【摘要】 前弹力层在角膜中起到的具体作用仍未明了，一直以来前弹力层一直被许多学者忽略，但前弹力层许多病理改变都伴随者疾病的发生及准分子手术发展，让我们对前弹力层逐渐重视，我们就前弹力层相关研究做一综述。
【关键词】 前弹力层；角膜；进展
Advancement of Bowmans membrane of cornea
Qiang Wang, WeiLi Li
Department of Ophthalmology, the Second Affiliated Hospital of University of South China, Changsha 421001, Hunan Province, China;Department of Ophtalmology, Hunan Want Want Hospital, Changsha 410016, Hunan Province, China
Abstract
Till now, it is uncertain whether Bowmans membrane play an important role in cornea. For all the time, most eye doctors have ignored its role, but most cornea diseases accompany the pathological change of Bowmans membrane. With the development of refractive surgery, more and more ophthalmology experts attach importance to Bowmans membrane. The purpose of the this paper is to summarize its embryology, shape, constitution and function in refractive surgery.
KEYWORDS:Bowmans membrane;cornea;advancement
0引言
前弹力层由Bowman在1847年第一次报道并以他的名字命名（Bowmans membrane），在此之前弹力层一直未得到解剖学者的重视，至今前弹力层在角膜病理生理、结构力学中起到的作用仍未明确。过去准分子激光手术方式设计均未提及前弹力层角膜中所起到的作用，LASEK，EpiLASIK，PRK前弹力层被直接切削，随着准分子激光手术的逐渐发展，前弹力层逐渐被人们重视，但关于其具体的生理、结构力学作用仍知之甚少。有学说假设其形成光滑、坚韧的基底，维持上皮的均匀性，并因此形成适当的屈光力，其他学说提出无细胞层是避免角膜上皮细胞和基质细胞之间接触的必要结构，也有学说认为前弹力层是由上皮与基质间相互作用而成，无特殊作用[1]。 Hayash等研究发现，少数动物（鸡、牛、灵长类）存在前弹力层，灵长类动物前弹力层发育较完善，而在其它动物均较人类薄甚至缺如。这一发现也让许多学者认为前弹力层在角膜中无特殊作用，但在许多角膜疾病中都存在着前弹力层的发育及结构异常，这让我们相信前弹力层在角膜中所起到的作用不容忽视。
1胚胎学
当视泡向外生长时，除直接与体表外胚层接触的地方外，其他部分都被中胚层所围绕。直接与视杯接触的中胚层称轴旁中胚层，眼球本身的中胚层组织均来源于轴中胚层。胚胎第6wk末，前房开始形成。前房后壁中胚层形成虹膜基质层。前房前壁即为角膜原基。前壁的中胚层分化形成角膜基质层和内皮细胞层。前壁的外胚层则形成角膜上皮。直到胚胎第3mo，由角膜基层分泌出一层透明膜位于上皮基质层之间，即前弹力层。同时内皮细胞分泌出后弹力层[2]。前弹力层是由上皮细胞合成的纤维组成还是基质分化出的特殊一层还是上皮与基质共同作用的结果目前仍值得研究。在研究兔和人角膜锚定结构胚胎发育过程中Tisdale发现，上皮基底膜在妊娠8～9wk出现，半桥粒和锚定纤维（Ⅶ型胶原）在13wk时出现，同期可见基底膜向基质垂直延伸的细丝栅栏区域，Hay等在对鸡角膜上皮胚胎发育的研究中也观察到这些细丝结构，Hay等认为这些细丝是角膜前弹力层的前身，Tisdale在缺乏前弹力层的兔角膜上皮发育过程中并没有见到这些结构，由此也同意此种观点[3]。
2结构成份
角膜前弹力层的组织结构有着其特殊性，目前我们对前弹力层的认识为前弹力层是一层无细胞、由胶原纤维和交联黏蛋白随机组成的连续性致密的透明膜，其中的胶原纤维直径约20～30μm，从角膜缘拉伸到另一角膜缘，并且厚度逐渐减小，终止于角膜缘，与基质纤维相比缺乏规律性，前弹力层的纤维直径只有基质纤维1/2 ～2/3，主要由I, III和V和VII型胶原组成[1,4]。1847年Bowman对前弹力层的首次描述:前弹力层是一层连续性的均质透明膜，与后弹力层及晶状体囊有着类似的特性，厚约1/1200～1/2000 英寸，对热、酸的抵抗力较强，对机械性抵抗力较差，完整的覆盖在角膜基质表面，前表面非常光滑，与基底膜通过半桥粒黏附紧密，前弹力层是基底膜高分化的形式，以其特殊的形式起到特殊的作用，通过从其自身发出无数条细丝固定在角膜基质上[5]。后来Parsons提出前弹力层的厚度随着年龄的增长不断变化，出生时5～7μm，20～30岁约6～8μm，在角膜缘处增厚为15～20μm。Salzmann提出前弹力层由许多细小纤维组成，在角膜缘处增厚为圆形的末端。1984年丹麦学者Jacobsen研究发现角膜中央区域前弹力层分成3～4层，层与层之间可见许多突起的纤维，而周边角膜未出现分层现象，紧临基底膜的前弹力层表面可见平行排列的纤维，角膜上皮分离多发生在上皮与基底膜之间，基底膜与前弹力层通过半桥粒紧密相连。 1966年Pouliquen在研究鸡角膜发育时也观察到了角膜前弹力层的分层现象，Jacobsen等[6]认为前弹力层的纤维排列有一定组织性。1991年Komai等[7]利用扫描电镜和透射电镜对人角巩膜的胶原纤维三维观察中的描述中并没有提及这些分层现象：前弹力层纤维直径约20～25nm，这些纤维并没有规律组成纤维束或纤维层，每条纤维都是随机排列相互紧密编织成厚约8～12μm的致密纤维膜，前表面和上皮基底膜相连，电镜下前表面可见许多微嵴和浅的凹窝形成蜂窝状，许多直径约0.5～1.5μm的细孔贯通前弹力层，后表面与基质无明显的分界线，前弹力层的纤维与基质纤维在后表面相互混合，电镜下前弹力层后表面纤维组成纤维束汇入基质，前弹力层缺乏细胞成分，有髓神经纤维从其中穿过达到上皮细胞层，和前弹力层相比，基质纤维直径约25～35nm，纤维平行排列成纤维层，前基质纤维层约0.2～1.2μm，后基质纤维层约0.2～2.5μm。前弹力层纤维和基质纤维都含有Ⅴ型胶原，1994年Marion研究发现上皮细胞与基质成纤维细胞都合成Ⅴ型胶原和I型胶原，和基质纤维中Ⅴ型胶原不同的是，前弹力层Ⅴ型胶原表面黏附着抗体，上皮细胞内含有更多合成Ⅴ型胶原的mRNA,基质成纤维细胞合成Ⅴ型胶原和I型胶原的比例为1∶3，而上皮细胞近乎1∶1，由此认为前弹力层的Ⅴ型胶原主要来源于角膜上皮细胞分泌，与基质纤维中的Ⅴ型胶原有着不同的起源，由于上皮细胞在角膜发育过程中合成的组成锚定纤维的VII型胶原也参与了前弹力层的组成，因此推测角膜上皮对前弹力层的形成起到一定的作用。和角膜其他结构相比角膜前弹力层内βIgh3编码的蛋白明显增多，这种物质所起的作用目前仍不确定[8]。
3前弹力层形态
Patel等[9]利用高频超声数字信号处理技术测量角膜中央3mm直径区域上皮层的厚度，利用Bakers方程式计算前弹力层形态因子P,前弹力层成双曲线形态，前弹力层形态的的改变将影响整个眼球的功能状态。
4前弹力层与基质交界面的纤维结构
Matbew等利用透射电子显微镜观察前弹力层与前基质交接面至少有3种类型的纤维:(1)从前基质的纤维层分支以锐角接近前弹力层，这些纤维层包埋在周围基质中的颗粒状的电子致密物中，由此这种纤维结构电子致密结构（electrondense formations，EDFs），平均每100μm内约7.8±1.3支;(2)部分前基质纤维层未分支直接以一定的小角度进入前弹力层，这些纤维束数目较EDFs少，平均每100 μm内约5.4±0.8支，纤维的长度平均0.25μm;(3)交接面的大部分纤维从前弹力层发出，垂直向着基质延伸，末端发散形成“鸡爪样”，每100μm内约29.8±15.6条，长度约0.64μm，最长约2.65μm。这些纤维在前弹力层与前基质交接面相互交错，可能对维持角膜的透明性及视觉质量起到非常重要的作用[10]。日本学者Kobayashi等[11]利用HRTⅡRCM观察健康的活体角膜发现所有的被检查者，不论年龄大小，在前弹力层水平均出现由纤维组成的条索状多态形物质，命名为KStructure。其直径约5～15μm，其反光强度较神经纤维弱，在有些区域这些条索状多态物质相互汇合于一点，同时这些条索状结构周围伴随的条形低反光带，在扫描图片上显示的是伴随其两侧的黑影，当利用角膜帽压迫角膜表面时，可以见到翼状细胞与基底细胞层也出现类似条索状突起物，这些突起物在角膜未受压迫并没有见到，而其所在的位置刚好和先前我们见到前弹力层KStructure的位置相当吻合，据此Kobayashi等推测翼状细胞与基底细胞面所见到的突起物正是由于这些KStructure受到角膜表面压力时向角膜上皮面突出引起。在对兔角膜和鼠角膜的观察中，并没有发现这些KStructure，可能与这些动物缺乏前弹力层直接相关。
5前弹力层的发育异常和病理改变
5.1 先天前弹力层发育不全与疾病 三倍体婴儿角膜基质细胞增多，患儿前弹力层缺失[12]，1984年Apple发现先天性角膜混浊的患儿前弹力层的发育不全而在其它方面发育正常的婴儿。这些婴儿前弹力层的厚度是正常角膜厚度的3～4倍，并且在这些前弹力层中都存在角膜细胞，这些异位角膜细胞分泌的胶原组成的纤维排列紊乱[13]。胎儿酒精综合症患儿前弹力层伴随者各种异常改变。这包括从前弹力层的完全缺失到前弹力层的增厚伴随着角膜基质水肿[14]。
5.2后天性前弹力层异常与疾病[5]
5.2.1前弹力层与基质层分离 部分分离：多见于角膜缘，前弹力层与基质层之间角膜缘血管，肿瘤细胞、结缔组织细胞的入侵，尤其是新生物、创伤及眼球萎缩导致基质的萎缩致使周边角膜前弹力层与基质层的分离。完全分离：比较少见。1931年Dewitt对几例前弹力层与基质层完全脱离的患者进行组织切片观察，1例因血管的潜行破坏，2例因肉瘤细胞入侵、1例因上皮癌，在几例老年变性的患者角膜前弹力层与上皮层之间出现一层厚厚的结缔组织膜。
5.2.2前弹力层移位 外伤引起的前弹力层移位：穿透性角膜外伤，伤口缘前弹力层末端游离、折叠，前弹力层缺损区由多层膜样物填充，锐利器械导致的角膜穿通伤前弹力层末端球形肿胀，背向创缘卷曲，钝性器械导致的角膜穿通伤，前弹力层沿着穿通轨迹向角膜后面伸入，创缘周围前弹力层皱褶;非外伤引起的前弹力层移位：上皮细胞癌压迫基质导致的基质萎缩、消失，由于前弹力层有一定的机械抵抗力，前弹力层被向角膜后表面压迫，甚至接近前弹力层。
5.2.3前弹力层破坏 机械外伤;感染：角膜溃疡导致前弹力层缺损，病毒、细菌通过前弹力层纤维孔侵犯基质层，随着上皮与基质感染继续发展，前弹力层逐渐变薄直至消失；结核分支杆菌通过葡萄膜感染及角膜新生血管侵犯前弹力层后表面，从前弹力层后表面进行性破坏。麻风导致的角膜基质炎从前弹力层前后表面对前弹力层进行破坏，后期仅剩下前弹力层碎片，新生血管取代其位置。
5.2.4圆锥角膜 主要病理变化为角膜中心部变薄和突出，上皮发生基底膜破裂，前弹力层变厚和原纤维变性。前弹力膜呈波浪状，并有许多裂隙，上述缺损被结缔组织所充填或者长入上皮。后弹力膜及附近基质有大量皱褶和弯曲，只有12.3%的病例发生后弹力膜破裂。电子显微镜下观察，在疾病的早期前弹力膜即有断裂，与其接触的角膜上皮（基底细胞）变性，细胞变扁，似与前弹力膜破裂处下方的角膜固有细胞相互交通。固有细胞含有大量的增殖物质和内质网，并被PAS染色阴性、与成熟胶原周期性不同的胶元Ⅲ所包绕。角膜中央区变薄，但基质层的胶原小板数与正常角膜相仿，这说明胶原本身改变不大，变薄的原因在于小板间的间质减少。病变后期，后弹力层断裂出现裂孔，房水经裂孔渗入角膜基质层，引起角膜基质水肿。
5.2.5进行性大泡性角膜病变和Fuchs角膜营养不良 前弹力层形态学的改变仍值得研究。基质水肿是这两种疾病的典型改变。水肿发生在角膜内皮损害明显时，疾病早期前弹力层仍然正常，随着疾病的发展，角膜上皮逐渐水肿直至失代偿。疾病晚期前弹力层的改变明显，早期角膜细胞进入前弹力层。角膜细胞和与创伤愈合相关的成纤维细胞最终取代上皮下组织。上皮下纤维血管翳在疾病很晚才会出现。这些成纤维样细胞很可能由角膜细胞分泌。有些病例角膜细胞起源的细胞进入上皮层并在上皮层内形成特殊的区域。最终前弹力层完全破坏。这些提示前弹力层在成人可能被一不明确的调控机制维持，当角膜上皮病变时调控基制被打破。这一机制可能也调控角膜细胞的定位、表现和/或死亡。
5.2.6 角膜营养不良CDB1型和CDB2型 角膜营养不良 ReisBücklers（CDB1）型：角膜前弹力层消失，上皮层不规则增厚，基底膜和半桥粒消失，颗粒状或带状物质沉积在前弹力层及表浅的基质面，余基质、后弹力层、内皮层正常。ThielBehnke（CDB2）型：前弹力层成蜂窝状混浊，组织病理显示波浪状或锯齿状的纤维组织取代前弹力层，这些纤维组织和基质之间有明显的界限，厚约0.2mm，伊红及过碘酸希夫(氏)染色阳性[15]。
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