05.06.2017

Сегодня контактная коррекция зрения напоминает роскошный ресторан с множеством изысканных блюд. К услугам врача огромное количество контактных линз (КЛ) с разным дизайном, из разных материалов. Современный рынок контактной коррекции зрения (ККЗ) способен удовлетворить нужды практически любого пациента. Причина в том, что в последнее 10-летие резко возрос интерес к ККЗ и исследованиям в этой области. Не отставали от исследователей и производители. По сути, вторые и были непосредственными заказчиками или работодателями первых. Практически все крупнейшие компании консультировались со специалистами по химии полимеров или сами держали при своих лабораториях целый штат научных сотрудников, чтобы постоянно создавать инновационные материалы, позволяющие улучшить качество линз.
У материалов современных КЛ чрезвычайно сложный химический состав. Замысловатые комбинации полимеров обеспечивают уникальные характеристики каждой линзы. Однако сколь бы ни была сложной, сколь бы ни отличалась полимерная структура разных линз, перед производителем стоят одни и те же простые задачи: сделать устойчивую, комфортную в ношении линзу с отличными оптическими характеристиками, которая бы снижала или вообще устраняла риск для здоровья глаз. Исследователи и сейчас продолжают изучать ключевые химические компоненты материалов КЛ в надежде получить в одном флаконе оптимальный дизайн, кислородопроницаемость, смачиваемость, гладкость поверхности и устойчивость к разным типам отложений.

Материалы для мягких контактных линз
По определению, мягкие, или, как их иногда называют по-английски, гидрофильные (hydrophilic) линзы (МКЛ) способны поглощать и удерживать воду в пределах матрицы, состоящей из цепочек полимеров. Именно это и называется обычно гидрогелевым материалом. Во многих КЛ главным водопоглощающим химическим мономером является гидроксиэтилметакрилат (HEMA).
С наличием воды в самой матрице КЛ связан целый ряд как преимуществ, так и недостатков. С одной стороны, вода между полимерными цепочками материала обеспечивает мягкость и гибкость линзы, что дает пользователям гидрогелевых КЛ больший комфорт по сравнению с жесткими газопроницаемыми линзами. Вода также обеспечивает механизм доставки кислорода к поверхности роговицы благодаря своей способности растворять и переносить кислород.
С другой стороны, вода также ослабляет прочность линзы, из-за чего часто приходится вводить в состав матрицы этиленгликоль или другие сшивающие агенты, чтобы укрепить линзу и обеспечить стабильность ее структуры. К тому же вода – прекрасная среда для размножения бактерий, а значит, чтобы избежать бактериального заражения, необходимо очень строго соблюдать режим ношения и правила ухода за линзами.
Пытаясь найти баланс между достоинствами и недостатками гидрогелей и получить оптимальный вариант, производители немало экспериментировали, меняя уровень влагосодержания. Американское Управление по контролю за продуктами и лекарствами (Food and Drug Administration, FDA) предложило свою классификацию МКЛ в соответствии с такими свойствами материала линзы, как влагосодержание и электростатический заряд.

Кислородопроницаемость
Кислородопроницаемость КЛ зависит от уровня Dk ее материала. Dk определяется как коэффициент диффузии (D), умноженный на коэффициент растворимости (k). Таким образом, величина Dk отражает химические свойства самого материала. Для клинической практики большее значение имеет кислородопропускаемость, или Dk/t, выражающая свойства и материала, и дизайна линзы. А именно: кислородопропускаемость учитывает толщину линзы, сквозь которую кислород должен пройти, чтобы достигнуть поверхности роговицы. По умолчанию t означает толщину линзы в центре. Поскольку эта толщина может существенно варьироваться в зависимости от оптической силы линзы, чаще всего принято измерять Dk/t для линз с силой -3,00 D.

Как и в случае с толщиной линзы, существуют большие расхождения в зависимости от профиля толщины – от центра до края конкретной линзы. Например, на периферии КЛ с минусовой силой и более толстым краем, несомненно, кислородопропускаемость будет меньше, чем измеренная в центре, где линза тоньше. Именно поэтому все еще продолжаются исследования с целью выработать более совершенные методы определения кислородопропускной способности линз определенного дизайна.
В традиционных гидрогелевых линзах кислородопроницаемость напрямую зависит от их коэффициента растворения кислорода. Последний, в свою очередь, определяется исключительно влагосодержанием. Казалось бы, в таком случае одним из преимуществ гидрогелей должна стать прямая зависимость между влагосодержанием и кислородопроницаемостью. Остается лишь увеличивать процент воды в составе линзы, что и на комфорте должно сказаться только положительно. Однако быстро выяснилось, что при наивысшем влагосодержании, возможном на практике, то есть около 80%, предельная достижимая кислородопроницаемость не превышает 40 Dk. Упершись в тупик, ученые должны были искать другой выход в виде более сложных химических соединений. В результате этих исследований и появился силиконгидрогель.
Этот прогресс в химии материалов обернулся для индустрии ККЗ самым серьезным прорывом за всю ее историю. Силиконгидрогели способны и растворять кислород благодаря гидрогелевому компоненту матрицы, и пропускать его благодаря силиконовому компоненту. У современных сферических силиконгидрогелевых контактных линз (СГКЛ) значение Dk варьируется от 60 до 140 и, в отличие от традиционных гидрогелей, не зависит от влагосодержания. Напротив, у большинства СГКЛ повышение кислородопроницаемости связано с уменшением влагосодержания, поскольку основано на увеличении доли силикона в матрице.
Как отмечалось выше, важно помнить, что для КЛ важна не кислородопроницаемость (Dk) сама по себе, а фактическая кислородопропускная способность с учетом толщины линзы (Dk/t). Но, так или иначе, при ношении СГКЛ до роговицы доходит значительно больше кислорода, чем при использовании любых других типов МКЛ. Уже в самом начале «силиконгидрогелевой революции» у многих СГКЛ значение Dk даже превышало минимальную планку 87 для ночного ношения, установленную в известной работе Холдена и Мерца 1984 года. Разумеется, благодаря появлению таких линз на рынке значительно вырос интерес к круглосуточному режиму ношения. Многие пользователи оценили удобства гибкого, расширенного или непрерывного месячного режима ношения. Но, к сожалению, исследования показали, что риск микробного кератита с появлением СГКЛ не уменьшился, а значит, игра не стоит свеч и пока лучше перестраховаться.

Модуль упругости
С появлением СГКЛ вновь обрела актуальность такая характеристика линзы, как модуль упругости ее материала. Чем выше кислородопроницаемость, тем больше должно быть силикона в материале. Но при этом увеличивается модуль упругости и уменьшается влагосодержание, что серьезно сказывается на начальном комфорте. Такая линза постоянно ощущается на глазу из-за жесткости и повышенной подвижности. Жесткость СГКЛ при постоянном ее взаимодействии с пальпебральной конъюнктивой привела к тому же раздражению и дискомфорту, что и при ношении жестких газопроницаемых контактных линз (ЖГКЛ). Из-за этих отрицательных эффектов при ношении СГКЛ со сверхвысокой кислородопроницаемостью и высоким же модулем упругости две компании решили создать линзы с более низким содержанием силикона.

Компания CIBA Vision выпустила МКЛ O2Optix, а позже и Air Optix Aqua (lotrafilcon B, Dk=110, влагосодержание 33%) в качестве альтернативы более жестким линзам Focus Night&Day (lotrafilcon A, Dk=140, влагосодержание 24%).
Предлагаемая компанией CooperVision СГКЛ Avaira (enfilcon A, Dk=100, влагосодержание 46%) с пониженным модулем упругости на самом деле отличается более низким влагосодержанием по сравнению с линзой Biofinity (comfilcon A, Dk=128, влагосодержание 48%). CooperVision объясняет это тем, что уменьшение модуля упругости было достигнуто за счет использования более длинных силоксановых полимерных цепочек, что позволило уменьшить долю силикона в материале линзы.

Увлажняемость линз
Включение молекул силикона в материал КЛ оказалось для производителей и разработчиков очередным вызовом, поскольку оно повлияло на общий комфорт при ношении. Молекулы силикона по природе своей гидрофобны, что затрудняет нормальное взаимодействие линзы как со слезной пленкой над ней, так и с роговичным эпителием под ней. Водоотталкивающая поверхность МКЛ приводила к нарушению слезной пленки, быстрой дегидратации линзы на глазу, увеличению трения и децентрации. Все эти факторы вели к таким осложнениям, как синдром сухого глаза, прокрашивание роговицы, контактная эпителиопатия век, гигантский папиллярный конъюнктивит, постоянное ощущение линзы на глазу и общая плохая переносимость ККЗ. Итак, появилась новая задача: увеличить биосовместимость СГКЛ.
Вообще говоря, гидрофильность КЛ на практике связана с ее способностью взаимодействовать со слезной пленкой, удерживать ее по всей (в идеале) поверхности соприкосновения. У воды довольно высокое поверхностное натяжение. Чем выше сила адгезионного взаимодействия данного материала с водой, тем лучше он будет противодействовать поверхностному натяжению, тем лучше будет притягивать и удерживать молекулы воды, чтобы они покрывали поверхность линзы.
В клинических исследованиях смачиваемость определяется по тому, как поверхность КЛ взаимодействует с водой. Для этого измеряется угол, сформированный между каплей и поверхностью. КЛ с высокой гидрофильностью будет притягивать воду, и она растечется по поверхности, формируя низкий угол смачивания (в идеале равный нулю); КЛ с низкой гидрофильностью будет отталкивать воду, которая в итоге сформирует на поверхности множество капель при большом угле смачивания, большем или равном 90 градусов.
Итак, перед производителями СГКЛ возникла новая задача: сделать изначально гидрофобную силиконовую поверхность линзы гидрофильной, притягивающей и удерживающей слезную пленку с наименьшим углом смачивания, без нарушения ее целостности. В первых СГКЛ на рынке, PureVision производства Bausch & Lomb (balafilcon A, Dk=101, влагосодержание 36%) и Night&Day производства CIBA Vision (lotrafilcon A, Dk=140, влагосодержание 24%) эта проблема решалась с помощью специальной обработки поверхности. Компания CIBA Vision применила плазменную обработку, в результате которой формировалась новая, гидрофильная и электрически нейтральная поверхность, что позволило отнести линзу к 1 группе по классификации FDA. Запатентованная технология Bausch & Lomb под названием Performa заключалась в использовании дополнительных увлажняющих агентов, ставших частью матрицы, так чтобы покрытие не стиралось в процессе ношения или механической очистки. На поверхности оставался электрический заряд, поэтому по классификации FDA линза относилась к 3 группе.
В некоторых СГКЛ, появившихся на рынке позже, увлажняющий агент напрямую внедрялся в состав полимерной матрицы в самом начале полимерного процесса, до формовки линз. Для производства СГКЛ Acuvue Advance (galyfilcon A, Dk=60, влагосодержание 47%) и Acuvue Oasys (senofilcon A, Dk=103, влагосодержание 38%) применяется подобная технология Hydraclear, в качестве увлажняющего агента используется поливинилпирролидон (PVP).
В качестве альтернативы можно упомянуть СГКЛ Biofinity и Avaira производства CooperVision. В данном случае используется фирменная технология Aquaform, основанная на образовании водородных связей на поверхности полимера. В результате материалы comfilcon A и enfilcon A становятся гидрофильными, и можно обойтись безо всяких увлажняющих агентов или обрабоктки поверхности.
Независимо от используемого метода увлажнения, получились достаточно эффективные механизмы, уравновешивающие принципиальные недостатки СГКЛ, связанные со свойствами нового материала. Благодаря всем этим фирменным ухищрениям пациентам обеспечен повышенный комфорт. Доступность же СГКЛ с самыми разными параметрами, в том числе с торическим и мультифокальным дизайном, позволяет все большему числу людей попробовать «дышащие» линзы.
Проблема увлажняемости линз напрямую связана с синдромом сухого глаза. Поскольку сухость и дискомфорт, вызванные ношением КЛ, остаются главной причиной непереносимости и отказа от ККЗ, производители прилагают все усилия, чтобы улучшить характеристики материалов для КЛ и растворов. При этом обновляются не только силиконгидрогелевые материалы, но и традиционные гидрогелевые.
МКЛ из материалов с высоким влагосодержанием в сознании врачей устойчиво ассоциируются с такими явлениями, как быстрая дегидратация линзы на глазу и симптомы сухости. Неудивительно, что некоторые компании попытались избежать этой ловушки и выпустили уникальные МКЛ из материалов 2 и 4 группы FDA. Например, компания CooperVision ввела фосфорилхолин в полимер линзы Proclear, а также других МКЛ из материала omafilcon A (влагосодержание 62%). Фосфорилхолин – структурный компонент фосфолипидного бислоя клеточных мембран у человека. Добавление агента, обладающего теми же свойствами, что и ткани роговичного и пальпебрального эпителия, безусловно, существенно повысило биосовместимость линз. В результате FDA официально рекомендовала МКЛ Proclear тем пользователям, которые страдают от симптомов сухости и нуждаются в повышенном комфорте. Недавно компания CooperVision использовала фосфорилхолин в варианте материала omafilcon A с влагосодержанием 60% и представила результат этого эксперимента – однодневную линзу Proclear 1 Day.
Производители других однодневных КЛ с высоким влагосодержанием также стремятся ослабить симптомы сухости или вообще избавиться от них. Компания CIBA Vision использует в МКЛ Focus Dailies with AquaRelease (nelfilcon A, влагосодержание 69%) поливиниловый спирт (PVA), добавленный в полимерную матрицу. Под механическим воздействием века при моргании PVA постепенно высвобождается из линзы, увлажняя ее поверхность и поддерживая целостность слезной пленки. Новейшее достижение CIBA Vision в этой категории линз – Dailies AquaComfort Plus (nelfilcon A, влагосодержание 69%). Здесь кроме PVP используется гидроксипропилметилцеллюлоза (HPMC) в качестве лубриканта и полиэтиленгликоль (PEG) в качестве дополнительного увлажняющего агента. Таким образом, сразу три увлажняющих агента обеспечивают наилучший комфорт в продолжение целого дня.
В СГКЛ 1-Day Acuvue Moist (etafilcon A, влагосодержание 58%) производства Vistakon используется запатентованная фирменная технология Lacreon – внедрение гидрофильного полимера в матрицу, чтобы уменьшить трение и постоянно поддерживать влажность поверхности линзы.
Поверхностное трение играет в ККЗ важную роль. Трение возникает при любом механическом взаимодействии смежных поверхностей, в данном случае века, линзы и роговицы. Конечно, влажная поверхность линзы уменьшает трение. Еще больше уменьшается оно при наличии смазки. Отсюда следует важность слезной пленки: если она непрерывным и ровным слоем покрывает всю поверхность КЛ, то существенно уменьшает трение между линзой и пальпебральной конъюнктивой при моргании.
Независимо от наличия или отсутствия смазки, у каждой поверхности есть и свой коэффициент трения. Примером твердой поверхности с очень низким коэффициентом трения может служить тефлоновая сковорода. Однако тефлон плохо смачивается, и это говорит о роли других факторов, влияющих на гидрофильность. Тефлоновая поверхность обладает собственным электростатическим зарядом, который ослабляет ее взаимодействие с другими, смежными поверхностями. Не нужно далеко ходить за подобным примером в ККЗ: поверхность эпителия роговицы с его относительно неровным гликокаликсом точно таким же образом – за счет ионных элементов – уменьшает трение при моргании.

Материалы для ЖГКЛ
Почти все современные ЖГКЛ сделаны на основе метилметакрилата (MMA), который обеспечивает прочность и сохранение формы, заданной при изготовлении линзы. В отличие от гидрогелевых МКЛ, полимеры MMA гидрофобны и не способны впитывать воду. Поэтому первые полиметилметакрилатовые (PMMA) линзы и были названы «жесткими» – из-за твердого, плотного материала. Материал линз из PMMA сам по себе не был газопроницаемым, но их меньший диаметр и дизайн позволяли кислороду проникать к роговице благодаря механизму слезного насоса, который при ношении ЖГКЛ работает гораздо эффективнее, чем при ношении МКЛ.
В современных ЖГКЛ, как и в МКЛ, для увеличения кислородопроницаемости в полимер ММА добавляется силикон. Именно с изобретением силиконового акрилата (SA) и появились первые «газопроницаемые» КЛ в полном смысле этого слова, обеспечивающие доступ кислорода напрямую сквозь материал линзы.
Хотя силикон повышает Dk, он также увеличивает гидрофобность линзы, что уменьшает смачиваемость ее поверхности и усиливает отложения липидов. ЖГКЛ из SA остаются самыми распространенными на сегодняшний день, но в матрицу многих современных линз включены также молекулы фтора – как для повышения газопроницаемости, так и для улучшения смачиваемости, целостности поверхности, устойчивости к отложениям. Низкий коэффициент трения и слабое поверхностное натяжение фторосодержащих полимеров позволяет предотвратить налипание отложений на поверхности линзы. Благодаря высокому Dk линзы из фторсиликонакрилата (FSA) составляют большинство на рынке ЖГКЛ, рекомендованных для расширенного режима ношения.
PMMA обеспечивает прочность, постоянство формы и высокую прозрачность ЖГКЛ. Различные кросслинкеры связывают полимерные цепи и увеличивают прочность материала. Для улучшения увлажняемости в материал ЖГКЛ включают метакриловую кислоту (MA), n-винилпирролидон (NVP), поливиниловый спирт (PVA) или даже HEMA. При этом необходимо соблюдать баланс: слишком малое количество увлажняющего агента не даст требуемого эффекта, слишком большое сделает линзу мягкой. Для измерения смачиваемости или угла смачивания ЖГКЛ применяются различные тесты in vitro, но с их помощью все же нельзя предсказать наверняка, насколько стабильным будет слой слезной пленки на поверхности линзы in vivo.
В США большая часть компаний, производящих материалы для ЖГКЛ, выпускает их в виде заготовок и рассылает по независимым лабораториям для изготовления и продажи линз под заказ. Эти лаборатории обычно используют свое название в качестве торгового бренда. Для врача важно знать характеристики каждого материала, в том числе доступный выбор цветовых оттенков. У МКЛ окрашена поверхность, у ЖГКЛ – весь материал линзы.
Принято считать, что жесткость ЖГКЛ является причиной начального дискомфорта, ощущения линзы на глазу и увеличения времени адаптации. Но эта жесткость дает линзам и огромное преимущество: высокое качество оптики. Прочная оптическая поверхность ЖГКЛ обеспечивает высокую остроту зрения даже пациентам с неправильной формой роговицы, в частности, при кератоконусе, дистрофии и дегенерации роговицы.
Благодаря прочности материала ЖГКЛ можно производить линзы самого разного дизайна. Современные станки с компьютерным управлением позволяют вытачивать ЖГКЛ сложного дизайна – с задней торикой, биторические, симультанные и альтернирующие мультифокалы, с обратной геометрией, ортокератологические и многие другие. Поэтому ЖГКЛ зачастую являются лучшим и даже единственным выбором для конкретного пациента, нуждающегося в самой точной зрительной коррекции.
Одним из самых важных прорывов в развитии материалов стало появление гибридных линз с гидрогелевым краем. При этом сохраняются все оптические преимущества ЖГКЛ, но к ним добавляются начальный комфорт и короткий период адаптации, свойственные МКЛ. Жесткая же часть, выполненная из более новых материалов с высоким Dk, сохраняет все преимущества ЖГКЛ, что делает рынок гибридных линз весьма перспективным.
Например, в США официально одобрено использование линз линейки SynergEyes для дневного ношения при миопии и гиперопии (SynergEyes A), пресбиопии (SynergEyes Multifocal), кератоконусе (SynergEyes KC), после травм и операций (SynergEyes PS). Центральная зона сделана из материала paflufocon D с влагосодержанием менее 1% и Dk=100; мягкий край состоит из поли-HEMA (liberfilcon) с влагосодержанием 32% и Dk=8.
ЖГКЛ успешно справляются со многими проблемами, характерными для МКЛ. На протяжении всего дня они сохраняют гладкую, увлажненную поверхность, что обеспечивает комфорт и высокое качество зрения при минимальном воздействии на роговицу. Как и МКЛ, многие ЖГКЛ проходят плазменную обработку для улучшения свойств поверхности. Для этого изготовленные линзы помещают в реактивную камеру. В процессе обработки поверхность линзы сглаживается, с нее удаляются последние отходы производства. Пока не совсем ясно, как долго сохраняются результаты плазменной обработки ЖГКЛ, насколько ее эффект важен для пациентов с синдромом сухого глаза. Однако опыт показывает, что такая обработка действительно надолго делает поверхность линзы чистой и гладкой, устойчивой к отложениям.

Некоторые химические свойства новых материалов для КЛ могут показаться слишком сложными и запутанными. Но именно непрерывное развитие науки и индустрии позволяет нам обеспечивать пациентов все более удобными, надежными и комфортными средствами ККЗ. И поэтому каждый врач-контактолог должен иметь хотя бы базовое представление о свойствах материалов, чтобы объяснить пациенту преимущества тех или иных типов и конкретных брендов КЛ.

Источник: журнал "Глаз",
№1-2009

Понравилось? Поделитесь с друзьями!

Пока нет коментариев,
Ваш отзыв может быть первым и самым важным!
Напишите свой комментарий или отзыв.
25 + ? = 32
0
0
0