1. Μοριακή φυσιολογία
Τα ανατομικά χαρακτηριστικά του κρυσταλλοειδούς φακού που καθορίζουν τη φυσιολογία του είναι:
- η απουσία νεύρων, αγγείων και συνδετικού ιστού
- το αμφίκυρτο σχήμα
- η πρόσθια επιφάνεια λιγότερο κυρτή από την οπίσθια
- η ανάρτηση από τις ίνες της Ζιννείου ζώνης
- το περιφάκιο
- η παραγωγή φακικών πεταλίων (φακικών ινών), με επακόλουθη την αύξηση του μεγέθους του κρυσταλλοειδούς φακού
1.1 Πρωτεΐνες του κρυσταλλοειδούς φακού
Ο κρυσταλλοειδής φακός εμφανίζει:
- μικρή περιεκτικότητα σε νερό (65%)
- ιδιαίτερα υψηλή συγκέντρωση σε πρωτεΐνες (34%)
- ανόργανα ιόντα, οργανικά φωσφατίδια, πυρηνικά οξέα και μεταβολίτες
Η κατανομή του ύδατος εμφανίζει μεγάλη ανομοιογένεια και το μεγαλύτερο μέρος είναι ελεύθερο και όχι συνδεδεμένο με πρωτεΐνες. Η περιεκτικότητα σε νερό είναι:
- περιφάκιο (80%)
- φλοιός (69%)
- πυρήνας (63,5%)
Οι πρωτεΐνες του κρυσταλλοειδούς φακού αποτελούν το 33% του καθαρού του βάρους, το οποίο είναι τουλάχιστον διπλάσιο σε σχέση με άλλους ιστούς. Διακρίνονται ανάλογα με τη διαλυτότητα τους στο νερό, σε:
- υδατοδιαλυτές
- μη υδατοδιαλυτές
Οι υδατοδιαλυτές πρωτεΐνες αποτελούν τις κρυσταλλίνες (80% του συνόλου των πρωτεϊνών). Οι κρυσταλλίνες διακρίνονται ανάλογα με το μοριακό τους βάρος:
- α-κρυσταλλίνη (ΜΒ 800.000-1.000.000), 32% ολικής πρωτεΐνης
- β-κρυσταλλίνη (ΜΒ 50.000-500.000), 54% ολικής πρωτεΐνης
- γ-κρυσταλλίνη (ΜΒ 20.000), 1,5% ολικής πρωτεΐνης
Οι μη υδατοδιαλυτές πρωτεΐνες διακρίνονται ανάλογα με τη διαλυτότητα τους στην ουρία σε:
- ουρεοδιαλυτές (πρωτεΐνες κυτταροσκελετού)
- μη ουρεοδιαλυτές
Οι πρωτεΐνες του φακού εμφανίζουν ειδική αντιγονική δράση.
1.2 Διαπερατότητα, διάχυση και μεταφορά ουσιών στον κρυσταλλοειδή φακό
Οι μεταβολικές ανάγκες του φακού ικανοποιούνται από μεταφορά ουσιών από το υδατοειδές υγρό και το υαλοειδές. Το περιφάκιο είναι διαπερατό σε νερό, ιόντα και πρωτεΐνες χαμηλού μοριακού βάρους.
Οι στερεές συνδέσεις μεταξύ των επιθηλιακών κυττάρων δεν παρεμποδίζουν την κίνηση των μορίων μέσα στη μάζα των ινών.
Ο εξωκυττάριος χώρος του φακού παρουσιάζει ένα δίκτυο χαλαρών συνδέσεων που επιτρέπει την υδρόφιλη διέλευση και επιτρέπει την ενδοκυττάρια διάχυση.
Οι βασικές διεργασίες μεταφοράς εντός του φακού αφορούν:
- ιόντα
- αμινοξέα
- γλυκόζη
και επιτελείται μέσω:
- διαύλων
- αντλιών
- μεταφορέων
2. Βιοφυσικές ιδιότητες
2.1 Μετάδοση φωτός
Ο κρυσταλλοειδής φακός επιτρέπει να περάσει το 90% του ορατού φάσματος του φωτός προς τον αμφιβληστροειδή. Η διαπερατότητα μειώνεται με την πάροδο της ηλικίας, λόγω:
- χρωματικής αλλαγής
- γήρανσης του φακού
Απορροφά, επίσης, μέρος της υπεριώδους ακτινοβολίας, που είναι βλαπτική για τον αμφιβληστροειδή.
2.2 Διαφάνεια
Η διαφάνεια του κρυσταλλοειδούς φακού οφείλεται στην:
- αρμονική αρχιτεκτονική (μείωση σκεδασμού)
- έλλειψη χρωμοφόρων συστατικών
2.3 Δείκτης διάθλασης
Ο δείκτης διάθλασης είναι:
- κέντρο 1,41
- περιφέρεια 1,386
Υπάρχει διαφορά, επίσης, μεταξύ προσθίου και οπισθίου περιφακίου, λόγω διαφορετικού πάχους.
2.4 Οπτικά σφάλματα
2.4.1 Χρωματική εκτροπή
Το λευκό φως που διέρχεται το φακό αναλύεται σε όλα τα χρώματα του ορατού φάσματος. Τα διαφορετικά μήκη κύματος έχουν διαφορετική ταχύτητα μετάδοσης και διαφορετικό βαθμό απόκλισης εντός του κρυσταλλοειδούς φακού. Ο κρυσταλλοειδής φακός δεν μπορεί να διορθώσει αυτό το σφάλμα, αλλά δεν είναι κλινικά σημαντικό.
2.4.2 Σφαιρική εκτροπή
Σε κάθε οπτικό σύστημα, οι περιφερικές ακτίνες έχουν μικρότερη εστιακή απόσταση από αυτές που διαθλώνται κεντρικότερα, λόγω της μεγαλύτερης διαθλαστικής ισχύος της περιφέρειας. Ο κρυσταλλοειδής φακός μειώνει τη σφαιρική εκτροπή, διότι:
- ο δείκτης διάθλασης αυξάνει από την περιφέρεια προς το κέντρο
- η κυρτότητα του φακού αυξάνει προς τους πόλους
- η ακτίνα καμπυλότητας είναι μεγαλύτερη στο πρόσθιο περιφάκιο από ότι στο οπίσθιο
3. Μεταβολισμός
Πηγή ενέργειας για τον κρυσταλλοειδή φακό είναι η γλυκόζη. Οι οδοί μεταβολισμού της γλυκόζης είναι:
- η αναερόβια γλυκόλυση (το μεγαλύτερο μέρος)
- HMP shunt
- η οδός της σορβιτόλης
Σε περιβάλλον με υψηλή γλυκόζη, μεγάλο μέρος γλυκόζης μεταβολίζεται σε σορβοτόλη, αυξάνοντας την ωσμωτική πίεση εντός του φακού, με επακόλουθο την εξοίδηση και την εμφάνιση διαβητικού καταρράκτη.