光(波长400~700nm)透过晶状体到达眼内成像,l而波长小于400nm的紫外线则被角膜以及晶状体吸收,l随年龄增长,l这一吸收率增大。晶状体内相对稳定的离子、i水分和pH水平保证了晶状体的透明性,l此外,l晶状体蛋白的有序排列对晶状体的透明性也很重要。

折射(屈光,lrefraction)11当光线从具有某一屈光指数(refractive1index)的一种物质进入具有不同屈光指数的另一物质时,l光线变得弯曲,l称为折射。角膜和晶状体的前表面是发生折射的主要部位,l使外界平行光线能聚焦在视网膜成像。从晶状体皮质到核,l屈光指数逐渐增大(从1.386到1.41),l这是由于从皮质到核,l蛋白含量(主要是晶状体蛋白,l约占90%)逐渐增加的缘故。

调节(accommodation)11晶状体具有改变其对光线的聚焦程度,l以看清远近不同的物体,l这一过程称为调节。调节是由晶状体和睫状体共同完成的。视远物时,l睫状体内睫状肌松弛,l悬韧带使晶状体囊保持张力,l晶状体变得扁平,l远处物体自然成像于视网膜中心凹;视近物时,l睫状肌向前、i向内收缩,l悬韧带松弛,l晶状体前表面曲度增加(后表面曲度不变),l将光线聚焦于视网膜。晶状体的调节能力即调节幅度以屈光度(diopter,lD)为单位。相应地,l睫状体的调节能力以睫状肌屈光度(myodiopter)为单位。