眼的生化角膜淚液房水

1、第四章 眼的生化,,,,,新課導(dǎo)入,眼是機體最重要的感覺器官之一,每一生理功能的發(fā)生與完成元不蘊涵著復(fù)雜的生物化學(xué)變化。作為普通生物化學(xué)的一個分支,眼生物化學(xué)的內(nèi)容主要在于闡述眼部物質(zhì)組成及代謝異常與眼病發(fā)生發(fā)展之間的密切關(guān)系,如角膜蒙古多糖代謝異?？蓪?dǎo)致角膜營養(yǎng)不良,糖尿病患者醒糖還原酶活性增高可導(dǎo)致糖性白內(nèi)障等。,第二節(jié) 角 膜,角膜的化學(xué)成分 水：72％－82％ 蛋白質(zhì)：18%-20% 膠

2、原 15％ 其他 5％ 粘多糖：4% 硫酸角質(zhì)素 軟骨素 硫酸軟骨素A 酶：磷酸脂酶、淀粉酶、三磷酸腺苷酶等 無機鹽 其他,二、角膜的營養(yǎng)和代謝,

3、糖代謝維生素A代謝,角膜的營養(yǎng),角膜的葡萄糖來自于房水、角膜緣血管網(wǎng)和淚膜。角膜的葡萄糖可以糖原形式儲存。角膜的氧氣來自于淚膜、房水、角膜緣血管網(wǎng)和結(jié)膜毛細血管。,1、角膜的糖代謝,無氧酵解：85％－88％ 生成乳酸和丙酮酸。 1mol 葡萄糖產(chǎn)生2mol ATP。 缺氧時，乳酸堆積，造成角膜水腫。有氧氧化：12％－15％ 經(jīng)Krebe循環(huán)產(chǎn)生二氧化

4、碳和水。 1mol 葡萄糖產(chǎn)生36mol ATP。 是角膜供能的主要途經(jīng)。 主要發(fā)生在角膜上皮和內(nèi)皮層。,1、角膜的糖代謝,磷酸己糖旁路： 主要在上皮層。 生成磷酸核糖（合成核酸）和NADPH（合成脂類）。多元醇途經(jīng)： 生成山梨醇和果糖。,2、角膜的維生素A代謝,維生素A來源于食物。與視黃醇結(jié)合蛋白結(jié)合后再與血漿前白蛋白

5、結(jié)合，轉(zhuǎn)運至角膜組織。作用（1）參與角膜糖蛋白的合成、基質(zhì)DNA的合成 （2）維持結(jié)角膜上皮細胞的分化和完整性 （3）促進角膜內(nèi)皮EGF受體↑，創(chuàng)傷修復(fù)↑,角膜軟化癥,3、維生素C和谷光苷肽代謝,維生素C的作用： 防止光氧化損傷 參與膠原合成谷光苷肽的作用： 維持角膜內(nèi)皮正常功能,三、角膜基質(zhì)的構(gòu)成,Ⅰ型膠原纖維：纖

6、維狀，為角膜基質(zhì)中的主要纖維Ⅴ型膠原纖維：纖維狀，直徑可調(diào)節(jié)Ⅵ型膠原纖維：非纖維狀膠原，可調(diào)節(jié)細胞基質(zhì)的相互作用膠原纖維的合成和分解受內(nèi)源性生長因子的調(diào)節(jié)。,四、角膜的相對脫水性,角膜上皮的屏障功能角膜基質(zhì)層的作用· 基質(zhì)內(nèi)粘多糖的相對脫水狀態(tài)是保持角膜透明的重要保證。 粘多糖與水結(jié)合后腫脹，使角膜增厚，并破壞膠原纖維的規(guī)則排列。,四、角膜的相對脫水性,角膜內(nèi)皮的功能

7、 角膜內(nèi)皮的屏障作用：細胞間的連接 影響因素：Ca2+、谷胱甘肽的濃 度，灌注液成分及PH值等。 角膜內(nèi)皮的泵功能： 影響因素：ATP酶功能、HCO3- 濃度等。,第一節(jié) 角膜,作為眼屈光間質(zhì)的重要組成之一,角膜本身透明無血管,其營養(yǎng)供應(yīng)主要源自角鞏膜緣血管網(wǎng),而透明性維持依賴于其正常的生化代謝。,一、角膜的

8、化學(xué)組成,水：72％－82％ 蛋白質(zhì)：18%-20% 膠原 15％ 其他 5％ 粘多糖：4% 硫酸角質(zhì)素 軟骨素 硫酸軟骨素A 酶：磷酸脂酶、淀粉酶、三磷酸

9、腺苷酶等 無機鹽 其他,一、角膜的化學(xué)組成,角膜上皮和內(nèi)皮細胞中酶含量較基質(zhì)高,表明上皮、內(nèi)皮代謝旺盛。膠原纖維間隙的粘多糖由硫酸角蛋白、軟骨素等組成,具有保持角膜水合狀態(tài)及蒙古合的功能,其代謝異常將導(dǎo)致角膜水腫。另外,角膜尚含有糖類、氨基酸、維生素、脂類、無機鹽等物質(zhì)。角膜營養(yǎng)不良患者,脂質(zhì)含量常增加。,二、角膜的營養(yǎng)和代謝,1.氧與糖代謝：葡萄糖與氧是參與角膜代謝的兩種主要物質(zhì)。角膜上皮所需氧分主要通

10、過淚膜獲取,閉瞼時,氧則來源于角膜緣血管網(wǎng)、結(jié)膜毛細血管和房水;深基質(zhì)層和內(nèi)皮細胞所需氧來自房水。葡萄糖由角膜緣毛細血管網(wǎng)、淚液和房水供應(yīng),其中房水為主要來源。,二、角膜的營養(yǎng)和代謝,葡萄糖代謝為正常角膜的主要能量來源,到達角膜后,通過一系列復(fù)雜的代謝過程,產(chǎn)生能量以供角膜組織的正常需要,使角膜保持脫水狀態(tài)與透明。葡萄糖一般以糖原形式儲存于角膜中,在外傷或手術(shù)等應(yīng)激情況下,糖原分解以滿足組織修復(fù)的能量需要。葡萄糖代謝有無氧酵解、有氧氧化

11、、磷酸戊糖旁路三種方式,其中以無氧酵解為主。,1、角膜的糖代謝,無氧酵解：85％－88％ 生成乳酸和丙酮酸。 1mol 葡萄糖產(chǎn)生2mol ATP。 缺氧時，乳酸堆積，造成角膜水腫。有氧氧化：12％－15％ 經(jīng)Krebe循環(huán)產(chǎn)生二氧化碳和水。 1mol 葡萄糖產(chǎn)生36mol ATP。 是角膜供能的主要途經(jīng)。

12、 主要發(fā)生在角膜上皮和內(nèi)皮層。,1、角膜的糖代謝,磷酸己糖旁路： 主要在上皮層。 生成磷酸核糖（合成核酸）和NADPH（合成脂類）。多元醇途經(jīng)： 生成山梨醇和果糖。,由于早期發(fā)現(xiàn)的糖類都是由C、H、O組成，并且其中H和O的比例恰好相當(dāng)于水分子中H、O的比例2：1，用通式可寫成Cn(H2O)m ，故糖類也被稱為碳水化合物（carbohydrate），如葡萄糖為C6(H2O)

13、6,糖 的 組 成：,糖的分解代謝,（二）糖的分類及其結(jié)構(gòu),單糖 不能水解的多羥基醛或多羥基酮，如 葡萄糖、果糖，半乳糖。 寡糖 能水解生成2－10個單糖分子的糖， 又稱為低聚糖。寡糖中常見的是二 糖，如蔗糖、麥芽糖、乳糖。 多糖 能水解成很多個單糖分子的糖，由 幾千

14、上萬個單糖分子縮聚而成的物 質(zhì)，故又稱為多聚糖，如淀粉、糖 原、纖維素。,糖代謝特點：,深受供氧狀況影響。供氧充足：葡萄糖進行有氧氧化徹底氧化成CO2和H2O。缺氧：進行糖酵解。,一、糖酵解,第一階段,第二階段,* 糖酵解(glycolysis)的定義,* 糖酵解分為兩個階段,* 糖酵解的反應(yīng)部位：胞漿,在缺氧情況下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的過程稱之為糖

15、酵解。,由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，稱之為糖酵解途徑(glycolytic pathway)。,由丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸。,二、糖酵解的過程及產(chǎn)物:,三、糖酵解的生理意義,1.在無氧條件下迅速提供能量,供機體需要。,如:劇烈運動、人到高原,2.是某些細胞在不缺氧條件下的能量來源。,3.是某些病理情況下機體獲得能量的方式。,4.是糖的有氧氧化的前過程，亦是糖異生作用 大部分逆過程。,6.若糖酵解過度，可因乳酸生成過多而導(dǎo)致乳酸

16、 酸中毒。,5.糖酵解也是糖、脂肪和氨基酸代謝相聯(lián)系的途徑。,肌肉收縮與糖酵解供能：,初到高原與糖酵解供能：,人初到高原，高原大氣壓低，易缺氧,機體加強糖酵解以適應(yīng)高原缺氧環(huán)境,海拔 5000米,背景：,結(jié)論：,某些組織細胞與糖酵解供能：,代謝極為活躍，即使不缺氧,也常由糖酵解提供部分能量。,成熟紅細胞：,視網(wǎng)膜、神經(jīng)、白細胞、骨髓、腫瘤細胞等:,無線粒體，無法通過氧化磷酸化獲得能量，只能通過糖酵解獲得能量。,某些病理狀態(tài)

17、 與糖酵解供能：,某些病理情況下機體主要通過糖酵解獲得能量.,二、糖有氧氧化,糖的有氧氧化：是指體內(nèi)組織在有氧條件下， 葡萄糖徹底氧化分解生成CO2和 H2O的過程。,有氧氧化是糖氧化的主要方式，絕大多數(shù)組織細胞都通過有氧氧化獲得能量。,糖的有氧氧化,糖有氧氧化的生理意義,TCA是機體獲取能量的主要方式。1分子G經(jīng)無氧酵解僅凈生成2ATP，而有氧氧化可凈生成32個ATP.

18、其中TCA生成20個ATP，在一般生理條件下，許多組織細胞皆從糖的有氧氧化獲得能量。糖的有氧氧化不但釋能效率高，而且逐步釋能，并逐步儲存于ATP分子中，因此能的利用率也很高。TCA是糖，脂肪和蛋白質(zhì)三種主要有機物在體內(nèi)徹底氧化的共同代謝途徑， TCA的起始物乙酰輔酶A，不但是糖氧化分解產(chǎn)物，它也可來自脂肪的甘油、脂肪酸和來自蛋白質(zhì)的某些氨基酸代謝， TCA是三種主要有機物在體內(nèi)氧化供能的共同通路，估計人體內(nèi)2/3的有機物是通過三羧酸循

19、環(huán)而被分解的。TCA是體內(nèi)三種主要有機物互變的聯(lián)結(jié)機構(gòu)，糖和甘油在體內(nèi)代謝可生成α-酮戊二酸及草酰乙酸等三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物可以轉(zhuǎn)變成為某些氨基酸；而有些氨基酸又可通過不同途徑變成α-酮戊二酸和草酰乙酸，再經(jīng)糖異生的途徑生成糖或轉(zhuǎn)變成甘油，因此TCA不僅是三種主要的有機物分解代謝的最終共同途徑，而且也是它們互變的聯(lián)絡(luò)機構(gòu),1.概念：以6-磷酸葡萄糖開始，在6-磷酸葡萄糖脫氫酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，進而代謝生成以磷酸

20、戊糖為中間代謝物的過程，稱為磷酸戊糖途徑，又稱磷酸已糖旁路。,三、磷酸戊糖途徑,2.反應(yīng)部位：胞漿,第一階段： 氧化反應(yīng)---------生成NADPH和磷酸戊糖第二階段： 非氧化反應(yīng)---------一系列基團轉(zhuǎn)移反應(yīng) (生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖),磷酸戊糖途徑的過程,磷酸戊糖途徑的生理意義,（1）為核苷酸的生成提供核糖,（2）提供NADPH作為供氫體參與多種代謝反應(yīng),二、角膜的營養(yǎng)和代謝,即使有氧條件下,約

21、85%~88%;的角膜葡萄糖亦通過糖酵解途徑代謝,其中1mol葡萄糖經(jīng)無氧酵解后可產(chǎn)生乳酸與2mol ATP。缺氧狀況下,因無氧酵解加速,乳酸堆積,可導(dǎo)致上皮與基質(zhì)水腫。長期配戴大而緊的角膜接觸鏡時, 角膜基質(zhì)水腫混濁的原因即在于此,如長期缺氧將導(dǎo)致角膜新生血管增生。,二、角膜的營養(yǎng)和代謝,除元氧酵解外,約12%~15%的葡萄糖通過有氧氧化方式進行代謝。在有氧條件下,通過三竣酸循環(huán),lmol葡萄糖完全氧化生成二氧化碳和水,同時

22、產(chǎn)生36mol 。另外,角膜上皮細!胞尚存在多元醇糖代謝途徑,葡萄糖循此途徑可生成山梨醇和果糖。如果角膜細胞內(nèi)山梨醇過度蓄積可導(dǎo)致細胞滲透性損害。,2、角膜的維生素A代謝,維生素A來源于食物。與視黃醇結(jié)合蛋白結(jié)合后再與血漿前白蛋白結(jié)合，轉(zhuǎn)運至角膜組織。作用（1）參與角膜糖蛋白的合成、基質(zhì)DNA的合成 （2）維持結(jié)角膜上皮細胞的分化和完整性 （3）促進角膜內(nèi)皮EGF受體↑，創(chuàng)傷修復(fù)↑

23、,二、角膜的營養(yǎng)和代謝,淚液中的維生素A對角膜生理功能維持具有重要作用:①可調(diào)控角膜上皮細胞角蛋白表達,缺乏時將會引起角膜上皮細胞維生素A缺乏性角質(zhì)化;②參與角膜糖蛋白合成,刺激葡萄糖、氨基葡萄糖進入角膜上皮,誘導(dǎo)角膜基質(zhì)細胞DNA合成增加;③誘導(dǎo)角膜內(nèi)皮細胞EGF受體表達增加,促進內(nèi)皮細胞創(chuàng)傷愈合;④影響結(jié)膜的轉(zhuǎn)分化。維生素A缺乏可使結(jié)膜杯狀細胞減少,角結(jié)膜上皮角化、增厚和鱗狀化生。,角膜軟化癥,3、維生素C和谷光苷肽代謝,維生素C的

24、作用： 防止光氧化損傷 參與膠原合成谷光苷肽的作用： 維持角膜內(nèi)皮正常功能,三、角膜基質(zhì)的構(gòu)成,Ⅰ型膠原纖維：纖維狀，為角膜基質(zhì)中的主要纖維Ⅴ型膠原纖維：纖維狀，直徑可調(diào)節(jié)Ⅵ型膠原纖維：非纖維狀膠原，可調(diào)節(jié)細胞基質(zhì)的相互作用膠原纖維的合成和分解受內(nèi)源性生長因子的調(diào)節(jié)。,四、角膜的相對脫水性,角膜上皮的屏障功能角膜基質(zhì)層的作用· 基

25、質(zhì)內(nèi)粘多糖的相對脫水狀態(tài)是保持角膜透明的重要保證。 粘多糖與水結(jié)合后腫脹，使角膜增厚，并破壞膠原纖維的規(guī)則排列。,四、角膜的相對脫水性,角膜內(nèi)皮的功能 角膜內(nèi)皮的屏障作用：細胞間的連接 影響因素：Ca2+、谷胱甘肽的濃 度，灌注液成分及PH值等。 角膜內(nèi)皮的泵功能： 影響因素：AT

26、P酶功能、HCO3- 濃度等。,第二節(jié) 淚液,淚液與淚膜傳統(tǒng)淚膜觀點與新淚膜觀點淚膜形成的生物化學(xué)機制,淚液,由主副淚腺分泌的水樣液體淚液分泌部包括淚腺：反射性分泌腺（受到刺激時大量分泌）副淚腺：基礎(chǔ)分泌腺（少量）,淚液,物理特性：pH值 7.3～7.8 滲透壓 318mOsm/L 屈光指數(shù) 1.336～1.337

27、 溫度：32℃淚液起屈光、保護、潤滑、營養(yǎng)角膜的作用。,淚液的化學(xué)組成,98%～99% H2O蛋白質(zhì)（為血漿的1/10） 球蛋白：α、β、γ球蛋白、免疫球蛋白（IgA) 溶菌酶：含量與多種因素有關(guān) 白蛋白：特殊淚液白蛋白、血清白蛋白 轉(zhuǎn)鐵蛋白：與細菌競爭鐵而產(chǎn)生抑菌作用,淚液的化學(xué)組成,氨基酸：含量高于血液，17種以上酶：乳酸脫氫酶、溶酶體酶等20余種無機鹽葡萄糖、尿素等有機物

28、脂質(zhì) 基礎(chǔ)淚液和反射性淚液中的淚液成分及含量有改變。,傳統(tǒng)淚膜概念,脂質(zhì)層漿液層粘液層,角膜表面覆蓋的一層淚液膜稱為淚膜。厚7－10um,脂質(zhì)層,由 Meibomian’s 腺、Zeis腺、Moll腺分泌由蠟質(zhì)、膽固醇等脂質(zhì)構(gòu)成0.05－0.5um減少淚液蒸發(fā)；防止淚液外溢,漿液層,由淚腺、副淚腺分泌由水、無機鹽、可溶性有機物組成6－7um濕潤角膜表面；營養(yǎng)結(jié)角膜上皮；屏障功能,粘液層,眼表上皮細胞分泌粘液構(gòu)

29、成，具有高度親水性0.02－0.05um構(gòu)成親水界面，穩(wěn)定淚膜附著； 粘著和清除異物；阻止外來抗原,淚膜新概念,淚膜是一塊膠體，其中粘蛋白是主體，被淚液所水化，含蛋白、電解質(zhì)、有機物等，外層覆蓋脂質(zhì)層。,淚膜,淚膜形成的生化機制 （1）,結(jié)膜杯狀細胞分泌的粘液和角膜上皮細胞分泌的糖蛋白在角膜上皮前表面形成一層多糖-蛋白復(fù)合物粘液的主要成分為糖蛋白，以蛋白質(zhì)鏈為基礎(chǔ)，鏈上有大量絲、蘇氨酸殘基，可與疏水的脂類、親水的蛋白質(zhì)及帶電分子相

30、互作用使疏水的角膜上皮細胞膜磷脂層表面張力降低角膜前表面被淚液覆蓋，形成一穩(wěn)定、完整的淚膜 角膜上皮表面異常、粘液層或糖蛋白異常可影響淚膜穩(wěn)定性,淚膜形成的生化機制（2）,淚膜有助于保持角膜基質(zhì)脫水狀態(tài)淚膜脂質(zhì)層由極性和中性脂質(zhì)組成極性脂質(zhì)和淚膜水層接觸，形成穩(wěn)定的淚膜中性脂質(zhì)和空氣接觸，提供屏障保護,干眼癥,第四節(jié) 房水,房水是睫狀體無色素上皮分泌的、從后房到前房持續(xù)循環(huán)著的無色透明液體。作用：屈光、眼壓的形

31、成與維持、角膜營養(yǎng)供應(yīng)房水源自血液，基本成分與血漿相似，但并非血漿的過濾液?；瘜W(xué)成分復(fù)雜。后房與前房的化學(xué)成分有所不同,一、房水的物理特性,滲透壓比血漿高 pH值 7.3～7.5 比重 1.002～1.021 屈光指數(shù)1.333～1.337,二、房水的化學(xué)組成,蛋白質(zhì)：虹睫炎、青光眼時明顯升高。 免疫球蛋白含量少。,二、房水的化學(xué)組成,電解質(zhì)： Na+來自擴散、超濾和

32、主動運輸，維持滲透壓。 K+來自擴散和超濾。 Cl－在Na+主動運輸時被動跟入。 HCO3－在Na+主動運輸時被動跟入，中和乳酸和丙酮酸。,二、房水的化學(xué)組成,維生素C： 含量為血漿濃度的15～30倍。 以還原型為主。 由飽和的特定轉(zhuǎn)運機制主動分泌到房水。 在白內(nèi)障或無晶體眼濃度低于正常。,二、房水的化學(xué)組成,葡萄糖：為血漿濃度的80％，被晶體、角膜、玻璃體、和視網(wǎng)膜利用。乳酸等

33、：為周圍組織的代謝產(chǎn)物。谷光苷肽：是細胞抗氧化作用的重要物質(zhì)，白內(nèi)障時增高，青光眼時降低。,,二、房水的化學(xué)組成,氧：30～40mmHg，角膜接觸鏡、腎上腺素可使房水氧分壓降低。氨基酸酶類：LDH>1000u提示惡性病變微量元素,房水和血漿成分比較,三、房水的形成過程,擴散透析或超濾分泌水、電解質(zhì)通過睫狀體上皮細胞膜和虹膜毛細血管壁自由擴散與超濾過形成維生素C、乳酸、蛋白質(zhì)和部分氨基酸由睫狀上皮主動分泌 房水的形

34、成主要是細胞主動分泌過程,三、房水形成過程,睫狀上皮主動轉(zhuǎn)運功能受一定因素的影響,如碳酸酶酶抑制劑可使房水分泌減少50%~60%血-房水屏障:即使血漿濃度較高,蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)也不易透過而進入房水中,這一屏障稱為血-房水屏障。據(jù)認為,此屏障的解剖學(xué)基礎(chǔ)在于睫狀上皮細胞間的緊密聯(lián)接與基底膜。,三、影響房水成分的因素,血液成分： 以擴散和超濾方式出入房水的物質(zhì)，濃度隨血濃度的增高而增高； 血漿中大分子物質(zhì)濃度增高，房水量減少。

35、睫狀體功能： 睫狀體血流量影響房水生成量； 物質(zhì)的主動運輸依賴睫狀體的正常代謝。血-房水屏障： 損傷后大分子物質(zhì)增加，高濃度物質(zhì)減少。藥物作用,房水的主要功能,供給眼內(nèi)組織氧氣并排出其新陳代謝產(chǎn)物維持眼內(nèi)壓屈光作用,第三節(jié) 鞏膜,一、鞏膜的化學(xué)成分 水：65.5％－75.5％ 蛋白質(zhì)：膠原蛋白（干重的 75％） 彈性蛋白

36、 粘多糖：1% 硫酸軟骨素 硫酸膚質(zhì)素 透明質(zhì)酸 脂類 其他：無機鹽等,二、鞏膜的代謝及不透明性,鞏膜代謝與角膜相似，但相對緩慢。鞏膜不透明的主要原因： 含水量 粘多糖含量