醫學

失去光明的水晶:淺談白內障

眼睛裡的水晶體是一個完全透明的組織,可讓光線正確聚焦在視網膜上。然而隨著老化或病變,水晶體一旦變得混濁,就成了影響視力的「白內障」。

撰文/張孟媛
審稿/侯育致(台大醫院眼科主治醫師)

醫學

失去光明的水晶:淺談白內障

眼睛裡的水晶體是一個完全透明的組織,可讓光線正確聚焦在視網膜上。然而隨著老化或病變,水晶體一旦變得混濁,就成了影響視力的「白內障」。

撰文/張孟媛
審稿/侯育致(台大醫院眼科主治醫師)

  由老化所造成的各種眼睛疾病中,白內障是相當普遍的一種。根據統計,台灣50歲以上的人60%患有白內障,60歲以上80%,70歲以上更高達90%。老年性白內障的症狀,初期包括視力模糊、視野的色調改變、畏光、眼前出現黑點;發展到晚期,病人只能看到模糊影像,甚至僅能感知明暗。


  白內障的這些症狀,都是因為眼球中的水晶體發生混濁,阻擋了射入眼中的光線,因而影響了視力。所幸,現在白內障摘除手術已經非常發達,植入人工水晶體後即可重見光明。



從眼球結構看水晶體功能


  人類的眼球結構,可以用照相機來做類比。在照相機裡,光線通過快門後,經過凸透鏡的折射,正確成像於底片上;在眼球中,水晶體就擔任了凸透鏡的角色,光線通過瞳孔之後,由水晶體負責讓光線聚焦於視網膜上。


  此時,水晶體的厚薄會受到睫狀肌的力量而改變,因應視物的遠近而正確對焦,因此兼具了屈光與調視兩種功能。如果缺乏水晶體,視物會成像在視網膜無限後方,我們將無法看清楚外在世界,情況有如遠視1000度;若水晶體失去彈性而無法調整焦距,則是所謂的老花眼。


  由於水晶體是如此重要的光線通道,必須非常清澈、透明,才不會阻擋光線進入眼底。它是由許多透明均質的細胞,以十分精確、緊密的方式整齊排列,使其擁有一致的折射率,避免光線散射。



人類的眼睛十分精巧,藉由凸透鏡般的水晶體,讓進入眼睛的光線折射,正確聚焦成像於視網膜上。水晶體的厚薄由睫狀肌控制,因而得以隨視物的遠近調整焦距;虹膜可根據環境中的光線收縮或放大瞳孔,調整進入眼睛的光量。(電腦繪圖:黃榆儒)


自我摧毀,代價不斐


  成人的水晶體直徑約九毫米、厚約五毫米,是一個雙凸形的透明構造。水晶體內沒有神經、也缺乏血管,因此水晶體就算發生病變也不會有痛覺。水晶體細胞所需的養份與氧氣,則是經由周圍液體的擴散作用來供應。


  水晶體在成長、進行細胞分裂的過程中,會持續往水晶體的中央移動,為了要達成全然透明,水晶體細胞在分裂成長的過程中啟動了自我摧毀的程式,消除各種胞器如細胞核、粒線體、高爾基體與內質網等,最後僅剩下細胞質,即含有「晶狀蛋白」(crystallin)的濃稠溶液。


  然而,與一般「細胞凋亡」不同的是,細胞凋亡的自我摧毀程式一旦啟動,最終目標是將細胞徹底摧毀成碎片;但水晶體細胞的程式卻能適可而止,留下完整的細胞膜、還保有蛋白質構成的細胞骨架,而能承擔水晶體應有的工作。


  水晶體細胞這種嚴重的自我摧毀,雖然讓細胞變得透明,但付出的代價是,水晶體細胞一旦發生其他形式的損傷,就再也無法自我修復。沒有了細胞核,細胞就不再有遺傳物質DNA、沒有基因可以主導細胞的任何功能;沒有高爾基體與內質網,細胞便無法製造蛋白質、完成各式生化反應;沒有粒線體,水晶體的細胞便不能產生能量。


  當水晶體細胞發生病變時,細胞中晶狀蛋白的結構便會改變,成為不溶性的纖維,沉澱在細胞中。這些糾結的蛋白質纖維造成水晶體混濁,阻擋光線通過,讓患者視野變得模糊,即「白內障」。


  遺傳因素也會造成晶狀蛋白沉澱,例如缺乏將DNA水解的酵素「似第二形去氧核糖核酸酶」(DNase II like DNase, DLAD),就無法啟動水晶體細胞的分化、無法清除胞器,導致嬰兒一出生便患有白內障。除了基因變異,先天代謝異常的疾病或母親懷孕時感染病毒,也可能造成先天性白內障。


  來自外在環境的紫外線、自由基等,也是破壞晶狀蛋白結構的原因。動物實驗證實紫外線會引發白內障,流行病學的統計也顯示,日照量越大的地區、戶外活動越頻繁的人,老年後罹患白內障的比例越高。其他如外傷或多種眼疾都可能引起併發性白內障,而糖尿病、甲狀腺疾病等,也是白內障的高風險因子。


水晶體之所以如此透明,是因為細胞在發育的過程中同時進行自我摧毀。胚胎發育時,幹細胞會向內層分化新細胞,但這些新細胞會逐漸自行摧毀細胞質中的胞器,最後連細胞核也不剩,只留下濃稠的晶狀蛋白質溶液,不阻礙光線射入。水晶體細胞的排列方式十分緊密整齊,可避免光線在通過細胞間隙時發生散射。(電腦繪圖:黃榆儒)


眼藥、手術與人工水晶體


  白內障的治療方式可分為藥物與手術兩種。許多眼藥水號稱可以減緩或治療水晶體的混濁現象,但大多數眼藥水的作用機制與臨床療效不明。常用的快納史(Quinax)眼藥水,是利用主成份azapentacene polysulfonate sodium可附著在水溶性晶狀蛋白的硫基上,來防止蛋白質變性、沉澱,因而達到延緩白內障病程的效果。


  白內障眼藥水中常用的另一成份「吡諾克辛」(pirenoxine, PRX),則在2010年12月經研究證實,可以螯合(註)鈣離子與亞硒酸根(selenite),這兩種離子都與水晶體細胞中蛋白質的混濁呈現高度相關。這項研究成果是由中央研究院生化所研究員吳世雄領導的跨校團隊發表,為吡諾克辛這個已使用60年的眼藥水藥效找到了化學證據。


  動手術摘除白內障、並植入人工水晶體,還是最直接有效的治療方式。白內障手術已經非常普遍,目前最常使用的是超音波乳化術,方法是將直徑不到三毫米的超音波探針伸入水晶體,利用超音波震動擊碎水晶體,再以工具吸除這些碎片。這種顯微手術時間只需20分鐘,在角膜上造成的傷口只有三毫米、不必縫合,病人復原快速。


  在摘除混濁水晶體後,接著會將折疊成小體積的人工水晶體經由注射管注射到原本水晶體的位置,之後人工水晶體會展開成為雙凸形的水晶體形狀。醫生會根據患者眼球的屈光情況,事先選擇度數(焦距)適合的人工水晶體,讓影像能正確聚焦在視網膜上。人工水晶體的材質為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、矽酮(silicone)或壓克力(acrylic),均具有長期穩定性與生物相容性。有些患者可能不適合植入人工水晶體,摘除白內障後必須配戴1000度以上的遠視眼鏡或隱形眼鏡,以矯正屈光。



新的白內障治療方式是先利用超音波震碎混濁的水晶體,吸除碎片後,再經由注射管將人工水晶體植入眼球。這類顯微手術在角膜上造成的傷口非常微小,復原迅速。(電腦繪圖:黃榆儒)


守護健康清澈的視野


  要延緩老年性白內障的發生,最好的辦法是避免紫外線照射入眼睛,戶外活動時最好配戴太陽眼鏡。此外,均衡營養的飲食、注意防範糖尿病等慢性病或其他眼疾,均可降低白內障的發生機率。吸菸與白內障也有相關性,若擔心罹患白內障,應趁早戒菸。


  白內障摘除手術與植入人工水晶體後需定期回診,患者的視力要2~4星期才會趨於穩定。手術後一週內不能揉眼睛、要避免碰撞眼球,睡覺時需戴上防護眼罩;兩個月內避免激烈運動,也不要提重物。如有眼睛疼痛、紅腫,或視力衰退,必須馬上回診。




註:螯合是指經由配位基進行的多價結合。




延伸閱讀

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〈透視水晶體的生與死〉,達姆(Ralf Dahm)撰文,《科學人》2004年11月號

〈抗老,另闢新徑〉,斯蒂普(David Stipp)撰文,《科學人》2012年2月號

〈跳動的靈魂之窗〉,馬蒂內茲–康德(Susana Martinez-Conde)、邁克尼克(Stephen L. Macknik)撰文,《科學人》2007年9月號

〈它、抓得住我!〉,菲謝蒂(Mark Fischetti)撰文,《科學人》2005年4月號

《拯救視力大作戰》,江尚宜著,高寶出版

《眼科常見疾病》,林嘉理著,聯經出版

高中選修科目《生物》