第四章 眼的生化

作为眼屈光间质的重要组成之一,角膜 本身透明无血管,其营养供应主要源自 角巩膜缘血管网,而透明性维持依赖于 其正常的生化代谢。
一、角膜的化学组成

角膜由水、蛋白质、多糖、无机盐等组 成,其中水占72%~82%,蛋白质占约 18%，蛋白质主要由胶原蛋白组成,其 中大部分为I型胶原纤维,V型胶原纤维 仅占10%~20%，作为角膜抗原的决定 性因素,角膜上皮基底膜中的可溶性蛋 白与角膜移植植片的存活及透明性维持 关系密切。角膜内含有多种蛋白酶,如 胶原酶、胆碱酶酶、三磷酸腺苷酶等。

1.氧与糖代谢，葡萄糖与氧是参与角膜 代谢的两种主要物质。角膜上皮所需氧 分主要通过泪膜获取,闭睑时,氧则来源 于角膜缘血管网、结膜毛细血管和房水; 深基质层和内皮细胞所需氧来自房水。 葡萄糖由角膜缘毛细血管网、泪液和房 水供应,其中房水为主要来源。
二、角膜的营养和代谢

葡萄糖代谢为正常角膜的主要能量来源, 到达角膜后,通过一系列复杂的代谢过 程,产生能量以供角膜组织的正常需要, 使角膜保持脱水状态与透明。葡萄糖一 般以糖原形式储存于角膜中,在外伤或 手术等应激情况下,糖原分解以满足组 织修复的能量需要。葡萄糖代谢有无氧 酵解、有氧氧化、磷酸戊糖旁路三种方 式,其中以无氧酵解为主。
一、晶状体化学组成 晶状体主要由水(约2/3)和蛋白质(约1/3) 组成,透明无血管,从房水中获取营养物 质,它们的代谢、合成与转运均主要通 过晶状体上皮细胞完成。晶状体透明性 维持依赖于正常的生化代谢。
一、晶状体化学组成

1.蛋白质 晶状体蛋白分为可溶性 蛋白与不溶性蛋白两大类,可溶性蛋白 分为α-、自-Y-晶状体蛋白三种。随着年 龄增长,α-晶状体蛋白被降解,短肤链增 加。不溶性晶状体蛋白分为尿素溶性蛋 白和尿素不溶性蛋白两种。
第四章 眼的生化
大庆眼科医院 闫秀丽
新课导入

眼是机体最重要的感觉器官之一,每一 生理功能的发生与完成均蕴涵着复杂的 生物化学变化。作为普通生物化学的一 个分支,眼生物化学的内容主要在于阐 述眼部物质组成及代谢异常与眼病发生 发展之间的密切关系,如角膜糖代谢异 常可导致角膜营养不良。
第一节 角膜
二、泪膜的概念与组成

现代观念认为,泪膜为一液胶,由蛋白与 泪液水化形成,内含电解质、小分子有 机物和多种蛋白,外层包被一脂质层。 蛋白成分之间的相对比率并不恒定。此 黏液胶与角膜上皮细胞层表面的多糖被 以化学键结合形成相对稳定的胶体。泪 膜中完整的水化胶对维持高质量的视力 和眼部舒适至关重要。
三、泪膜形成的生化机制
四、角膜透明性或相对脱水状 态的维持

3.角膜内皮细胞的功能在正常角膜内皮细胞 层两侧存在促进与对抗水分进入角膜基质的 两种力量,此两种力量之间的动态平衡对保持 角膜基质相对脱水状态起关键作用二其中促 进吸水的因素有:①多糖造成的基质侧高渗透 压形成的吸水力②眼内压。对抗吸水以维持 角膜透明的因素有:①由缝隙连接构成的角膜 内皮细胞屏障功能,此屏障可以减少房水进入 角膜基质的速度;②角膜内皮细胞的"泵"功能, 它可通过主动转运把离子从角膜基质侧转运 至房水,基质中的水分则随之扩散至前房。
第二节 泪液

泪液是一种绝大部分由主泪腺分泌,少 部分由副泪腺、睑板腺、结膜杯状细胞 等分泌的水样液体；起屈光、保护、润 滑、营养角膜的作用。泪液屈光指数为 1.336~1.337,相对密度:1.010~1.0256, 平均1.0129,表面张力为纯水的 0.694~0.749。
一、泪液的化学组成
二、角膜的营养和代谢

即使有氧条件下,约85%~88%;的角膜 葡萄糖亦通过无氧酵解途径代谢,其中 1mol葡萄糖经无氧酵解后可产生乳酸与 2mol ATP。缺氧状况下,因无氧酵解加 速,乳酸堆积,可导致上皮与基质水肿。 长期配戴大而紧的角膜接触镜时, 角 膜基质水肿混浊的原因即在于此,如长 期缺氧将导致角膜新生血管增生。
三、晶状体疾病的生化机制及 防护

1.糖代谢与糖性白内障动物模型研究表 明,糖尿病、半乳糖血症患者容易并发 白内障。其可能机制为:在糖尿病、半 乳糖血症患者,因血液、房水中还原糖 浓度升高,且晶状体内醒糖还原酶活跃, 致使晶状体内多元醇增加。
三、晶状体疾病的生化机制及 防护

2.蛋白质变性与年龄相关性白内障随着 年龄不断增长,受多种因素影响,晶状体 蛋白质变性,不溶性蛋白质逐渐增多,晶 状体透明性下降而混浊,最终导致年龄 相关性白内障发生。
二、角膜的营养和代谢

泪液中的维生素A对角膜生理功能维持 具有重要作用:①可调控角膜上皮细胞 蛋白表达,缺乏时将会引起角膜上皮细 胞维生素A缺乏性角质化;②参与角膜糖 蛋白合成,刺激葡萄糖、氨基葡萄糖进 入角膜上皮,诱导角膜基质细胞DNA合成 增加;③诱导角膜内皮细胞EGF(生长因 子）受体表达增加,促进内皮细胞创伤 愈合;④影响结膜的转分化。维生素A缺 乏可使结膜杯状细胞减少,角结膜上皮 角化、增厚和鳞状化生。
三、角膜基质的主要组成

角膜基质主要由有序排列的胶原纤维组 成,中央部与周边部纤维直径基本一致。 损伤愈合后胶原纤维增粗,且排列不规 则,光线通过角膜时受到的影响增大,导 致透明性下降。人类角膜胶原纤维主要 由I、IV、V型三种胶原纤维组成,其中I 型占主要部分，占整个角膜全厚的90%。
三、角膜基质的主要组成
三、晶状体疾病的生化机制及 防护

3.晶状体抗氧化损伤防护机制通过正常 代谢机体可及时清除体内超氧阴离子等 自由基,避免晶状体损伤。这一套抗氧 化防护体系主要分为酶和非酶体系两大 类。
第五节 玻璃体

玻璃体为一位于晶状体后面与视网膜前 面空间内的透明胶体,体积约4mL,99% 由水组成,相对密度:1.0089~1.0093,渗 透压:316土21mmol/L,屈光指 数:1.3349,300~1400nm波长的光线 90%可通过玻璃体,具有屈光、调节眼 生长发育、营养储备与运输、缓冲眼球 震荡、抑制新生血管形成等功能。
一、玻璃体的化学组成


除水外,玻璃体主要由胶原纤维与透明 质酸组成,此外尚含有非胶原蛋白、糖 蛋白、氨基酸、脂类、乳酸、维生素C 及无机盐等物质。 玻璃体胶原由3个a(Ⅱ)肤链组成,螺旋线 状,直径约为10~25nm,粗细均一,无分支 及交叉,每一条胶原细纤维都与视网膜、 睫状体或晶状体基底膜层相连,成网状 排列。
二、房水形成过程

睫状上皮主动转运功能受一定因素的影 响,如碳酸酶酶抑制剂可使房水分泌减 少50%~60%血-房水屏障:即使血浆浓 度较高,蛋白质等大分子物质也不易透 过而进入房水中,这一屏障称为血-房水 屏障。据认为,此屏障的解剖学基础在 于睫状上皮细胞间的紧密联接与基底膜。
第四节 晶状体

二、晶状体代谢

1.糖代谢 晶状体内葡萄糖可通过 无氧酵解、有氧氧化、磷酸戊糖旁路、 多元醇途径等方式进行代谢。晶状体耗 能由无氧酵解方式提供,每消耗1mol葡 萄糖可提供2mol ATP。
二、晶状体代谢

2.蛋白质代谢因赤道部晶状体上皮细胞 不断分裂,故一生中需持续不断的氨基 酸供应以满足蛋白质合成的需要。目前 已知晶状体上皮细胞存在丙氨酸、亮氨 酸、甘氨酸(包括小分子氨.基酸)、牛磺 酸四种氨基酸主动转运系统。

结膜杯状细胞分泌的粘液和角膜上皮细 胞分泌的糖蛋白在角膜上皮前表面形成 一层多糖蛋白复合物,使疏水的角膜上 皮细胞膜磷脂层表面张力降低,角膜前 表面被泪液覆盖,形成一稳定、完整的 泪膜。人可通过瞬目反射恢复泪膜的完 整性。
三、泪膜形成的生化机制

临床上,常局部用高张溶液(5%NaCl)提 高泪液渗透压以治疗早期角膜水肿。 泪膜脂质层由极性和中性脂质组成,其 中极性脂质和泪膜水层接触,形成稳定 的泪膜,中性脂质和空气接触,提供屏障 保护。因此,脂质层具有防止泪液蒸发、 泪液外溢及防止皮肤脂质扩散至眼表面 等作用。
四、角膜透明性或相对脱水状 态的维持

2.角膜基质层多糖的作用 多 糖为角膜基质蛋白多糖的主要组成部分, 对基质中胶原纤维的规则排列及相对脱 水状态维持起重要作用。内皮细胞功能 失代偿时,因大量水分进入基质,与多糖 结合而导致基质水肿混浊,角膜基质胶 原纤维排列不规则,光线通过角膜时散 射增加,透明性下降。
二、角膜的营养和代谢

除无氧酵解外,约12%~15%的葡萄糖通 过有氧氧化方式进行代谢。在有氧条件 下,通过三羧酸循环,lmol葡萄糖完全氧 化生成二氧化碳和水,同时产生36mol能 量 。另外,角膜上皮细胞尚存在多元醇 糖代谢途径,葡萄糖循此途径可生成山 梨醇和果糖。如果角膜细胞内山梨醇过 度蓄积可导致细胞渗透性损害。

泪液的化学组成复杂,除水与电解质外, 还含有氮物质、糖类、寡核苷酸、有机 酸、维生素、酶和脂类等,其中水分约 占98%~99%。
二、泪膜的概念与组成

泪膜为覆盖于角膜上皮细胞前表面的一 层泪液膜。人通过瞬目反射把泪液均匀 地分布在角膜上皮前表面,使角膜成为 一个光滑的光学折射系统,为高质量的 视网膜成像提供基础。泪膜微.小的扭 曲变形将导致视网膜成像质量降低,引 起视物模糊。
一、晶状体化学组成

2.非蛋白组分除蛋白质外,晶状体尚含氨 基酸、类脂、核酸、微量元素等非蛋白 组分,它们参与晶状体代谢与多种生理 功能的调控过程。其中晶状体囊可通过 主动转运逆浓度梯度吸收房水中的氨基 酸,但随年龄不断增加及白内障形成,囊 膜主动吸收能力降低,渗透性增加,且部 分游离氨基酸用于不溶性蛋自质合成, 以致其含量降低
源自文库
房水产生及化学组成与扩散、超滤过、 主动转运过程密切相关。其中水、电解 质通过睫状体上皮细胞膜和虹膜毛细血 管壁自由扩散与超滤过形成,而维生素C、 乳酸、蛋白质和部分氨基酸由睫状上皮 主动分泌。睫状上皮的主动转运功能存 在饱和状态,例如,房水中维生素C浓度随 血浆含量升高而升高,但当血浆浓度超 出一定水平时,维生素C浓度不会再增高, 即维生素C主动转运达到饱和。

V型胶原纤维直径可以调节,对保持角膜 透明性起重要作用,而I型胶原纤维为非 纤维状胶原,可调节细胞基质间的相互 作用。纤维状与非纤维状胶原的合成分 解受内源性生长因子调节。
四、角膜透明性或相对脱水状 态的维持

1.角膜上皮的屏障功能 角膜上皮 细胞以桥粒方式紧密连接,可防止泪液 中的水分和溶质进入角膜基质。动物实 验时如刮除兔角膜上皮层,角膜基质将 明显水肿,厚度可达到原来的2倍左右。
一、角膜的化学组成

角膜上皮和内皮细胞中酶含量较基质高, 表明上皮、内皮代谢旺盛。胶原纤维间 隙的多糖由硫酸蛋白、软骨素等组成, 具有保持角膜水合状态及粘合的功能, 其代谢异常将导致角膜水肿。另外,角 膜尚含有糖类、氨基酸、维生素、脂类、 无机盐等物质。角膜营养不良患者,脂 质含量常增加。
二、角膜的营养和代谢
二、玻璃体内各成分分布特点

玻璃体胶原纤维分布密度从高至低依次 为:玻璃体基底部、视网膜前的玻璃体 后皮质、后房与晶状体后的前皮质、中 央玻璃体与接近前皮质区域。在基底部, 它以分散方式插入锯齿缘前后,其中最 前部纤维构成前环,为产生前部增生性 玻璃体视网膜病变的基础
三、玻璃体内细胞

玻璃体内细胞含有玻璃体细胞、成纤维 细胞两种,是玻璃体代谢活动的中心。 玻璃体细胞为单核细胞,有分叶核、高 尔基体、内质网、溶酶体及吞噬体,基 底部含量最多,赤道部最少。
二、角膜的营养和代谢


2.维生素A代谢 人类维生素A 主要来源于动物组织的维生素A和植物 的β-胡萝卜素。 β-胡萝卜素在β-胡萝卜素加氧酶作用下 氧化分解为视黄醇,再与软脂酸化合生 成酶,然后经淋巴入血转运至肝,与视黄 醇结合蛋白结合形成视黄醇-视黄醇结 合蛋白复合体,最后与血浆前蛋白结合, 运转至靶器官,如泪腺等。
第三节 房水

房水是由睫状上皮细胞分泌的无色透明 液体,在屈光、眼压形成与维持、角膜 营养供应等方面起重要作用。
一、房水的化学组成

房水源自血液,基本成分与血浆相似,但 它并非简单的血浆滤过液,化学组成非 常复杂,主要成分是水,蛋白质、电解质、 葡萄糖、乳酸、氧、维生素、脂质、酶、 微量元素等
二、房水形成过程