眼球「水晶體」—發育、調節、疾病

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本篇你將學到

• 水晶體生理功能、水晶體胚胎發育（Embryological development）
• 水晶體被囊（Lens Capsule）、水晶體上皮層（Lens Epithelium）
• 水晶體纖維（Lens Fibers）、調節作用（Accommodation）
• 水晶體代謝（Lens Metabolism）、離子流（lonic Current）
• 氧化壓力（Oxidative Stress）、紫外線（UL Traviolet Radiation）
• 糖尿病相關白內障（Diabetes-Related Cataract）、年齡相關性/老年皮質性白內障（Age-Related Cortical Cataract）、年齡相關性/老年核性白內障（Age-Related Nuclear Cataract）、後囊下白內障（Posterior Subcapsular Cataract）

水晶體

• 無血管，前曲率8~14um，後曲率5~8um。
• 水晶體直徑「嬰兒6.5mm，青少年9mm」。
• 前正Y，後倒Y。
• 30~35%蛋白質「a晶體蛋白（水溶性蛋白，透明化、防止B與r聚集）；肌肉蛋白（非水溶性蛋白、纖維內的支撐性結構）」＋60~70%水。
• 未調節的水晶體，約為20D，會因為改變（表面曲率、與周遭環境的折射指數、光行走的長度）。

生理功能

• 無氧的醣解作用供應細胞再生，代謝吸收300~400nm的波長。
• 葡萄糖為水晶體的主要代謝能量來源。

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水晶體胚胎發育（Embryological development）

• 空腔後方的細胞行分化作用，並延展形成初級水晶體纖維（primary lens fibers）。
• 成人水晶体并没有上皮细胞，這些細胞已成為初級水晶體纖維。
• 細胞分裂發生於赤道前方的上皮層生發區，新的細胞發育形成次級水晶體纖維（secondary lens fibers），排列在初級水晶體纖維的外圍。

水晶體被囊（Lens Capsule）

• 人體最厚基底膜，幫助水晶體定型。胚胎發育中，最早出現的，具有強大的免疫豁免能力；一定的通透性。
• 前囊隨著年紀增加，厚度也跟著增加（前極最厚，後極最薄）。
• 扮演「促進與調節水晶體生長過程中，所需分子與生長因子的儲藏所」。
• 由「第4型膠原」組成，內「不含彈性纖維」，但因為纖維呈薄層狀排列，所以具有高度彈性。
• 具有半滲透性屏障的功能，可防止「白蛋白、血紅素…」大分子進入，卻能讓營養物質、抗氧化劑進入。

水晶體上皮層（Lens Epithelium）

• 代謝運送機制的地方；前赤道區▶有絲分裂的地方（生發區）。
• 水通道蛋白及鈉胛幫浦可調節營養物質和離子，並能加強水進出水晶體。
• 參與抗氧化劑麩氨基硫（glutathione）的合成，以及過濾紫外線的代謝物。
• 上皮細胞的側邊細胞膜由「胞橋小體（desmosomes）與間隙結合（gap junctions）」相接。
• 新生成的纖維稱為「次級水晶體纖維（secondary lens fibers）」。

1. 中央：終其一生分泌前被囊；穩定、細胞大、立方體；年紀增長，細胞數量減少。
2. 中間：體積小，圓柱狀；有細胞分裂能力。
3. 發芽：立方體型態or錐狀；高度分裂能力。

水晶體纖維（Lens Fibers）

• 主體，由「晶體泡時的後囊下上皮」形成；上皮細胞呈錐形，子午線切面上呈弓形。
• 新形成的橫切「六角形」，同心環狀；胞橋小體。
• 細胞膜上的微管與微絲所組成的細胞骨架網路，可使細胞的結構趨於穩定。
• 65~70%水份，30~35%蛋白質組成。發育期間：80~90%蛋白質（水溶性水晶體蛋白）。
• 水晶體蛋白濃度變化大約從皮質區的15%，一直到核區的70%。
• a水晶體蛋白：是一種分子伴護蛋白，可以穩定B水晶體蛋白與Y水晶體蛋白，防止他們遭受化學變性並成團聚集。
• 肌動蛋白：是不可溶性蛋白質，也是水晶體纖維骨架中重要的組成物。可以幫助維持水晶體蛋白的結構。
• 肌動蛋白微絲：位於細胞膜內面，可將水晶體纖維間的接合點相互鍵結。
• 這些「鍵結」有助於纖維穩定，故在調節作用中改變外型，側膜也能彼此滑動並保持緊靠。

上皮—纖維接合面（Epithelium-Fiber Interface）

營養物質與離子通過此接合面進行交換。目前已知胞飲作用確實發生在此接合面，以促進物質互換。

調節作用（Accommodation）

• Von Helmholtz理論：厚度增加，水晶體沿著赤道變薄，前房變淺，後極位置不變。
• 調節機制仰賴於錐細胞的刺激與桿細胞的少許影響。
• 玻璃體▶支持水晶體，睫狀體▶眼軸變長，調節作用讓小樑網空間變大進而降低眼壓，脈絡膜定位在瞳孔入口相對位置上。

水晶體代謝（Lens Metabolism）

• 70%ATP由「無氧代謝」生成，其於「戊醣酸代謝」。
• 有氧醣解作用＆克氏循環▶只有上皮or纖維表面等粒線體存在的地方。
• ATP在上皮細胞的活躍度較高；而在皮質區的新纖維中，靠近赤道較高，靠近極部則較低。

離子流（lonic Current）

• 赤道流出，水晶體極部流入；ATP水解酶幫浦促成此流動。
• 液體與離子流的路徑相同，可以促進水和代謝物（葡萄糖、抗壞血酸和胺基酸）移入更深層的水晶體纖維中。
• 氯離子流▶調控體液容積的重要因素。

氧化壓力（Oxidative Stress）

• 水晶體＆房水內都有高濃度「麩胺基硫（一種還原劑，防止自由基帶來的傷害）」，讓晶體上皮細胞，新生成晶體纖維自行合成生成。
• 房水中存有高濃度的「抗壞血酸」可以保護水晶體是上皮內DNA對抗部分氧化損傷，還可以防止脂質膜過氧化並保護離子幫浦。

紫外線（UL Traviolet Radiation）

• 自由基生成速率>降解速率—氧化壓力使晶體蛋白變性並引起蛋白積聚▶白內障。
• 吸收紫外線會增加色素基的濃度，黃色色素就會累積在水晶體的中心處。

老化（白內障類型）

• 成熟晶體喪失所有胞器，晶體發生生理變化—減少離子、營養物、抗氧化運輸—形成白內障。
• 水溶性a水晶體蛋白的總量會隨著年齡增長而下降，到40歲時，水晶體核區內已無明顯的a水晶體蛋白。
• 水晶體過濾紫外線的量大約每10年會減少12%，故進而增加紫外線對眼睛的傷害。

Diabetes-Related Cataract—Apollo Sugar

糖尿病相關白內障（Diabetes-Related Cataract）

• 體內血糖上升，過量的葡萄糖會從房水進入水晶體內。
• 過量的葡萄糖被代謝成山梨糖醇後，其累積的速度比代謝轉化成果糖來得快。
• 年輕人有皮質雪片般混濁；堆積造成次發性滲透壓過度水化；可能自癒or幾天內成熟。
• 兩側性；侵犯皮質▶後囊下區▶雜灰色白色囊下混濁。
• 有急性近視轉變or年輕人調節很早就降低。

Age-Related Cortical Cataract-eye round

年齡相關性/老年皮質性白內障（Age-Related Cortical Cataract）

• 長時間暴露在紫外線下；初期呈輻狀、會在前後or赤道區平質出現。
• 因皮質水化而出現裂縫；第一個改變的發生點位於延展纖維的中心區（即赤道區），頂端和基底末端則保持透明。

Age-Related Nuclear Cataract-nearetina

年齡相關性/老年核性白內障（Age-Related Nuclear Cataract）

• 與麩胺基硫的減少有關；隨著年齡增加，屈光力改變導致近視化。
• 早期特徵：核心硬化。因尿素沉積、呈黃色；病人視覺較暗or呈黃色。
• a水晶體蛋白與水晶體膜逐漸結合而阻塞了膜孔，使麩胺基硫進入細胞核及活性分子離開細胞核的運動減少。

Posterior Subcapsular Cataract-Wikipedia

後囊下白內障（Posterior Subcapsular Cataract）

• 不透明的部分是因為赤道區域來的「類上皮細胞（epithelial-like cells）」形成。
• 受到輻射的傷害，當病人接受放射線治療癌症時，可能造成。
• 外觀看起來較輕微、常位於視軸、主要影響閱讀。

前囊下ASCC：上皮纖維異生、產生紡錘型spindle cell。病因：青光眼、異位性皮膚炎。

後囊下PSCC：位置在節點，近視比遠視更易被影響。影響比核心型及皮質型更大；危險：長期類固醇。

steroid induced cataract-Stlpr

類固醇導致白內障（steroid induced cataract）

• 全身性or局部都有可能造成；先在後囊下出現水晶體混濁。
• 兒童發展速度比成人快，是可逆的，非常罕見。

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