(一)發病原因
不同類型的白內障，其致病危險因素及發病機制亦不同。詳細的病因學研究可以區別不同危險因素在白內障形成過程中的作用，仍然是一個復雜而困難的課題。以某種危險因素作為某種類型白內障形成原因，建立不同類型白內障動物模型，對於總結眾多危險因素在白內障病因學中的作用是一種非常有價值的研究方法。雖然這種模型有一定的局限性，比如它往往忽略了白內障形成過程中時間的影響和不同的危險因素致白內障的復雜性，但在揭示白內障形成和發生發展過程中的規律性的作用卻不容懷疑。
白內障的發生是多種因素綜合作用的結果，比如放射和自由基損傷;營養物質、化學物質缺乏和抗生素的使用;葡萄糖、半乳糖等代謝障礙;脂質過氧化產物損傷等。此外，其他因素如衰老、遺傳基因等因素也是一個重要方面。其中最具有普遍意義的環節便是氧化損傷。
(二)發病機制
1.抗氧化系統 氧自由基損傷是老年性白內障首位的危險因素。許多實驗都證明晶狀體的氧化損傷發生在晶狀體混濁之前。各種理化因素均可通過不同途徑導致晶狀體自由基產生，如自由基產生過多或清除障礙，均可導致自由基聚積。自由基最先損害的靶目標是晶狀體上皮細胞，其次是晶狀體纖維。致使蛋白質和脂質過氧化，發生交聯、變性，並聚積成大分子。
晶狀體上皮細胞是抗氧化損傷的活性中心，通過兩個途徑發揮抗氧化作用。第一個途徑是以還原型谷胱甘肽(GSH)、維生素C和維生素E等抗氧化劑為代表的清除自由基機制。晶狀體的氧化損傷最早表現在GSH含量大幅度下降，氧化型谷胱甘肽(GSSG)增加，GSH/GSSG比值降低。維生素C作為自由基清除劑，可以很快與O-、OH-和O2反應，生成維生素C自由基。維生素C自由基不活潑，但易於發生歧化反應，生成一分子維生素C和一分子脫氫維生素C。維生素E是一族異構體，其中α-煙酸維生素E活性最高，可直接與O-、OH-和O2作用，從而阻斷脂質過氧化。抗氧化酶系統是晶狀體另一個抗氧化屏障，主要是谷胱甘肽過氧化物酶(GSHpx-1)、過氧化氫酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)。老年性白內障患者晶狀體和血清中SOD水平明顯低於老年非白內障患者，而且兩者活力下降同步。CAT、GSHpx活力也明顯下降，脂質過氧化物(LPO)、丙二醛(MDA)生成增加。
利用聚合酶鏈反應(PCR)檢測谷胱甘肽轉移酶(GSTμ)基因發現，老年性白內障患者GSTμ基因缺失率達6.95％，明顯高於對照組。認為老年性白內障發病與GSTμ基因缺失密切相關，該基因缺失可能是個體易患白內障的遺傳因素之一。
晶狀體內含有多種可被光分解的色素成分，例如N-甲酰犬尿氨酸(NFK)、3-羟基-犬尿酸(3-OH-FK)β-卟啉、維生素B2、黃素腺嘌呤單核苷酸(FMN)、黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)等。這些成分均具有光敏劑性質，反復吸收光量子呈激發態，能量可被轉移給鄰近的氧分子生成O-，而光敏劑又恢復到基態，以此往復。晶狀體內自由基主要是O-、OH-、H2O2，其中以OH-損害最嚴重，但O-、OH-半壽期短，H2O2相對較穩定，且可以從一處轉移到另一處，在超氧化物歧化酶(SOD)、過渡金屬(Fe2 、Cu2 )存在下發生歧化。
晶狀體內富含色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)等成分，當波長300nm的紫外線被晶狀體吸收時，色氨酸被激活，生成N-甲酰犬尿氨酸及其他光化學產物，N-甲酰犬尿氨酸可經過多個途徑產生活性氧自由基，同時產生的光敏劑使晶狀體產生非色氨酸的藍色熒光和色素，改變晶狀體顏色，這可能是構成棕色或褐色核性白內障的基礎。
晶狀體纖維內晶狀體蛋白含量豐富，這些蛋白質由富含巯基的氨基酸組成，容易被氧化而受損。氧化受損的纖維細胞，逐漸被擠壓到中心，蛋白質光化學產物逐漸難積。光化學產物的堆積，進一步加重了對近於UV譜段光的吸收，導致光化學反應產生更多的氧自由基，蛋白質損害最終導致色素沉積和透光性喪失。處於核心部的晶狀體纖維，是晶狀體內最老化的纖維，蛋白質合成能力幾乎喪失。經過消旋作用、糖基化、羧基末端降解、脫氨和非共價鍵聚集等轉錄後修飾，蛋白質構象發生顯著改變。此外，處於核心部位的年老纖維內晶狀體蛋白基因表達，和外層年輕部位纖維的表達量不同，晶狀體蛋白組成也會發生顯著改變。加之與衰老有關的保護晶狀體中活性代謝成分活力下降，因此，核心部位年老的晶狀體纖維最易受到氧化損傷，發生混濁。
2.白內障中蛋白質等成分改變 晶狀體透光性和屈光度，與水溶性晶狀體結構蛋白含量有關，大多數細胞骨架蛋白主要參與纖維細胞的伸長及成熟過程，而與晶狀體透明性無關。隨著年齡增長和溫度降低，α-晶狀體蛋白易於發生凝集，這種蛋白結構上的改變可以導致光的散射，從而影響晶狀體的透明性。
隨年齡增長，晶狀體中水溶性蛋白(WSP)含量降低，不溶性蛋白(WIP)含量升高，膜主要內在多肽(main intrinsic polypeptide，MIP)減少。在WSP中α-晶狀體蛋白含量相對升高，β-、γ-晶狀體蛋白含量下降。進一步分析發現β1、β2、β3晶狀體蛋白中，β1-晶狀體蛋白含量降低表現最為明顯。由於晶狀體蛋白含較多半胱氨酸(Cys)，受到H2O2損傷後易於形成高分子量(HM)蛋白，高分子量蛋白又轉變成不溶性尿素溶蛋白(USP)。對兒童和成人晶狀體中WSP電泳圖譜分析發現，在纖維細胞老化過程中部分細胞骨架蛋白，如肌動蛋白、波形蛋白(vimentin)等發生降解，這些變化與纖維細胞內蛋白水解酶被過度激活有關。
晶狀體中有豐富的游離氨基酸，其中包括天門冬氨基酸、蘇氨酸、絲氨酸、谷氨酸、丙氨酸、胱氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸和組氨酸等。它們的濃度均比房水中的濃度要高，其中谷氨酸及谷胱甘肽含量更高。谷胱甘肽是含有甘氨酸、胱氨酸和谷氨酸的三肽，在晶狀體內合成活躍，以保持晶狀體囊膜的穩定性。當老年性白內障發生時，晶狀體中游離氨基酸含量隨白內障發展而逐漸降低，尤以谷氨酸降低為顯著，進一步影響谷胱甘肽的合成。當蛋白配基氨基酸蓄積到一定程度，使細胞膜孔開大或細胞膜破裂，致氨基酸及可溶性成分通過晶狀體囊膜漏出。蛋白丟失和水分的蓄積，使晶狀體纖維發生水腫、變性，晶狀體透明度下降，最終導致白內障形成。
白內障形成過程的早期，晶狀體纖維將經歷水腫等一系列形態學變化，但並非代表晶狀體蛋白變性，這種病理過程是可逆的。此時如應用抗氧化藥物，有可以逆轉晶狀體水腫狀況，從而發揮治療白內障作用。如果病情得不到控制，一旦晶狀體蛋白發生交聯、變性，則病變將變為不可逆，此時再應用抗氧化藥物則難以達到治療效果。
老年性白內障中脂質的改變也可能與氧化損傷有關。氧自由基導致脂質過氧化物如共轭雙烯、三烯、MDA生成。MDA可通過與氨基化合物交聯作用生成脂溶性、水溶性2類熒光物質，測定血清和晶狀體中水溶性熒光物質(WSFS)可以代表脂質過氧化水平。老年性白內障患者晶狀體中WSFS含量隨年齡增長而增加。同時脂質膜上Na -K 泵功能受損，晶狀體泵平衡破壞，水、鈉潴留，上皮細胞腫脹，最終導致白內障的發生。
實驗結果還證實老年性白內障中鈣-鈣調蛋白(Ca-CaM)異常。正常情況下，晶狀體內鈣含量比前房液低100～10000倍。晶狀體上皮細胞內Ca2 ATP酶和Na -K -ATP酶同樣是含巯基的酶，對氧化損傷非常敏感，白內障晶狀體中Ca2 、CaM活性亢進。環磷酸腺苷(cAMP)性磷脂酶(PDE)為Ca2 、CaM依賴性，環磷酸鳥苷(cGMP)性PDE為Ca2 依賴性，Ca2 -CaM對cAMP、cGMP進行雙向調節，兩系統相互影響，相互協調。在老年性白內障中cAMP含量普遍下降，cGMP普遍升高，cAMP/cGMP比值下降。已知羟自由基具有激活鳥苷酸環化酶的作用，cGMP含量上升與氧自由基過剩有關。cAMP含量下降則與氧自由基攻擊膜上的腺苷酸環化酶(AC)有關，AC酶活性下降導致cAMP合成減少，Ca2 -ATP酶上有CaM和cAMP調節區兩部分，cAMP下降Ca2 -ATP酶調節失控，Ca2 升高，高鈣激活晶狀體細胞Calpain Ⅰ、Ⅱ引起晶狀體蛋白異常水解。Ca2 可以使α-晶狀體蛋白兩條完整的多肽鏈或它的亞單位之間發生交聯;β-晶狀體蛋白也可由於谷氨酰胺酶被Ca2 激活，通過二硫鍵交聯。總之，晶狀體Ca 2 升高是許多因素作用的結果，也是多種病因導致白內障發生、發展的啟動因子，已有人使用鈣通道阻斷劑Verapamil(維拉帕米)預防白內障的發生。
老年性白內障晶狀體中Cu2 、Zn2 含量降低，這與含Cu2 、Zn2 的SOD活力下降有關，可能是老年性白內障機體抗氧化能力下降引發的白內障原因之一。研究表明，硒(Se)與白內障關系最密切，血清Se過高或過低與白內障發生均有關。後囊膜下皮質混濁型、核型老年性白內障血清硒含量增高，而皮質型老年性白內障血清Se含量下降。動物實驗發現缺硒大鼠體內的谷胱甘肽過氧化物酶(GSHpx)活力下降，晶狀體內GSHpx活力與紅細胞硒水平呈正相關，而晶狀體自由基含量與紅細胞硒水平呈負相關，缺硒大鼠自由基水平明顯高於對照組。
3.年齡相關性白內障的危險因素
(1)晶狀體混濁與長期暴露於紫外線，尤其是長波紫外線有關。295nm以上波長的紫外光容易穿透角膜被晶狀體有效吸收。在動物實驗中，短期大劑量或長期紫外線輻射，可以引起晶狀體透明度的變化已得到證明。流行病學研究提示，長期暴露於太陽光下可明顯增加人類患白內障的危險性。這些研究可分為兩種類型，一種是基於生態學特點的人群患病率研究，另一種則是探討個體照射劑量與發病關系或病例對照研究。盡管這些研究受各種實驗條件限制和影響，但實驗結果仍有普遍意義。嚴格控制紫外線照射累積劑量的實驗發現，發生皮質性和後囊膜下混濁的危險性同累積劑量呈正相關。也有人提出臭氧層空洞導致了紫外線輻射增加，因而白內障發病可能會增多，但這一推測尚缺乏足夠的證據。
(2)糖尿病研究結果顯示，糖尿病人群白內障發病率較正常人群明顯為高。隨著血糖水平的增高，白內障的發病率也有增高趨勢。另外的研究報道顯示糖尿病患者發生老年性白內障明顯提前。對患有糖尿病和半乳糖血症的白內障晶狀體的生化研究顯示晶狀體內電解質、谷胱甘肽、葡萄糖或半乳糖含量均不正常。葡萄糖或半乳糖在醛糖還原酶的作用下可生成糖醇，使晶狀體呈高滲狀態，從而導致晶狀體纖維的腫脹，液泡形成，最終導致混濁。對年輕的糖尿病患者，最重要的因素是糖尿病的持續時間;對成年人的糖尿病患者來說，最重要的因素則是調查時的年齡。不同流行病學研究結果的高度一致性提示我們應對糖尿病患者的晶狀體進行定期檢查。
(3)經常發生腹瀉可能與白內障的發生有關，其中4個中間環節可以解釋腹瀉在白內障發生中的作用：即對營養物質的吸收不良而導致的營養缺乏;使用碳酸氫鹽而致的相對鹼中毒;脫水導致的晶狀體和房水間的滲透壓失調;尿素和氰酸铵含量增加，導致晶狀體蛋白發生變性等。然而多數研究卻沒有發現兩者間有必然聯系，因而從公共衛生方面的重要性和生物學角度出發，腹瀉與發生白內障之間的關系還需進一步的深入研究。
(4)當晶狀體內的酶系統、蛋白質和生物膜抵抗氧化侵襲的能力不足時，可以引起白內障。諸如光、熱、電磁、微波輻射等損傷，可使活性氧如過氧化氫、超氧化物陰離子、單態氧和羟自由基參與氧化反應，造成晶狀體損傷。因而晶狀體中含有足夠的抗氧化物質，如過氧歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶和維生素如胡蘿卜素、維生素B2、維生素C和E等，則可增強對這些損傷的抵抗作用。
(5)藥物：
①長期全身或局部應用大劑量糖皮質激素，可產生後囊膜下混濁，其形態與輻射性白內障相似。白內障的發生與用藥劑量和持續時間有關，用藥劑量越大，時間越長，白內障發生率就越高。大劑量服用潑尼松1～4年，白內障發生率可高達78％;一些早期的研究報道證實了在類風濕性關節炎、哮喘、天疱瘡、腎病、狼瘡以及腎移植後大量應用免疫抑制劑的患者中，糖皮質激素有致白內障的作用。有研究報道提示長期(1年以上)大量應用糖皮質激素(15mg/d潑尼松)可使後囊下白內障的發生率增加。其他關於老年性白內障流行病學的研究也證實了糖皮質激素可導致後囊下白內障的發生。
②白內障患者的血漿色氨酸含量和晶狀體中醛糖還原酶活性增高。而阿司匹林或其活性成分(水楊酸鹽)可抑制醛糖還原酶，並可降低血漿色氨酸含量。因此推測阿司匹林可能有防治白內障作用。水楊酸鹽與色氨酸競爭血漿蛋白中共同的結合位點，從而使結合態和總色氨酸水平下降。盡管少數研究報道顯示阿司匹林或其類似成分對白內障有一定防治作用，但大多數臨床研究證據尚不充分。
③別 嘌呤醇是一種抗高尿酸制劑，廣泛用於治療痛風。有些零星的報道提示長期口服別 嘌呤醇可能與後囊膜下白內障形成有關。
④吩噻嗪可與黑色素結合，形成一種光敏物質引起色素沉著。20世紀60年代即有文章報道大量使用吩噻嗪尤其是氯丙嗪的患者可出現眼球色素沉著和晶狀體混濁。晶狀體混濁可能非藥物直接作用，而是由於色素沉著增加光輻射吸收作用的結果。
(6)廣泛的社會及流行病學調查還發現白內障的發生與受教育程度、吸煙及飲酒史、血壓，甚至性別有關。盡管受教育程度低同白內障發生之間無明顯的生物學聯系，但一致顯示出它與各類型老年性白內障發病相關，當然不排除群體社會地位、經濟條件和職業差異所造成的影響。有關性別與白內障之間關系的研究結果顯示女性發生白內障的危險因素略大於男性;而女性在絕經期後經常服用雌激素能降低發生核性白內障的危險性。多數研究結果表明，吸煙可以增加發生白內障的危險性。導致發生白內障的機制可能與煙霧中含有能損害抗氧化劑結構，或直接損害晶狀體蛋白結構的物質有關。長期大量飲酒致白內障已有文獻報道。飲酒導致白內障的機制尚不清楚，可能與乙醇在體內轉化為乙醛而損傷晶狀體蛋白有關。老年性白內障發生還與高血壓有關。收縮壓為160mmHg者發生後囊膜下混濁的危險比收縮壓為120mmHg者高2倍。白內障發生是否與血壓直接相關尚無確切證據。有人認為白內障發生與高血壓無關，可能與長期服用抗高血壓藥物如噻嗪類利尿藥有關，也可能與伴隨的其他因素如糖尿病有關。