第一章　与屈光角膜手术相关的基础知识

角膜和结膜覆盖在眼球表面，角膜与巩膜构成眼球坚实的外壳，保持眼球正常形态和保护眼内组织。角膜是外界图像进入眼内的门户，良好的视力取决于正常的角膜、晶状体及视网膜。角膜的形态和透明对于屈光极为重要，任何一个轻微的角膜外形改变都会引起屈光不正，屈光角膜手术是通过改变角膜曲率而矫正屈光不正。因此，有必要了解角膜的解剖和生理结构，以及手术所产生的病理改变。

角膜是一透明无血管的组织，表面覆盖泪膜，前面直接与外面接触，后面为房水，向前突出的非球面型形，中央4mm光学区基本是球形，曲率半径7.5~8.0mm。水平直径11.5mm(11~12mm），垂直径10.6mm(9~11mm）。角膜厚度因测定方法不同，结果不一致，超声测定的中央厚度为0.52mm，向周边逐渐增厚可达0.70mm。

角膜有丰富的感觉神经，是人体最敏感的部位，三叉神经的睫状长神经穿过周边深层角膜，多数在进入角膜1mm后脱髓鞘，但是施万细胞(Schwann cell）鞘膜仍保留。神经分支在浅层前行，位于角膜前1/3处交错连接，通过前弹力层终止在翼状细胞，形成上皮下密集的终末神经丛。估计每个角膜有315 000~630 000个神经末梢，中央的密度大于周边，没有末端器的终末轴突对疼痛和触觉是非常敏感的，因此当角膜表层细胞缺损暴露神经末梢时，会引起明显疼痛。

准分子激光原地角膜消除术(laser-assisted in situ keratomileusis，LASIK）术后即刻出现角膜瓣知觉丧失，深层激光切削术后3个月，切断的神经纤维可再生，但是形态不正常，直到12~24个月后，再生的神经长度、形态和知觉才能恢复正常。由于术后角膜无神经支配，施万细胞变性，角膜基质细胞没有神经营养的作用，所以会出现暂时性的前基质细胞密度减小。施万细胞是神经胶质细胞，其功能很活跃，能分泌多种活性物质如神经生长因子、细胞外基质及黏附因子等，在周围神经的修复中起重要的作用。当角膜神经末梢损伤时，如寒冷、紫外线(包括准分子激光）、外伤和糖皮质激素，可以激活潜伏在三叉神经节的单纯疱疹性病毒，致使角膜炎复发。临床上已有因准分子激光激活潜伏在神经的单纯疱疹病毒而引起角膜炎病例的报告。

角膜神经除有感觉功能外，在维持角膜上皮和眼表健康方面有着重要的作用，去神经支配的角膜可以发生神经营养性角膜炎和干眼症，LASIK术后干眼症状持续的时间比准分子激光屈光性角膜切削术要长。

角膜是体内无血管组织之一，前睫状动脉和颈外动脉面动脉分支吻合，在角膜缘形成丰富的血管网，角膜缘血管网对角膜代谢和伤口愈合都有重要作用。

结膜与角膜构成眼表面，分为睑结膜、球结膜和穹窿部结膜，是含有丰富血管的疏松结缔组织，内有淋巴细胞、浆细胞、肥大细胞、中性粒细胞及纤维。结膜上皮内杯状细胞是腺体细胞，分泌黏蛋白，鼻下球结膜杯状细胞的密度最大，已有报告称LASIK术后干眼症的发生有可能与负压环压迫眼球导致杯状细胞减少有一定关系。

巩膜是致密的纤维结缔组织，与角膜基质共同来源于胚胎的间质(mesenchymal），是眼球坚韧的支架。分为上巩膜、巩膜基质和巩膜棕黑层(lamina fusca），上巩膜含有丰富的血管。巩膜由无数的胶原束组成，高度近视表现为特征性眼球增大，特别是眼轴长度增加，后巩膜变薄，弹性改变，形成后巩膜葡萄肿，如果有后巩膜葡萄肿存在，且眼轴>30mm，则后极部视网膜萎缩、黄斑破孔、视网膜脱离发病率明显增加。

角膜上皮细胞来源于表皮外胚层，基质和内皮细胞来源于神经外胚层，角膜上皮细胞与结膜上皮细胞相连，但是角膜上皮细胞与结膜上皮细胞不同，是非角化的鳞状上皮细胞，厚度为50~90μm，分为5~6层，即表层细胞、翼状细胞和基底细胞，基底细胞由半桥粒(hemidesmosome）连接在基底膜上。

呈扁平状，2~5μm厚，其表面有微绒毛(microvilli）和微皱襞(microplicae），这样的结构加大了上皮细胞表面的面积，有利于在上皮和泪膜之间完成氧和营养物的交换。表层细胞属脂性，疏水(hydrophobic），细胞膜含有糖蛋白和糖脂，称多糖被(glycocalyx），与泪膜黏蛋白相互作用，其缺乏可导致泪膜不稳定。细胞之间由桥粒(desmosomes）紧密连接，形成严密的屏障，防腐剂可以破坏糖被，从而破坏眼表屏障，糖尿病患者的屏障功能有不同程度的障碍。健康的角膜上皮细胞与泪膜形成光滑的表面。

因其形态而命名，富含角蛋白(keratin），可调节角膜上皮细胞分化，交错在细胞之间，有无数桥粒和联结物。

呈单层柱状，含有更多细胞器，有增生活性，是表层细胞和翼状细胞的来源，此过程为7~14d。

厚度40~60nm，由基底细胞分泌，主要成分是Ⅳ型胶原、层粘连蛋白(laminin）、蛋白多糖、纤维连接蛋白、纤维蛋白(fibrin）、硫酸乙酰肝素(heparan sulfate）。

基底膜对上皮细胞的分化、结构及伤口愈合有重要作用，当上皮细胞缺损时，新的基底膜会在一周内形成。

由无细胞结构的胶原纤维组成，厚约12μm，由前部角膜基质细胞分泌，主要成分是Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ型胶原和蛋白多糖，前弹力层表面与上皮细胞基底膜分界清楚，后界不清，融合在基质内。前弹力层的功能是维持上皮正常结构，并且是一个重要的屏障，可限制肿瘤和病原体进入，损伤后不能再生，但激光切削术后上皮仍完整。因此，其生理功能尚不完全清楚。

角膜的基质是致密的结缔组织，占角膜厚度的90%，由胶原蛋白、糖蛋白(glycoprotein）和蛋白多糖(glycosaminoglycan，GAG）组成，200~250层胶原板层与角膜表面平行排列，胶原纤维厚度2μm，主要是Ⅰ型胶原，其次是Ⅲ、Ⅴ和Ⅵ型胶原。在板层之间有很多变异的成纤维细胞，即角膜细胞，星状的角膜细胞是角膜胶原纤维和蛋白多糖的来源，参与蛋白多糖的合成和降解，代谢活性较低，在正常情况下是稳定的，但是很容易被各种刺激激活，当角膜上皮细胞缺损时，角膜细胞变得活跃，胶原降解酶分泌增加，从而引起角膜融解。在细胞和胶原之间的是基质，胶原板层之间的蛋白多糖中最多的是硫酸角质素(keratan sulfate），其次是硫酸软骨素(chondroitin sulfate）和硫酸皮肤素(dermatan sulfate），蛋白多糖可以使胶原板层之间保持一定的距离，是保持角膜透明和正常角膜结构的关键。

位于角膜基质和内皮之间的薄膜，厚8~12μm，由纤维连接蛋白、层粘连蛋白、Ⅳ型胶原及Ⅳ、Ⅷ、Ⅸ型胶原组成，有对抗眼内压力的作用，可支撑角膜，对外伤或是炎症有抵抗力，在病理情况下可以脱离。

为角膜后表面的单层细胞，是连续的六角形，细胞之间紧密镶嵌，中央部厚度5~6μm，直径18~20μm，出生时大约为3 500/mm ²，随年龄增加细胞密度递减。内皮细胞是保持角膜水化和透明的关键，能够主动运转水分，低于800/mm ²角膜失代偿可引起角膜水肿。

角膜缘是角结膜上皮的移行区，宽度约1mm，含有丰富的血管和淋巴管，前弹力层在角膜缘消失，后弹力层增厚止于Schwalbe线。裂隙灯下可见角膜缘Vogt栅栏，乳头状结构的基底细胞是角膜缘干细胞，角膜缘的干细胞是角膜新上皮细胞的来源，一旦角膜缘受损，可导致角膜上皮生长障碍或不能，如果干细胞完全丧失，则角膜上皮会结膜化并有新生血管形成。角膜周边和角膜缘有树枝状朗格汉斯细胞(Langerhans cell），人类白细胞抗原MHC-Ⅱ在该细胞表达，参与眼表的免疫反应。

在透射电镜下可见角膜每条胶原纤维(collagen fibrils），胶原纤维非常一致，直径22.5~35nm，而且每条纤维之间的距离也相等，这种结构才会保持角膜的透明。通过改进的超微结构研究方法，揭示了人类角膜胶原和蛋白多糖的三维模型，进一步证实胶原为等距离和规则排列，其间充满了蛋白多糖，后者呈网状结构围绕胶原纤维，角膜中央胶原排列更为规则。在生物力学上，高度集中的胶原纤维是保持角膜强度和曲率所必需的，而且角膜前部基质发挥更重要的作用，准分子激光屈光性角膜切削术(photorefractive keratectomy，PRK）(过去称为“光性屈光性角膜切削术”，但随着业界使用习惯的发展变化，已默认为“准分子激光屈光性角膜切削术”。）和LASIK手术切除或切断前基质，对角膜生物力学的影响，应该给予重视，目前正在进一步研究之中。应用同步辐射X线(synchrotron）检查角膜，显示出高分辨角膜基质结构图，每个人的角膜结构均不相同，就如同每人有其自身特有的指纹一样。正因为有这样的差异，可能在一定程度上可以解释为什么某些患者LASIK或PRK术前各项检查正常，而术后发生角膜膨隆。

角膜上皮和内皮细胞的正常代谢必须有氧和葡萄糖的来源才可保持角膜的正常功能，葡萄糖主要通过房水弥散进入角膜。角膜上皮的氧大部分来源于泪膜，而内皮和深层基质的氧则来自房水和角膜缘血管网。角膜缺氧，可产生角膜水肿(如透氧性低的角膜接触镜可致角膜水肿，上皮延缓愈合）。

正常角膜含水量为78%，是体内含水量最高的组织，角膜之所以吸水是因为含有很多蛋白多糖(GAGs），蛋白多糖有很大的吸水和储存水的容量，恒定含水量的机制主要由角膜基质水肿压、上皮细胞和内皮细胞的屏障及内皮泵调整，其次是上皮蒸发和眼内压的作用。水肿压是一种角膜吸水进入基质的力量，在水肿压作用下产生纤维之间的张力，使纤维保持正常的排列，角膜基质含水量增加是在纤维之间，并非是纤维本身的水肿；另外，角膜基质细胞合成基质胶原和蛋白多糖，在保持角膜的透明方面也发挥重要的作用。角膜内皮泵可防止含水量过多，在Na ⁺/K ⁺ATPase和HCO ₃ATPase的作用下，角膜基质内的水跨过内皮而进入前房，与此同时，离子网状流进入上皮和泪膜。内皮细胞的紧密镶嵌是一严密屏障，可防止水的渗入。

由于LASIK或PRK术后的严重并发症之一是医源性角膜膨隆，角膜膨隆的发生在一定程度上与角膜生物力学改变有关。因此，角膜生物力学的研究越来越受重视。角膜为黏弹性的生物组织，组织生物力学破坏的力量称黏合抗张强度(cohesive tensile strength），正常角膜黏合抗张强度为22~36g/mm，角膜周边部和前1/3基质有高密度胶原纤维，因此黏合抗张强度高，而角膜中央和后2/3基质的黏合抗张强度薄弱。眼反应分析仪(ocular response analyzer，ORA）检查是研究在体角膜生物力学的新方法，可以提供角膜滞后(hysteresis）和角膜阻力因子及角膜膨隆相关数据，角膜滞后表明角膜黏弹本质。

泪膜位于眼表面，正常泪液量是7μl。维持完整泪膜依靠正常的眼表上皮细胞，如果没有正常的泪膜，不可能保持正常的眼表。传统的泪膜分类包括黏液、水和脂层。近代通过激光干扰成像(laser interferometry）显示黏蛋白位于泪膜全层，呈梯度溶解在水性泪液中，水性泪液由主泪腺和副泪腺分泌；泪膜没有纯粹的水层，主要由黏蛋白和水形成的水化凝胶组成，黏蛋白的成分为蛋白多糖和糖蛋白，由泪腺、分化的眼表上皮细胞和结膜杯状细胞产生并通过多种途径分泌调节，杯状细胞的分泌由副交感神经控制。这些水化凝胶通过化学键结合在角膜上皮细胞微绒毛和微皱襞的多糖-蛋白复合物上，原因为黏蛋白可以吸收水分，从而保证泪膜的稳定。实验证明，如果水化凝胶缺乏，则角膜屏障功能下降，角膜表面不规则，光对比敏感度降低。

脂层在泪膜最外面，厚约0.1μm，占泪膜厚度的10%，大部分由睑板腺分泌，少部分来自蔡氏腺和睫毛根部的Moll腺，内含三酰甘油、游离固醇、脂肪酸，其功能是防止泪液蒸发和过多泪液外流。

泪液中的蛋白和葡萄糖具有营养角膜上皮的功能，溶菌酶可以溶解细菌，防止眼表感染，具有防御功能。乳铁蛋白，免疫球蛋白(IgA、IgG、IgM、IgE）参与眼表的免疫反应，干眼症患者乳铁蛋白减少。泪液中的多种细胞生长因子，包括表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF）、转化生长因子(transforming growth factor，TGF）、成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor，FGF）等参与角膜伤口的愈合过程，促进伤口愈合。抗氧化剂谷胱甘肽、酪氨酸、维生素C，可以清除有毒性的过氧化物。此外，还有维生素A，电解质钠、钾、钙等，都是维持角膜正常代谢所必需的物质。

泪液在眼表的流动中不断湿润角结膜上皮细胞和睑缘，运输氧和二氧化碳，同时稀释和冲洗眼表的有害物质，眼表损伤后提供白细胞通路。完整的泪膜对屈光系统的重要性在于形成和保持光滑的角膜屈光表面，泪液减少或泪膜不稳定则表现为角膜表面不均匀，可出现角膜地形图异常，表面规则指数、非对称指数不正常，各级像差增加。

眼表面(角膜、结膜、副泪腺、睑板腺）联结神经反射弧是泪液分泌的功能单位，泪腺主要是反射性分泌，眼表面和鼻黏膜的刺激通过三叉神经眼支传入中枢神经系统，再通过面神经的副交感神经纤维和从脊髓旁的交感神经链发出的交感神经传出，副交感神经突触在翼腭突神经节进入泪腺和副泪腺，交感神经纤维沿着副交感神经纤维走行，泪腺分泌泪液主要由副交感神经和泪腺神经支配；应用副交感拮抗剂、β ₁-肾上腺素受体拮抗剂(如噻吗洛尔）可以减少泪液分泌，而β ₁-肾上腺素受体激动剂也可刺激泪腺分泌，但是交感神经的作用还不完全清楚。角膜知觉与泪液分泌有密切关系，实验证明当角膜表面麻醉时，泪液分泌减少78%，从而可以解释LASIK术后有干眼的发生，神经麻痹性角膜炎的发生有严重干眼和角膜病变的原因。

反射性流泪是保持眼表健康的重要因素，如果基础泪液减少，但反射性流泪存在，则不会引起角膜上皮鳞状化生或严重角膜上皮损害；而当神经传导障碍或泪腺组织破坏，反射性流泪也减少，则眼表整体破坏。

泪膜动力学提示，眼表面泪液必须不断清除和被新产生的泪液所取代，才可形成正常的泪膜，瞬目在泪膜的稳定中发挥着重要的作用，因为瞬目可使泪液分布均匀，并将过多的泪液泵入鼻泪道。进行驾驶、电脑操作时，瞬目明显减少，角膜知觉减退时，瞬目亦减少，从而会导致泪膜不稳定。

由于各种原因造成的泪液蒸发过多或泪液产生不足均可导致干眼症，其为临床常见的眼表疾病之一，特别是有一些准备做角膜屈光手术的患者，长期从事电脑工作，是视频终端综合征患者且有干眼症状，所以在角膜屈光手术之前，应对患者的泪膜状况进行评估，目前常用的方法是：Schirmer滤纸泪液分泌试验、泪膜破裂时间(break-up time，BUT）测定、角膜荧光素或虎红染色。其他还有很多方法，包括球结膜杯状细胞密度检查、泪液渗透压测定(正常值312mOsm/L），乳铁蛋白测定、泪膜干涉成像分析、角膜地形图检查、像差仪检查。

角膜伤口愈合过程非常复杂，当角膜手术切口、裂伤、或溃疡深达角膜基质后有一个修复的过程，表现为胶原纤维排列不规则，角膜混浊，抗张强度减弱。

角膜上皮伤损伤后发生4种变化，即细胞移动、增生、黏附和分化。多种细胞因子及其受体在角膜上皮细胞表达。角膜上皮细胞有自我再生的能力，为5~7d，周边上皮细胞有很高的增生活性，逐渐向中央移动，进行有丝分裂和分化，大约在伤后6h，基底细胞以每分钟0.75μm的速度移动到伤口表面。最后是上皮增生，主要由基底细胞参与，角膜缘干细胞很快分化细胞，即暂时性放大细胞(amplifying cell），因此，大的周边角膜上皮伤口愈合比中央缺损恢复更为迅速。在组织修复时，基底膜重新组合。

前弹力层无再生能力，损伤后不能再生。内皮细胞损伤后，不能进行有丝分裂，主要通过周围正常细胞的增大和移动来修补缺口，在某些情况下由成纤维细胞、胶原纤维及连接复合物形成角膜后纤维膜。

基质再生取决于上皮细胞和基质的相互作用，多肽生长因子起重要作用，如表皮细胞生长因子(EGF），成纤维细胞生长因子(FGF）、血小板-衍化生长因子(platelet-derived growth factor，PDGF）、转化生长因子(TGF）。此外，炎性细胞因子如IL-1.6和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF）也参与伤口的愈合过程。伤后角膜基质细胞在上述细胞生长因子的作用下，开始进行细胞移行、有丝分裂和分化。角膜上皮清创后在暴露面下200μm的基质细胞死亡，随后基质细胞移行到伤口表面。在48~72h后，基质细胞转化为成纤维细胞，激活的角膜细胞产生胶原、糖蛋白和蛋白多糖，形成新的细胞外基质。新合成的胶原直径大于正常直径，持续稳定地增长3~4个月，因胶原纤维直径和纤维之间距离的改变，不正常的蛋白多糖在基质沉积很长时间，通常在15个月以后超微结构恢复正常。

基质重塑过程由不同的金属蛋白酶、胶原酶以及明胶酶控制，由激活的中性粒细胞和蛋白水解酶清除受损的胶原纤维。角膜基质的金属蛋白酶(MMPS）的主要功能是分解细胞外基质(ECM），迄今为止已发现MMPS家族有26个成员，正常角膜有MMP-2在上皮基底细胞表达，MMP-1、MMP-9和MMP-3在基质表达，在角膜病变发生和发展过程中，由角膜细胞分泌的蛋白水解酶主要是MMP-2。可能LASIK术后的角膜膨隆有上述金属蛋白酶参与。

准分子激光屈光性角膜手术的临床疗效已经得到肯定，但是某些并发症的发生可造成永久性的视力损害，上皮植入、角膜瓣融解和移位等并发症的发生直接与伤口的愈合有关，因此了解伤口愈合过程很必要。PRK与LASIK的主要不同之处是前弹力层的保留或切除，前弹力层的作用至今还不明确，正在研究中。所有准分子激光屈光性角膜手术的缺点是伤口愈合的缺陷。

观察兔眼PRK术后上皮愈合过程，可分为四期：潜伏期、细胞移行、黏附和细胞增生期。角膜上皮去除后4~6h伤口边缘基底细胞开始移行，由中性粒细胞清除坏死细胞和颗粒，单层上皮细胞覆盖伤口表面。角膜上皮去除后24~36h，在肌动蛋白丝(actin filament）的作用下，细胞移行，细胞外基质蛋白如纤维连接蛋白、纤维蛋白(fibrin）和层粘连蛋白(laminin）很快出现，此时单层细胞由粘连复合物紧密黏附在基底膜上，半桥粒完全形成。

PRK术后的上皮下雾状混浊(Haze）和LASIK角膜瓣边缘的混浊发生在上皮-基质交界面，两者相比较，后者较少细胞激活和细胞外基质沉积。在伤口愈合过程中，角膜基质细胞转化为肌成纤维细胞(myofibroblasts），参与伤口愈合反应。激光深层切削术后角膜上皮下雾状混浊和纤维变性可存在数个月或数年，近代研究发现成肌纤维细胞在创伤愈合和瘢痕形成中有重要作用，可与成纤维细胞相互转化，合成胶原蛋白、基质和Ⅲ型胶原，并有收缩功能，是Haze的成因之一。有可能发生PRK、LASIK术后角膜生物力学改变及上皮细胞基底膜损害，致使肌成纤维细胞长期存在。

LASIK术后6个月内是伤口愈合活动期，6个月~4年是伤口重塑期，期间透角膜明度和伤口强度逐渐改善，完全愈合需要4年的时间。术后暂时角膜神经密度伴随着前基质细胞密度降低而减小，可能是因变性的施万细胞对角膜细胞神经营养障碍所致。

此外，在LASIK术后的病理检查中发现角膜瓣的厚度与术前计划的角膜瓣厚度不一致，有时差距很大，由此可产生因角膜瓣过薄或过厚及基质床过薄而引起相关的并发症。

动物实验发现，术后早期15kHz模式的飞秒激光比30kHz、60kHz模式的飞秒激光及角膜板层刀制瓣时产生更多角膜基质细胞的死亡、增殖，以及炎细胞浸润，而60kHz模式飞秒激光与角膜板层刀术后炎症反应相同。术后24h，15kHz模式飞秒激光引起光爆破处的角膜细胞改变的是细胞死亡，而角膜板层刀引起的改变是细胞凋亡，细胞死亡促进了角膜伤口的炎症反应，死亡的角膜细胞数量越多，炎症反应就越重。在角膜瓣边缘和交界面的愈合强度上，15kHz模式飞秒激光大于角膜板层刀，而60kHz模式的飞秒激光与角膜板层刀角膜切口边缘愈合程度相同。早期6kHz、15kHz模式的飞秒激光术后弥漫性板层角膜炎(diffuse lamellar karatitis，DLK）发生率较高，而60kHz模式飞秒激光和角膜板层刀术后炎症反应较小。角膜瓣伤口的愈合和炎症反应与飞秒激光脉冲频率模式有关，低脉冲频率模式的飞秒激光术后炎症反应要大于高脉冲频率模式的飞秒激光。

小切口角膜透镜取出术(small incision lenticule extraction，SMILE），又称全飞秒手术，其伤口愈合情况仅见于动物实验研究，在一项SMILE和FS-LASIK两组动物实验中，两组手术病例角膜伤口愈合过程均未见明显的炎症反应和DLK改变。术后4h和24h，SMILE和FS-LASIK均可见凋亡的角膜基质细胞，但SMILE组明显少于FS-LASIK组；术后3d和1周时，免疫组化显示SMILE组ki67阳性细胞表达量低于FS-LASIK组，但在术后1个月时，两组ki 67的表达量均减少；术后1d、3d和1周时，CD-116阳性细胞检出量SMILE组明显更少。因此，SMILE术后角膜基质细胞的凋亡、增殖和炎症反应均少于FS-LASIK手术。

有关动物LASIK术后的角膜组织学和超微结构改变已有较多报告，早期主要表现为伤口边缘胶原排列紊乱，增生上皮栓，角膜细胞激活。Kramer等观察了25人(48眼）成功LASIK术后(3个月~7年）死亡的角膜组织学和超微结构，其指出LASIK术后角膜存在长期的病理变化，表现为上皮细胞增生、基底细胞变长、基底细胞膜增厚、呈波浪状、前弹力层波浪状、切口边缘轻度上皮内生、切口边缘或邻近的胶原板层紊乱、基质细胞激活，或基质细胞内有小泡、胶原纤维空隙加宽、胶原排列不规则、电子致密颗粒物沉积，上述这些变化在伤口界面最明显。回顾临床资料，如果视轴区域有前弹力层微皱褶可以影响角膜的功能，使视觉质量有所改变，对比敏感度下降或光晕。

共聚焦显微镜是用于观察活体角膜结构，近年来对准分子激光屈光术后角膜基质细胞密度已有较多的研究，应用共聚焦显微镜观察PRK术后6个月和5年角膜前基质细胞密度分别减少39%和47%；LASIK术后5年角膜前基质细胞密度减少18%，后基质减少22%。除角膜细胞减少，LASIK术后角膜中央活动性伤口愈合过程中产生低细胞的初级基质瘢痕，随后因组织调节而引起前弹力层皱褶和上皮改变，在基质瘢痕的交界面出现一些细颗粒，这些颗粒对角膜无伤害(图1-1-1~图1-1-4）。

通过对手术中取出的角膜透镜的前后表面超微结构的观察发现：光学显微镜下角膜透镜组织中部分胶原纤维轻度水肿，边缘可见一薄层组织深染成线状排列，中央区透镜组织浅层可见少量气泡。扫描电镜下，透镜前表面较为光滑，后表面略显不规则，可见散在组织桥及之间飞秒激光光爆破作用后残留的痕迹。透射电镜下，角膜透镜基质中胶原纤维板层相互交叉规则排列，未见明显的胶原纤维的断裂和板层的分离，角膜透镜切割缘胶原纤维断口呈线状，角膜透镜中心部分的角膜基质细胞损伤较轻，而距离透镜边缘较近的角膜基质细胞破坏较为明显；部分角膜细胞被固化，并且断裂成若干碎块，被破坏的角膜基质细胞有的仅留残骸，部分角膜细胞所占据的空间成为裂隙；飞秒激光与人眼角膜组织相互作用后的早期未发现明显的损伤作用，激光聚焦区边缘的组织有轻度热损伤和细胞结构的改变，非聚焦区域的组织结构未见异常表现。

通过光镜和电镜观察EPI-LASIK术后角膜瓣的组织完整性和细胞活性，显示上皮瓣的分离平面是在前弹力层，前弹力层表面光滑，上皮细胞密度减少，基底膜不连续，而且上皮瓣的基底细胞大约有90%死亡，同时组织培养24h后，基底细胞从上皮瓣脱离。

圆锥角膜的病理改变是前弹力层破裂，胶原板层减少，而且排列不正常，角膜基质有细胞颗粒和淀粉样沉积，内皮细胞多形化，Ⅳ型胶原减少，金属蛋白酶MMP-1、MMP-2表达上调。

对LASIK术后发生角膜膨隆而行角膜移植的角膜片进行透射电镜检查，发现在角膜瓣和角膜床交界面有胶原碎片，角膜瓣蒂附近更多，交界面的修复有缺陷，缺少胶原纤维和细胞之间的连结，蛋白水解酶增加，上皮细胞基底膜融解和重塑。因为伤口愈合反应差而导致角膜黏合抗张强度明显减弱，角膜浅层板层不能达到正常的生物力学作用，同时由于正常情况下角膜中央的黏合张力强度明显比周边薄弱，因此，临床上导致角膜膨隆。

LASIK术后在基质修复的过程中，瘢痕附近新产生的胶原纤维是插在原有切断的纤维之间，并没有与切断的纤维末端连接，黏合抗张强度明显减弱(30%~50%正常强度），而且并不随时间的变化而改变。LASIK术后长时间生物力学的改变，可以帮助解释术后角膜膨隆的发生，原因是前基质的黏合抗张强度高于后基质，PRK或LASIK手术是切除角膜的前基质，而且成年人角膜伤口愈合缓慢和不完全，可导致角膜抗力明显降低。试验结果提示前弹力层下激光角膜磨镶术(sub-Bowman-keratomileusis，SBK）较传统LASIK或PRK更具有生物力学的安全性。

角膜滞后和眼压读数低等一些临床现象，也与角膜生物力学的改变有关，由于压平眼压计是假定角膜中央厚度恒定值为520μm来设计的，所以测出的眼压高或低直接与角膜变形、弹性模量、角膜厚度等因素有关，术后角膜厚度、硬度和物理弹性改变，从而使眼压读数低于术前，必须给予足够的重视。