BCSC 11 · Lens and Cataract
Ch.2 Anatomy 水晶體解剖學
圖片與延伸閱讀
EyeWiki（美國眼科醫學會）
Moran CORE（猶他大學）
課本重點整理
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一、正常水晶體概觀與功能
位置、組成與名詞
- Crystalline lens（水晶體）：透明、雙凸（biconvex）構造，位於 iris（虹膜）後方、vitreous body（玻璃體）前方。p.19
- 水晶體由許多纖維懸吊，合稱 zonule（懸韌帶）；這圈纖維（zonule of Zinn）把水晶體連到 ciliary body（睫狀體），可視為一種 ligament（韌帶）。p.19
- 水晶體的組成：capsule（囊）、epithelium（上皮）、cortex（皮質）、nucleus（核）。p.19
- Optic axis（光軸）：連接並穿過前、後極（anterior / posterior pole）的假想線；meridians（經線）：水晶體表面由一極走到另一極的假想線；equator（赤道）：水晶體周長最大處。p.19
功能與營養來源
- 水晶體的三項功能：① 維持本身透明；② 折射光線；③ 與 zonule 及 ciliary body 共同提供 accommodation（調節）。p.19
- 胎兒發育期後水晶體沒有血管也沒有神經支配，因此代謝所需與廢物排除完全依賴 aqueous humor（房水）Q1354。p.19
易錯陷阱
- 水晶體胎兒期後無血管、無神經，代謝供應與廢物排除完全依賴房水Q1354。p.19
- 正常人類水晶體約含 66% 水與 33% 蛋白質，此比例隨年齡變化很小；lens cortex 比 nucleus 含水量高（BCSC 11 p.33）Q1354 Q1335 Q1319。BCSC 11 p.33
- 依 pump-leak theory（幫浦-滲漏理論），K+ 與胺基酸經前方上皮主動運入水晶體，再順濃度梯度由水晶體後方被動擴散出去，後方沒有主動運輸機制；相關發現支持「epithelium 是水晶體主動運輸的主要部位」這個假說（hypothesis）（BCSC 11 p.33–34）Q1354。BCSC 11 p.33–34
- 房水中 ascorbate（vitamin C，維生素 C）濃度比血漿高 10–50 倍；ascorbate 具抗氧化特性，其高濃度藉阻擋紫外線保護眼內構造（BCSC 2 p.287）Q1354。BCSC 2 p.287
二、屈光力、折射率與隨年齡的變化
折射率與屈光力
- 水晶體能折射光線，是因為其 index of refraction（折射率）與周圍房水、玻璃體不同；正常約 中央 1.41、周邊 1.39（中央較高）Q1319 Q1402。p.20
- 非調節狀態下，水晶體約提供 20.00 D，占一般人眼約 60.00 D convergent refractive power（聚合屈光力）的一部分；其餘約 40.00–45.00 D 來自 air–cornea interface（空氣-角膜界面）Q1319 Q1402。p.19–20
水晶體大小與重量（終生持續生長）
| 項目 | 出生時 | 成人（通常） |
|---|---|---|
| Equatorial diameter（赤道徑） | 約 6.4 mm | 9–10 mm |
| Anteroposterior thickness（前後徑） | 約 3.5 mm | 約 5 mm |
| Weight（重量） | 約 90 mg | 約 255 mg |
出處 p.20
- 水晶體一生持續生長：由出生時約 6.4 mm（赤道）／3.5 mm（前後）／90 mg，到成人通常 9–10 mm／約 5 mm／約 255 mg；BCSC 11 Ch 4 另指出，隨新纖維形成，水晶體質量終生每年約增加 2 mg（BCSC 11 p.40）Q1295 Q1304 Q1386。p.20；BCSC 11 p.40
年齡相關的相反變化
- 隨年齡增加，cortex 的相對厚度增加；水晶體形狀也愈來愈彎曲（curvature 增加，即曲率半徑變小），因此較老的水晶體屈光力較大；Highlights 指出前表面曲度隨年齡增加，造成近視增加Q1295 Q1304 Q1386。p.19–20
- 同時，水晶體折射率隨年齡下降，可能是因為不溶性蛋白顆粒（insoluble protein particles）增加；折射率下降可能使眼睛偏遠視Q1295 Q1304 Q1386。p.19–20
- 結論：隨年齡增加，眼睛可能變得較遠視或較近視，取決於上述兩種相反變化的平衡。p.20
易錯陷阱
- 折射率是中央（約 1.41）高於周邊（約 1.39）Q1402 Q1319。p.20
- 非調節狀態的水晶體屈光力約 20.00 D；一般人眼（average human eye）的 convergent refractive power 約 60.00 D，其餘約 40.00–45.00 D 由 air–cornea interface（空氣-角膜界面）提供Q1402。p.20
- 水晶體一生持續生長（p.20），質量終生每年約增加 2 mg（BCSC 11 p.40）；隨年齡形狀愈來愈彎曲（曲率增加）→ 較老的水晶體屈光力較大；折射率隨年齡下降 → 可能使眼睛偏遠視。兩者方向相反，眼睛可能變得較遠視或較近視，取決於兩者的平衡Q1295 Q1304 Q1386。p.19–20；BCSC 11 p.40
三、Lens Capsule（水晶體囊）
組成與功能
- Lens capsule：有彈性、透明的 basement membrane（基底膜），由 type IV collagen（第四型膠原蛋白）與其他基質蛋白組成，由上皮細胞製造（laid down）Q106 Q115 Q132 Q143。p.20
- Capsule 包住水晶體實質，並能在調節時塑形水晶體實質。p.20
- Capsule 最外層為 zonular lamella（懸韌帶板層），是 zonular fibers 的附著點。p.20
- BCSC 2：capsule 為無細胞（acellular）的彈性基底膜，主要由 type IV collagen 組成，另含少量其他膠原與細胞外基質成分（BCSC 2 p.293–294）Q143 Q106。BCSC 2 p.293–294
- BCSC 2：capsule 不阻擋水、離子、小分子，以及最大至 serum albumin（血清白蛋白）大小的蛋白質擴散（BCSC 2 p.294）Q106 Q115 Q132。BCSC 2 p.294
厚度分布（Fig 2-3：成人水晶體囊）
- 最厚：前、後 preequatorial zones（近赤道區）；最薄：central posterior pole（中央後極），可能只有 2–4 μmQ1292 Q1319。p.19–20
- 出生時 anterior capsule（前囊）明顯比 posterior capsule（後囊）厚，且前囊厚度一生持續增加Q1335 Q1386 Q1402。p.20
| Fig 2-3 位置（成人） | 厚度 |
|---|---|
| Anterior pole（前極） | 14 μm |
| Anterior preequatorial zone（前近赤道區） | 21 μm |
| Equator（赤道） | 17 μm |
| Posterior preequatorial zone（後近赤道區） | 23 μm |
| Posterior pole（後極） | 4 μm |
出處（Fig 2-3，以原頁圖核對）p.22
- 依 Fig 2-3，中央前極（14 μm）比前近赤道區（21 μm）薄；BCSC 11 Ch 3 指出，依 Helmholtz theory of accommodation，大部分調節造成的水晶體形狀改變發生在 central anterior lens surface；central anterior capsule 比 peripheral capsule 薄（見 Fig 2-3），且 anterior zonular fibers 插入點比 posterior zonular fibers 稍靠近 visual axis（視軸），結果調節時中央前部隆起（BCSC 11 p.35）Q1351 Q1387 Q1335。p.22；BCSC 11 p.35
- BCSC 2：水晶體前表面的囊較厚（11–15 μm），該處上皮細胞一生持續分泌囊膜物質；後表面沒有上皮，後方纖維細胞分泌這類物質的能力有限，囊相對較薄（2–4 μm）（BCSC 2 p.294）Q1292 Q106。BCSC 2 p.294
易錯陷阱
- 囊最薄處是 central posterior pole（可能只有 2–4 μm）；最厚處是前、後 preequatorial zones；Fig 2-3 中前極 14 μm、赤道 17 μmQ1292。p.20, p.22
- 出生時前囊（anterior capsule）明顯比後囊（posterior capsule）厚，且前囊厚度一生持續增加Q1335 Q1386 Q1402。p.20
- 中央前囊比周邊囊薄（Fig 2-3；BCSC 11 p.35）Q1351 Q1387。p.22；BCSC 11 p.35
- 水晶體內 K+ 與胺基酸濃度高於周圍房水與玻璃體，Na+、Cl− 與水則較低（BCSC 11 p.33）；研究顯示，一生中人類水晶體的 hardness 或 stiffness（硬度或僵硬度）增加超過 1000 倍（BCSC 11 p.36）Q1335 Q1351。BCSC 11 p.33, p.36
- 調節時 ciliary muscle 收縮 → ciliary ring diameter（睫狀環直徑）縮小、zonular tension 下降、lens equatorial diameter 變小（BCSC 11 p.35）Q1351 Q1387。BCSC 11 p.35
四、Zonular Fibers（懸韌帶纖維）
- 起源：ciliary body 的 pars plana 與 pars plicata 之 nonpigmented epithelium（無色素上皮）的 basal lamina（基底層）。p.21
- 位於 ciliary processes（睫狀突）之間的谷（valleys）中；由彈性組織構成的 microfibrils（微纖維）組成。p.21
- 插入點：在水晶體囊上的分散點，赤道前 1.5 mm 與赤道後 1.25 mm（前後兩側都有）Q1402 Q132 Q143 Q1387。p.21
- 隨年齡增加，赤道部的 zonular fibers 退化，留下分開的前、後兩層，在 zonular ring（懸韌帶環）的橫切面上呈三角形。p.21
- 纖維直徑 5–30 μm；光學顯微鏡下為 eosinophilic（嗜酸性）、periodic acid–Schiff（PAS）陽性的構造Q1402。p.21
- 超微結構：組成纖維的 microfibrils 直徑 8–10 nm，有 12–14 nm 的 banding（條紋）。p.21
- Fig 2-4（4 歲 rhesus monkey 掃描電顯）：anterior 與 posterior zonular fibers 於後方（posteriorly）、在 ciliary processes（睫狀突）之間的谷中附著於 zonular plexus。p.22
易錯陷阱
- Zonular fibers 在光學顯微鏡下為 eosinophilic、PAS 陽性；插入點為赤道前 1.5 mm、赤道後 1.25 mmQ1402。p.21
- BCSC 2：zonular fibers 在赤道附近的前方與後方兩側都插入囊膜（BCSC 2 p.294）Q143 Q132。BCSC 2 p.294
- 纖維直徑 5–30 μm，組成纖維的 microfibrils 直徑 8–10 nm。p.21
五、Lens Epithelium（水晶體上皮）
位置與代謝
- 位於 anterior lens capsule 正後方的單層（single layer）上皮細胞Q106 Q115 Q132。p.22
- BCSC 2：單層上皮細胞覆蓋水晶體前表面；後表面沒有上皮；成人赤道後方通常找不到上皮細胞（BCSC 2 p.294–295）Q106 Q115 Q132。BCSC 2 p.294–295
- 上皮細胞代謝活躍，執行所有正常細胞活動，包括 DNA、RNA、蛋白質與脂質的生合成，並產生 adenosine triphosphate（ATP，三磷酸腺苷）供應水晶體能量需求。p.22
分裂、移行與分化
- 上皮細胞具有絲分裂能力；premitotic（replicative，S phase）DNA 合成最活躍處為水晶體前方的一圈環帶，稱 germinative zone（生發區）Q115。p.22
- 新形成的細胞往 equator 移行並分化為纖維；該處稱 bow region（弓形區），是上皮細胞開始 terminal differentiation（終末分化）成 lens fibers 的地方（Fig 2-5）Q115。p.22
- 分化過程中最劇烈的形態變化，可能是上皮細胞拉長成 lens fiber cells（水晶體纖維細胞）；拉長伴隨纖維細胞膜中細胞蛋白質質量的大幅增加。p.22
- 同時細胞失去胞器，包括 nuclei（細胞核）、mitochondria（粒線體）與 ribosomes（核糖體）；失去胞器在光學上有利，因為通過水晶體的光線不再被這些構造吸收或散射Q1386。p.22–23
- 代價：新纖維細胞缺乏原本由胞器執行的代謝功能，因此依賴 glycolysis（糖解作用）產生能量。p.23
易錯陷阱
- 上皮只有一層，位於前囊正後方；BCSC 2 指出後表面沒有上皮、成人赤道後方通常找不到上皮細胞（BCSC 2 p.294–295）Q106 Q115 Q132。p.22；BCSC 2 p.294–295
- Germinative zone 是水晶體前方的一圈環帶；細胞往 equator 移行，在 bow region 開始分化為纖維Q115。p.22
- 纖維細胞失去細胞核、粒線體、核糖體 → 光線不再被這些構造吸收或散射；能量改靠 glycolysisQ1386。p.22–23
- BCSC 2：crystallins（水晶體蛋白）占水晶體總蛋白的 90%–95%，被認為對水晶體的透明性與屈光特性扮演關鍵角色（BCSC 2 p.296）Q132 Q143。BCSC 2 p.296
六、Nucleus and Cortex（核與皮質）
- 新纖維不斷形成時，水晶體不會失去任何細胞；新纖維擠壓、壓實先前形成的纖維，較老的層位於中央。p.23
- 最老的層為 embryonic nucleus（胚胎核）與 fetal nucleus（胎兒核），於胚胎期產生並持續留在水晶體中央；最外層纖維是最新形成者，構成 cortex（皮質）。p.23
- Lens sutures（水晶體縫）：由紡錘形纖維前、後端交錯（interdigitation）形成；slit-lamp biomicroscopy（裂隙燈生物顯微鏡）可見多個 optical zones（光學區）及位於 nucleus 內的 Y-shaped sutures（Y 字縫）。p.23
- 一生中不斷堆疊光學密度不同的 epithelial cells（上皮細胞）層（strata），形成 cortex 與 nucleus 之間的分界帶（zones of demarcation）。p.23
- 但 cortex 與 nucleus 之間沒有形態學上的區別，兩區是逐漸過渡；部分手術書籍與本冊雖區分 nucleus、endonucleus、epinucleus、cortex，這些名稱只反映手術時物質行為與外觀的可能差異Q1386。p.23
新纖維形成時水晶體不會失去細胞：最老的胚胎核、胎兒核在中央，最新的纖維在外層 cortex；核與皮質間是漸進過渡，沒有形態學界線。p.23
易錯陷阱
- Cortex 與 nucleus 間沒有形態學上的區別；手術上的 nucleus／endonucleus／epinucleus／cortex 分區只與手術時物質行為與外觀的可能差異有關Q1386。p.23
- Y-shaped sutures 位於 lens nucleus 內，可在裂隙燈下看到。p.23
本章考點
水晶體囊袋（capsule）厚度4 題
題號Q1292Q1335Q1351Q1402
考法
- Q1292問水晶體囊袋最薄的部位
- Q1335何者錯誤：水晶體成分、離子濃度與前後囊厚度隨年齡變化
- Q1351何者錯誤：前囊中央與周邊厚度比較及調視時晶體形變
- Q1402何者正確：正常 crystalline lens 解剖，含前後囊厚度與年齡變化
章節BCSC 2 Ch.2BCSC 2 Ch.10BCSC 11 Ch.2BCSC 11 Ch.3BCSC 13 Ch.10
老化水晶體的光學變化2 題
題號Q1295Q1304
考法
- Q1295何者有誤：老年人與年輕人水晶體大小、重量、曲率與折射係數比較
- Q1304何者有誤：各年齡水晶體尺寸重量，及老化曲率與折射係數對屈光力影響
章節BCSC 11 Ch.2
本章考題也考到的其他章考點3 個
調視（accommodation）機轉4 題
題號Q1294Q1306Q1387Q1749
考法
- Q1294問調視時 ciliary ring、zonular tension 與晶體尺寸的變化
- Q1306何者有誤：調視時懸韌帶張力、晶體直徑與前後囊曲率變化
- Q1387何者錯誤：調視與老花時睫狀肌、睫狀環與晶體赤道直徑變化
- Q1749何者為非：看近調視時睫狀肌、晶體形狀與前後表面曲率
章節BCSC 3 Ch.3BCSC 11 Ch.2BCSC 11 Ch.3BCSC 13 Ch.10
水晶體上皮細胞分布3 題
題號Q106Q115Q132
考法
- Q106何者有誤：水晶體囊成分、上皮細胞分布與通透性
- Q115何者有誤：水晶體囊組成、上皮細胞分布與分裂部位
- Q132何者錯誤：水晶體上皮、囊袋通透、懸韌帶與蛋白組成
章節BCSC 2 Ch.10BCSC 11 Ch.2
水晶體囊與蛋白成分3 題
題號Q143Q170Q181
考法
- Q143何者為非：關於水晶體囊膜、zonule 附著與 crystallin
- Q170何者有誤：關於水晶體透明性與 crystallin 佔蛋白比例
- Q181何者為非：關於水晶體蛋白生成、紫外線阻擋與前囊膠原組成
章節BCSC 2 Ch.10BCSC 11 Ch.2BCSC 11 Ch.3
考題
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