[眼睛解剖構造]虹膜是什麼?1系列最詳細的虹膜與瞳孔運動分析密碼

虹膜是什麼

眼睛的表面,角膜之後的組織,虹膜是自身獨特的組織,不同的遺傳有不同的顏色、光線的光亮調控瞳孔的大小、獨特的構造成為未來機器掃便是的發展性。

虹膜有多少特別的功能呢?這篇文章會認識虹膜是什麼組織,一步一步帶你認識人類美麗的組織之一。

虹膜是什麼

從正面看別人的眼睛,彩色部分就是虹膜(Iris),不同的種族,就會有不同的虹膜顏色,屬於一層圓盤狀的色素膈膜,直徑為12mm、圓周長約37mm。

該組織的位置就在角膜的後方、水晶體的前方,被這兩者夾在中間。如果說以水晶體為界,可以把眼睛分為眼前段與眼後段;那麼以虹膜為界,可以將眼前段再分為前房與後房部分,這兩種空間均充滿了房水,而且基底部附著在房水上。

虹膜愈靠近中央,代表著愈往內側,屬於瞳孔緣(pupillary margin),位在水晶體上,萬一出生時沒有瞳孔緣,可能會發生軟弱現象或是虹膜震顫(iridodonesis)

中間的黑色孔洞就是瞳孔(pupil),不只能讓光進入到眼睛內部,還能依照光亮程度調控瞳孔大小。

虹膜表面狀態

表面上來看,虹膜看起來是平滑的組織,但事實上,並非如此。

虹膜的表面狀態凹凸不平,而且是非常多的不規則凹陷隱窩放射狀皺褶環狀收縮溝紋,以上這些構造主要由前界層基質層的內部血管所組成的,這些虹膜構造,等一下在解析虹膜的解剖構造時會仔細解說。

由於虹膜的表面有許許多多的凹陷、隱窩等構造,而且是不規則的,因此適合成為個人的身分辨識的組織之一。

虹膜的多重顏色

虹膜為什麼會有顏色?主因是有色素細胞,所以才有色素膈膜。色素細胞的種類與含量,決定了虹膜是什麼顏色,以人類的種族來廣義分類,西方人屬於淺色系列;東方人屬於深色系列,接著我們來聊為什麼分會是淺色與深色:

西方人的虹膜

虹膜的色素細胞較少,主要是以膠原基質吸收長波長的光線,然後是反射短波長的光線。虹膜的顏色主要是以淺綠、淺藍色為主。

東方人的虹膜

與西方人相比,東方人在虹膜中的色素細胞較多,可以掩蓋虹膜的血管,形成出如同天鵝絨般的深棕色

請注意,純黑色的虹膜是非常稀少的,一般人主要以深棕色為主體顏色。

虹膜的顏色-影片推薦

虹膜的內部邊緣

在虹膜的內部邊緣,有一道環形隆起的構造,這是虹膜皺褶輪(collarette)

在虹膜皺褶輪(collarette)附近還有大小不規則的凹陷,這種稱作虹膜陷窩(iridial lacuna),亦或是稱為Fuchs隱窩(Fuch recess),此組織可以讓房水能夠自由地進出。

最後還有放射狀皺褶,收縮時可以變成直條形狀;放鬆時可以變成波浪狀

虹膜的外部邊緣

可以與睫狀體相連的虹膜組織,稱作虹膜根部(iris root)

與瞳孔緣同樣屬於組織中最薄弱的位置,一旦眼球受到外力的衝擊,就會有外傷性虹膜根部斷離,在醫學術語稱作虹膜根部斷(iridodialysis)

虹膜的解剖構造

之前我們認識了表面的分析,接下來是要深入虹膜組織,由外到內分別是,前界層(anterior border layer)、基質層(stroma)、瞳孔擴張肌(dilator pupillae muscle)、後色素上皮(posterior pigment epithelium),依序分析:

前界層

主要以修飾過後的基質組成的,該基質內包含了纖維母細胞(fibroblasts)黑色素細胞(melano-cytes)部分膠原纖維

值得一提的是,早期的解剖學家認為此曾是由上皮細胞所覆蓋的組織,但證實了並非如此。

基質層

此層的結構是疏鬆的結締組織所組成,在放大一點看,會發現這裡有纖維母細胞(fibroblasts)黑色素細胞(melano-cytes)第一、三膠原纖維基質血管肌肉神經所組成的。

不僅如此,在血管的周圍還有肥大細胞(mast cells)巨噬細胞(macro-phages)來保護該層。

用組織內部細胞的豐富程度來看,前界層是前菜、基質層屬於主菜。

能調控房水在前房與後房的進出,因為該層有血管、肌肉、神經以及獨特的疏鬆性結構與前界層的隱窩的幫助。

在基質層的外側,也就是在虹膜根部那裡,會累積圓形的叢細胞(clump cells),雖然是從未聽過的名詞,但只要知道它只是變成深色的巨噬細胞就好。

在基質層的外側,靠近瞳孔緣的地方有一個圓周環繞的組織,那便是瞳孔括約肌,又稱為環狀肌,以平滑肌纖維組成,瞳孔括約肌受到動眼神經的支配,屬於副交感神經的分支,一旦神經興奮,會讓該纖維收縮,瞳孔變小

瞳孔擴張肌

這一層的細胞主要是由虹膜上皮衍生出來的,該肌上皮細胞的基底厚度約4微米,如果以放射方式向上延伸可以達到50~60微米,而且最頂端還有一些色素細胞,緊密並列於後色素上皮的頂部。

跟瞳孔括約肌一樣,是平滑肌纖維組織,不過神經是由頸上神經節無髓鞘交感神經控制。

輻射狀從周圍到中央延伸到瞳孔括約肌的外緣,因此又稱為輻射肌或是放射肌,一旦交感神經受到刺激後興奮,瞳孔擴張肌就會收縮,瞳孔放大

從結構上來看,括約肌與擴張肌並非截然分開的,彼此還有結締組織做聯繫,形成互相協調的結合體,因此當瞳孔括約肌收縮時,擴張肌就會放大;相反地,瞳孔括約肌放大時,擴張肌就會收縮

在正常情況之下,兩者處於一種平衡狀態,所以瞳孔是介於極度放大與極度縮小之間。

後色素上皮

虹膜的最後表面就是後色素上皮,該結構由大型立方上皮細胞組成。

以胚胎學來看,是由視杯的內神經外胚層所衍生。

如果從虹膜的後方開始觀看,就會發現顏色是深棕色,有利於阻擋邊緣的光線進入到眼球內部。

虹膜內表面的後色素上皮細胞(posterior pigmented cell)沿著虹膜內側邊緣到虹膜外表面的前界層(anterior limiting membrane)組織內,並覆蓋至瞳孔緣,形成環狀皺襞

虹膜的血管

在講述虹膜的基質層有提到有血管組織,這裡會說明得更加詳細。

虹膜具有豐富的血管供應與動脈吻合,其中,後睫狀長動脈(long posterior ciliary artery, LPCA)前睫狀動脈(anterior ciliary artery)靠近虹膜根部的位置,相互吻合形成虹膜大動脈環(major arterial circle of iris)

延伸往內部的微小血管在虹膜皺摺輪的位置呈現放射狀通行至瞳孔緣的附近並相互吻合形成虹膜小環,會以不尋常的捲曲狀的形式呈現以能夠適應虹膜收縮的可變狀態

虹膜內的微血管有一個特徵,由非窗孔的內皮細胞組成的組織內,具有高密度的內吞細胞緊密接合,因此相較於其他組織的微血管,不太會在螢光攝影的情況下有滲漏,這也構成了重要的眼屏障(blood-ocular barrier)

靜脈系統通常在動脈系統的附近,較大的靜脈通常位在前基質,小的靜脈通常在比較深層的位置中。

靜脈的回收系統會向後進入睫狀體,最後經由渦靜脈(vortex veins)回收。

虹膜的神經

除了有血液供應給虹膜外,神經的支配也必不可少,才能適當地控制虹膜的收縮與擴張。

支配虹膜的感覺神經是第五對腦神經三叉神經的眼分支中的鼻睫神經

另外,除了鼻睫神經額神經淚神經也是三叉神經眼分支中的一員。

鼻睫神經還能夠再分出兩種感覺神經,後睫狀長神經、後睫狀短神經,負責虹膜感覺的是後睫狀長神經

它會經過鞏膜小孔的後部孔洞,經過視神經的運行,走在鞏膜與脈絡膜之間,接著向前運行至虹膜,並且分支成神經網,主要負責虹膜的感覺。

虹膜的運動

在虹膜的解剖構造有提到,瞳孔括約肌與瞳孔擴張肌均屬於平滑肌,會受到自主神經的支配來控制虹膜的運動。

其中,虹膜括約肌是經由動眼神經副交感神經支配,經由睫狀神經節發出的節後神經所支配,如果副交感神經興奮,使虹膜括約肌收縮時瞳孔會變小;至於虹膜擴張肌是經由交感神經頸上神經節的節後神經所支配的,如果交感神經興奮,瞳孔擴張肌收縮時瞳孔會變大

瞳孔-控制光線進入的大門

用來比喻的話,虹膜是家門外的圍牆、那瞳孔(Pupil)就是四面圍牆中的一道大門,決定多少人能進入庭院裡面。

再用相機來比喻的話,瞳孔是相機內部的光圈,可以調節光線在眼睛內的多寡,位於虹膜中間的黑色圓形孔洞,由於虹膜後色素上皮細胞蔓延至虹膜的前界層組織內,並且覆蓋住瞳孔緣,使瞳孔緣形成深褐色環狀皺襞

另外,一般人認為瞳孔的中心點看似與角膜的中心點對齊,但是結果並不是完全對齊,事實上位於角膜中心點的下方偏鼻側的位置,視軸是遠處的注視目標和中心窩的連線,因此瞳孔中心不一定與視軸完全吻合

一般而言,左、右眼的瞳孔大小是一致的,瞳孔直徑大小取決於瞳孔括約肌與瞳孔擴張肌的調控,一般到2.5~4mm,所以當受到光線的刺激,除了視網膜內會形成視覺影像外,瞳孔的大小也會受到改變。

接著來探討光線與瞳孔大小,如果光線亮度大,就會產生瞳孔反射,動眼神經刺激瞳孔括約肌收縮,瞳孔就會變小;如果光線亮度小,交感神經會刺激瞳孔擴張肌收縮,瞳孔就會放大。

當然,除了光線外,以下四種因素也會影響瞳孔大小:

  1. 性別:同年齡的男性會比女性偏小一點
  2. 年齡:年幼者比較小,20歲瞳孔最大,到了老年逐漸變小。
  3. 視力:遠視者會比近視者偏大。
  4. 自身情緒:疲勞、驚恐、不安均會讓瞳孔較散大

結論

虹膜除了色彩上的辨識,可以推斷何種種族的人之外,還能控制瞳孔的大小來調控眼睛內部的光線多寡。

在現代也發展出虹膜辨識功能,讓家中的大門多了一種防盜功能可以選擇,不規則的凹陷、隱窩等,成了自己獨有的特徵,可以說是我們眼睛中的身分證也不為過。

本篇文章講述的虹膜是什麼、功能、瞳孔等知識,希望各位能有所收穫。

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