鞏膜結構與生物力學

 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構，從微原纖維到纖維束再到層狀結構，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：眼睛前部結構解剖，顯示了不同鞏膜組織層

近年來，研究者利用多種成像技術（如WAXS、SALS、PLM、MPM、MRI等）對鞏膜微觀結構進行了多尺度解析，發現鞏膜膠原排列具有區域特異性，并隨年齡、疾病發生變化。例如，PPS區域的環向膠原結構在青光眼和高度近視眼中出現紊亂，可能與視神經損傷和眼軸延長有關。

在生物力學方面，鞏膜表現出非線性、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的體內測量。研究發現，鞏膜剛度隨年齡增長而增加，可能與膠原交聯增加、纖維直徑增大有關；在青光眼中，鞏膜剛度升高，可能是一種代償反應，但也可能加重視神經損傷；在近視眼中，鞏膜變薄、膠原纖維變細、排列紊亂，導致力學性能下降，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

鞏膜對眼內壓的響應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刺激下可轉化為收縮型肌成纖維細胞，參與組織重塑。此外，視神經牽引力（如眼球運動時）也被證實可顯著影響視神經頭部的力學環境，可能與近視發展相關。

在治療方面，鞏膜加固手術和膠原交聯（crosslinking）技術被探索用于控制近視進展和青光眼損傷。動物實驗顯示，交聯劑如genipin、glyceraldehyde可增強鞏膜剛度，減緩眼軸延長，但臨床轉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構或間接刺激組織修復來干預近視。

圖4：理論后段環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締組織，對維持視覺功能至關重要。它不僅與角膜協同維持眼的屈光狀態，還需在復雜動態的負荷條件下為視網膜和視神經頭等內部結構提供穩定的機械支撐。近年來，鞏膜的生物力學特性及其在衰老和疾病中的變化引起了廣泛關注。未來研究將聚焦于更精細的體內結構成像、個體化生物力學建模，以及基于人工智能的疾病預測與干預策略，以應對全球日益增長的近視和青光眼負擔。