手術名稱
人工角膜成形術
別名
人工角膜移植術
分類
眼科/角膜手術
ICD編碼
11.7301
概述
1771年Quensgsy提出的構想，歷經了200多年的漫長歷史，今天雖然它依然存在著某些固有缺陷沒能解決，但對那些看起來無望的眼球仍然是一種值得推薦的手段。
至今有兩種主要設計種類：
1.螺栓螺母式（nut and bolt） 為蘑菇狀的螺栓穿過角膜以螺母在角膜後固定的人工角膜。它由一個8.5mm直徑，中心厚0.5mm的美容性接觸鏡與一個光學柱芯（螺柱）和一個角膜後面的固定盤（螺母）三部分組成。接觸鏡的中心3.5mm直徑區域為裝在光學柱芯上的透鏡，此鏡的曲率按受體角膜曲率加工製作，平均屈光度為+66D，每個受體所需屈光度的確定是根據術前超聲眼軸測定而得出。
2.貫通式 由兩部分組織：①光學柱芯，直徑3.5mm，長6.5mm，平均屈光度+66D，柱芯外圍鍍以色素，以防散射，並加工成螺紋；②支撐板，是一個帶孔的有彈性的聚四氟乙烯圓盤，直徑8.5mm，厚0.2mm，曲率半徑為6.5mm，中心孔直徑3.5mm，孔緣也加工成螺紋，作為旋緊固定光芯之用。手術結束時，光芯的表面略高出周圍角膜平面。
角膜的解剖、營養與代謝
（1）套用解剖組織學（AppliedAnatomyandHistoloqyofCornea）：
①角膜：角膜占眼球壁的前1/6，與鞏膜一起構成了眼球壁最堅韌的部分。角膜的主要功能是其光學特性。其前界面形成主要的屈光界面，屈光度為+40～+45D。正常人角膜中心部厚度為0.52mm。大約6歲時角膜厚度及屈光指數即恆定。角膜組織結構分為上皮、基底膜、實質（包括Bowman膜）、後彈力膜（Descemet膜）和內皮。
角膜上皮厚50～90μm，由5～7層有核細胞組成，又分三個帶。表面帶通常由2～3層扁平鱗狀上皮細胞組成，中間帶由多面翼狀細胞組成，基底帶由一單排柱狀細胞組成。從基底細胞層開始向前逐漸變平提供了一個光滑的上皮表面。
鱗狀上皮細胞胞漿內含線粒體、發育完善的內質網系統、高爾基體和多數糖原顆粒。細胞表面的微絨毛和微褶突起可保持角膜前淚膜作用並幫助液體交換。這些突起伸出的微絲可能是吸收的黏多糖或黏液，它們起穩定淚膜的作用。
鱗狀上皮內層的帶狀連線及交錯式咬合分布方式，細胞間的粘合和橋粒保證了上皮細胞的屏障特性。
翼狀細胞前面呈凸面而後面呈凹面。單層基底細胞是細胞分化中心，這些細胞高而有一個平底並靠橋粒附著在基底膜上。近角膜緣區比中心區更富線粒體，因此上皮細胞由周圍向中心修復缺損。
基底膜是基底細胞的產物，厚約10～30μm。它的後緣常常突入前彈力膜（Bowman膜）。它由包埋在均質內密集的細絲組成，損傷後由基底細胞再生。基底膜與前彈力膜粘連緊密，在修復表面擦傷中對上皮再生髮揮作用。炎症或水腫可使之與前彈力膜分離，留在基底細胞側。小的損傷也可以造成此膜結構的損害，導致與實質層的不良黏合，從而造成復發性剝脫。
由於角膜表面是眼的主要屈光界面，所有上皮水腫均致光線散射及不規則散光而影響視力，甚至不在中心區的光散射也對視力有影響。
上皮與實質的相互作用尚未清楚，但上皮作為液體屏障是必須的，而且可以主動將實質水分轉運出去。臨床上上皮的去除可導致實質水腫及剝脫部位的腫脹，隨著上皮的修復水腫也隨之消失。在上皮缺失的情況下，實質損傷的修復則相當遲緩。上皮對水溶性小分子物質起屏障作用，而它們可以自由通過實質層。上皮和內皮對脂溶性物質更易通過而實質層則相反。
實質構成角膜全厚的90%，最前面部分是前彈力膜，是無細胞的組織，厚9～12μm。它的彈性及韌性是由許多膠原纖維交錯式排列方式所致。前彈力膜對外傷及病原微生物有極強的抵抗力，一旦被破壞不能再生，而由瘢痕組織取代。實質的膠原纖維束成層排列，每層厚1.5～2.5μm，人角膜約有200～250個板層。各板層排列與角膜表面平行，板層之間由黏多糖基質相隔。實質後部板層纖維排列較為規律，而前部由單層至幾層構成不等，因此行板層剝離時深板層較淺板層更易分離。
在同一層內，膠原纖維相互平行排列，但與相鄰的板層纖維走行成直角交叉，四周被一種黏多糖膠黏物質所包圍。這種膠原纖維和鞏膜的膠原纖維不同，其直徑非常均勻一致，這種一致性對角膜透明度至關重要。黏蛋白及糖蛋白充滿膠原纖維間的空間。纖維間任何異常排列都將影響其透明性。化學燒傷、感染或營養不良都產生實質性瘢痕或水腫。黏多糖的疏水性可能是膠原纖維空間規則形成的原因。實質層與水有較強的結合力，當把角膜片放入平衡鹽水中、實質斷緣發生腫脹，這是由於黏多糖與水結合的結果，從而使透明性消失。
實質的後界為後彈力膜，是內皮細胞分泌的產物，起內皮基底膜的作用，它與內皮和實質之間只是疏鬆的附著關係，易於分離。它分兩個帶：前1/3厚約1～4μm，膠原纖維排列成緻密的薄板狀，由胚胎而來。在纖維交叉處形成小結節，結節的間距約100nm，在水平切面，這些結節形成六邊形；後2/3厚約5～15μm，為無定形和顆粒狀，是後天由內皮分泌的，纖維較少，排列欠規整，兩者之間境界分明。後彈力膜是一層半透膜屏障，溶質可以通過，非溶解性化學物質不能通過。在臨床和組織學上，後彈力膜固有的特性導致許多病理改變。這些特性包括：①彈性。當實質水腫增厚時，後彈力膜向後擴張成弓狀，產生皺褶；如實質層缺如，則眼內壓使其向前隆起，產生常見的後彈力膜向前膨隆。②阻止血管和細胞穿透。白細胞和細菌不能穿過完整的後彈力膜，新生血管也不能穿透。③抵抗自溶。除強鹼強酸外，一般不被溶解。對蛋白溶解酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶均有較強的抵抗力，對膠元酶的抵抗力也比實質膠原為強。但白細胞酶和真菌能損壞後彈力膜致角膜穿孔。此外，類脂質、銅、黏多糖、銀等物質也可沉著。
內皮細胞形態隨年齡而異。幼兒時期為圓形或立方形，核大胞漿少；青年時期呈六角形，核變小；60歲以後，呈多角形，大小不均，胞核更小，細胞之間有內皮斑點，是衰老的表現。內皮細胞數量約為35×104個，厚4～5μm，寬約18～20μm。內皮細胞隨年齡增長，其單位面積數量逐漸減少，以單層形式覆蓋於後彈力膜後面，並與房水直接接觸。細胞漿內有大量線粒體，還有內質網、高爾基體、核糖體等，提示它能不斷進行蛋白合成。線粒體內含有大量組織氧化酶，可用以作為檢驗細胞活性的標誌。
內皮細胞因炎症、創傷、藥物中毒而破壞後，遺下的內皮缺損是由周圍內皮細胞的滑行和細胞增大予以修復，而不是細胞分裂再生修復。
Mishima觀察到，穿通角膜移植片的術後立即增厚。在青年供體組織的增厚很快恢復正常，而老年的供體植片需較長時間才能恢復。排斥反應的植片也發生植片增厚。角膜移植後，內皮存在主動轉運機制來清除實質層的水分，故角膜移植術中，應特別注意勿傷植片及受體內皮。轉運機制受溫度的影響，如角膜置入冰櫃由於“泵”的代謝活動減低而腫脹，當復溫後，需經過一段時間才能恢復正常。某些灌注液可以損害內皮細胞而造成水腫。高濃度腎上腺素對“泵”有毒性，不應與供體內皮接觸。
在角膜生理特性中，透明度無疑是最重要的一項。角膜的透明度和水合作用與正常角膜厚度密不可分。內皮細胞的代謝性“水泵”作用是維持角膜正常水合作用的生理學功能。內皮細胞受損時，“水泵”作用減弱或消失，房水進入實質層，內皮病損區實質水腫。Kaye等體外試驗證實內皮細胞間的封閉小帶的完整性有賴於鈣離子的存在。將內皮浸在無鈣離子的林格液中，封閉小帶消失，而浸在有正常鈣離子的林格液時，封閉小帶再度形成。所以這些重要的細胞器是一種不穩定結構。
在人體，高眼壓不僅會使實質層發生腫脹，並可使液體流入內皮。長期持續水腫，使基底細胞與基底膜失去相互粘接，致上皮細胞內外水腫呈囊樣變、糜爛及血管化。
②角鞏膜緣：角膜和鞏膜銜接處稱角鞏膜緣，寬約1mm，是角膜、鞏膜、鞏膜上組織和球結膜的匯集區，並與小梁網、輸林管等房角組織關係密切，是內眼手術切口的常經之路。
角鞏膜緣部比中央角膜厚50%以上，此處上皮增厚為10層以上，朝向結膜處成乳頭狀。此處角膜實質失去原有的板層結構，其纖維多數成環形排列。後彈力膜中止於Schwalbe線，內皮細胞與覆蓋小梁網的內皮細胞相連。
角鞏膜緣的表層富有毛細血管叢及淋巴管叢，以及大量肥大細胞。肥大細胞內含有組織胺、5-羥色胺、肝素和蛋白溶酶，這些物質的釋放引起一系列炎症。角鞏膜緣有眼的淋巴中樞之稱。其顳側淋巴引流至耳前淋巴結，鼻側至下頜淋巴結。正常無血管的角膜無淋巴管，一旦角膜血管化，淋巴管也伴隨長入。
（2）角膜的血供、營養和代謝（BloodSupply，NourishmentandMetabolismofCornea）
角膜本身無血管，但角鞏膜緣有豐富血管網，它是睫狀前動脈的結膜小分支與結膜後動脈的小分支吻合而成，其末梢動脈與靜脈相聯結，形成血管環。
角膜的營養主要來自淚液、房水和角鞏膜緣血管網，其最重要的代謝過程為氧和葡萄糖的供給以及乳酸和二氧化碳的清除。
①氧的供給：角膜呼吸所需的氧來自淚液和房水，供角膜上皮的氧來自空氣。在眼瞼閉合時，則由瞼結膜血管彌散而來。內皮及實質細胞的氧則自房水中獲得。
②葡萄糖的供給：葡萄糖是角膜能量的來源。角膜代謝需要的葡萄糖來自：A.角鞏膜緣血管網彌散；B.淚液經上皮彌散；C.房水彌散而來。Maurice研究認為從角鞏膜緣血管彌散所得的葡萄糖是微不足道的；角膜葡萄糖的供給為0.1μg/（h·cm2），而人類淚液含量只為2.6mg/100ml，顯然是供不應求的。實驗證明角膜葡萄糖供給主要來自房水（房水的葡萄糖含量為100mg/100ml）。
角膜的糖代謝途徑：一是糖酵解，產生丙酮酸以後或還原成乳酸，或經檸檬酸循環，氧化成二氧化碳和水；另一是磷酸戊糖支路，6-磷酸葡萄糖轉化為3-磷酸甘油醛（磷酸丙酮），其中間產物為磷酸戊糖，3-磷酸甘油醛經丙酮酸變成二氧化碳和水，或轉化成磷酸己糖，通過這個支路完全氧化成二氧化碳和水。角膜利用的糖65～70%是通過磷酸戊糖支路，而糖酵解只占30～35%。
③乳酸和二氧化碳的清除：正常情況下角膜產生的乳酸濃度約為110mg/100ml H2O，在缺氧情況下乳酸產量增多。在生理pH時，乳酸100%呈離子狀態，其清除率約為40μg/（h·cm2），沒有代謝的乳酸經內皮擴散到房水中。
二氧化碳的排泄主要通過角膜表面向空氣直接擴散。上皮二氧化碳濃度比房水高，在非離子狀態下它是脂溶性的，故容易由內和向外擴散。如果角膜表面形成一個高濃度二氧化碳環境，則可能由上皮向內皮側擴散，引起內皮病變和角膜渾濁。
④能量的儲備：角膜上皮含有的糖原和骨骼肌的含量近似。在缺氧狀態下，能量儲備消耗很快。上皮內糖原的消失可致角膜水腫、渾濁，可能與氧的供給障礙有關。
⑤角膜的新生血管：在外傷、炎症等代謝增強的情況下，營養供給及代謝儲備不足套用，角鞏膜緣的血管就會長入透明的角膜組織，即角膜血管新生；核黃素和一些必需胺基酸（色氨酸、賴氨酸和甲硫氨酸）的缺乏，也可造成血管新生。Maurice等通過一系列動物試驗證實：A.角膜受損害、外傷時，從組織釋放一種血管刺激物質，它擴散到角膜實質層，吸引血管的芽生；B.在正常情況下，角膜組織結構嚴密，血管無隙可乘不能向內生長，而在受傷或炎症時，組織釋放的血管刺激物質一面刺激角膜緣血管網的增殖，同時角膜水腫使嚴密的角膜結構變疏鬆，故增殖的角膜緣血管能向內生長。
當血管侵入角膜後，淋巴管亦伴隨增生，角膜內的血管及淋巴管的存在對於免疫反應有非常重要的意義。角膜移植術後的排斥反應即是角膜內血管和淋巴管增生的結果。
（3）角膜神經的營養作用（NourishmentofCornealNerve）
角膜是全身最敏感的組織之一。其感覺神經來自三叉神經的眼支，經睫狀神經從鞏膜進入角膜。在實質中、淺層到達角膜中心形成放射狀。更多的表淺神經來自結膜及鞏膜上組織。手術創傷後的角膜感覺可以迅速恢復，但角膜植片的感覺通常不能完全恢復，甚至3年後正常感覺恢復不到50%。在眼神經或三叉神經切斷、麻痹後的角膜感覺消失常引起神經麻痹性角膜炎和上皮的水腫性改變，從而看出神經在上皮代謝和修復中的營養作用。
適應症
人工角膜成形術適用於：
1.螺母螺栓式
（1）嚴重的大泡性角膜病變及嚴重的角膜營養不良。
（2）反覆穿透性角膜移植失敗的植片渾濁。
（3）除化學灼傷以外因素引起的厚重角膜瘢痕。
2.貫通式
（1）嚴重血管化的角膜。
（2）化學灼傷角膜。
（3）眼天皰瘡後遺症（嚴重乾眼）。
手術步驟
1.螺母螺栓式
用9mm環鑽角膜上皮列印後將該區域的上皮切除。中心部用3.5mm環鑽穿通，為防止玻璃體脫出，用一個塑膠塞將此孔暫時阻塞。以1把特製的鑷子夾住固定螺母經角膜緣切口送入前房。為防止螺母萬一掉入玻璃體腔，應在螺母上預置一個縫線，拔出塑膠塞將光芯插入鑽孔與螺母旋緊固定。切斷預置線，8-0絲線縫合角膜緣切口。最後用平衡鹽水注入眼內恢復正常眼壓。如果受體角膜很薄無足夠支撐力，應在手術前至少6個月行全板層角膜移植。這種設計的優點是減少角膜表面的過度蒸發，防止周圍角膜上皮糜爛，美容效果較好。
2.貫通式
在脛骨內側上1/3處取骨膜備用。血管化的白斑板層剝離連同結膜一起向上、下分離，3.0mm環鑽在角膜中央穿通，將人工角膜旋入植孔，支撐板的4點固在鞏膜上，備用骨膜覆蓋在人工角膜之上，縫合固定在近4直肌止點的鞏膜上，角結膜瓣覆蓋在骨膜上縫合。2個月後將中心3.5mm區域開窗露出柱芯而恢復視力。
在眼天皰瘡或嚴重瞼球粘連（symblepharon）的病例，採用眼瞼縫合 （tarsorrhaphy）的瞼裂間或索性將人工角膜穿過上瞼置入眼內。
