[2.1] Đặc điểm giải phẫu và cấu trúc vi thể của giác mạc.
[2] Giác mạc có chức năng gì trong mắt?
2.1.1. Lớp biểu mô giác mạc (Corneal Epithelium) và rào cản sinh lý bảo vệ bề mặt.
- (1) Ví dụ: Khi bệnh nhân bị một hạt cát bay vào mắt gây trầy xước bề mặt giác mạc, bệnh nhân đau rát rõ và chảy nhiều nước mắt. Tuy nhiên, chỉ sau 24 đến 48 giờ băng mắt và tra thuốc bôi trơn, vết xước lành lại mà không để lại sẹo rõ rệt, thị lực phục hồi 10/10.
- (2) Phân tích: Cấu trúc vi thể của biểu mô giác mạc là một lớp tế bào biểu mô lát tầng không sừng hóa, bao gồm 5 đến 7 hàng tế bào xếp chồng lên nhau. Tính toàn vẹn của lớp này được duy trì bởi hệ thống phức hợp liên kết chặt (Tight junctions - Zonula occludens) nằm ở lớp tế bào bề mặt, tạo ra một rào cản sinh học chống nước và hạn chế mạnh sự xâm nhập của vi khuẩn, nấm từ môi trường bên ngoài vào trong nhãn cầu. Điểm mấu chốt về sinh lý học là lớp biểu mô này liên tục bong tróc và được thay mới sau mỗi 7 đến 14 ngày. Nguồn gốc của sự tái tạo này xuất phát từ các tế bào gốc vùng rìa (Limbal Stem Cells) nằm ở ranh giới giữa giác mạc và củng mạc. Các tế bào gốc này phân chia, đẩy các tế bào đáy di cư hướng về tâm giác mạc, sau đó biệt hóa và trồi lên trên để thay thế các tế bào già cỗi đã bong vào trong phim nước mắt.
- (3) Phản biện + ví dụ phản biện: Bệnh nhân thường mang lầm tưởng rất phổ biến: "Bất kỳ vết xước nào trên tròng đen (giác mạc) cũng sẽ để lại sẹo vĩnh viễn và làm mờ mắt suốt đời giống như xước da tay hay xước kính viễn vọng". Phản biện lại lầm tưởng này bằng tổ chức học nhãn khoa: Quá trình liền thương bề mặt ở giác mạc phân định ranh giới rõ ràng giữa lớp biểu mô và các lớp sâu hơn. Nếu tổn thương (như bụi bay vào, cọ xát kính áp tròng nhẹ) chỉ giới hạn ở lớp biểu mô và màng đáy (Basement membrane) mà không xuyên thủng qua màng Bowman, thì các tế bào biểu mô sẽ trượt lên nhau để lấp đầy khoảng trống thông qua nguyên phân tế bào. Quá trình này diễn ra không có sự tham gia đáng kể của nguyên bào sợi (Fibroblast) tiết ra collagen rối loạn, do đó không hình thành sẹo quang học. Sách giáo khoa sinh lý nhãn khoa (Adler's Physiology of the Eye) khẳng định khả năng tái tạo nguyên vẹn của lớp biểu mô là cơ chế phòng vệ sinh tồn giúp bảo vệ tính trong suốt của giác mạc trước các vi chấn thương hằng ngày.
2.1.2. Nhu mô giác mạc (Corneal Stroma) và nền tảng sinh vật lý học của sự trong suốt.
- (1) Ví dụ: Giác mạc và củng mạc (tròng trắng) đều được cấu tạo từ cùng một loại vật liệu sinh học là các sợi collagen và có độ ngậm nước tương đương nhau. Tuy nhiên, trong khi củng mạc có màu trắng đục và cản phần lớn ánh sáng, thì nhu mô giác mạc lại trong suốt như pha lê, cho phép phần lớn ánh sáng đi xuyên qua để hội tụ vào võng mạc.
- (2) Phân tích: Nhu mô giác mạc chiếm tới 90% độ dày của toàn bộ giác mạc. Về mặt vi thể, cấu trúc này là một mạng lưới gồm khoảng 200 đến 300 lớp mỏng (lamellae) xếp chồng lên nhau. Mỗi lớp chứa các sợi collagen tuýp I. Bí mật của sự trong suốt không nằm ở bản chất sợi collagen, mà nằm ở sự sắp xếp hình học không gian của chúng. Theo thuyết mạng lưới Maurice (Maurice's lattice theory), các sợi collagen trong nhu mô giác mạc có đường kính rất đồng đều (khoảng 30 nm) và khoảng cách giữa các sợi được duy trì ổn định (nhỏ hơn một nửa bước sóng của ánh sáng khả kiến). Sự sắp xếp có trật tự này tạo ra hiện tượng giao thoa triệt tiêu (destructive interference) đối với các tia sáng tán xạ, khiến giác mạc trở nên trong suốt về mặt quang học. Các tế bào sừng (Keratocytes) nằm xen kẽ giữa các lớp collagen chịu trách nhiệm tổng hợp chất nền ngoại bào (chủ yếu là proteoglycans) để duy trì cấu trúc không gian nghiêm ngặt này.
- (3) Phản biện + ví dụ phản biện: Rất nhiều bệnh nhân và những người tìm hiểu về phẫu thuật khúc xạ mắc phải lầm tưởng: "Phẫu thuật tia laser (LASIK hoặc PRK) để chữa cận thị chỉ đơn giản là gọt bỏ một lớp màng sừng chết trên bề mặt mắt, giống như cắt tóc hay gọt vỏ trái cây, không ảnh hưởng gì đến cấu trúc bên trong mắt". Phản biện bằng sinh cơ học giác mạc: Nhu mô giác mạc là một mô sống và có độ bền chịu kéo sinh cơ học (tensile strength) rất cao. Tia laser Excimer phá hủy trực tiếp các liên kết carbon của các sợi collagen trong nhu mô để làm mỏng và thay đổi độ cong giác mạc. Một khi các sợi collagen và tế bào sừng nhu mô đã bị cắt đứt hoặc loại bỏ bởi tia laser, chúng không thể tái tạo hoàn toàn cấu trúc mạng lưới Maurice nguyên bản. Quá trình lành thương tại nhu mô có thể để lại sẹo vi thể dưới dạng các bó sợi collagen sắp xếp lộn xộn hơn, làm giảm sức bền sinh cơ học của vòm giác mạc. Hướng dẫn thực hành phẫu thuật khúc xạ của các tổ chức nhãn khoa quốc tế nhấn mạnh việc duy trì một độ dày nhu mô tối thiểu (giường giác mạc an toàn) để ngăn ngừa biến chứng giãn lồi giác mạc (Keratectasia) do cấu trúc bị suy yếu quá mức.
2.1.3. Lớp nội mô giác mạc (Corneal Endothelium) và cơ chế bơm ion chủ động duy trì trạng thái khử nước.
- (1) Ví dụ: Giác mạc giống như một miếng bọt biển ngậm nước đang nằm nổi trên một khoang chứa đầy chất lỏng (thủy dịch của tiền phòng nhãn cầu). Xu hướng vật lý tự nhiên là miếng bọt biển này sẽ hút nước, phình to ra và chuyển thành màu trắng đục. Tuy nhiên, trên thực tế, giác mạc có thể duy trì độ mỏng ổn định và độ trong suốt trong thời gian dài.
- (2) Phân tích: Rào cản cuối cùng ngăn cách nhu mô giác mạc và thủy dịch là lớp nội mô giác mạc. Đây là một lớp tế bào đơn rất mỏng, có hình lục giác xếp khít nhau như tổ ong. Chức năng cốt lõi của lớp tế bào nội mô không nằm ở vai trò hàng rào vật lý, mà ở việc hoạt động như một nhà máy sử dụng năng lượng hóa học để vận hành hệ thống bơm ion. Màng tế bào nội mô chứa mật độ cao các bơm ion Na+/K+ ATPase. Các bơm này hoạt động liên tục 24/7, tiêu tốn năng lượng ATP để bơm chủ động các ion bicarbonate và natri từ nhu mô giác mạc ngược trở lại vào thủy dịch. Chính dòng chảy ion này kéo theo nước đi ra khỏi giác mạc thông qua áp lực thẩm thấu, duy trì trạng thái khử nước sinh lý (Corneal deturgescence) ở mức độ ngậm nước khoảng 78%. Nếu độ ngậm nước vượt mức này, khoảng cách giữa các sợi collagen trong nhu mô sẽ bị phá vỡ, làm mất hiệu ứng giao thoa triệt tiêu, khiến giác mạc bị phù nề và mờ đục.
- (3) Phản biện + ví dụ phản biện: Bệnh nhân và một số dược sĩ thường lan truyền lầm tưởng: "Khi mắt bị mờ do đục giác mạc hoặc tổn thương lão hóa sau mổ cườm (đục thủy tinh thể), chỉ cần nhỏ các loại thuốc bổ mắt chứa nhiều vitamin hoặc dùng tế bào gốc nhỏ mắt là có thể nuôi dưỡng và tái tạo lớp tế bào mặt trong của giác mạc". Phản biện bằng sinh học tế bào nhãn khoa: Khác với lớp biểu mô bề mặt, tế bào nội mô giác mạc ở người trưởng thành duy trì ở pha G1 của chu kỳ phân bào, nghĩa là chúng không có khả năng phân chia hoặc sinh ra tế bào mới trong cơ thể sống (in vivo). Khi tế bào nội mô bị chết do lão hóa, do chấn thương cơ học từ đầu dò siêu âm phẫu thuật Phaco, hay do viêm màng bồ đào, các tế bào sống sót xung quanh sẽ chủ yếu phình to ra, kéo giãn màng tế bào để che lấp khoảng trống, dẫn đến mật độ tế bào nội mô giảm dần. Khi mật độ tế bào nội mô tụt xuống dưới ngưỡng tới hạn (khoảng 500 tế bào/mm²), hệ thống bơm ion mất khả năng duy trì chức năng hiệu quả. Sự phù nề giác mạc do mất tế bào nội mô là tổn thương không thể đảo ngược bằng bất kỳ loại thuốc nào, và phương pháp điều trị chuyên sâu được cân nhắc để phục hồi thị lực lúc này là phẫu thuật ghép giác mạc.
2.1.4. Đặc tính vô mạch (Avascularity) và mạng lưới phân bố thần kinh cảm giác (Sensory Innervation).
- (1) Ví dụ: Da tay bị kim châm chỉ gây nhói nhẹ, nhưng một sợi lông mi nhỏ rơi vào bề mặt giác mạc lại gây ra cảm giác đau rát buốt rõ, khiến mí mắt co giật liên tục và khó mở ra. Mặc dù gây đau rát rõ, giác mạc không chảy máu.
- (2) Phân tích: Để đảm bảo sự trong suốt tối đa, giác mạc có đặc tính vô mạch (Avascular). Không có hồng cầu và huyết sắc tố che chắn đường đi của ánh sáng. Sự nuôi dưỡng giác mạc phụ thuộc chủ yếu vào sự khuếch tán oxy trực tiếp từ không khí hòa tan vào màng phim nước mắt (cung cấp cho lớp biểu mô ngoài cùng) và glucose từ thủy dịch thẩm thấu lên (cung cấp cho nhu mô và nội mô). Bù lại việc không có mạch máu, giác mạc là mô được phân bố thần kinh dày đặc nhất trong cơ thể con người (mật độ thụ thể đau cao gấp 300 đến 600 lần so với da). Các sợi thần kinh này xuất phát từ nhánh mắt (nhánh V1) của dây thần kinh sinh ba (Trigeminal nerve). Điểm vi thể đặc biệt là khi các sợi thần kinh này xuyên qua màng Bowman để tiến vào lớp biểu mô, chúng mất lớp vỏ myelin cách điện màu trắng của mình. Việc trở thành các sợi thần kinh trần (unmyelinated nerve fibers) giúp chúng không làm cản trở sự truyền sáng, nhưng lại khiến chúng trở nên rất nhạy cảm với các kích thích cơ học, hóa học và nhiệt độ.
- (3) Phản biện + ví dụ phản biện: Bệnh nhân sử dụng kính áp tròng (Contact lens) thường có lầm tưởng thường gặp: "Giác mạc không có mạch máu nên nó không cần máu nuôi, việc đeo kính áp tròng loại dày liên tục 24/24 qua đêm, ngày này qua tháng khác là hoàn toàn an toàn, mắt chỉ thỉnh thoảng hơi đỏ viền bên ngoài không sao cả". Phản biện bằng sinh lý học hô hấp tế bào: Chính vì không có mạch máu, giác mạc "thở" chủ yếu bằng cách hấp thụ oxy trực tiếp từ khí quyển. Khi bệnh nhân đặt một miếng kính áp tròng bằng nhựa che phủ bề mặt giác mạc, dòng lưu thông oxy bị hạn chế. Tế bào biểu mô giác mạc xuất hiện tình trạng thiếu oxy mô (Hypoxia), chuyển sang hô hấp kỵ khí và sản sinh acid lactic tích tụ trong nhu mô. Tình trạng toan hóa này phá vỡ hoạt động của bơm nội mô, gây phù giác mạc. Khi tình trạng thiếu oxy kéo dài, giác mạc sẽ tiết ra các yếu tố tăng trưởng nội mạc mạch máu (VEGF), thu hút các tân mạch (mạch máu mới) từ vùng rìa phát triển vào vùng giác mạc trong suốt. Các mạch máu này rất dễ vỡ, rò rỉ huyết tương và lipid vào nhu mô, làm tổn thương cấu trúc trong suốt và có thể gây suy giảm thị lực đáng kể. Việc không lưu ý đầy đủ đến đặc tính vô mạch của giác mạc có thể làm tăng nguy cơ tổn thương giác mạc do sử dụng kính áp tròng không phù hợp với chỉ định y khoa.
