鞏膜結(jié)構(gòu)與生物力學(xué)

 表1：人類鞏膜的組成成分。  

鞏膜的主要成分是膠原（以I型為主，占95%），另有少量III、V、VI型膠原，以及蛋白聚糖（如decorin、biglycan）和彈性纖維。膠原纖維具有典型的分層結(jié)構(gòu)，從微原纖維到纖維束再到層狀結(jié)構(gòu)，表面有周期性橫紋（D-period）。彈性纖維雖含量少，但在維持眼球形狀和彈性方面起重要作用。

圖2：眼睛前部結(jié)構(gòu)解剖，顯示了不同鞏膜組織層

近年來，研究者利用多種成像技術(shù)（如WAXS、SALS、PLM、MPM、MRI等）對鞏膜微觀結(jié)構(gòu)進行了多尺度解析，發(fā)現(xiàn)鞏膜膠原排列具有區(qū)域特異性，并隨年齡、疾病發(fā)生變化。例如，PPS區(qū)域的環(huán)向膠原結(jié)構(gòu)在青光眼和高度近視眼中出現(xiàn)紊亂，可能與視神經(jīng)損傷和眼軸延長有關(guān)。

在生物力學(xué)方面，鞏膜表現(xiàn)出非線性、粘彈性和各向異性特征。實驗方法包括離體條帶拉伸、膨脹測試、壓痕測試，以及基于OCT的體內(nèi)測量。研究發(fā)現(xiàn)，鞏膜剛度隨年齡增長而增加，可能與膠原交聯(lián)增加、纖維直徑增大有關(guān)；在青光眼中，鞏膜剛度升高，可能是一種代償反應(yīng)，但也可能加重視神經(jīng)損傷；在近視眼中，鞏膜變薄、膠原纖維變細、排列紊亂，導(dǎo)致力學(xué)性能下降，眼軸延長。

圖3：小鼠后鞏膜快速冷凍深蝕（QFDE）電子顯微鏡圖像，揭示了在三維空間中不同取向的膠原層

鞏膜對眼內(nèi)壓的響應(yīng)包括急性擴張和慢性重塑。細胞層面，鞏膜成纖維細胞在力學(xué)刺激下可轉(zhuǎn)化為收縮型肌成纖維細胞，參與組織重塑。此外，視神經(jīng)牽引力（如眼球運動時）也被證實可顯著影響視神經(jīng)頭部的力學(xué)環(huán)境，可能與近視發(fā)展相關(guān)。

在治療方面，鞏膜加固手術(shù)和膠原交聯(lián)（crosslinking）技術(shù)被探索用于控制近視進展和青光眼損傷。動物實驗顯示，交聯(lián)劑如genipin、glyceraldehyde可增強鞏膜剛度，減緩眼軸延長，但臨床轉(zhuǎn)化仍需解決安全性和靶向性問題。干細胞治療也被提出作為潛在策略，通過直接增強鞏膜結(jié)構(gòu)或間接刺激組織修復(fù)來干預(yù)近視。

圖4：理論后段環(huán)植入物的計算建模作為潛在的青光眼療法

圖5：潛在的干細胞療法用于進行性近視

鞏膜作為眼的主要承重結(jié)締組織，對維持視覺功能至關(guān)重要。它不僅與角膜協(xié)同維持眼的屈光狀態(tài)，還需在復(fù)雜動態(tài)的負荷條件下為視網(wǎng)膜和視神經(jīng)頭等內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定的機械支撐。近年來，鞏膜的生物力學(xué)特性及其在衰老和疾病中的變化引起了廣泛關(guān)注。未來研究將聚焦于更精細的體內(nèi)結(jié)構(gòu)成像、個體化生物力學(xué)建模，以及基于人工智能的疾病預(yù)測與干預(yù)策略，以應(yīng)對全球日益增長的近視和青光眼負擔(dān)。