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商品簡介
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目次
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商品簡介
《屈光手術學》是北京人民衛生出版社為眼視光學專業用教材而匯集本領域中學有專精的教授、醫師、學者共同參與，貢獻所長編寫而成。《屈光手術學》做為一門學科也僅僅是最近幾年的發展，但是發展快速，設備推陳出新，目不暇及，技術更是日新月異，因此也是最難編寫的教材。
感謝本書的編者同仁，將他們各自上萬例手術的經驗和教訓寫下來，將給這個領域的初學者和後來者很好的啟發，少走彎路，精益求精。本書綜合臨床經驗及相關學術研究，理論實用兼具，不僅是初學者的最佳教材，亦可做為在這領域浸潤多年者溫故知新的最佳參考書。
作者簡介
主 編 王勤美
副主編 陳躍國 趙少貞
編 者（以姓氏筆劃為序）
王 錚（中山大學）
王 雁（南開大學眼科醫院）
王勤美（溫州醫學院眼視光學院）
李 瑩（中國醫學科學院北京協和醫學院）
沈 曄（浙江大學醫學院附屬第一醫院）
張豐菊（首都醫科大學附屬北京同仁醫院）
陳躍國（北京大學第三醫院）
周行濤（復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院）
趙少貞（天津醫科大學眼視光學院眼科中心）
編寫秘書 張 佳（溫州醫學院眼視光學院）
臺灣出版編審 張朝凱（臺灣元培科技大學助理教授）
【本書經中國北京人民衛生出版社授權宏欣文化事業有限公司出版】
副主編 陳躍國 趙少貞
編 者（以姓氏筆劃為序）
王 錚（中山大學）
王 雁（南開大學眼科醫院）
王勤美（溫州醫學院眼視光學院）
李 瑩（中國醫學科學院北京協和醫學院）
沈 曄（浙江大學醫學院附屬第一醫院）
張豐菊（首都醫科大學附屬北京同仁醫院）
陳躍國（北京大學第三醫院）
周行濤（復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院）
趙少貞（天津醫科大學眼視光學院眼科中心）
編寫秘書 張 佳（溫州醫學院眼視光學院）
臺灣出版編審 張朝凱（臺灣元培科技大學助理教授）
【本書經中國北京人民衛生出版社授權宏欣文化事業有限公司出版】
目次
前言...................................................................................................................................5
臺灣出版序........................................................................................................................7
第一章 屈光手術的歷史、現狀和發展......................................................17
第二章 屈光手術學的基本概念和原則....................................................21
第一節 屈光手術的生物學基礎.......................................................................21
一、角膜解剖生理與切口癒合........................................................................21
二、全眼與角膜生理光學...............................................................................29
三、角膜生物力學..........................................................................................30
四、晶狀體、睫狀體和調節機制.......................................................................33
五、淚膜的結構和功能...................................................................................35
第二節 屈光手術的定義和分類.......................................................................37
一、屈光手術的定義......................................................................................37
二、屈光手術的分類......................................................................................37
第三節 屈光手術的原則...................................................................................39
一、屈光手術的一般原則...............................................................................39
二、屈光手術的視光學原則............................................................................39
第四節 理想的屈光手術...................................................................................40
第三章 手術對象的檢查和評估.................................................................42
第一節 一般檢查........................................................................................42
一、一般資料.................................................................................................42
二、病史的採集.............................................................................................43
三、全身情況.................................................................................................43
四、外眼........................................................................................................43
五、屈光間質.................................................................................................44
六、眼底........................................................................................................44
七、眼軸長度.................................................................................................45
八、眼壓........................................................................................................46
第二節 主要檢查................................................................................................46
一、視力........................................................................................................46
二、屈光力....................................................................................................48
三、角膜厚度.................................................................................................49
四、角膜地形圖與角膜形態............................................................................50
五、角膜水平直徑..........................................................................................56
六、瞳孔直徑與形態......................................................................................56
七、前房深度.................................................................................................57
八、拱高........................................................................................................57
第三節 特殊檢查.................................................................................................57
一、淚膜........................................................................................................58
二、對比敏感度與對比度視力........................................................................58
三、眩光與散射光檢查...................................................................................60
四、波前像差.................................................................................................61
五、優勢眼....................................................................................................65
六、調節與集合.............................................................................................65
七、雙眼單視功能..........................................................................................66
八、角膜內皮細胞..........................................................................................67
九、眼位、Kappa角與眼動................................................................................67
十、其他檢查.................................................................................................67
第四節 屈光手術的適應症................................................................................68
第五節 屈光手術的禁忌症................................................................................68
第六節 手術對象評估與手術設計...................................................................70
一、屈光手術量表..........................................................................................70
二、心理量表.................................................................................................72
三、手術對象總體評估...................................................................................74
四、手術設計.................................................................................................75
第四章 屈光手術的器械和設備.................................................................82
第一節 準分子雷射機........................................................................................82
一、準分子雷射產生的機制............................................................................82
二、準分子雷射機的基本構成和性能..............................................................82
三、準分子雷射的光學原理............................................................................83
四、準分子雷射的種類及其特徵.....................................................................84
五、準分子雷射的生物學特性........................................................................85
六、準分子雷射的副作用及對人體的影響.......................................................85
七、常用準分子雷射機的特點........................................................................85
第二節 飛秒雷射機............................................................................................87
一、飛秒雷射的概念......................................................................................87
二、飛秒雷射機的基本構成和性能.................................................................88
三、飛秒雷射機的工作原理............................................................................88
四、飛秒雷射的種類及其特徵........................................................................88
五、飛秒雷射的生物學特性............................................................................90
六、飛秒雷射的副作用及對人體的影響...........................................................90
七、不同飛秒雷射機的特點與比較.................................................................90
第三節 顯微角膜板層刀....................................................................................91
一、顯微角膜板層刀的基本結構和附件...........................................................91
二、顯微角膜板層刀的使用與注意事項...........................................................92
三、顯微角膜板層刀的種類及其優缺點...........................................................93
第四節 其他角膜屈光手術器械.......................................................................94
第五節 眼內屈光手術器械................................................................................94
第六節 鞏膜手術器械........................................................................................94
第五章 雷射角膜屈光手術..........................................................................96
第一節 準分子雷射角膜表面切削術...............................................................96
一、概述........................................................................................................96
二、手術機制.................................................................................................96
三、適應症和禁忌症......................................................................................97
四、手術方法.................................................................................................99
五、手術併發症及預防和處理........................................................................99
六、術後追蹤、影響因素和轉歸.....................................................................106
第二節 乙醇法準分子雷射上皮瓣下角膜磨鑲術.......................................107
一、概述......................................................................................................107
二、手術機制...............................................................................................108
三、適應證和禁忌症.....................................................................................108
四、手術方法...............................................................................................109
五、手術併發症及預防和處理.......................................................................110
六、術後追蹤、影響因素和轉歸.....................................................................111
第三節 機械法準分子雷射上皮瓣下角膜磨鑲術.......................................112
一、概述......................................................................................................112
二、手術機制...............................................................................................112
三、適應症與禁忌症.....................................................................................112
四、手術方法...............................................................................................113
五、手術併發症及預防和處理.......................................................................115
六、術後追蹤、影響因素和轉歸.....................................................................115
第四節 準分子雷射原位角膜磨鑲術............................................................115
一、概述......................................................................................................115
二、手術機制...............................................................................................116
三、適應症和禁忌症.....................................................................................116
四、手術方法...............................................................................................117
五、手術併發症及預防和處理.......................................................................122
六、術後追蹤、影響因素和轉歸.....................................................................134
七、眼部手術後的雷射原位角膜磨鑲術.........................................................136
第五節 前彈力層下雷射角膜磨鑲術............................................................137
一、概述......................................................................................................137
二、手術機制...............................................................................................137
三、適應症和禁忌症.....................................................................................137
四、手術方法...............................................................................................137
五、手術併發症及預防和處理.......................................................................138
六、術後追蹤、影響因素和轉歸.....................................................................138
第六節 飛秒雷射手術......................................................................................138
一、概述......................................................................................................138
二、手術機制...............................................................................................139
三、適應症和禁忌症.....................................................................................140
四、手術方法...............................................................................................140
五、手術併發症及預防和處理.......................................................................143
六、術後追蹤、影響因素和轉歸.....................................................................145
第六章 非雷射角膜屈光手術....................................................................146
第一節 放射狀角膜切開術及其改良術........................................................146
一、概述......................................................................................................146
二、手術機制...............................................................................................146
三、適應症和禁忌症.....................................................................................146
四、手術方法...............................................................................................147
五、手術併發症及預防和處理.......................................................................151
六、術後追蹤、影響因素和轉歸.....................................................................152
第二節 角膜膠原交聯術.................................................................................153
一、概述......................................................................................................153
二、手術機制...............................................................................................154
三、適應症和禁忌症.....................................................................................154
四、手術方法...............................................................................................154
五、手術併發症及預防和處理.......................................................................155
六、術後追蹤、影響因素與轉歸.....................................................................155
第三節 角膜熱成形術.....................................................................................155
一、手術原理...............................................................................................155
二、適應症和禁忌症.....................................................................................156
三、手術方法...............................................................................................156
第四節 角膜基質環植入術.............................................................................157
一、概述......................................................................................................157
二、手術機制...............................................................................................157
三、手術方法...............................................................................................159
四、適應症和禁忌症.....................................................................................161
五、術前檢查...............................................................................................162
六、術後處理...............................................................................................162
七、手術併發症及預防和處理.......................................................................162
八、基質環取出和更換.................................................................................163
第五節 其他角膜屈光手術...........................................................................164
一、角膜鬆解切開術.....................................................................................164
二、角膜楔形切除術.....................................................................................165
三、角膜磨鑲術...........................................................................................166
四、角膜內鏡片術........................................................................................167
五、角膜表面鏡片術.....................................................................................168
六、原位角膜磨鑲術.....................................................................................169
第七章 屈光性晶狀體置換術....................................................................171
第一節 白內障摘出與人工晶狀體植入........................................................171
一、白內障手術簡史.....................................................................................171
二、白內障手術如何實現從復明手術到屈光手術的轉變................................172
三、白內障手術的術前檢查..........................................................................172
四、白內障手術的適應症..............................................................................173
五、白內障摘出手術方法..............................................................................173
六、人工晶狀體植入術.................................................................................174
第二節 屈光性晶狀體置換與人工晶狀體植入...........................................183
一、概述......................................................................................................183
二、視光學原理...........................................................................................183
三、適應症和禁忌症.....................................................................................184
四、術前檢查...............................................................................................184
五、手術方法...............................................................................................184
六、手術併發症及其預防和處理...................................................................185
七、手術後追蹤...........................................................................................185
第八章 有晶狀體眼人工晶狀體植入......................................................187
第一節 概述............................................................................................187
一、有晶狀體眼人工晶狀體的歷史................................................................187
二、有晶狀體眼人工晶狀體的視光學意義.....................................................187
三、有晶狀體眼人工晶狀體的分類................................................................188
四、有晶狀體眼人工晶狀體的生理要求.........................................................189
第二節 手術準備.........................................................................................190
一、術前檢查..............................................................................................190
二、適應症..................................................................................................190
三、禁忌症..................................................................................................190
四、人工晶狀體度數的計算..........................................................................191
第三節 手術方法.........................................................................................191
一、前房型有晶狀體眼人工晶狀體植入.........................................................191
二、後房型有晶狀體眼人工晶狀體植入.........................................................191
三、術後處理...............................................................................................192
第四節 手術併發症及處理..........................................................................194
一、術中併發症...........................................................................................194
二、術後併發症...........................................................................................194
第五節 複曲面人工晶狀體矯正散光............................................................195
一、複曲面有晶狀體眼人工晶狀體.................................................................195
二、複曲面有晶狀體眼人工晶狀體的適應症..................................................195
三、複曲面有晶狀體眼人工晶狀體的手術特點..............................................195
四、複曲面有晶狀體眼人工晶狀體的併發症..................................................196
第六節 有晶狀體眼人工晶狀體植入的評價...............................................196
第九章 鞏膜手術..........................................................................................198
一、概述......................................................................................................198
二、手術原理...............................................................................................198
三、手術材料...............................................................................................199
四、手術適應症.........................................................................................199
五、手術方法...............................................................................................199
六、手術併發症及預防和處理.......................................................................203
第十章 老視手術..........................................................................................205
一、老視機制和手術原理........................................................................205
二、老視手術的分類...............................................................................205
三、老視手術的檢查和評估.....................................................................206
四、經角膜老視手術...............................................................................207
五、經眼內老視手術...............................................................................209
六、雷射老視逆轉手術............................................................................209
第十一章 屈光手術的聯合手術...............................................................211
第一節 概述.........................................................................................211
一、手術適應症......................................................................................211
二、手術時機..........................................................................................211
第二節 角膜與眼內屈光手術的聯合.......................................................211
一、有晶狀體眼人工晶狀體植入術聯合準分子雷射角膜手術....................211
二、透明晶狀體摘除術聯合準分子雷射角膜手術......................................212
三、眼內屈光手術聯合角膜散光矯正術....................................................212
第三節 眼內屈光手術的聯合..................................................................212
一、雙人工晶狀體植入............................................................................212
二、有晶狀體眼和無晶狀體眼人工晶狀體的聯合植入...............................213
第四節 其他聯合方式...............................................................................213
第十二章 屈光手術臨床路徑和標準化...............................................214
一、治療近視的屈光手術........................................................................214
二、治療遠視的屈光手術........................................................................225
三、治療散光的屈光手術........................................................................226
四、治療老視的屈光手術........................................................................227
參考文獻..........................................................................................................230
中英文對照索引..............................................................................................231
臺灣出版序........................................................................................................................7
第一章 屈光手術的歷史、現狀和發展......................................................17
第二章 屈光手術學的基本概念和原則....................................................21
第一節 屈光手術的生物學基礎.......................................................................21
一、角膜解剖生理與切口癒合........................................................................21
二、全眼與角膜生理光學...............................................................................29
三、角膜生物力學..........................................................................................30
四、晶狀體、睫狀體和調節機制.......................................................................33
五、淚膜的結構和功能...................................................................................35
第二節 屈光手術的定義和分類.......................................................................37
一、屈光手術的定義......................................................................................37
二、屈光手術的分類......................................................................................37
第三節 屈光手術的原則...................................................................................39
一、屈光手術的一般原則...............................................................................39
二、屈光手術的視光學原則............................................................................39
第四節 理想的屈光手術...................................................................................40
第三章 手術對象的檢查和評估.................................................................42
第一節 一般檢查........................................................................................42
一、一般資料.................................................................................................42
二、病史的採集.............................................................................................43
三、全身情況.................................................................................................43
四、外眼........................................................................................................43
五、屈光間質.................................................................................................44
六、眼底........................................................................................................44
七、眼軸長度.................................................................................................45
八、眼壓........................................................................................................46
第二節 主要檢查................................................................................................46
一、視力........................................................................................................46
二、屈光力....................................................................................................48
三、角膜厚度.................................................................................................49
四、角膜地形圖與角膜形態............................................................................50
五、角膜水平直徑..........................................................................................56
六、瞳孔直徑與形態......................................................................................56
七、前房深度.................................................................................................57
八、拱高........................................................................................................57
第三節 特殊檢查.................................................................................................57
一、淚膜........................................................................................................58
二、對比敏感度與對比度視力........................................................................58
三、眩光與散射光檢查...................................................................................60
四、波前像差.................................................................................................61
五、優勢眼....................................................................................................65
六、調節與集合.............................................................................................65
七、雙眼單視功能..........................................................................................66
八、角膜內皮細胞..........................................................................................67
九、眼位、Kappa角與眼動................................................................................67
十、其他檢查.................................................................................................67
第四節 屈光手術的適應症................................................................................68
第五節 屈光手術的禁忌症................................................................................68
第六節 手術對象評估與手術設計...................................................................70
一、屈光手術量表..........................................................................................70
二、心理量表.................................................................................................72
三、手術對象總體評估...................................................................................74
四、手術設計.................................................................................................75
第四章 屈光手術的器械和設備.................................................................82
第一節 準分子雷射機........................................................................................82
一、準分子雷射產生的機制............................................................................82
二、準分子雷射機的基本構成和性能..............................................................82
三、準分子雷射的光學原理............................................................................83
四、準分子雷射的種類及其特徵.....................................................................84
五、準分子雷射的生物學特性........................................................................85
六、準分子雷射的副作用及對人體的影響.......................................................85
七、常用準分子雷射機的特點........................................................................85
第二節 飛秒雷射機............................................................................................87
一、飛秒雷射的概念......................................................................................87
二、飛秒雷射機的基本構成和性能.................................................................88
三、飛秒雷射機的工作原理............................................................................88
四、飛秒雷射的種類及其特徵........................................................................88
五、飛秒雷射的生物學特性............................................................................90
六、飛秒雷射的副作用及對人體的影響...........................................................90
七、不同飛秒雷射機的特點與比較.................................................................90
第三節 顯微角膜板層刀....................................................................................91
一、顯微角膜板層刀的基本結構和附件...........................................................91
二、顯微角膜板層刀的使用與注意事項...........................................................92
三、顯微角膜板層刀的種類及其優缺點...........................................................93
第四節 其他角膜屈光手術器械.......................................................................94
第五節 眼內屈光手術器械................................................................................94
第六節 鞏膜手術器械........................................................................................94
第五章 雷射角膜屈光手術..........................................................................96
第一節 準分子雷射角膜表面切削術...............................................................96
一、概述........................................................................................................96
二、手術機制.................................................................................................96
三、適應症和禁忌症......................................................................................97
四、手術方法.................................................................................................99
五、手術併發症及預防和處理........................................................................99
六、術後追蹤、影響因素和轉歸.....................................................................106
第二節 乙醇法準分子雷射上皮瓣下角膜磨鑲術.......................................107
一、概述......................................................................................................107
二、手術機制...............................................................................................108
三、適應證和禁忌症.....................................................................................108
四、手術方法...............................................................................................109
五、手術併發症及預防和處理.......................................................................110
六、術後追蹤、影響因素和轉歸.....................................................................111
第三節 機械法準分子雷射上皮瓣下角膜磨鑲術.......................................112
一、概述......................................................................................................112
二、手術機制...............................................................................................112
三、適應症與禁忌症.....................................................................................112
四、手術方法...............................................................................................113
五、手術併發症及預防和處理.......................................................................115
六、術後追蹤、影響因素和轉歸.....................................................................115
第四節 準分子雷射原位角膜磨鑲術............................................................115
一、概述......................................................................................................115
二、手術機制...............................................................................................116
三、適應症和禁忌症.....................................................................................116
四、手術方法...............................................................................................117
五、手術併發症及預防和處理.......................................................................122
六、術後追蹤、影響因素和轉歸.....................................................................134
七、眼部手術後的雷射原位角膜磨鑲術.........................................................136
第五節 前彈力層下雷射角膜磨鑲術............................................................137
一、概述......................................................................................................137
二、手術機制...............................................................................................137
三、適應症和禁忌症.....................................................................................137
四、手術方法...............................................................................................137
五、手術併發症及預防和處理.......................................................................138
六、術後追蹤、影響因素和轉歸.....................................................................138
第六節 飛秒雷射手術......................................................................................138
一、概述......................................................................................................138
二、手術機制...............................................................................................139
三、適應症和禁忌症.....................................................................................140
四、手術方法...............................................................................................140
五、手術併發症及預防和處理.......................................................................143
六、術後追蹤、影響因素和轉歸.....................................................................145
第六章 非雷射角膜屈光手術....................................................................146
第一節 放射狀角膜切開術及其改良術........................................................146
一、概述......................................................................................................146
二、手術機制...............................................................................................146
三、適應症和禁忌症.....................................................................................146
四、手術方法...............................................................................................147
五、手術併發症及預防和處理.......................................................................151
六、術後追蹤、影響因素和轉歸.....................................................................152
第二節 角膜膠原交聯術.................................................................................153
一、概述......................................................................................................153
二、手術機制...............................................................................................154
三、適應症和禁忌症.....................................................................................154
四、手術方法...............................................................................................154
五、手術併發症及預防和處理.......................................................................155
六、術後追蹤、影響因素與轉歸.....................................................................155
第三節 角膜熱成形術.....................................................................................155
一、手術原理...............................................................................................155
二、適應症和禁忌症.....................................................................................156
三、手術方法...............................................................................................156
第四節 角膜基質環植入術.............................................................................157
一、概述......................................................................................................157
二、手術機制...............................................................................................157
三、手術方法...............................................................................................159
四、適應症和禁忌症.....................................................................................161
五、術前檢查...............................................................................................162
六、術後處理...............................................................................................162
七、手術併發症及預防和處理.......................................................................162
八、基質環取出和更換.................................................................................163
第五節 其他角膜屈光手術...........................................................................164
一、角膜鬆解切開術.....................................................................................164
二、角膜楔形切除術.....................................................................................165
三、角膜磨鑲術...........................................................................................166
四、角膜內鏡片術........................................................................................167
五、角膜表面鏡片術.....................................................................................168
六、原位角膜磨鑲術.....................................................................................169
第七章 屈光性晶狀體置換術....................................................................171
第一節 白內障摘出與人工晶狀體植入........................................................171
一、白內障手術簡史.....................................................................................171
二、白內障手術如何實現從復明手術到屈光手術的轉變................................172
三、白內障手術的術前檢查..........................................................................172
四、白內障手術的適應症..............................................................................173
五、白內障摘出手術方法..............................................................................173
六、人工晶狀體植入術.................................................................................174
第二節 屈光性晶狀體置換與人工晶狀體植入...........................................183
一、概述......................................................................................................183
二、視光學原理...........................................................................................183
三、適應症和禁忌症.....................................................................................184
四、術前檢查...............................................................................................184
五、手術方法...............................................................................................184
六、手術併發症及其預防和處理...................................................................185
七、手術後追蹤...........................................................................................185
第八章 有晶狀體眼人工晶狀體植入......................................................187
第一節 概述............................................................................................187
一、有晶狀體眼人工晶狀體的歷史................................................................187
二、有晶狀體眼人工晶狀體的視光學意義.....................................................187
三、有晶狀體眼人工晶狀體的分類................................................................188
四、有晶狀體眼人工晶狀體的生理要求.........................................................189
第二節 手術準備.........................................................................................190
一、術前檢查..............................................................................................190
二、適應症..................................................................................................190
三、禁忌症..................................................................................................190
四、人工晶狀體度數的計算..........................................................................191
第三節 手術方法.........................................................................................191
一、前房型有晶狀體眼人工晶狀體植入.........................................................191
二、後房型有晶狀體眼人工晶狀體植入.........................................................191
三、術後處理...............................................................................................192
第四節 手術併發症及處理..........................................................................194
一、術中併發症...........................................................................................194
二、術後併發症...........................................................................................194
第五節 複曲面人工晶狀體矯正散光............................................................195
一、複曲面有晶狀體眼人工晶狀體.................................................................195
二、複曲面有晶狀體眼人工晶狀體的適應症..................................................195
三、複曲面有晶狀體眼人工晶狀體的手術特點..............................................195
四、複曲面有晶狀體眼人工晶狀體的併發症..................................................196
第六節 有晶狀體眼人工晶狀體植入的評價...............................................196
第九章 鞏膜手術..........................................................................................198
一、概述......................................................................................................198
二、手術原理...............................................................................................198
三、手術材料...............................................................................................199
四、手術適應症.........................................................................................199
五、手術方法...............................................................................................199
六、手術併發症及預防和處理.......................................................................203
第十章 老視手術..........................................................................................205
一、老視機制和手術原理........................................................................205
二、老視手術的分類...............................................................................205
三、老視手術的檢查和評估.....................................................................206
四、經角膜老視手術...............................................................................207
五、經眼內老視手術...............................................................................209
六、雷射老視逆轉手術............................................................................209
第十一章 屈光手術的聯合手術...............................................................211
第一節 概述.........................................................................................211
一、手術適應症......................................................................................211
二、手術時機..........................................................................................211
第二節 角膜與眼內屈光手術的聯合.......................................................211
一、有晶狀體眼人工晶狀體植入術聯合準分子雷射角膜手術....................211
二、透明晶狀體摘除術聯合準分子雷射角膜手術......................................212
三、眼內屈光手術聯合角膜散光矯正術....................................................212
第三節 眼內屈光手術的聯合..................................................................212
一、雙人工晶狀體植入............................................................................212
二、有晶狀體眼和無晶狀體眼人工晶狀體的聯合植入...............................213
第四節 其他聯合方式...............................................................................213
第十二章 屈光手術臨床路徑和標準化...............................................214
一、治療近視的屈光手術........................................................................214
二、治療遠視的屈光手術........................................................................225
三、治療散光的屈光手術........................................................................226
四、治療老視的屈光手術........................................................................227
參考文獻..........................................................................................................230
中英文對照索引..............................................................................................231
書摘/試閱
第二章 屈光手術學的基本概念和原則
第一節 屈光手術的生物學基礎
一、角膜解剖生理與切口癒合
（一）角膜解剖
角膜呈透明狀態，約占纖維膜的前1/6。成年人角膜水平徑平均11.7mm（11.0～12.5mm），女性略小；垂直徑略短，平均10.2mm（10.0～11.5mm）。3歲以上兒童的角膜直徑已接近成人。中央瞳孔區附近大約4mm直徑的圓形區內近似球形，其中各點的曲率半徑基本相等，而中央區以外的中間區和邊緣部角膜較為扁平，各點的曲率半徑不盡相同。角膜前表面的曲率半徑在水平方向為7.8mm，垂直方向為7.7mm；角膜後表面的曲率半徑為6.2～6.8mm。角膜厚度各部位有所不同，中央部最薄，平均為0.5mm，周邊部約為1mm。角膜的表面積約為1.3cm2，占眼球總面積的1/14。
角膜分為五層，由前向後依次為：上皮細胞層（epithelium）、前彈力層（lamina elastica anterior）、基質層（stroma）、後彈力層（lamina elastica posterior）和內皮細胞層（endothelium）。
1.角膜上皮層 由外胚層分化形成。是角膜最外邊一層，解剖上與結膜相延續。在角膜中央處的上皮層最薄，厚約50～60μm，約占全角膜厚度的10％，由5～6層細胞所組成。角膜周邊的上皮層增厚，約70～80μm，細胞增加到8～10層。上皮層的折射率為1.375～1.543，各家報告差異較大。
複層上皮細胞共分為三種：基底細胞（basal cells）、翼狀細胞（wing cells）和表層細胞（superficial cells）。在基底細胞與翼狀細胞層間偶爾可見淋巴細胞和吞噬細胞。
（1）基底細胞層：為單層細胞，位置最深。細胞的底部與前彈力層毗鄰，頂部與翼狀細胞連接，每個細胞的大小和形狀基本一致，為多角形、高柱狀，高18μm、寬10μm。
基底細胞底部的細胞膜厚約8nm，與後面的基底膜之間存在約11nm寬的間隙。底部細胞膜有許多半橋粒（half-desmosomes），從半橋粒發出一些微細纖維，穿過間隙與基底膜相連接，有些甚至繼續向深部延伸，穿過基底膜進入前彈力層。這些半橋粒有利於上皮層穩固地附著在前彈力層上。
電鏡顯示基底膜為完整的嗜鋨酸層，厚約480Å。基底膜厚度在角膜不同部位有所不同，中央部薄，周邊部厚。基底膜與後面的前彈力層混合在一起，界限不清楚。
相鄰基底細胞的側壁細胞膜以橋粒（desmosomes）及粘連斑（maculae adherens）相連接，但後者較為少見。在基底細胞之間存在著單樹突或多樹突的無髓鞘神經。基底細胞與前面的翼狀細胞之間的細胞膜存在橋粒連接，偶爾也可見粘連斑。
（2）翼狀細胞：為多角形，在角膜中央區有2～3層，周邊部為4～5層。翼狀細胞的前面呈凸面，後面呈凹面。它向側面延伸變細，形似翼狀，與其相鄰的細胞及基底細胞相連接，故此得名。當基底細胞進行有絲分裂並向前移入翼狀細胞層時，翼狀細胞仍保持其多角形，但逐漸變細。
翼狀細胞層的細胞膜顯示出明顯的交錯對插（interdigitation）。翼狀細胞之間及翼狀細胞與基底細胞之間以橋粒相連接。翼狀細胞層的橋粒連接比基底細胞層多，尤其是位於翼狀細胞層表面細胞的橋粒連接更多，翼狀細胞層中的粘連斑也比基底細胞層常見。
（3）表層細胞：為雙層細胞結構。細胞長而細，長約45μm，厚約4μm。細胞核扁平，長約25μm。
在翼狀細胞層與表層細胞之間，橋粒連接和粘連斑更多見。在上皮細胞層中，粘連小帶（zonula occludens）僅見於表層細胞。這種粘連小帶存在於鄰近角膜表面的細胞側壁，緊接角膜前的淚膜。如果細胞的表層完好，其前面的細胞膜就會有許多小的微皺褶（microplicae）和微絨毛（microvilli）。微皺褶高0.5μm，粗0.5μm；微絨毛高0.5～1.0μm，粗約0.5μm。微皺褶和微絨毛是表面上皮細胞正常結構的一部分，對淚膜在角膜上滯留起重要作用。
2.前彈力層 是由膠原纖維和交聯黏蛋白隨機組成的連續緻密的透明膜，過去認為這是一層特殊的膜，又名Bowman膜（Bowman,s membrane）。目前仍未明確前彈力層是由上皮細胞合成的纖維組成，還是基質層分化出的特殊一層，還是由上皮與基質共同作用的結果。
前彈力層厚約8～14μm，前表面光滑，與角膜上皮的基底膜相毗鄰，後表面與基質層融合在一起。前彈力層除了Schwann細胞延伸到該層以外，不存在其他細胞成分。Schwann細胞的延伸部分沿著神經穿過的隧道到達角膜上皮層。在角膜周邊部，前彈力層變薄，可出現細胞，甚至毛細血管。
前彈力層中的膠原纖維粗細均勻一致，直徑為14～16nm。膠原纖維周圍的間隙被黏蛋白所填充，與基質層的成分相似。但是前彈力層的膠原纖維直徑只有基質層纖維的1/2～2/3，主要由Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ和Ⅶ型膠原組成，排列鬆散且不規則，尤其是角膜周邊部的前彈力層纖維排列鬆散，其膠原纖維逐漸與球結膜的膠原纖維相融合。
前彈力層抵抗力弱、易受損、無再生能力。前彈力層在PRK術時被雷射切削而消失，在LASIK術後則得以保留。
3.角膜基質層 由中胚層分化形成。基質層由膠原纖維所構成，厚約500μm，占整個角膜厚度的90％。角膜基質層共含有200～250個板層，板層相互重疊在一起。每一板層厚約2μm，寬9～260μm，長度橫跨整個角膜。板層與角膜表面平行，板層之間也平行。角膜板層由膠原纖維組成，膠原纖維集合成扁平的纖維束，纖維束互相接合，形成規則的纖維板，纖維板層層緊密重疊，構成基質層。
板層的主要成分除膠原纖維以外，尚有纖維細胞（fibroblasts，keratocytes）和基質，還可有Schwann細胞，偶見淋巴細胞、巨噬細胞及多形核白血球。
電鏡下每一個切面均可見膠原纖維的縱切、斜切及橫切面。膠原纖維相互平行，大小一致，間隔相等，其直徑為32～36nm，其長度橫跨角膜直徑。纖維束被基質包繞並使其彼此分離。在角膜周邊部，基質層的結構逐漸接近鞏膜，板層及其纖維成分走行漸不規則，纖維直徑增加到60～70nm，纖維間隙不規則。
角膜基質（ground substance）包括黏蛋白（mucoprotein）及醣蛋白（glycoprotein）。基質充滿了纖維和細胞之間的空隙，形成每一個膠原纖維的外套（coating）。
在整個角膜基質層中均有纖維細胞。電鏡下觀察，纖維細胞位於板層間，偶爾延伸至板層內，纖維細胞有很多分支突起，並向各個方向伸展，與相鄰的纖維細胞分支突起相連接。在連接部位往往有間隙，寬約20nm。偶爾可見細胞之間的緊密連接（tight junction）。
4.後彈力層 又名Descemet膜（Descemet,s membrane），由角膜內皮細胞分泌形成，是角膜內皮細胞的基底膜。胎兒時期後彈力層比內皮細胞層薄，出生後兩者厚度大致相同。嬰兒時期，後彈力層厚約3～4μm，之後逐漸增厚。成人的厚度為8～12μm，約為內皮細胞層的2～3倍。
後彈力層由極其微細的膠原微絲所構成，有一定的張力和彈性，容易從相鄰的基質層和內皮細胞層中分離出來。臨床上可見後彈力層被撕裂為大的裂口時，裂口的邊緣可向後捲曲進入前房。正常角膜後彈力層可以再生，若為裂隙狀撕裂，通過內皮細胞形成新的後彈力層可以修復。
後彈力層堅固，對化學物質和病理損害的抵抗力強。當整個角膜基質層破潰化膿時，它仍能存留無損，故臨床上可見後彈力層向前膨出。
在角膜周邊部，後彈力層增厚向前房突起，其表面被內皮細胞所遮蓋，這些突起稱為Hassall-Henle小體或疣。這種疣起始於青年時期，隨著年齡的增長而逐漸增多。在角膜緣處，後彈力層散開，形成小樑的薄片（sheets）。
5.角膜內皮層 由中胚層分化形成。為單層細胞，大約由50萬個六邊形細胞所組成。細胞高約5μm，寬18～20μm。細胞核位於細胞的中央部，為橢圓形，直徑約7μm。細胞平均密度為2570個/mm2，隨年齡增加而減少。在嬰幼兒，內皮細胞進行有絲分裂，但在成年後不再進行有絲分裂，當內皮細胞損傷後，其缺損區由鄰近的內皮細胞增大、擴展和移行來覆蓋。
相鄰的內皮細胞側壁細胞膜以粘連小帶（zonulae occludentes）、粘連斑（maculae occlu-dentes）及黏著斑（maculae adherents）相連接，但是不存在橋粒連接。在細胞的後1/3近前房處為粘連小帶。在細胞前2/3為粘連斑和黏著斑，但不多見。除了這些連接以外，尚有複雜的交錯對插。
（二）角膜生理
角膜的生理功能有以下幾個方面：①與鞏膜一起保護眼球；②透明、無色、無血管，使光線可以透過，進入眼內；③角膜雖薄，但有很強的屈光能力。
為了維持上述功能，角膜需要具備其固有的化學成分和物理特性；需要充分的營養和正常的代謝；角膜的感覺敏銳，與眼的保護機制也有密切關係。
1.角膜的化學成分
（1）水：占角膜組織重量的72％～82％。
（2）蛋白質：約占18％～20％（其中膠原蛋白約15％，其他蛋白質約5％）。從臨床角度看，其中的可溶性蛋白很重要，是角膜抗原的決定因素，與角膜移植片的透明存活有著密切關係。
膠原蛋白占角膜乾重的75％，大部分不溶於稀釋的酸、鹼溶液。
（3）酶：角膜內含有各種酶，如：磷酸酯酶、澱粉酶、三磷腺苷酶、膽鹼酯酶、膠原酶，這些酶在上皮和內皮細胞內含量較基質內多，這也說明前者的代謝較後者旺盛。
（4）黏多醣：存在於膠原纖維間隙，起水合作用，由三部分組成，即：50％硫酸角蛋白，25％軟骨素和25％硫酸軟骨素A。黏多醣代謝紊亂時，可引起角膜混濁。
（5）無機鹽：角膜含有各種無機鹽類，如：鈉、鉀、鈣、鎂和鋅，同時也含有氯化物、乳酸鹽、磷酸鹽和硫酸鹽等。
（6）其他：除了上述物質之外，角膜還含有一些其他物質，如：糖原、氨基酸（甘氨酸和羥脯氨酸含量較高）、維生素C和脂質，在某些眼病和角膜營養不良時，脂質含量明顯增加。
2.角膜的營養和代謝 角膜的營養物質通常有三個來源：角膜周圍毛細血管、淚液和房水。在三者中房水是其主要來源。營養物質到達角膜之後，通過一系列的代謝過程，所獲得的能量供給組織的正常需要，對角膜來說，主要是用來維持它的透明性和正常水合狀態。
葡萄糖和氧是參與角膜代謝的兩個主要物質。角膜的葡萄糖代謝主要是在無氧的條件下通過酵解，生成乳酸和丙酮酸。另外一小部分葡萄糖在有氧的情況下，通過三羧酸循環完全氧化，生成二氧化碳和水。前者1mol葡萄糖產生2mol ATP，後者1mol葡萄糖完全氧化能夠產生36mol ATP。通過無氧糖酵解產生的丙酮酸部分可再經三羧酸循環生成二氧化碳和水。
角膜的葡萄糖能夠以糖原形式儲存，其含量約為2mg/g角膜組織。當角膜外傷或手術後，組織需要更多的能量進行修復時，糖原即被分解。上皮內的葡萄糖還可以通過磷酸戊糖旁路進行代謝，形成5-磷酸核糖和煙醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）。在角膜內合成脂質時，需要磷酸戊糖旁路形成的NADPH，而磷酸核糖可以形成核酸（DNA和RNA）。
角膜代謝所需的氧來自四個途徑：角膜前淚膜、房水、角膜緣毛細血管和瞼結膜毛細血管。角膜上皮所消耗的氧在睜眼時主要通過角膜前的淚膜從大氣中獲得；在閉眼時由瞼結膜和角膜緣毛細血管瀰散而來，其氧分壓約為7.332kPa（55mmHg）。角膜基質深層和內皮所需的氧來自房水。當長期配戴大而緊的角膜接觸鏡時，由於缺氧，角膜可以出現水腫。如果在密閉的護目鏡內充滿氮氣，角膜也會水腫，這是由於在無氧條件下，角膜上皮產生過量乳酸，導致角膜基質的腫脹和混濁。
在正常情況下，角膜代謝產生乳酸，濃度約為110mg/100ml。在缺氧情況下乳酸含量增多。在生理性pH時，乳酸100％呈離子狀態。沒有代謝的乳酸大部分擴散到角膜前淚膜，少部分經內皮擴散到房水。
二氧化碳的排出主要通過角膜前表面向大氣中直接擴散。與上皮相比房水中含有較高濃度的二氧化碳，在非離子狀態下，它是脂溶性的，故很容易由內向外擴散。
3.角膜的神經支配與敏感性 角膜含有豐富的感覺神經末梢，是人體最敏感的部位。來自三叉神經第一主支眼支的神經纖維，經睫狀神經到達角膜。睫狀神經在角膜緣後不遠處自脈絡膜上腔穿出眼球，發出細支向前延伸並互相吻合，與結膜的神經吻合，在鞏膜不同深度形成角膜緣神經叢。
神經叢發出60～80支有髓神經，於角膜厚度的中1/3處從角膜緣進入角膜，大部分由顳側和鼻側角膜緣進入。故神經纖維在角膜緣處較粗，之後逐漸變細，繼續前行分叉，互相重疊，向淺表前行，在前彈力層下形成緻密的神經叢。有髓神經進入角膜後在角膜緣內1～2mm處脫去髓鞘，構成神經叢分佈於角膜各層。淺層的神經叢發出垂直小支穿過前彈力層，分成細纖維終止於角膜上皮細胞之間，因此角膜感覺特別敏感。向深層走行的神經纖維不穿過後彈力層（圖2-1）。
角膜有三種感覺：冷熱覺、痛覺和觸覺（壓覺）。冷熱覺是由從結膜進入角膜的Krause終球所感受。當應用局部麻醉劑時，痛覺和觸覺先消失，然後才是冷熱覺。因此在Krause終球被完全抑制之前，可以導致一種不愉快的冷感覺。
觸覺和痛覺在角膜中央最敏感，近角膜緣處減弱。女性比男性的角膜感覺稍敏感，但在月經期下降。角膜的感覺隨年齡而下降。國人角膜的觸覺比白種人更敏感。
角膜的感覺在早晨較低，晚上較高，可能是經過一夜的眼瞼閉合致角膜供氧下降，或者是由於眼內壓的變化，早晨角膜上皮常有輕度的水腫所致。
當眼科手術在角膜緣作切口時，術後6～9個月，神經末梢可以再生。但在穿透性角膜移植術後，角膜移植片的感覺常常不能完全恢復。
4.角膜的透明性 正常角膜是透明的。這一特性對角膜極其重要，一旦受到破壞，必將影響物體在視網膜上成像的清晰度。角膜的透明性除了需要具備其特殊結構之外，還需要完整的上皮和內皮、電解質與滲透壓的平衡、正常的代謝和眼內壓，及眼球表面水分的正常蒸發等。
（1）特殊的結構與格子理論（lattice theory）：角膜結構特殊，沒有血管，基質內板層排列相互平行，擠得很緊，板層纖維大小一致。格子理論認為膠原纖維的直徑相等，而且排列成格子狀，其格子的尺寸小於一個波長。因此這種纖維網格對所有散射光線起衍射柵欄作用，產生干涉，使其互相抵銷，而對那些來自同方向的投射光線則不進行干涉，反而互相加強，從而使組織顯得透明。若破壞了纖維的這種正常排列，就會不同程度的影響透明度。
（2）上皮和內皮的完整性：當角膜上皮或內皮受到化學、物理或各種輻射性損傷時，角膜基質隨之發生水腫。角膜上皮再生很快，當上皮完全修復時，水腫很快消失。任何原因造成角膜內皮細胞丟失過多，都可以發生大泡性角膜病變。
（3）電解質與滲透壓的平衡：在體內為了維持電解質和滲透壓的平衡，細胞內液與細胞外液的化學組成存在差異。當細胞內外液體的滲透壓發生差異時，維持平衡主要靠水分子的移動。決定細胞外液滲透壓的電解質主要是鈉離子（Na+）；而決定細胞內液滲透壓的電解質主要是鉀離子（K+）。細胞膜內外K+與Na+分佈的差異，是由於細胞能主動地把Na+排出細胞外，同時將K+轉入細胞內，這種主動的轉移被稱為“鈉泵”。上皮和內皮這種鈉泵的功能對於維持角膜的正常水合狀態有重要的作用。
（4）正常的代謝：正常代謝也是維持角膜透明的諸多因素之一。要想使離子泵（鈉泵）發揮作用，除了ATP，還需要鈉鉀三磷腺苷酶（Na+、K+-ATP酶）的存在。若抑制上皮和內皮的代謝，離子泵功能下降，角膜過分吸水即將導致水腫混濁。
角膜代謝也受溫度的影響，當角膜處於低溫時，由於代謝功能下降，角膜吸水，如果角膜尚儲存有足夠的葡萄糖，當角膜回到接近正常體溫時，它能夠重新脫水。來自眼庫儲存於低溫（4℃）的角膜，均有輕度水腫，在移植之後，溫度恢復到正常體溫，植片厚度逐漸變薄，這一吸水和脫水過程與角膜代謝活動密切相關。
（5）眼表面水分的蒸發：通過水分的蒸發，淚液濃縮，其滲透壓相對升高。高滲的淚膜能從角膜吸出水分，保持角膜的脫水狀態和正常厚度。
（6）眼內壓：眼內壓增高引起房水循環障礙，房水中含氧量及營養物質減少，細胞內酶的活性也受到影響，使細胞的正常代謝發生紊亂，功能障礙程度與眼內壓升高程度及持續時間密切相關，致使過量房水進入角膜實質，引起基質水腫、角膜混濁和厚度增加。
眼內壓升高，引起角膜水腫和增厚。眼內壓達6.67kPa（50mmHg）時，即可引起角膜水腫。如果高眼壓時間不長，沒有造成內皮細胞永久和過多的損傷，當用藥物或手術方法把眼內壓降到正常時，角膜即可恢復透明和正常厚度。
5.角膜的水腫壓 角膜有一種吸收水分進入基質的力量，這種力量實際上是一種負壓，稱為水腫壓（swelling pressure）。角膜的正常水腫壓是80g/cm2，即8kPa（60mmHg）。
角膜組織中水的含量通常用水的重量來表示，相當於每克乾角膜組織恢復到正常狀態所需要的水分，稱為含水量。在角膜表面有上皮細胞，內面有內皮細胞作為屏障，阻礙水的進入和移出，其目的是為了維持角膜的正常厚度和透明度，因此在角膜厚度和水合作用之間存在著一個直線關係。
角膜基質內水分增加時，厚度也隨之增加，這種厚度的增加，與膠原纖維沒有關係，也即膠原纖維與水不起反應，厚度的增加是由於分佈在膠原纖維之間的黏多醣吸水，膨脹呈凝膠狀態，膠原纖維只是被推開、分離，在結構上發生紊亂，但仍然是原來的長度和粗細。
6.角膜的滲透性 不管從生理的角度，還是從藥物治療的角度都有其重要意義。由於角膜沒有血管，其營養物質的供給，如氧和葡萄糖等，均有賴於從周圍液體中擴散滲透而來；臨床上局部所用藥物，也大多借此特性使藥物到達角膜內病變區或眼內。當然，除此之外還有許多其他因素，如藥物本身的性質和角膜各層特性等也都在不同程度上影響著藥物進入角膜和眼內的程度。
上皮和內皮細胞富含脂類，因此脂溶性和非極性物質易於通過；而基質層則較易被水溶性和極性物質通過。滴入結膜囊內的藥物，無論何種製劑，在它們到達角膜上皮表面之前，首先要克服水溶性淚液膜，而完全脂性物質是難以通過這層淚液膜。由於藥物要通過不同特性的障礙層，因此理想的滲透性藥物應該具有雙相溶解性，也就是既有水溶性，又有脂溶性。
臨床上常用的滴眼液如毛果芸香鹼、後馬托品等均有解離型分子和非解離型分子，兩者保持一定的動態平衡。在未解離前呈游離鹼狀態時具有脂溶性，易透過上皮，然後在基質層內轉化為解離型分子，經擴散抵達內皮細胞層，此時再轉變為非解離型游離鹼，通過內皮細胞進入前房。
角膜像其他生物膜一樣，小分子量的水溶性物質和離子容易透過角膜上皮滲透擴散入眼內，大的分子對角膜的滲透性受化學結構、物理性質、藥液濃度以及pH值的影響。如果溶液的滲透壓低於0.9％，角膜上皮的滲透性增加。pH在4.0～10.0的範圍內，不影響角膜上皮的滲透性。如果溶液的pH值在此範圍之外，其角膜的滲透性就要受到影響。
減少表面張力的物質能增加角膜的通透性，這種物質稱為表面活性劑，可能是擾亂上皮屏障使藥物容易從上皮細胞間通過。例如苯紮氯銨（benzalkonium choride）能夠增加擬膽鹼藥卡巴膽鹼（carbachol）的吸收，但要注意高濃度時可引起角膜水腫。增加藥物的黏稠度或製成油膏，能使藥物接觸時間延長，亦有利於藥物的透入。
上皮構成角膜的屏障，一旦除去上皮或上皮發生炎症時，將增加許多藥物的滲透能力。例如0.1％地塞米松磷酸鈉溶液滴在正常角膜無法透過角膜，只有在除去上皮時，才能透過角膜進入房水；而在炎症角膜，即使上皮完整無缺，它也能透過角膜進入前房。有害的酸液接觸角膜時，蛋白立即凝固，形成一層保護膜，阻礙有害的酸性物質繼續入侵。但是當眼暴露於強鹼溶液時，上皮首先水腫，繼而脫落，這樣就相當於失去了上皮屏障，有害的鹼性物質可以繼續深入，造成嚴重的傷害。
7.角膜血管與新生血管 角膜之所以透明，其重要因素之一是角膜組織內沒有血管，血管終止於角膜緣，形成血管網，營養成分由此擴散入角膜。角膜緣周圍的血管網由睫狀前血管構成。睫狀前動脈自四條直肌肌腱穿出後，在鞏膜表層組織中前行，至距角膜約4mm處發出分支穿入鞏膜到達睫狀體，參與虹膜大環的組成。其主幹不進入鞏膜，繼續前行至角膜緣，構成角膜緣周圍的血管網。主幹在形成血管網之前發出小支至前部球結膜，最終為結膜前動脈，與來自眼瞼動脈弓的結膜後動脈相吻合。
正常角膜以無血管為特徵，只有在病理狀態下才有血管新生。正常無血管的角膜在病理狀態下為什麼會出現新生血管，大致有以下五種假設：
（1）角膜組織水腫假說：角膜組織結構緊密，新生血管無隙可入。當角膜水腫，緊密度下降，間隙變寬，為角膜的血管新生創造了條件。但也不儘然，如角膜內皮營養不良引起的角膜水腫，一般沒有新生血管。
（2）缺氧假說：配戴角膜接觸鏡引起的角膜新生血管與缺氧有關。但是缺氧並不能完全解釋所有的眼部新生血管，有些不存在缺氧因素的病例仍有新生血管形成，因此缺氧只能是誘發某種導致新生血管形成因子合成和釋放的因素之一。
（3）血管新生抑制因子破壞假說：血管不能長入正常的角膜，因此是否在正常角膜內有一種物質能夠抑制血管的長入。當角膜受到損傷時，這種限制血管細胞增生的抑制因子遭到破壞，新生血管得以長入角膜。
（4）刺激血管新生物質假說：角膜血管新生是組織損傷的一種反應，這種現象是由於受傷細胞釋放出一種或多種可瀰散的因子，刺激或誘發角膜血管新生。這種物質不僅能刺激原有血管產生新的血管，而且還能使這些新生血管有陽性趨化反應（positive chemotaxis），即形成一個以血管起源處為基底，角膜損傷部位為頂點的三角形新生血管分佈區。PGE1致新生血管形成作用最強，用吲美辛抑制前列腺素合成可抑制角膜新生血管形成。
（5）白血球浸潤假說：正常角膜內基本上沒有白血球，在角膜血管新生之前先有白血球的浸潤。但是白血球在角膜血管形成中並不是必不可少的，很可能只是起著加強作用。
目前推斷：在正常情況下，角膜組織緊密，血管不具備侵入的條件；一旦組織水腫，基質變得疏鬆，血管就有了侵入的條件，而隨後白血球的浸潤、抑制因子的破壞、刺激因子的產生，都可能參與角膜血管的新生。
（三）角膜創傷修復
角膜位於眼球前部，受傷的可能性大。另外，角膜移植和許多內眼手術常在透明角膜及角膜緣做切口，角膜屈光手術在角膜上作切口和雷射切削。因此有必要認識角膜創傷的修復癒合規律。
角膜創傷癒合是一系列級聯反應作用的結果，上皮的損傷是級聯反應的始動因素。當上皮損傷後，上皮細胞及基底膜釋放的細胞因子、白血球介素-1（IL-1）、α腫瘤壞死因子、表皮生長因子、血小板衍生生長因子等激發基質細胞各種反應，IL-1介導的FAS配體的產生與周圍基質細胞表面的FAS受體結合導致細胞凋亡。基質細胞的凋亡幾乎與上皮損傷同時發生。隨後周邊基質細胞開始增殖分化，並移行到細胞凋亡區域，B細胞出現並吞噬凋亡的角膜細胞及其崩解的碎屑。在β轉化生長因子及其他細胞因子的作用下增殖的角膜細胞產生成纖維細胞，分化成肌成成纖維細胞。上皮損傷後兩週由於基底膜不完整、不平整，在鄰近上皮的前基質可見肌成成纖維細胞，這些細胞通過產生膠原、葡萄糖胺聚糖、膠原酶、明膠酶和金屬蛋白酶等來重塑膠原和細胞外基質。
1.上皮及前彈力層的創傷修復 角膜上皮受傷之後，附近細胞變形，向創面移動，爬過暴露的基底膜，形成新的單層上皮覆蓋缺損區。傷後創緣附近上皮細胞的分裂功能暫時受到抑制，上皮缺損處及其附近由於上皮移動而變薄，數週至數月後可因細胞分裂而增厚、填平變薄區，最後恢復到5～6層上皮細胞的正常狀態。
上皮缺損的面積較小時，可以在24小時內修復；面積較大時，所需時間較長；當整個角膜表面的上皮細胞被刮除時，它的癒合過程是通過角膜緣的細胞以有絲分裂和變形運動來修復和覆蓋角膜上皮的缺損處。上皮修復的初期，細胞排列不整齊，細胞間的結合也不緊密，上皮細胞基底膜、半橋粒也不完善，細胞與基底膜連接還未牢固，很容易剝脫或被水腫拱起，甚至在夜間睡眠時，發生新生上皮與瞼結膜黏著，此時突然睜眼，有時可發生剝脫，可有疼痛感。一般在數週之後，上皮細胞才能與基底膜牢固附著。由於上皮可以再生，單純上皮損傷不留下瘢痕。
在正常情況下，上皮細胞的鑲嵌結構緊密，螢光素溶液無法穿透。角膜上皮細胞受損時，細胞間的緊密連接被破壞，螢光素很容易到達基底膜和淺層基質，使損傷處角膜著色。
前彈力層無再生能力，若受外傷、雷射切削或缺損時，由成纖維細胞所替代。因此，前彈力層創傷之後，會引起不同程度的角膜混濁，例如在PRK術後，肌成成纖維細胞過度增殖將降低角膜的透明性，形成haze。
2.基質層的創傷修復 在基質層受到切割或其他外傷時，創口處立刻吸水，水腫、隆起，在創緣周圍出現中性粒細胞和巨噬細胞，這些細胞來自淚液和角膜緣毛細血管網。與此同時，創緣角膜細胞失去突起，出現核小體，酶活性亢進，原來穩定的纖維細胞變為成纖維細胞，出現不規則的前膠原和膠原纖維。由於角膜上皮細胞分裂較快，迅速填滿創口，這時可以造成一個假象，似乎創口已經癒合，但是由於上皮細胞不能產生膠原組織，並使創口具有很強的張力，此時創口很容易扯開。在此之後，炎症反應下降，創口進入重建階段，纖維組織逐漸填滿缺損，新的膠原纖維排列很不規則，留下不同程度的瘢痕。新形成的瘢痕其抗張力需不斷加強，如穿透性角膜移植的創口，需要在數月甚至數年之後，其抗張力才逐漸接近於正常，而在放射狀角膜切開術後數年，仍有原切口遭外傷時裂開的病例。
3.後彈力層及內皮的創傷修復 後彈力層破裂時，由於結構的關係，它的創緣常常捲曲。附近角膜內皮開始變大、移行，覆蓋內皮缺損區。新的內皮細胞開始分泌，1～6個月後，重新形成一層新的後彈力層，捲曲的後彈力層可以終生殘留。角膜內皮細胞較上皮修復過程稍慢，約在傷後3天才能將創口覆蓋。
大的角膜貫通傷，若未作及時處理，在創口內常有大量纖維素充填，或者有虹膜嵌入，這些組織隨後纖維化並形成瘢痕。這樣的創口內常有血管新生。
4.延緩角膜創傷修復的因素 大量的激素可以抑制成纖維細胞的形成，減緩角膜創口的癒合。激素若用量較小，時間較短，一般影響不大。
表面麻醉劑對角膜上皮也有不同程度的影響，其中對角膜上皮損傷最嚴重的是可卡因，它可使角膜上皮內球蛋白發生可逆性沉澱，易致上皮剝脫。其他大多數合成的表面麻醉劑，如丁卡因，也有輕重不同的類似作用。在滴用表面麻醉劑時，閉合眼瞼，可減少此現象的發生。
紫外線對上皮細胞的有絲分裂有不同程度的影響，較大劑量的紫外線照射後，可引起角膜上皮細胞核的分解、壞死以及上皮層與基質層的分離。
當角膜創傷發生感染時，微生物釋放出來的外毒素、內毒素和蛋白水解酶等物質的綜合作用，及其細胞毒作用引起細胞因子的生物學效應和自由基損傷，會延緩角膜創傷的修復，且癒合後易遺留瘢痕，嚴重者甚至引起角膜潰瘍或穿孔，嚴重影響視力。
二、全眼與角膜生理光學
當光從一種介質進入另一種不同折射率的介質時，光線將在介面發生偏折現象，該現象在眼球光學中稱為屈光。
從光學角度可將眼看成是複合光學系統。眼屈光是指光線進入眼，通過屈光介質折射，在視網膜上成像的過程。光線在介面的偏折程度，可用屈光力的概念來表達，屈光力取決於兩介質的折射率和介面的曲率半徑。屈光力大小可以用焦距（f）來表示。在眼球光學中，應用屈光度（diopter，簡寫D）作為屈光力的單位，是以米為單位的焦距的倒數，即屈光力（D）=1/f。例如一透鏡的焦距為0.4m，則該透鏡的屈光力為：1/0.4＝2.50D。
眼球光學系統包括從角膜到視網膜的每一個介面，主要成分由外向裏依次為：角膜、瞳孔、房水、晶狀體、玻璃體和視網膜。
1.角膜 眼屈光力主要來自角膜，這是因為角膜折射率是1.376，其前表面接觸的空氣折射率是1.000，其後表面接觸的房水折射率是1.336，最終使角膜為眼提供了約70％的屈光力。人眼的角膜雖然是透明的，但是實際上角膜還是散射了約10％的入射光線，該部分散射主要發生在角膜的基質層。若角膜散射增加，角膜透明性會下降，影響視覺。另外，角膜像差對視覺的影響還與瞳孔大小有關，在4mm的瞳孔狀態下，角膜球差相當於0.21～1.62D。
2.瞳孔 瞳孔直徑因外界照明水平的增加而縮小，產生相對小的模糊斑，增加焦深，減少像差，同時減少角膜規則散光和不規則散光。但是當瞳孔直徑過小時，照明明顯減少，衍射作用的影響增大，反而引起視網膜像質下降。當瞳孔直徑增大，像差也隨之增加，視力下降。理想的瞳孔直徑是以上諸因素的平衡。
3.晶狀體 晶狀體雖厚，曲率也大，但與其周圍房水的折射率相近，因此屈光力反而不如角膜。在調節過程中，眼動態改變其屈光力是靠晶狀體的前後兩個表面，主要是改變前表面的曲率來實現的。正常人眼的晶狀體在20歲時散射20％的入射光線，在60歲時散射量增加了兩倍多，導致人眼的對比敏感度下降。另外，正常人眼的晶狀體在20歲時對入射藍光的吸收約為30％，在60歲時增加至約60％，減少了色差，但同時也降低了色覺。
4.視網膜 在較暗的環境亮度下主要是桿細胞的活動，稱暗視覺；在明亮的環境中則主要是視錐細胞的活動，稱明視覺；在中等亮度範圍，兩種感光細胞均參與視覺，稱間視覺。當從亮處突然進入暗處時，視覺系統對光的敏感度隨時間逐漸升高，這個過程稱為暗適應。與暗適應相反的過程稱為明適應，明適應的時間比暗適應短。
黃斑中心凹呈1/3度的弧形，其上每一功能視錐細胞呈一定的方向，均指向眼的第二節點，可以減少光在視錐細胞上的散射，抵抗眩光。另外黃斑部的黃色色素減少了光譜中藍光段的色差，並可吸收散射光。
視覺系統的空間分辨能力常用視敏度來表示，即眼能夠分辨的最小細節所對應的視角（以分為單位）的倒數。從生理解剖角度來看，視敏度的極限由視錐細胞在視網膜上排列的密度所決定；而從物理光學角度來看，視敏度的極限由眼光學系統的衍射極限所決定。
視覺資訊的成功獲得首先取決於眼球光學系統能否將外部入射光線清晰聚焦在視網膜上，即眼的屈光狀態是否正常。眼的屈光力與眼軸長度匹配與否是決定屈光狀態的關鍵。當眼調節放鬆時，外界的平行光線（一般認為來自5m以外）經眼的屈光系統偏折後恰好在黃斑中心凹聚焦，這種屈光狀態稱為正視（emmetropia）。若不能在黃斑中心凹聚焦，稱為非正視（ametropia）或屈光不正（refractive error），將不能產生清晰像。
三、角膜生物力學
角膜生物力學對角膜屈光手術的影響非常重要，先前一直未被充分認識，雷射切削後角膜組織間生物力學行為的變化並未在雷射工程師的預期考慮之中，因此儘管雷射工程師已設計出精確到0.1μm的雷射用於切削角膜，實際矯正效果與預期相比仍有不小的差距。直到1997年，Roberts才明確提出角膜屈光手術受角膜生物力學影響的觀點，並逐漸被人們所接受。
（一）形態相減模式
最初光屈光性角膜切削術（PRK）採用的是Munnerlyn等人的簡單模式，即形態相減模式（shape subtraction）。這種模式是基於曲率改變的要求對角膜組織進行幾何相減，即簡單地把角膜看成是一塊“塑膠”，術前角膜形態減去雷射切削去除的角膜組織即得到剩餘角膜組織的形態。對於近視切削，手術前後的角膜均可看成是一個球鏡，術前曲率大於術後。術後角膜的厚度為術前角膜厚度與最大切削深度之差，切削深度取決於切削範圍的大小。涉及切削的組織只是簡單地移除或“相減”得到最後的結果。遠視眼的切削與近視眼相似，只是切削位置不同，引起術後曲率增加。此模式基於三個假設：
（1）受手術影響的只是切削區範圍內的這部分角膜。
（2）“你所切除的即你所得到的”。
（3）即使切削區外發生了改變，也不影響中央角膜的形態或視力。
大量臨床經驗和實驗研究都已證明上述假設是錯誤的：
（1）切削區域外的角膜隆起度、厚度和曲率比術前增加。
（2）所得到的並非所切除的，其結果與“形態相減”模式不一致。
（3）切削區域外角膜隆起度越增加，中央曲率將越平坦，並可影響中心視力。
第一節 屈光手術的生物學基礎
一、角膜解剖生理與切口癒合
（一）角膜解剖
角膜呈透明狀態，約占纖維膜的前1/6。成年人角膜水平徑平均11.7mm（11.0～12.5mm），女性略小；垂直徑略短，平均10.2mm（10.0～11.5mm）。3歲以上兒童的角膜直徑已接近成人。中央瞳孔區附近大約4mm直徑的圓形區內近似球形，其中各點的曲率半徑基本相等，而中央區以外的中間區和邊緣部角膜較為扁平，各點的曲率半徑不盡相同。角膜前表面的曲率半徑在水平方向為7.8mm，垂直方向為7.7mm；角膜後表面的曲率半徑為6.2～6.8mm。角膜厚度各部位有所不同，中央部最薄，平均為0.5mm，周邊部約為1mm。角膜的表面積約為1.3cm2，占眼球總面積的1/14。
角膜分為五層，由前向後依次為：上皮細胞層（epithelium）、前彈力層（lamina elastica anterior）、基質層（stroma）、後彈力層（lamina elastica posterior）和內皮細胞層（endothelium）。
1.角膜上皮層 由外胚層分化形成。是角膜最外邊一層，解剖上與結膜相延續。在角膜中央處的上皮層最薄，厚約50～60μm，約占全角膜厚度的10％，由5～6層細胞所組成。角膜周邊的上皮層增厚，約70～80μm，細胞增加到8～10層。上皮層的折射率為1.375～1.543，各家報告差異較大。
複層上皮細胞共分為三種：基底細胞（basal cells）、翼狀細胞（wing cells）和表層細胞（superficial cells）。在基底細胞與翼狀細胞層間偶爾可見淋巴細胞和吞噬細胞。
（1）基底細胞層：為單層細胞，位置最深。細胞的底部與前彈力層毗鄰，頂部與翼狀細胞連接，每個細胞的大小和形狀基本一致，為多角形、高柱狀，高18μm、寬10μm。
基底細胞底部的細胞膜厚約8nm，與後面的基底膜之間存在約11nm寬的間隙。底部細胞膜有許多半橋粒（half-desmosomes），從半橋粒發出一些微細纖維，穿過間隙與基底膜相連接，有些甚至繼續向深部延伸，穿過基底膜進入前彈力層。這些半橋粒有利於上皮層穩固地附著在前彈力層上。
電鏡顯示基底膜為完整的嗜鋨酸層，厚約480Å。基底膜厚度在角膜不同部位有所不同，中央部薄，周邊部厚。基底膜與後面的前彈力層混合在一起，界限不清楚。
相鄰基底細胞的側壁細胞膜以橋粒（desmosomes）及粘連斑（maculae adherens）相連接，但後者較為少見。在基底細胞之間存在著單樹突或多樹突的無髓鞘神經。基底細胞與前面的翼狀細胞之間的細胞膜存在橋粒連接，偶爾也可見粘連斑。
（2）翼狀細胞：為多角形，在角膜中央區有2～3層，周邊部為4～5層。翼狀細胞的前面呈凸面，後面呈凹面。它向側面延伸變細，形似翼狀，與其相鄰的細胞及基底細胞相連接，故此得名。當基底細胞進行有絲分裂並向前移入翼狀細胞層時，翼狀細胞仍保持其多角形，但逐漸變細。
翼狀細胞層的細胞膜顯示出明顯的交錯對插（interdigitation）。翼狀細胞之間及翼狀細胞與基底細胞之間以橋粒相連接。翼狀細胞層的橋粒連接比基底細胞層多，尤其是位於翼狀細胞層表面細胞的橋粒連接更多，翼狀細胞層中的粘連斑也比基底細胞層常見。
（3）表層細胞：為雙層細胞結構。細胞長而細，長約45μm，厚約4μm。細胞核扁平，長約25μm。
在翼狀細胞層與表層細胞之間，橋粒連接和粘連斑更多見。在上皮細胞層中，粘連小帶（zonula occludens）僅見於表層細胞。這種粘連小帶存在於鄰近角膜表面的細胞側壁，緊接角膜前的淚膜。如果細胞的表層完好，其前面的細胞膜就會有許多小的微皺褶（microplicae）和微絨毛（microvilli）。微皺褶高0.5μm，粗0.5μm；微絨毛高0.5～1.0μm，粗約0.5μm。微皺褶和微絨毛是表面上皮細胞正常結構的一部分，對淚膜在角膜上滯留起重要作用。
2.前彈力層 是由膠原纖維和交聯黏蛋白隨機組成的連續緻密的透明膜，過去認為這是一層特殊的膜，又名Bowman膜（Bowman,s membrane）。目前仍未明確前彈力層是由上皮細胞合成的纖維組成，還是基質層分化出的特殊一層，還是由上皮與基質共同作用的結果。
前彈力層厚約8～14μm，前表面光滑，與角膜上皮的基底膜相毗鄰，後表面與基質層融合在一起。前彈力層除了Schwann細胞延伸到該層以外，不存在其他細胞成分。Schwann細胞的延伸部分沿著神經穿過的隧道到達角膜上皮層。在角膜周邊部，前彈力層變薄，可出現細胞，甚至毛細血管。
前彈力層中的膠原纖維粗細均勻一致，直徑為14～16nm。膠原纖維周圍的間隙被黏蛋白所填充，與基質層的成分相似。但是前彈力層的膠原纖維直徑只有基質層纖維的1/2～2/3，主要由Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ和Ⅶ型膠原組成，排列鬆散且不規則，尤其是角膜周邊部的前彈力層纖維排列鬆散，其膠原纖維逐漸與球結膜的膠原纖維相融合。
前彈力層抵抗力弱、易受損、無再生能力。前彈力層在PRK術時被雷射切削而消失，在LASIK術後則得以保留。
3.角膜基質層 由中胚層分化形成。基質層由膠原纖維所構成，厚約500μm，占整個角膜厚度的90％。角膜基質層共含有200～250個板層，板層相互重疊在一起。每一板層厚約2μm，寬9～260μm，長度橫跨整個角膜。板層與角膜表面平行，板層之間也平行。角膜板層由膠原纖維組成，膠原纖維集合成扁平的纖維束，纖維束互相接合，形成規則的纖維板，纖維板層層緊密重疊，構成基質層。
板層的主要成分除膠原纖維以外，尚有纖維細胞（fibroblasts，keratocytes）和基質，還可有Schwann細胞，偶見淋巴細胞、巨噬細胞及多形核白血球。
電鏡下每一個切面均可見膠原纖維的縱切、斜切及橫切面。膠原纖維相互平行，大小一致，間隔相等，其直徑為32～36nm，其長度橫跨角膜直徑。纖維束被基質包繞並使其彼此分離。在角膜周邊部，基質層的結構逐漸接近鞏膜，板層及其纖維成分走行漸不規則，纖維直徑增加到60～70nm，纖維間隙不規則。
角膜基質（ground substance）包括黏蛋白（mucoprotein）及醣蛋白（glycoprotein）。基質充滿了纖維和細胞之間的空隙，形成每一個膠原纖維的外套（coating）。
在整個角膜基質層中均有纖維細胞。電鏡下觀察，纖維細胞位於板層間，偶爾延伸至板層內，纖維細胞有很多分支突起，並向各個方向伸展，與相鄰的纖維細胞分支突起相連接。在連接部位往往有間隙，寬約20nm。偶爾可見細胞之間的緊密連接（tight junction）。
4.後彈力層 又名Descemet膜（Descemet,s membrane），由角膜內皮細胞分泌形成，是角膜內皮細胞的基底膜。胎兒時期後彈力層比內皮細胞層薄，出生後兩者厚度大致相同。嬰兒時期，後彈力層厚約3～4μm，之後逐漸增厚。成人的厚度為8～12μm，約為內皮細胞層的2～3倍。
後彈力層由極其微細的膠原微絲所構成，有一定的張力和彈性，容易從相鄰的基質層和內皮細胞層中分離出來。臨床上可見後彈力層被撕裂為大的裂口時，裂口的邊緣可向後捲曲進入前房。正常角膜後彈力層可以再生，若為裂隙狀撕裂，通過內皮細胞形成新的後彈力層可以修復。
後彈力層堅固，對化學物質和病理損害的抵抗力強。當整個角膜基質層破潰化膿時，它仍能存留無損，故臨床上可見後彈力層向前膨出。
在角膜周邊部，後彈力層增厚向前房突起，其表面被內皮細胞所遮蓋，這些突起稱為Hassall-Henle小體或疣。這種疣起始於青年時期，隨著年齡的增長而逐漸增多。在角膜緣處，後彈力層散開，形成小樑的薄片（sheets）。
5.角膜內皮層 由中胚層分化形成。為單層細胞，大約由50萬個六邊形細胞所組成。細胞高約5μm，寬18～20μm。細胞核位於細胞的中央部，為橢圓形，直徑約7μm。細胞平均密度為2570個/mm2，隨年齡增加而減少。在嬰幼兒，內皮細胞進行有絲分裂，但在成年後不再進行有絲分裂，當內皮細胞損傷後，其缺損區由鄰近的內皮細胞增大、擴展和移行來覆蓋。
相鄰的內皮細胞側壁細胞膜以粘連小帶（zonulae occludentes）、粘連斑（maculae occlu-dentes）及黏著斑（maculae adherents）相連接，但是不存在橋粒連接。在細胞的後1/3近前房處為粘連小帶。在細胞前2/3為粘連斑和黏著斑，但不多見。除了這些連接以外，尚有複雜的交錯對插。
（二）角膜生理
角膜的生理功能有以下幾個方面：①與鞏膜一起保護眼球；②透明、無色、無血管，使光線可以透過，進入眼內；③角膜雖薄，但有很強的屈光能力。
為了維持上述功能，角膜需要具備其固有的化學成分和物理特性；需要充分的營養和正常的代謝；角膜的感覺敏銳，與眼的保護機制也有密切關係。
1.角膜的化學成分
（1）水：占角膜組織重量的72％～82％。
（2）蛋白質：約占18％～20％（其中膠原蛋白約15％，其他蛋白質約5％）。從臨床角度看，其中的可溶性蛋白很重要，是角膜抗原的決定因素，與角膜移植片的透明存活有著密切關係。
膠原蛋白占角膜乾重的75％，大部分不溶於稀釋的酸、鹼溶液。
（3）酶：角膜內含有各種酶，如：磷酸酯酶、澱粉酶、三磷腺苷酶、膽鹼酯酶、膠原酶，這些酶在上皮和內皮細胞內含量較基質內多，這也說明前者的代謝較後者旺盛。
（4）黏多醣：存在於膠原纖維間隙，起水合作用，由三部分組成，即：50％硫酸角蛋白，25％軟骨素和25％硫酸軟骨素A。黏多醣代謝紊亂時，可引起角膜混濁。
（5）無機鹽：角膜含有各種無機鹽類，如：鈉、鉀、鈣、鎂和鋅，同時也含有氯化物、乳酸鹽、磷酸鹽和硫酸鹽等。
（6）其他：除了上述物質之外，角膜還含有一些其他物質，如：糖原、氨基酸（甘氨酸和羥脯氨酸含量較高）、維生素C和脂質，在某些眼病和角膜營養不良時，脂質含量明顯增加。
2.角膜的營養和代謝 角膜的營養物質通常有三個來源：角膜周圍毛細血管、淚液和房水。在三者中房水是其主要來源。營養物質到達角膜之後，通過一系列的代謝過程，所獲得的能量供給組織的正常需要，對角膜來說，主要是用來維持它的透明性和正常水合狀態。
葡萄糖和氧是參與角膜代謝的兩個主要物質。角膜的葡萄糖代謝主要是在無氧的條件下通過酵解，生成乳酸和丙酮酸。另外一小部分葡萄糖在有氧的情況下，通過三羧酸循環完全氧化，生成二氧化碳和水。前者1mol葡萄糖產生2mol ATP，後者1mol葡萄糖完全氧化能夠產生36mol ATP。通過無氧糖酵解產生的丙酮酸部分可再經三羧酸循環生成二氧化碳和水。
角膜的葡萄糖能夠以糖原形式儲存，其含量約為2mg/g角膜組織。當角膜外傷或手術後，組織需要更多的能量進行修復時，糖原即被分解。上皮內的葡萄糖還可以通過磷酸戊糖旁路進行代謝，形成5-磷酸核糖和煙醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）。在角膜內合成脂質時，需要磷酸戊糖旁路形成的NADPH，而磷酸核糖可以形成核酸（DNA和RNA）。
角膜代謝所需的氧來自四個途徑：角膜前淚膜、房水、角膜緣毛細血管和瞼結膜毛細血管。角膜上皮所消耗的氧在睜眼時主要通過角膜前的淚膜從大氣中獲得；在閉眼時由瞼結膜和角膜緣毛細血管瀰散而來，其氧分壓約為7.332kPa（55mmHg）。角膜基質深層和內皮所需的氧來自房水。當長期配戴大而緊的角膜接觸鏡時，由於缺氧，角膜可以出現水腫。如果在密閉的護目鏡內充滿氮氣，角膜也會水腫，這是由於在無氧條件下，角膜上皮產生過量乳酸，導致角膜基質的腫脹和混濁。
在正常情況下，角膜代謝產生乳酸，濃度約為110mg/100ml。在缺氧情況下乳酸含量增多。在生理性pH時，乳酸100％呈離子狀態。沒有代謝的乳酸大部分擴散到角膜前淚膜，少部分經內皮擴散到房水。
二氧化碳的排出主要通過角膜前表面向大氣中直接擴散。與上皮相比房水中含有較高濃度的二氧化碳，在非離子狀態下，它是脂溶性的，故很容易由內向外擴散。
3.角膜的神經支配與敏感性 角膜含有豐富的感覺神經末梢，是人體最敏感的部位。來自三叉神經第一主支眼支的神經纖維，經睫狀神經到達角膜。睫狀神經在角膜緣後不遠處自脈絡膜上腔穿出眼球，發出細支向前延伸並互相吻合，與結膜的神經吻合，在鞏膜不同深度形成角膜緣神經叢。
神經叢發出60～80支有髓神經，於角膜厚度的中1/3處從角膜緣進入角膜，大部分由顳側和鼻側角膜緣進入。故神經纖維在角膜緣處較粗，之後逐漸變細，繼續前行分叉，互相重疊，向淺表前行，在前彈力層下形成緻密的神經叢。有髓神經進入角膜後在角膜緣內1～2mm處脫去髓鞘，構成神經叢分佈於角膜各層。淺層的神經叢發出垂直小支穿過前彈力層，分成細纖維終止於角膜上皮細胞之間，因此角膜感覺特別敏感。向深層走行的神經纖維不穿過後彈力層（圖2-1）。
角膜有三種感覺：冷熱覺、痛覺和觸覺（壓覺）。冷熱覺是由從結膜進入角膜的Krause終球所感受。當應用局部麻醉劑時，痛覺和觸覺先消失，然後才是冷熱覺。因此在Krause終球被完全抑制之前，可以導致一種不愉快的冷感覺。
觸覺和痛覺在角膜中央最敏感，近角膜緣處減弱。女性比男性的角膜感覺稍敏感，但在月經期下降。角膜的感覺隨年齡而下降。國人角膜的觸覺比白種人更敏感。
角膜的感覺在早晨較低，晚上較高，可能是經過一夜的眼瞼閉合致角膜供氧下降，或者是由於眼內壓的變化，早晨角膜上皮常有輕度的水腫所致。
當眼科手術在角膜緣作切口時，術後6～9個月，神經末梢可以再生。但在穿透性角膜移植術後，角膜移植片的感覺常常不能完全恢復。
4.角膜的透明性 正常角膜是透明的。這一特性對角膜極其重要，一旦受到破壞，必將影響物體在視網膜上成像的清晰度。角膜的透明性除了需要具備其特殊結構之外，還需要完整的上皮和內皮、電解質與滲透壓的平衡、正常的代謝和眼內壓，及眼球表面水分的正常蒸發等。
（1）特殊的結構與格子理論（lattice theory）：角膜結構特殊，沒有血管，基質內板層排列相互平行，擠得很緊，板層纖維大小一致。格子理論認為膠原纖維的直徑相等，而且排列成格子狀，其格子的尺寸小於一個波長。因此這種纖維網格對所有散射光線起衍射柵欄作用，產生干涉，使其互相抵銷，而對那些來自同方向的投射光線則不進行干涉，反而互相加強，從而使組織顯得透明。若破壞了纖維的這種正常排列，就會不同程度的影響透明度。
（2）上皮和內皮的完整性：當角膜上皮或內皮受到化學、物理或各種輻射性損傷時，角膜基質隨之發生水腫。角膜上皮再生很快，當上皮完全修復時，水腫很快消失。任何原因造成角膜內皮細胞丟失過多，都可以發生大泡性角膜病變。
（3）電解質與滲透壓的平衡：在體內為了維持電解質和滲透壓的平衡，細胞內液與細胞外液的化學組成存在差異。當細胞內外液體的滲透壓發生差異時，維持平衡主要靠水分子的移動。決定細胞外液滲透壓的電解質主要是鈉離子（Na+）；而決定細胞內液滲透壓的電解質主要是鉀離子（K+）。細胞膜內外K+與Na+分佈的差異，是由於細胞能主動地把Na+排出細胞外，同時將K+轉入細胞內，這種主動的轉移被稱為“鈉泵”。上皮和內皮這種鈉泵的功能對於維持角膜的正常水合狀態有重要的作用。
（4）正常的代謝：正常代謝也是維持角膜透明的諸多因素之一。要想使離子泵（鈉泵）發揮作用，除了ATP，還需要鈉鉀三磷腺苷酶（Na+、K+-ATP酶）的存在。若抑制上皮和內皮的代謝，離子泵功能下降，角膜過分吸水即將導致水腫混濁。
角膜代謝也受溫度的影響，當角膜處於低溫時，由於代謝功能下降，角膜吸水，如果角膜尚儲存有足夠的葡萄糖，當角膜回到接近正常體溫時，它能夠重新脫水。來自眼庫儲存於低溫（4℃）的角膜，均有輕度水腫，在移植之後，溫度恢復到正常體溫，植片厚度逐漸變薄，這一吸水和脫水過程與角膜代謝活動密切相關。
（5）眼表面水分的蒸發：通過水分的蒸發，淚液濃縮，其滲透壓相對升高。高滲的淚膜能從角膜吸出水分，保持角膜的脫水狀態和正常厚度。
（6）眼內壓：眼內壓增高引起房水循環障礙，房水中含氧量及營養物質減少，細胞內酶的活性也受到影響，使細胞的正常代謝發生紊亂，功能障礙程度與眼內壓升高程度及持續時間密切相關，致使過量房水進入角膜實質，引起基質水腫、角膜混濁和厚度增加。
眼內壓升高，引起角膜水腫和增厚。眼內壓達6.67kPa（50mmHg）時，即可引起角膜水腫。如果高眼壓時間不長，沒有造成內皮細胞永久和過多的損傷，當用藥物或手術方法把眼內壓降到正常時，角膜即可恢復透明和正常厚度。
5.角膜的水腫壓 角膜有一種吸收水分進入基質的力量，這種力量實際上是一種負壓，稱為水腫壓（swelling pressure）。角膜的正常水腫壓是80g/cm2，即8kPa（60mmHg）。
角膜組織中水的含量通常用水的重量來表示，相當於每克乾角膜組織恢復到正常狀態所需要的水分，稱為含水量。在角膜表面有上皮細胞，內面有內皮細胞作為屏障，阻礙水的進入和移出，其目的是為了維持角膜的正常厚度和透明度，因此在角膜厚度和水合作用之間存在著一個直線關係。
角膜基質內水分增加時，厚度也隨之增加，這種厚度的增加，與膠原纖維沒有關係，也即膠原纖維與水不起反應，厚度的增加是由於分佈在膠原纖維之間的黏多醣吸水，膨脹呈凝膠狀態，膠原纖維只是被推開、分離，在結構上發生紊亂，但仍然是原來的長度和粗細。
6.角膜的滲透性 不管從生理的角度，還是從藥物治療的角度都有其重要意義。由於角膜沒有血管，其營養物質的供給，如氧和葡萄糖等，均有賴於從周圍液體中擴散滲透而來；臨床上局部所用藥物，也大多借此特性使藥物到達角膜內病變區或眼內。當然，除此之外還有許多其他因素，如藥物本身的性質和角膜各層特性等也都在不同程度上影響著藥物進入角膜和眼內的程度。
上皮和內皮細胞富含脂類，因此脂溶性和非極性物質易於通過；而基質層則較易被水溶性和極性物質通過。滴入結膜囊內的藥物，無論何種製劑，在它們到達角膜上皮表面之前，首先要克服水溶性淚液膜，而完全脂性物質是難以通過這層淚液膜。由於藥物要通過不同特性的障礙層，因此理想的滲透性藥物應該具有雙相溶解性，也就是既有水溶性，又有脂溶性。
臨床上常用的滴眼液如毛果芸香鹼、後馬托品等均有解離型分子和非解離型分子，兩者保持一定的動態平衡。在未解離前呈游離鹼狀態時具有脂溶性，易透過上皮，然後在基質層內轉化為解離型分子，經擴散抵達內皮細胞層，此時再轉變為非解離型游離鹼，通過內皮細胞進入前房。
角膜像其他生物膜一樣，小分子量的水溶性物質和離子容易透過角膜上皮滲透擴散入眼內，大的分子對角膜的滲透性受化學結構、物理性質、藥液濃度以及pH值的影響。如果溶液的滲透壓低於0.9％，角膜上皮的滲透性增加。pH在4.0～10.0的範圍內，不影響角膜上皮的滲透性。如果溶液的pH值在此範圍之外，其角膜的滲透性就要受到影響。
減少表面張力的物質能增加角膜的通透性，這種物質稱為表面活性劑，可能是擾亂上皮屏障使藥物容易從上皮細胞間通過。例如苯紮氯銨（benzalkonium choride）能夠增加擬膽鹼藥卡巴膽鹼（carbachol）的吸收，但要注意高濃度時可引起角膜水腫。增加藥物的黏稠度或製成油膏，能使藥物接觸時間延長，亦有利於藥物的透入。
上皮構成角膜的屏障，一旦除去上皮或上皮發生炎症時，將增加許多藥物的滲透能力。例如0.1％地塞米松磷酸鈉溶液滴在正常角膜無法透過角膜，只有在除去上皮時，才能透過角膜進入房水；而在炎症角膜，即使上皮完整無缺，它也能透過角膜進入前房。有害的酸液接觸角膜時，蛋白立即凝固，形成一層保護膜，阻礙有害的酸性物質繼續入侵。但是當眼暴露於強鹼溶液時，上皮首先水腫，繼而脫落，這樣就相當於失去了上皮屏障，有害的鹼性物質可以繼續深入，造成嚴重的傷害。
7.角膜血管與新生血管 角膜之所以透明，其重要因素之一是角膜組織內沒有血管，血管終止於角膜緣，形成血管網，營養成分由此擴散入角膜。角膜緣周圍的血管網由睫狀前血管構成。睫狀前動脈自四條直肌肌腱穿出後，在鞏膜表層組織中前行，至距角膜約4mm處發出分支穿入鞏膜到達睫狀體，參與虹膜大環的組成。其主幹不進入鞏膜，繼續前行至角膜緣，構成角膜緣周圍的血管網。主幹在形成血管網之前發出小支至前部球結膜，最終為結膜前動脈，與來自眼瞼動脈弓的結膜後動脈相吻合。
正常角膜以無血管為特徵，只有在病理狀態下才有血管新生。正常無血管的角膜在病理狀態下為什麼會出現新生血管，大致有以下五種假設：
（1）角膜組織水腫假說：角膜組織結構緊密，新生血管無隙可入。當角膜水腫，緊密度下降，間隙變寬，為角膜的血管新生創造了條件。但也不儘然，如角膜內皮營養不良引起的角膜水腫，一般沒有新生血管。
（2）缺氧假說：配戴角膜接觸鏡引起的角膜新生血管與缺氧有關。但是缺氧並不能完全解釋所有的眼部新生血管，有些不存在缺氧因素的病例仍有新生血管形成，因此缺氧只能是誘發某種導致新生血管形成因子合成和釋放的因素之一。
（3）血管新生抑制因子破壞假說：血管不能長入正常的角膜，因此是否在正常角膜內有一種物質能夠抑制血管的長入。當角膜受到損傷時，這種限制血管細胞增生的抑制因子遭到破壞，新生血管得以長入角膜。
（4）刺激血管新生物質假說：角膜血管新生是組織損傷的一種反應，這種現象是由於受傷細胞釋放出一種或多種可瀰散的因子，刺激或誘發角膜血管新生。這種物質不僅能刺激原有血管產生新的血管，而且還能使這些新生血管有陽性趨化反應（positive chemotaxis），即形成一個以血管起源處為基底，角膜損傷部位為頂點的三角形新生血管分佈區。PGE1致新生血管形成作用最強，用吲美辛抑制前列腺素合成可抑制角膜新生血管形成。
（5）白血球浸潤假說：正常角膜內基本上沒有白血球，在角膜血管新生之前先有白血球的浸潤。但是白血球在角膜血管形成中並不是必不可少的，很可能只是起著加強作用。
目前推斷：在正常情況下，角膜組織緊密，血管不具備侵入的條件；一旦組織水腫，基質變得疏鬆，血管就有了侵入的條件，而隨後白血球的浸潤、抑制因子的破壞、刺激因子的產生，都可能參與角膜血管的新生。
（三）角膜創傷修復
角膜位於眼球前部，受傷的可能性大。另外，角膜移植和許多內眼手術常在透明角膜及角膜緣做切口，角膜屈光手術在角膜上作切口和雷射切削。因此有必要認識角膜創傷的修復癒合規律。
角膜創傷癒合是一系列級聯反應作用的結果，上皮的損傷是級聯反應的始動因素。當上皮損傷後，上皮細胞及基底膜釋放的細胞因子、白血球介素-1（IL-1）、α腫瘤壞死因子、表皮生長因子、血小板衍生生長因子等激發基質細胞各種反應，IL-1介導的FAS配體的產生與周圍基質細胞表面的FAS受體結合導致細胞凋亡。基質細胞的凋亡幾乎與上皮損傷同時發生。隨後周邊基質細胞開始增殖分化，並移行到細胞凋亡區域，B細胞出現並吞噬凋亡的角膜細胞及其崩解的碎屑。在β轉化生長因子及其他細胞因子的作用下增殖的角膜細胞產生成纖維細胞，分化成肌成成纖維細胞。上皮損傷後兩週由於基底膜不完整、不平整，在鄰近上皮的前基質可見肌成成纖維細胞，這些細胞通過產生膠原、葡萄糖胺聚糖、膠原酶、明膠酶和金屬蛋白酶等來重塑膠原和細胞外基質。
1.上皮及前彈力層的創傷修復 角膜上皮受傷之後，附近細胞變形，向創面移動，爬過暴露的基底膜，形成新的單層上皮覆蓋缺損區。傷後創緣附近上皮細胞的分裂功能暫時受到抑制，上皮缺損處及其附近由於上皮移動而變薄，數週至數月後可因細胞分裂而增厚、填平變薄區，最後恢復到5～6層上皮細胞的正常狀態。
上皮缺損的面積較小時，可以在24小時內修復；面積較大時，所需時間較長；當整個角膜表面的上皮細胞被刮除時，它的癒合過程是通過角膜緣的細胞以有絲分裂和變形運動來修復和覆蓋角膜上皮的缺損處。上皮修復的初期，細胞排列不整齊，細胞間的結合也不緊密，上皮細胞基底膜、半橋粒也不完善，細胞與基底膜連接還未牢固，很容易剝脫或被水腫拱起，甚至在夜間睡眠時，發生新生上皮與瞼結膜黏著，此時突然睜眼，有時可發生剝脫，可有疼痛感。一般在數週之後，上皮細胞才能與基底膜牢固附著。由於上皮可以再生，單純上皮損傷不留下瘢痕。
在正常情況下，上皮細胞的鑲嵌結構緊密，螢光素溶液無法穿透。角膜上皮細胞受損時，細胞間的緊密連接被破壞，螢光素很容易到達基底膜和淺層基質，使損傷處角膜著色。
前彈力層無再生能力，若受外傷、雷射切削或缺損時，由成纖維細胞所替代。因此，前彈力層創傷之後，會引起不同程度的角膜混濁，例如在PRK術後，肌成成纖維細胞過度增殖將降低角膜的透明性，形成haze。
2.基質層的創傷修復 在基質層受到切割或其他外傷時，創口處立刻吸水，水腫、隆起，在創緣周圍出現中性粒細胞和巨噬細胞，這些細胞來自淚液和角膜緣毛細血管網。與此同時，創緣角膜細胞失去突起，出現核小體，酶活性亢進，原來穩定的纖維細胞變為成纖維細胞，出現不規則的前膠原和膠原纖維。由於角膜上皮細胞分裂較快，迅速填滿創口，這時可以造成一個假象，似乎創口已經癒合，但是由於上皮細胞不能產生膠原組織，並使創口具有很強的張力，此時創口很容易扯開。在此之後，炎症反應下降，創口進入重建階段，纖維組織逐漸填滿缺損，新的膠原纖維排列很不規則，留下不同程度的瘢痕。新形成的瘢痕其抗張力需不斷加強，如穿透性角膜移植的創口，需要在數月甚至數年之後，其抗張力才逐漸接近於正常，而在放射狀角膜切開術後數年，仍有原切口遭外傷時裂開的病例。
3.後彈力層及內皮的創傷修復 後彈力層破裂時，由於結構的關係，它的創緣常常捲曲。附近角膜內皮開始變大、移行，覆蓋內皮缺損區。新的內皮細胞開始分泌，1～6個月後，重新形成一層新的後彈力層，捲曲的後彈力層可以終生殘留。角膜內皮細胞較上皮修復過程稍慢，約在傷後3天才能將創口覆蓋。
大的角膜貫通傷，若未作及時處理，在創口內常有大量纖維素充填，或者有虹膜嵌入，這些組織隨後纖維化並形成瘢痕。這樣的創口內常有血管新生。
4.延緩角膜創傷修復的因素 大量的激素可以抑制成纖維細胞的形成，減緩角膜創口的癒合。激素若用量較小，時間較短，一般影響不大。
表面麻醉劑對角膜上皮也有不同程度的影響，其中對角膜上皮損傷最嚴重的是可卡因，它可使角膜上皮內球蛋白發生可逆性沉澱，易致上皮剝脫。其他大多數合成的表面麻醉劑，如丁卡因，也有輕重不同的類似作用。在滴用表面麻醉劑時，閉合眼瞼，可減少此現象的發生。
紫外線對上皮細胞的有絲分裂有不同程度的影響，較大劑量的紫外線照射後，可引起角膜上皮細胞核的分解、壞死以及上皮層與基質層的分離。
當角膜創傷發生感染時，微生物釋放出來的外毒素、內毒素和蛋白水解酶等物質的綜合作用，及其細胞毒作用引起細胞因子的生物學效應和自由基損傷，會延緩角膜創傷的修復，且癒合後易遺留瘢痕，嚴重者甚至引起角膜潰瘍或穿孔，嚴重影響視力。
二、全眼與角膜生理光學
當光從一種介質進入另一種不同折射率的介質時，光線將在介面發生偏折現象，該現象在眼球光學中稱為屈光。
從光學角度可將眼看成是複合光學系統。眼屈光是指光線進入眼，通過屈光介質折射，在視網膜上成像的過程。光線在介面的偏折程度，可用屈光力的概念來表達，屈光力取決於兩介質的折射率和介面的曲率半徑。屈光力大小可以用焦距（f）來表示。在眼球光學中，應用屈光度（diopter，簡寫D）作為屈光力的單位，是以米為單位的焦距的倒數，即屈光力（D）=1/f。例如一透鏡的焦距為0.4m，則該透鏡的屈光力為：1/0.4＝2.50D。
眼球光學系統包括從角膜到視網膜的每一個介面，主要成分由外向裏依次為：角膜、瞳孔、房水、晶狀體、玻璃體和視網膜。
1.角膜 眼屈光力主要來自角膜，這是因為角膜折射率是1.376，其前表面接觸的空氣折射率是1.000，其後表面接觸的房水折射率是1.336，最終使角膜為眼提供了約70％的屈光力。人眼的角膜雖然是透明的，但是實際上角膜還是散射了約10％的入射光線，該部分散射主要發生在角膜的基質層。若角膜散射增加，角膜透明性會下降，影響視覺。另外，角膜像差對視覺的影響還與瞳孔大小有關，在4mm的瞳孔狀態下，角膜球差相當於0.21～1.62D。
2.瞳孔 瞳孔直徑因外界照明水平的增加而縮小，產生相對小的模糊斑，增加焦深，減少像差，同時減少角膜規則散光和不規則散光。但是當瞳孔直徑過小時，照明明顯減少，衍射作用的影響增大，反而引起視網膜像質下降。當瞳孔直徑增大，像差也隨之增加，視力下降。理想的瞳孔直徑是以上諸因素的平衡。
3.晶狀體 晶狀體雖厚，曲率也大，但與其周圍房水的折射率相近，因此屈光力反而不如角膜。在調節過程中，眼動態改變其屈光力是靠晶狀體的前後兩個表面，主要是改變前表面的曲率來實現的。正常人眼的晶狀體在20歲時散射20％的入射光線，在60歲時散射量增加了兩倍多，導致人眼的對比敏感度下降。另外，正常人眼的晶狀體在20歲時對入射藍光的吸收約為30％，在60歲時增加至約60％，減少了色差，但同時也降低了色覺。
4.視網膜 在較暗的環境亮度下主要是桿細胞的活動，稱暗視覺；在明亮的環境中則主要是視錐細胞的活動，稱明視覺；在中等亮度範圍，兩種感光細胞均參與視覺，稱間視覺。當從亮處突然進入暗處時，視覺系統對光的敏感度隨時間逐漸升高，這個過程稱為暗適應。與暗適應相反的過程稱為明適應，明適應的時間比暗適應短。
黃斑中心凹呈1/3度的弧形，其上每一功能視錐細胞呈一定的方向，均指向眼的第二節點，可以減少光在視錐細胞上的散射，抵抗眩光。另外黃斑部的黃色色素減少了光譜中藍光段的色差，並可吸收散射光。
視覺系統的空間分辨能力常用視敏度來表示，即眼能夠分辨的最小細節所對應的視角（以分為單位）的倒數。從生理解剖角度來看，視敏度的極限由視錐細胞在視網膜上排列的密度所決定；而從物理光學角度來看，視敏度的極限由眼光學系統的衍射極限所決定。
視覺資訊的成功獲得首先取決於眼球光學系統能否將外部入射光線清晰聚焦在視網膜上，即眼的屈光狀態是否正常。眼的屈光力與眼軸長度匹配與否是決定屈光狀態的關鍵。當眼調節放鬆時，外界的平行光線（一般認為來自5m以外）經眼的屈光系統偏折後恰好在黃斑中心凹聚焦，這種屈光狀態稱為正視（emmetropia）。若不能在黃斑中心凹聚焦，稱為非正視（ametropia）或屈光不正（refractive error），將不能產生清晰像。
三、角膜生物力學
角膜生物力學對角膜屈光手術的影響非常重要，先前一直未被充分認識，雷射切削後角膜組織間生物力學行為的變化並未在雷射工程師的預期考慮之中，因此儘管雷射工程師已設計出精確到0.1μm的雷射用於切削角膜，實際矯正效果與預期相比仍有不小的差距。直到1997年，Roberts才明確提出角膜屈光手術受角膜生物力學影響的觀點，並逐漸被人們所接受。
（一）形態相減模式
最初光屈光性角膜切削術（PRK）採用的是Munnerlyn等人的簡單模式，即形態相減模式（shape subtraction）。這種模式是基於曲率改變的要求對角膜組織進行幾何相減，即簡單地把角膜看成是一塊“塑膠”，術前角膜形態減去雷射切削去除的角膜組織即得到剩餘角膜組織的形態。對於近視切削，手術前後的角膜均可看成是一個球鏡，術前曲率大於術後。術後角膜的厚度為術前角膜厚度與最大切削深度之差，切削深度取決於切削範圍的大小。涉及切削的組織只是簡單地移除或“相減”得到最後的結果。遠視眼的切削與近視眼相似，只是切削位置不同，引起術後曲率增加。此模式基於三個假設：
（1）受手術影響的只是切削區範圍內的這部分角膜。
（2）“你所切除的即你所得到的”。
（3）即使切削區外發生了改變，也不影響中央角膜的形態或視力。
大量臨床經驗和實驗研究都已證明上述假設是錯誤的：
（1）切削區域外的角膜隆起度、厚度和曲率比術前增加。
（2）所得到的並非所切除的，其結果與“形態相減”模式不一致。
（3）切削區域外角膜隆起度越增加，中央曲率將越平坦，並可影響中心視力。
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