巩膜结构与生物力学

 表1：人类巩膜的组成成分。  

巩膜的主要成分是胶原（以I型为主，占95%），另有少量III、V、VI型胶原，以及蛋白聚糖（如decorin、biglycan）和弹性纤维。胶原纤维具有典型的分层结构，从微原纤维到纤维束再到层状结构，表面有周期性横纹（D-period）。弹性纤维虽含量少，但在维持眼球形状和弹性方面起重要作用。

图2：眼睛前部结构解剖，显示了不同巩膜组织层

近年来，研究者利用多种成像技术（如WAXS、SALS、PLM、MPM、MRI等）对巩膜微观结构进行了多尺度解析，发现巩膜胶原排列具有区域特异性，并随年龄、疾病发生变化。例如，PPS区域的环向胶原结构在青光眼和高度近视眼中出现紊乱，可能与视神经损伤和眼轴延长有关。

在生物力学方面，巩膜表现出非线性、粘弹性和各向异性特征。实验方法包括离体条带拉伸、膨胀测试、压痕测试，以及基于OCT的体内测量。研究发现，巩膜刚度随年龄增长而增加，可能与胶原交联增加、纤维直径增大有关；在青光眼中，巩膜刚度升高，可能是一种代偿反应，但也可能加重视神经损伤；在近视眼中，巩膜变薄、胶原纤维变细、排列紊乱，导致力学性能下降，眼轴延长。

图3：小鼠后巩膜快速冷冻深蚀（QFDE）电子显微镜图像，揭示了在三维空间中不同取向的胶原层

巩膜对眼内压的响应包括急性扩张和慢性重塑。细胞层面，巩膜成纤维细胞在力学刺激下可转化为收缩型肌成纤维细胞，参与组织重塑。此外，视神经牵引力（如眼球运动时）也被证实可显著影响视神经头部的力学环境，可能与近视发展相关。

在治疗方面，巩膜加固手术和胶原交联（crosslinking）技术被探索用于控制近视进展和青光眼损伤。动物实验显示，交联剂如genipin、glyceraldehyde可增强巩膜刚度，减缓眼轴延长，但临床转化仍需解决安全性和靶向性问题。干细胞治疗也被提出作为潜在策略，通过直接增强巩膜结构或间接刺激组织修复来干预近视。

图4：理论后段环植入物的计算建模作为潜在的青光眼疗法

图5：潜在的干细胞疗法用于进行性近视

巩膜作为眼的主要承重结缔组织，对维持视觉功能至关重要。它不仅与角膜协同维持眼的屈光状态，还需在复杂动态的负荷条件下为视网膜和视神经头等内部结构提供稳定的机械支撑。近年来，巩膜的生物力学特性及其在衰老和疾病中的变化引起了广泛关注。未来研究将聚焦于更精细的体内结构成像、个体化生物力学建模，以及基于人工智能的疾病预测与干预策略，以应对全球日益增长的近视和青光眼负担。