晶状体与白内障
Joah F. Aliancy医学博士和Nick Mamalis医学博士
介绍
眼睛的晶状体是一个双凸的、相对无细胞的、光学透明的眼内结构，它与角膜一起将光传输到视网膜，光散射极小(图1a)。早期的解剖学家将晶状体视为有意义的可视化位置。我们现在知道这是视网膜的功能，晶状体是光传输和聚焦到视网膜的导管。晶状体可以在睫状肌的帮助下改变形状，从而改变焦距将图像聚焦到视网膜上。这种镜头的调整被称为住宿(类似于照相机通过移动来聚焦镜头)．晶状体的前面比后面更平。(图1 b)。
图1 a。被切成两半的人眼球，以显示晶状体和光线从前方物体穿过它到达视网膜焦点的过程。
图1 b。正常晶状体组织学切片(H&E染色，X2)。图示虹膜切片(虹膜)，但睫状体大部分不在切片的平面上。注意晶状体前部平坦，面对角膜(角膜)。
透镜的发展
成熟晶状体起源于表面外胚层，并通过与神经外胚层生殖细胞层相关的高度组织过程发育。在胚胎发生早期，间脑，神经外胚层来源的组织，形成两个外袋称为视神经泡。当视神经泡与表面外胚层接触时，可诱导未成熟的透镜细胞形成。未成熟的晶状体细胞增厚形成晶状体基板。同时，视神经囊内陷导致晶状体基底上的凹痕称为晶状体坑(图2a)。
图2 a。一幅展示眼睛从胚胎神经管，经过视泡(1)，视网膜折叠在色素上皮上的内陷视杯(2)的发育的漫画。发育中的视杯诱导晶状体基板从表面外胚层(2)形成。最后，晶状体被夹掉，与正在发育的虹膜和睫状体在眼球前方(3)固定在原位。视网膜色素上皮，在视神经上。
此时，晶状体囊泡是由包裹在外层基底膜内的单层细胞组成。基底膜最终形成晶状体囊。当被基底膜包裹时，晶状体囊泡后极的细胞向前延伸形成初级晶状体纤维(图2a)。
图2 b。胚胎镜头。晶状体囊泡后上皮细胞(pec)拉长形成初级晶状体纤维(H&E染色，X10)。
前面的细胞成为晶状体上皮细胞，而初级晶状体纤维共同形成胚胎核。随后，次生晶状体纤维从晶状体上皮细胞开始拉长，在妊娠期形成胎儿核，并继续生长多层。当次级晶状体纤维从赤道拉长时，它们在胎儿生长过程中前后相交，形成y形缝合线。次生晶状体纤维最终生长形成成体核，新的晶状体纤维层形成晶状体皮层。在晶状体发育过程中，玻璃体动脉通过包裹晶状体核的血管结构——晶状体脉管膜传递营养和生长因子。然而，这种结构在出生前发生退化，类似于成人的无血管晶状体。对晶状体胚胎学和发育的深入了解将有助于深入了解白内障形成的病理过程。
晶状体组织学
图3显示了成人晶状体的染色切片，晶状体的前部在上部分，后部在下部分。
图3。镜头的层次。上半部分通过晶状体前囊显示晶状体上皮细胞lec和晶状体纤维lf。下切片为晶状体后囊、plc和皮质纤维(cf)。(圆)染色,X40)。
晶状体由4个结构组成:囊、上皮、皮层和核(图3)。囊为基底膜，上皮层修饰成VI型胶原，PAS染色阳性。它是透明的，无细胞的。晶状体由带状纤维固定，也称为Zinn带状纤维(图4)。这些弹性纤维来源于睫状体的非色素上皮层，并与睫状体的外层囊板层相连。随着睫状肌的收缩，睫状肌张力降低，使视线更接近近端物体，呈球形。这个过程叫做迁就。
图4。带状纤维的扫描电子显微图。纤维来自睫状体的非色素上皮层，并插入晶状体囊。
晶状体上皮有丝分裂活性细胞，通过伸长过程进一步分化，细胞内蛋白增加和细胞器丢失。这些细胞在前囊的后部排列成一层。晶状体的赤道弓区是晶状体上皮细胞拉长形成晶状体纤维细胞的地方(图5)。上皮细胞的末端分化最终导致皮层和核的纤维层，较老的纤维位于更中央的位置。
图5。镜头鞠躬。来自赤道区晶状体上皮细胞(ec)拉长形成新的晶状体纤维(H&E染色，X10)。
虽然在组织学上，细胞核密度更大，但皮层和细胞核之间没有区别(图5)。唯一明显的区别是年龄，年龄越大的层位于更中央的位置。有趣的是，随着皮质层和核层的增长，晶状体的整体屈光度强度随着晶状体直径和曲率的增加而增加。细胞核和皮层内缺乏细胞器，为光的传输提供了透明的介质。成人晶状体的质量几乎是新生儿晶状体的三倍，为90毫克到250毫克。
在成人中，晶状体缺乏血管或神经支配，因此晶状体的代谢需要由持续流动的房水来满足，房水作为废物的清除和营养物质的输送管道。
白内障的形成和类型
1)先天性白内障
图6。临床照片的眼睛与扩大瞳孔显示先天性白内障原胎儿晶状体核。
先天性白内障是晶状体不透明，在出生时或出生后不久引起明显的光散射(图6)。据估计，全世界有20万儿童因先天性白内障失明，发展中国家的发病率为4万。[1,2]至于侧性，单侧和双侧的患病率似乎是相同的。单侧和双侧白内障的手术干预对于防止长期剥夺性弱视或视力丧失至关重要。[3-4]弱视被定义为一种视觉处理功能障碍，其特征是单眼或双眼视力不佳，双眼深度感知异常。[5]虽然两者都是检测的关键，但双侧视力剥夺的长期严重程度似乎比单侧视力剥夺的严重程度要小。[6]。
先天性白内障的主要形态分为带状白内障、极性白内障、全身性白内障和膜性白内障。先天性带状白内障被描述为局限于特定的晶状体区域的不透明。根据损伤或发育错误发生的时间不同，可出现不同的亚型。如果损伤发生在妊娠的前2个月，则可发生胚胎核性白内障。妊娠第三个月发生的损伤可形成胎儿核白内障，其特征是位于前、后y缝合线之间的不透明，称为缝合线白内障。畸形病因可以解释缝合线不透明的树形化。极性白内障是在极性区域的囊下皮层内发现的明显的不透明物，分为前型和后型。当玻璃体血管不能渐开线时，就会产生密藤道夫点。它的特征是晶状体囊后表面的一个小而密集的白点。婴儿期白内障的病因很广泛，包括宫内感染、药物诱发、代谢紊乱、外伤、眼疾、遗传综合征和特发性。
2)核白内障
老年人视力损害的常见原因是老年性白内障，可分为核性、皮质性和包膜下性白内障。核、皮质和后皮质的累积发生率分别为29.7%、22.9%和8.4%。[7,8]核性白内障是最常见的年龄相关问题(图7和图8)。
图7。部分眼球矢状面显示成熟核硬化性白内障(nsc);视网膜(视网膜);角膜,(c)。
图8。采用Miyake-Apple技术切除眼球后部的核硬化性白内障后视图。
随着年龄的增长，细胞核纤维变得更紧实，导致光散射增加。因此，巩固性晶状体核的透明度降低，并导致视觉畸变和恼人的眩光在晚上。在临床上，硬化核晶状体的颜色会发生变化，从透明透明的物质到黄色或橙色，如果等待成熟，最终甚至会变成棕色(深色)(图9)。组织学上，核硬化晶状体的特征是致密的均质物质。
图9。孤立的brunescent白内障。核硬化性白内障随年龄增长呈深棕色。
老化导致透镜材料的整体尺寸增大，并变得更加无定形。随着晶状体纤维的不断老化，晶状体的细胞核变得更加致密，柔韧性降低了晶状体的有效适应能力。颜色增加是由于核晶状体中的蛋白质聚集，透明度降低，导致各种症状，包括视力障碍、对比敏感度降低、颜色感知迟钝和近视转移
随着白内障的持续成熟，皮质物质开始液化，核的透明度增加。超成熟白内障是衰老过程的最后阶段。液化的皮质被吸收，致密的核在囊袋内下沉。如果不及时治疗，蛋白质物质会穿过包膜衬里泄漏，引起小梁网(TM)阻塞，导致溶栓性青光眼反应。这种炎症反应是由巨噬细胞介导的，巨噬细胞对晶状体蛋白的泄漏做出反应，并导致TM阻塞。晶状体核内的变化不是独立于其他晶状体结构发生的，相反，皮质被膜下白内障可能并且通常同时发生。然而，核硬化性白内障是迄今为止最常见的年龄相关性晶状体混浊。
图10显示的是一个患有致密成熟白内障的病人的眼睛，它既有核成分，也有皮质成分(见下图)。很明显，病人的这只眼睛是“瞎的”，这个白内障需要切除才能恢复视力。
图10。右眼致密成熟白内障的照片。莫兰眼科中心摄影系詹姆斯·吉尔摩提供。
3)皮质性白内障
就像核硬化晶状体变化一样，衰老也会导致晶状体皮层发生类似的退行性变化。晶状体皮层内形成的不透明是非常独特的。清晰的液体裂隙类似晶状体皮质内不透明的辐条(图11、12)。
图11和图12分别从正面(图11)和背面(图12)显示了皮层毛虫的典型外观。
图11。皮质性白内障的临床照片，有明显的皮质液体裂隙(黑线)。
图12。皮质性白内障后视图，使用Miyake-Apple技术显示晶状体。液隙很明显(黑线)。
组织学上，皮质性白内障的特征是皮质纤维之间聚集粉红色嗜酸性液体(图13)。
图13。皮质性白内障。早期液化皮质变化的组织学显示，在透镜纤维(箭头)之间积累嗜酸性液体(粉红色背景)。(X10)染色)。
这种液体积累导致晶状体细胞之间的转移，导致边缘细胞的移位和退化。这种移位导致了临床所见的辐条(图11和图12)。蛋白质质的球状物称为摩根球状物，可从皮质晶状体细胞的退化中释放出来(图14)。随着皮质性白内障的持续成熟，整个皮质区域都可以被这些球状体所取代，从而成为成熟的摩根氏白内障(图15)。
图14。晚期皮质性白内障的组织学显示大量蛋白质分解形成摩根氏球(Mg，箭头)。(X10)染色)。
图15。Morgagnian白内障。皮质液化的超成熟白内障(c)和致密核白内障(dnc)。
皮质性白内障的另一特征是圣诞树白内障。当晶体在皮质深处形成时就会发生这种情况。这些晶体通常由胆固醇、脂类、钙或其他化合物组成。有趣的是，圣诞树白内障通常不会造成明显的视力损害。
虽然皮质性白内障可以独立于核硬化性白内障发生，但晶状体核内的生物力学变化实际上可以诱导晶状体皮层的白内障变化。一般来说，有效适应环境的能力会随着年龄的增长而下降。硬化核和皮质之间的生物力学改变产生了残余的纯应力，并在板层分离区域形成平行的微脊。这一过程有助于解释皮质性白内障的组织学模式。
4)后囊下白内障
后囊下白内障(PSC)是由于晶状体上皮细胞对外界刺激的反应而发生后移。尽管大多数病例是自发的，PSC也可以继发于代谢原因，如糖尿病、炎症、葡萄膜炎或长期局部或全身使用皮质类固醇。PSC往往发生在年轻患者中，并且比其他白内障亚型进展更快。不透明位于晶状体的后极，在后囊的前表面(图16和17)。
图16。后囊下白内障局灶性不透明区(白色颗粒状外观)裂隙灯临床照片。
图17。后囊膜下白内障病灶颗粒区(箭头)的逆光临床照片。
一项对13只患有PSC的眼睛的超微结构研究显示，晶状体上皮细胞从晶状体赤道迁移到PSC区域时发生了变化。该研究的结论是，当细胞向后极迁移时，有丝分裂发生了变化。赤道区细胞与正常晶状体上皮细胞相似，但PSC附近的细胞有丝分裂活性增加。作者认为，这些细胞对后极的某种类型的有害刺激有反应。由此产生的活性导致细胞成熟为晶状体纤维或扩大为膀胱样细胞，称为Wedl细胞，并形成PSC(图18)。迁移的细胞可能通过分泌细胞外物质、细胞溶解、细胞溶解和可能的溶酶体酶的释放促进白内障的形成。[9]
图18。膀胱细胞(bc)或Wedl细胞。晶状体下白内障中肿胀的晶状体上皮细胞经后口迁移至后囊(H&E染色，X20)。
5)前囊下白内障
前囊下白内障(ASC)是由晶状体前上皮细胞的变性引起的。它们可继发于创伤、医疗医源性原因或自发。损伤区域导致晶状体上皮细胞迁移到该区域，随后细胞转化为肌成纤维细胞，这一过程被称为纤维化生。这导致晶状体前表面在前囊下的不透明。
图19所示。前囊下白内障晶状体前上皮细胞的电镜观察。a)位于基底膜的前上皮细胞低倍镜。X440。b)将形成肌成纤维细胞的梭形上皮细胞放大倍数更高。BM,基底膜。X12,000。c) b)中箭头状的桥粒夹杂物(D)和钙化颗粒(CG)的放大倍率更高，它们是纤维化的前兆。X27,500。选自丰特和布朗斯坦，1974。
在一项关于ASC的最早的研究中，我们用光镜和电子显微镜检查了5个患有ASC的晶状体，并证实了晶状体上皮转变为纤维斑块的能力。晶状体上皮细胞失去了正常的立方体形状，并拉长成更纺锤形的细胞(图19a, b, c)。这些细胞经常相互接触，导致纤维斑块称为ASC。这个过程可以分为两个阶段:增殖阶段和退化阶段。增殖期在斑块周边最明显，可见大量梭形细胞和有丝分裂活性细胞。随后是退变阶段，导致几乎没有结构的透明肿块和较少的纺锤形细胞。[10]
尽管ASC的病因多种多样，但人们已经推测ASC与创伤或炎症后粘连形成之间的关系。虹膜后和晶状体前囊之间会形成粘连，导致房水淤滞和有毒代谢物的积累，对晶状体前上皮产生毒性作用。[10]
6)外伤性白内障
直接伤害头部或眼睛会导致严重的机械损伤，并导致白内障的形成。如果损伤导致虹膜后色素上皮细胞印在晶状体囊上，则可发生Vossius环。随着时间的推移，色素沉积可能会减弱并完全消退。严重的钝性损伤可导致皮质和被膜的星状透镜不透明。这种损伤可导致晶状体上皮功能障碍，导致晶状体皮层浅层明显水肿。然后液泡囊可以永久地被困在片层带内，并与透镜纤维融为一体，而新的层在病变表面形成。另外，钝性创伤也可导致所有晶状体层内的白内障形成，导致弥漫性纤维化生(图20)。可导致白内障形成的其他形式的创伤包括暴露于辐射、红外、极端高温和电损伤。
图20。外伤性白内障。外伤性白内障中广泛的前纤维化生(箭头)显示明显的胶原染色(蓝色)(三色染色，X20)。
7)药物引起的白内障
有几种药物已被证明可引起白内障的形成。长期的皮质类固醇治疗和合成代谢类固醇是最常见的与白内障形成相关的药物，特别是后囊膜下白内障。PSC的发生率和严重程度与使用剂量和持续时间直接相关。有趣的是，类固醇治疗已成为视网膜病变管理的常用治疗方案，反过来又增加了白内障的形成率。类固醇诱导的PSC与单纯年龄相关的PSC之间似乎没有任何区别。吩噻嗪是另一种可导致晶状体不透明的治疗药物。精神药物，特别是吩噻嗪，诱导色素物质沉积到晶状体前上皮，以非常独特的轴向构型[14]。其他已知可引起晶状体白内障的药物包括miotics和胺碘酮[15]。
8)白内障的其他原因
虽然年龄相关的变化仍然是白内障形成的主要因素，特别是老年性白内障，其他的致病因素包括吸烟、全身性疾病、过度暴露在阳光下和上述药物[16-19]。许多全身性疾病可引起白内障，如糖尿病、低钙血症、肌强直性营养不良和威尔逊病[19-21]。在糖尿病患者中，皮质和PSCs似乎更早发生，特别是在血糖控制不良的患者中。低钙引起的白内障通常以小白点浑浊开始，然后合并成较大的片状。
吸烟、日晒和全身疾病管理是可改变的危险因素，因此采取措施改变这些因素可以延缓白内障的发生和发展。植物营养素，如叶黄素类胡萝卜素，叶黄素和玉米黄质可能在限制或中和光诱导的晶状体[22]内的氧化变化中发挥潜在作用。目前，正在进行几项评估其他可能的保护剂的研究。虽然没有明确的措施来防止白内障的形成，但白内障手术仍然是一种极其安全和高度成功的干预措施。
白内障手术
两个视频显示白内障手术程序从人眼前段的前和后视图。
从前视图(mp4文件)。
从后视图(mp4文件)。
白内障手术经历了广泛的发展。古代的知识认为白内障是由于体液失调，需要置换才能恢复视力。用一根针，外科医生将继续置换异常的体液，直到晶状体脱位。现代白内障手术已经发生了显著的变化，其特点是有几个步骤:角膜切口、连续曲线晶状体撕除(CCC)、水剥离、超声乳化、皮质抽吸和人工晶状体(IOL)植入。
早期手术切除整个白内障晶状体需要一个12毫米的切口，随后缝合关闭。然而，一个2.4 - 2.8 mm宽的透明角膜切口足以方便进入phaco手机，同时保持缝合。CCC技术是由Gimbel和Neuhann在20世纪80年代发展起来的，并真正革新了超声乳化技术[16]。CCC包括在前囊形成一个撕裂，然后以圆形连续的方式继续撕裂，同时尽量减少施加在束状纤维上的剪切力。在创造出CCC后，超声乳化被用来破碎和乳化皮质和核材料。超声乳化术由Kelman于1967年首创，至今仍是白内障手术的重要组成部分[17,18]。睫状体睫状体开口足够大，可以在剩余晶状体囊袋内植入整个光学和触觉人工晶状体(IOL)。以前使用的不可折叠聚甲基丙烯酸甲酯晶体需要一个相对大的透明角膜切口植入。然而，可折叠的硅胶和丙烯酸人工晶体的发展允许通过一个小切口插入，切口长度大多小于4.0毫米。创新在不断改进白内障手术的这些步骤，从具有独特设计的新型人工晶体，以最小化角膜切口，到使用飞秒激光创建自动角膜切口CCC，并在抽吸前将核碎片化。 [19,20]
关于目前用于白内障手术的人工晶状体类型的详细信息，将在webvision by的下一章中介绍杰森·阮，莉莉安娜·维尔纳。
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关于作者
Joah F. Aliancy，医学博士，来自海地，以优异成绩获得了南佛罗里达大学化学本科学位和佛罗里达州立大学医学学位。目前，他是约翰·a·莫兰眼科中心的眼部病理学研究员。一年后，Aliancy博士将参加哥伦比亚大学Harkness眼科研究所的眼科住院医师培训。他的研究兴趣包括新型人工晶状体技术，减少晶状体囊混浊的机制，中毒性前节段综合征和一氧化氮作为青光眼疾病的治疗方式。他曾荣幸地加入阿尔法欧米加阿尔法和黄金人文主义荣誉协会，并获得国家医学协会Rabb-Venable奖。联系Aliancy医生joah.aliancy@utah.edu
Nick Mamalis是犹他州盐湖城犹他大学John a . Moran眼科中心的眼科教授。他获得了哈佛大学生物化学学士学位和犹他大学医学院的医学博士学位。在犹他大学获得眼科病理学奖学金后，他在洛约拉大学医学中心完成了眼科住院医师学习。他目前是犹他大学眼科病理学主任，也是山间眼科研究中心的副主任。他是杂志的编辑白内障和屈光外科杂志也是白内障临床委员会和美国白内障和屈光手术学会(ASCRS)执行委员会的成员。Mamalis博士是犹他州眼科学会的前任主席。1994年获美国眼科学会荣誉奖，2005年获高级成就奖，2015年获终身成就奖。2013年，他被ASCRS授予布林克霍斯特荣誉勋章。他在国内和国际上都很有名，在同行评议期刊上发表了200多篇文章，并撰写了多本教科书和教科书章节。可以联系到Mamalis医生nick.mamalis@hsc.utah.edu