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(一) 角膜解剖
角膜(cornea)是眼球壁最外層纖維膜的前1／6部分，具有透明、無血管和感覺神經豐富的特點。其前凸，表面光滑，質地堅韌並有彈性。表面有一層淚膜保護。
角膜前面略呈橫橢圓型。成人角膜橫徑11.5～12mm，垂直徑10.5～11mm。直徑小於10mm或大於13mm者為異常。角膜厚度各部分不同，中央最薄，平均為0.5～0.57mm，周邊為1mm。中央瞳孔區附近約4mm直徑的圓形區域內近似球形，其各點的曲率半徑基本相等；而中央區以外的中間區和邊緣部角膜較為扁平，各點曲率半徑也不相同。角膜形態發生改變可出現扁平角膜(corneaplana)，角膜曲率異常則有圓錐角膜(keratoconus)，是屈光性角膜手術中需十分注意的情況。角膜前、後表面曲率半徑分別為7.7mm、6.8mm。屈光力前面為＋48.83D，後面為－5.88D，總屈光力＋43D，占眼球屈光力的70％。屈光指數1.376。
角膜的感覺神經十分豐富，主要由三叉神經的眼支經睫狀神經達到角膜。神經呈叢狀分佈於角膜各層，位於前彈力層下的淺層神經叢發出垂直小支穿過前彈力層，在基底細胞的基底膜附近失去雪旺鞘進入上皮層，並分成細纖維而分佈於角膜上皮細胞之間，所以角膜為全身最敏感的組織之一。角膜的痛觸覺在角膜中央最為敏感，並受年齡、藥物、眼內壓和疾病等影響。
角膜本身無血管，其營養主要來自角膜緣血管網、房水及淚液。代謝所需的氧約80％來自空氣，15％來自角膜緣血管網，5％來自房水。
(二) 角膜組織學結構
在組織學上角膜由外向內分為五層：上皮細胞層、前彈力層(Bowman膜)、基質層、後彈力層(Descemet膜)和內皮細胞層(圖1-1)。
1. 上皮細胞層(epithelial layer) 是球結膜上皮的延續，為複層上皮，由5～6層有核上皮細胞組成。總厚度平均為50μm，占整個角膜厚度的10％。上皮薄厚均勻，是全身最均勻的上皮．有利於形成光滑的前界面。上皮細胞層再生能力強，損傷後再生較快，通常損傷及PRK術後於48～72小時內癒合，不遺留瘢痕。此層從前向後又分為三層：表層、中層、深層。
表層
由多角形的表層細胞(superficial cells)構成，2～3層。前面為角膜前淚膜。表層上皮經常脫落，細胞不角化。因角膜表面是眼的主要反射介面，所以當角膜表層水腫時，光線發生散射而影響視力。
中層
為多角形翼狀細胞層(wing cells)，在中央區有2～3層，周邊部4～5層。細胞核長橢圓形，核質緻密。翼狀細胞層與表層細胞間主要為橋粒(desmosomes)連接和粘連斑(maculae occludentes)。
深層
為基底細胞層(basal cells)，僅為一層柱狀細胞層。細胞大小均勻，細胞底部緊接前彈力層，頂部與翼狀細胞連接。高18μm，寬10μm。基底細胞底部的細胞膜厚約8nm，其內側有一層基底膜，是上皮細胞的產物，厚60～65nm，兩者間以半橋粒(half-desmosomes)結構相連接，基底膜與後面的前彈力層混合一起，界限往往不清。
2. 前彈力層(lamina elastic anterior) 又稱Bowman膜，主要由膠原纖維所組成的一層均質透明膜，厚8～14μm，無細胞成分，至角膜周邊部。前面與上皮細胞層界限清楚，而與後面的角膜基質界限不明顯。此層抵抗力弱，易被損傷，無再生能力。PRK術後此層缺失，LASIK術後可保留完整的前彈力層。
3. 基質層(stroma) 占角膜厚度的90％，厚約500μm。由200多層與角膜表面平行的膠原纖維束薄板組成。基質的主要成分為I、IV 型膠原。纖維薄板排列規整，各層互相成一定角度重疊，其間有固定的和游走的角膜基質細胞，並含有豐富的透明質酸和一定的粘多糖。此層損傷後不能再生，以瘢痕組織所代替。
準分子雷射角膜切削術後可出現一系列的變化，主要表現為激活的基質細胞增生、移行，細胞外基質合成，膠原纖維不連續的排列以及上皮下的以Ⅶ型膠原為主的新膠原合成。
4. 後彈力層(lamina elastic posterior) 又稱Descemet膜，位於角膜基質層與內皮細胞層之間。成人厚為10～12μm。它與角膜基質層界限清楚，是由內皮細胞分泌產生的一層較堅硬透明的均質膜，富有彈性，抵抗力較強，損傷後可以再生。
5. 內皮細胞層(endothelium layer) 為單層六角形扁平細胞構成，具有角膜房水屏障的功能，正常情況下，房水不能透過此層滲入到角膜組織中。整個角膜內皮細胞總數約為50萬個，細胞厚5μm，寬18～20μm。橢圓形細胞核位於細胞中央，直徑約7μm。細胞平均密度2570個／mm2，隨著年齡增加而減少。
在嬰幼兒，內皮細胞進行有絲分裂，但成人以後內皮細胞損傷則不能再生，缺失的細胞只有依靠鄰近細胞擴張和移行寒填補缺損區。若角膜內皮細胞失去代償功能，則角膜可發生水腫和大泡性角膜病變。
角膜除上述五層結構外，表面還有一層淚膜．含有一定比例的粘蛋白、水分和脂質，具有防止角膜乾燥、保持平滑及光學特性的作用。
(三) 活體共聚焦顯微鏡下角膜結構特點
活體共聚焦顯微鏡(confocal microscopy through focusing CMTF)是近年來發展起來的一種進行活體共聚焦顯微檢查技術。通過連續共焦掃描及焦點分析，得到精確的、可重複的、深徑度及時實的四維顯示。在不同光強度下分析角膜不同亞層。開始於上皮前層，終止於內皮後層，形成相應可觀察的高清晰度成像。這種無創傷技術，使對活體角膜的觀察成為可能。可直接觀測活體角膜各層細胞形態結構。
1. 正常角膜細胞形態結構 作者對85人(167隻眼)正常角膜進行了檢查。男33人，女52人；平均年齡27.3歲(17～65歲)。角膜各層結構見表1-1所示。
正常角膜CMTF特點
上皮細胞層分為表層的上皮層和內層的基底層。上皮細胞較大，呈不規則圓形、橢圓形，核圓亮，直徑2～4μm；基底細胞小，均勻，多角形。胞質極暗，核不明顯。
基質層分為前、後基質層，細胞核明顯，排列整齊，胞質暗，核間為黑色背景。前基質核顯不規則長角形，數量多於後基質，後基質細胞核呈橢圓形、長橢圓形及長棒槌形
內皮層細胞高反光，均勻規則、六邊形，核不明顯，細胞連接處暗。正常細胞密度為2570個／mm2左右
一般情況下前後彈力層不顯示。前彈力層只見神經纖維叢
2. 角膜厚度 通過Z-Scan可測量角膜厚度，正常人角膜全層、基質及上皮厚度分別為：543.0±67.9μm(508.4～681.2μm)，317.0±114. 8μm(270.2～432.6μm)，71.0±6.7μm(63～81μm)。
(四) 角膜生理生化
1. 角膜的生理功能
角膜的生理功能有以下幾個方面：
保護眼球，與鞏膜一起構成眼球壁最外層，共同保護眼球。同時其神經末梢豐富，有敏銳的感覺功能，與眼的保護有密切關係。
具有很強的屈光能力，是屈光間質的主要組成部分，提供70％的屈光力。
透入光線功能，角膜本身透明，無色，沒有血管，因此光線通過角膜可投入眼內。
2. 角膜的化學成分包括：
水 角膜組織水的含量十分穩定，在72％～82％之間，它保證了正常角膜的透明性和厚度，角膜厚度的恒定是其屈光作用的保證。
蛋白質 佔18％～20％。
酶 角膜內含有多種酶，尤其角膜上皮及內皮酶含量更高，代謝十分旺盛。
粘多糖 存在於角膜基質膠原纖維之間，起水合作用，保持角膜的透明性。它是由50％硫酸角蛋白，25％軟骨素和25％硫酸軟骨素A三部分組成。粘多糖代謝紊亂時，可引起角膜混濁。
無機鹽 角膜內含有多種無機鹽，如鉀、鈉、鈣、氯化物等，這對維持角膜的滲透壓和保持酶的活性起著重要作用。
膠原 角膜含有較多的膠原蛋白，約占角膜幹重的75％。上皮基底膜為Ⅳ型膠原；前彈力膜由I型膠原和基質組成；角膜基質主要有I型、V型、Ⅲ型膠原組成；後彈力膜為Ⅳ型膠原。角膜膠原整齊，顯示出高度的規則板層排列。
其他 除以上物質外，角膜還含有糖原、氨基酸、脂質和抗壞血酸等，在角膜的修復過程中起著一定作用。某些角膜疾病及營養不良時，脂質含量明顯增加。
3. 角膜的營養代謝 角膜的營養有三個來源：角膜緣血管網，房水及淚液。房水是其主要來源。營養物質在角膜內經過一系列的代謝過程，獲得能量，其中主要用以維持角膜的透明性及保持其脫水狀態。
角膜的呼吸所需氧氣有三個主要來源：角膜前淚液膜與空氣、角膜緣血管網和房水。角膜代謝產生的二氧化碳主要由角膜前表面向大氣中直接散發。
糖原是葡萄糖在角膜內的儲存形式，糖代謝方式為無氧酵解、有氧氧化(三羧酸循環)及磷酸戊糖途徑。主要為角膜提供能量與合成代謝所需要的中間物質。
蛋白質是角膜細胞的主要成分，其功能主要為維持組織的生長、修復、更新及維持角膜細胞膠體滲透壓和正常的生理代謝。
4. 角膜的透明性 角膜的透明性對角膜來講十分重要，一旦受到破壞，必將影響物體在視網膜上成像的清晰度。透明性的維持主要取決於以下因素：
角膜結構的特殊性
角膜結構的特殊性表現在：角膜組織內沒有血管；基質內板層排列緊密且互相平行；板層纖維大小一致；膠原纖維呈格子狀排列；纖維與纖維間距小於一個光波長。當這一特殊結構遭到破壞時，角膜的透明度將受到影響。
角膜上皮和內皮的完整性
角膜上皮及內皮層(尤其是內皮層)對保持角膜的脫水狀態、維持透明起著重要作用，當損傷時角膜基質便發生水腫。
電解質與滲透壓的平衡
角膜內皮與上皮細胞膜具有滲透作用，正常情況下膜兩側滲透壓保持平衡。這種平衡主要取決於細胞內外離子分佈及細胞膜上“鈉鉀泵”的作用。角膜的滲透作用和電解質的平衡從生理、藥物治療及營養角度均具有重要意義。
正常的物質代謝
正常的物質代謝也是維持角膜透明性的因素之一，角膜內外離於的運轉離不開“泵”功能，這一功能需要有ATP及Na+ -K+依賴的ATP酶的存在。當代謝障礙時，ATP生成減少，酶活性降低，泵功能受到影響，不能泵出水分，角膜水腫，透明度降低。角膜的代謝也受溫度影響，角膜溫度降低，則代謝功能降低，泵功能下降，角膜吸收水分而水腫，當恢復到正常體溫時角膜脫水。
眼內壓
正常的眼內壓有利於角膜的營養、代謝和滲透壓的維持。眼內壓過高或過低均可引起角膜水腫，如時間短，沒有造成內皮永久性和過多損壞；眼壓恢復正常後，角膜也可恢復透明及正常厚度。
5. 角膜的屈光性 角膜有很強的屈光力(dioptric power)，占整個眼球屈光力的70％左右。屈光指數為1.376。角膜屈光力及角膜曲率(corneal curvature)異常可引起近視、遠視及散光，是屈光性角膜手術的適應症。
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