角膜

角膜は眼球の外嚢の前部であり、眼の光学系における主要な屈折媒体です。

角膜は眼球の外嚢の面積の1/6を占め、凸凹レンズのような形状をしています。中心部の厚さは450～600µm、周辺部の厚さは650～750µmです。そのため、外表面の曲率半径は内表面の曲率半径よりも大きく、平均7.7mmです。角膜の水平直径（11mm）は垂直直径（10mm）よりわずかに大きいです。角膜輪部（角膜から強膜への移行部分の半透明の線）の幅は約1mmです。輪部領域の内側は透明です。この特徴により、角膜は不透明なフレームに挿入された時計のガラスのように見えます。

10～12歳になると、角膜の形状、大きさ、屈折力は成人の特徴的なパラメータに達します。老齢期には、塩分や脂質の沈着により、角膜輪部と同心円状の白濁した輪が角膜周縁部に形成されることがあります。これはいわゆる老人弓、あるいはいわゆる老人環と呼ばれます。

角膜の薄い構造は5つの層に分かれており、それぞれが特定の機能を果たしています。断面を見ると、角膜の厚さの9/10が角膜自身の物質である実質で占められていることがわかります。実質の前後は弾性膜で覆われており、その上にそれぞれ前上皮と後上皮が位置しています。

角膜の平均直径は、縦11.5mm、横12mmです。角膜は以下の層で構成されています。

1. 上皮（重層上皮、扁平上皮、非角質化上皮）は、以下のものから構成されます。基底柱状細胞の単層で、イオウレスモソームによって下にある基底膜に連結されています。
   • 2列から3列の分岐した翼状細胞。
   • 2層の扁平上皮細胞。
   • 外側の細胞の表面には、ムチンの付着を促進する微細なヒダと微絨毛が発達しています。数日以内に表面の細胞は剥離します。上皮の再生能力が非常に高いため、瘢痕は形成されません。
   • 上皮幹細胞は主に上角膜輪部と下角膜輪部に存在し、正常な角膜上皮の維持に不可欠です。この領域は、角膜上への結膜上皮の増殖を防ぐバリアとしても機能します。輪部幹細胞の機能不全または欠乏は、慢性的な上皮欠損、角膜表面への結膜上皮の増殖、および血管新生につながる可能性があります。
2. ボーマン膜は間質の無細胞表層であり、これが損傷すると瘢痕形成につながります。
3. 角膜実質は角膜全体の厚さの約 90% を占め、主に正しい方向に配向したコラーゲン繊維で構成され、その間の空間は主要物質 (コンドロイチン硫酸およびケラタン硫酸) と変性線維芽細胞 (角膜実質細胞) で満たされています。
4. デスメ膜は、微細なコラーゲン繊維のネットワークで構成され、子宮内で発達する前部結合領域と、生涯にわたって内皮層で覆われる後部非結合領域から構成されています。
5. 内皮は六角形の単層細胞で構成され、角膜の状態を維持し、眼圧の影響による腫れを防ぐ上で重要な役割を果たしますが、再生能力はありません。加齢とともに細胞数は徐々に減少し、残った細胞は大きくなり、空いた空間を埋めていきます。

角膜は三叉神経第1枝の神経終末によって豊富に神経支配されています。上皮下神経叢と間質神経叢が区別されます。角膜浮腫は色覚異常や「虹彩円」の症状の原因となります。

非角化性前角膜上皮は、複数の細胞列から構成されています。その最も内側は、胚芽細胞と呼ばれる大きな核を持つ、背の高い柱状の基底細胞の層です。これらの細胞の急速な増殖により、上皮は再生され、角膜表面の欠損が修復されます。上皮の外側の2層は、鋭く扁平化した細胞で構成されており、核も表面と平行に位置し、外縁は平坦です。これにより、角膜の理想的な滑らかさが保たれます。外皮細胞と基底細胞の間には、2～3層の多枝細胞があり、上皮全体の構造を支えています。涙液は、角膜に鏡のような滑らかさと輝きを与えます。まぶたの瞬きにより、マイボーム腺の分泌物と混ざり、結果として生じた乳剤が角膜前膜の形の薄い層で角膜上皮を覆い、光学表面を平らにして乾燥から保護します。

角膜上皮は急速に再生する能力があり、角膜を有害な環境影響（埃、風、温度変化、浮遊性およびガス状の有害物質、熱的、化学的、および機械的損傷）から保護します。外傷後の感染していない広範囲の角膜びらんは、健康な角膜であれば2～3日で治癒します。死体眼であっても、摘出した眼を恒温槽に置くと、死後数時間で小さな細胞欠損の上皮化が観察されます。

上皮の下には、薄い（8～10μm）構造のない前縁膜、いわゆるボーマン膜があります。これは実質の上部にある硝子化部分です。この膜は角膜縁から1mmも離れていないところで途切れています。この強固な膜は、衝撃を受けても角膜の形状を維持しますが、微生物毒素の作用には耐性がありません。

角膜の最も厚い層は実質です。角膜実質は、コラーゲン繊維でできた最も薄い板で構成されています。これらの板は互いに平行に、そして角膜の表面と平行に配置されていますが、それぞれの板のコラーゲン原線維の方向は異なります。この構造が角膜の強度を支えています。眼科外科医なら誰でも、鋭利でない刃で角膜に穴を開けるのは非常に困難、あるいは不可能であることを知っています。同時に、高速で飛散する異物は角膜を貫通してしまいます。角膜板の間には、連絡するスリット状の組織があり、そこには角膜小体（角膜実質細胞）が存在します。角膜小体は、薄い合胞体を構成する、多枝扁平細胞（線維芽細胞）です。線維芽細胞は創傷治癒に関与しています。このような固定細胞に加えて、角膜には遊走細胞（白血球）が存在し、炎症部位ではその数が急速に増加します。角膜板は、スルホヒアルロン酸の亜硫酸塩を含む接着剤によって接着されています。粘液性セメントは角膜板の繊維と同じ屈折率を持ちます。これは角膜の透明性を確保する上で重要な要素です。

内側からは、弾性後縁板、いわゆるデスメ膜が実質に隣接しており、コラーゲンに似た物質の細い原線維が含まれています。角膜輪部の近くでは、デスメ膜は厚くなり、その後繊維に分かれて、虹彩角膜角柱装置を内側から覆います。デスメ膜は角膜実質に緩く結合しており、眼圧の急激な低下の結果としてひだを形成します。角膜が切開されると、デスメ膜は収縮し、多くの場合、切開の縁から離れます。これらの創傷面が揃っていると、弾性後縁板の縁が接触しないため、デスメ膜の完全性の回復は数か月遅れます。角膜瘢痕全体の強度は、これに依存します。火傷や化膿性潰瘍では、角膜実質が急速に破壊され、デスメ膜のみが化学物質やタンパク質分解物質の作用に長期間耐えることができます。潰瘍性欠損の背景にデスメ膜のみが残存している場合、眼圧の影響を受けて、デスメ膜は泡状に前方に突出します（デスメト瘤）。

角膜の内層は、いわゆる後上皮（以前は内皮またはデスメ上皮と呼ばれていました）です。角膜の内層は、細胞質突起によって基底膜に付着した扁平な六角形細胞の単列層で構成されています。薄い突起により、これらの細胞は眼圧の変化に応じて伸縮し、所定の位置に留まります。同時に、細胞体は互いに接触しています。最周辺部では、後上皮はデスメ膜とともに、眼の濾過層の角膜強膜小柱を覆っています。これらの細胞はグリア細胞由来であるという仮説があります。これらの細胞は交換されないため、長生き細胞と呼ぶことができます。細胞数は加齢とともに減少します。通常、後角膜上皮の細胞は完全に再生することができません。欠損部は隣接する細胞が閉鎖することで置換され、その結果、細胞は伸長し、サイズが大きくなります。このような置換プロセスは無限に続くものではありません。通常、40～60歳の人では、角膜後部上皮1 mm²あたり2,200～3,200個の細胞が存在します。その数が1 mm²あたり500～700個に減少すると、浮腫性角膜ジストロフィーを発症する可能性があります。近年、特殊な状況（眼内腫瘍の発生、組織栄養の深刻な阻害）下では、角膜後部上皮の個々の細胞の真の分裂が周辺部で検出されるという報告があります。

後角膜上皮細胞の単層は、角膜実質への有機物質の供給と代謝産物の除去という二重作用ポンプとして機能し、様々な成分に対する選択的な透過性を特徴としています。後角膜上皮は、眼内液による過剰な飽和から角膜を保護します。

細胞間に小さな隙間が現れるだけでも、角膜浮腫を引き起こし、透明性が低下します。近年、生体ミラー生体顕微鏡法の登場により、後角膜上皮細胞の構造と生理機能に関する多くの特徴が明らかになりました。

角膜には血管がないため、角膜内での交換プロセスは非常に緩やかです。交換プロセスは、前房の水分、涙液、そして角膜の周囲に位置する角膜周囲ループ網の小血管によって起こります。この網は結膜血管、毛様体血管、上強膜血管の枝から形成されるため、角膜は炎症プロセスに反応します。結膜、強膜、虹彩、毛様体における炎症プロセスです。角膜輪部の円周に沿って伸びる細い毛細血管網は、わずか1mmほど角膜に入り込んでいます。

角膜には血管がないにもかかわらず、栄養神経線維、感覚神経線維、自律神経線維によって代表される豊富な神経支配があります。

角膜の代謝プロセスは、三叉神経と顔面神経から伸びる栄養神経によって制御されます。

角膜の高い感度は、三叉神経の眼枝から伸びる長い毛様体神経系によってもたらされます。これらの神経系は角膜の周囲に辺縁神経叢を形成します。角膜に入ると、毛様体神経は髄鞘を失い、見えなくなります。角膜には、実質内、基底膜下、そして上皮下の3層の神経叢があります。角膜表面に近づくにつれて、神経終末は細くなり、絡み合いはより密になります。

前角膜上皮の各細胞は、それぞれ独立した神経終末を持っています。この事実は、角膜の触覚感度が高く、敏感な終末が露出すると（上皮の侵食）、鋭く痛みが現れるという説明がつきます。角膜の高い感度は、その保護機能の基盤となっています。そのため、角膜表面に軽く触れたり、突風が吹いたりすると、無条件角膜反射が起こります。まぶたが閉じ、眼球が上向きになり、角膜が危険から遠ざかります。また、涙液が分泌され、ほこりの粒子が洗い流されます。角膜反射弓の求心性部分は三叉神経によって、遠心性部分は顔面神経によって伝達されます。重度の脳損傷（ショック、昏睡）では、角膜反射が消失します。角膜反射の消失は、麻酔の深さを示す指標です。角膜や脊髄の上部頸部の一部の病変では反射が消失します。

角膜への刺激に対する辺縁ループ網の血管の迅速な反応は、辺縁神経叢に存在する交感神経と副交感神経の助けによって起こります。これらの神経は2つの終末に分かれており、1つは血管壁に到達し、もう1つは角膜を貫通して三叉神経の分岐網に接触します。

通常、角膜は透明です。これは、角膜の特殊な構造と血管の欠如によるものです。透明な角膜の凹凸形状が、その光学特性を決定づけています。光線の屈折力は左右の眼で異なり、37～48ディオプターの範囲で、最も一般的には42～43ディオプターです。角膜の中心部の光学領域はほぼ球面状です。周辺部に向かって、角膜は異なる経線に沿って不均一に平坦化します。

角膜の機能：

• 眼球の外嚢が強度、高い感度、および前部上皮の素早い再生能力により、支持および保護機能を果たす仕組み。
• 光学媒体がその透明性と特徴的な形状により光の透過と屈折の機能をどのように果たすか。

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]