Свойства материалов для контактных линз
19 Сен 2010
В настоящее время существует множество материалов для мягких контактных линз. Каждый имеет в своем составе различные химические компоненты, и отличается физическими свойствами и клиническими характеристиками. Существует несколько основных физических свойств, которые принимаются во внимание при разработке материалов для мягких контактных линз.
Сюда относятся такие механические свойства, как:
- кислородная проницаемость;
- прочность на разрыв;
- содержание воды;
- показатель преломления (рефракции);
- биосовместимость.
Учитываются также следующие аспекты:
- противостояние к осаждению белков;
- стабильность параметров (способность материала не менять характеристик со временем);
- простота в обращении;
- испаряемость воды с поверхности.
При разработке нового материала для линз основная задача состоит в том, чтобы сочетать глазную характеристику с указанными показателями, не ухудшая ни одного из важных клинических показателей.
Кислородная проницаемость
В течение нескольких последних лет было много дискуссий относительно кислородной характеристики контактных линз. Кислородная проницаемость и пропускаемость являются сложными процессами и в существенной степени зависят от содержания воды в материале, конструкции линз, температуры и типа мономера. Химики и конструкторы работают вместе, с целью обеспечить оптимальное сочетание проницаемости с конструкцией линзы для достижения наилучших клинических характеристик.
Кислородная характеристика имеет важное значение тогда, когда линза помещена на роговицу, так как линза в этом случае прерывает доступ воздуха к роговице. Когда глазу в большом объеме не хватает кислорода, в роговице нарушаются физиологические процессы, что может привести к кратковременным либо долговременным нарушениям зрения.
Кратковременные нарушения:
- затуманивание центральной части роговицы;
- вертикальные бороздки;
- микроцисты;
- истончение эпителия и стромы.
Долговременные нарушения:
- деформация роговицы;
- разрыв эндотелия;
- изменения в рефракции глаза.
Существует четыре наиболее распространенных метода определения кислородной характеристики линзы. К ним относятся:
- измерение кислородной проницаемости;
- измерение кислородной пропускаемости;
- определение эквивалента кислородной характеристики;
- измерение ночного опухания роговицы.
Измерение кислородной проницаемости
Наиболее распространённый метод для расчёта кислородной характеристики материала для контактной линзы заключается в измерении показателя Dk или показателя кислородной проницаемости. Величина Dk соответствует присущей материалу способности пропускать через себя кислород. Этот метод позволяет определить проницаемость «ин витро», то есть в лабораторных условиях, при этом не используются живые ткани. Материал испытывается в полярографической камере, где измеряется количество кислорода, проходящего через слой линзового материала в данный период времени.
Метод основан на формуле Р=D × k где:
Р — проницаемость,
D — диффузионная компонента,
K — кислородная проницаемость данного материала.
Такой метод не учитывает толщину линзы, и поэтому с клинической точки зрения его полезность ограниченна. Например, по этому методу линза толщиной 0,1 мм и линза толщиной 1,0 мм будут иметь одинаковый Dk. Но более толстая линза пропускает только одну десятую того количества кислорода, которое должно быть, так как чем толще линза, тем выше сопротивление потоку кислорода независимо от того, что показатели Dk одинаковы.
Метод Dk также зависит от температуры. Если испытания проводятся в лаборатории при более высокой температуре, то значение Dk увеличивается. Поскольку температура и другие условия, при которых исследуются материалы, сильно различаются в различных лабораториях, то существуют расхождения в значениях Dk.
Метод определения кислородной пропускаемости
Более полезным показателем лабораторной кислородной характеристики является Dk/L, которым обозначается пропускаемость и который получается путем деления Dk (проницаемости) на толщину в центре линзы (L). Принято измерять толщину в центре линзы в миллиметрах (также, иногда толщину в центре линзы обозначают буквой t). Поскольку в этом случае во внимание принимается толщина центральной части линзы, то этот показатель более удобен для врача, чем Dk.
Измерение эквивалента кислородной характеристики (ЕОР)
Этот метод представляет собой измерение степени кислородного голодания роговицы при ношении линз. Измерения по методу ЕОР проводятся на живом глазе путем размещения на роговице датчика с кислородной камерой. Кислород абсорбируется роговицей, при этом замеряется время, в течение которого кислород из камеры переходит в роговицу.
Все контактные линзы вызывают снижение количества кислорода, поступающего в глаз, и из-за этого роговица испытывает «кислородный голод», так как кислород необходим для восстановления нормального состояния глаза.
Если роговице не хватает кислорода, то камера датчика очень быстро опустошается.
Тесты на определение ЕОР обычно проводятся с материалами различной толщины. На основании результатов тестов получают графики, показывающие ЕОР в процентах. Это позволяет врачу сравнивать характеристику линз из различных материалов и с различной центральной толщиной.
Опухание роговицы
Опухание роговицы — это самый точный показатель реальной клинической характеристики. Толщина роговицы измеряется с большой точностью при помощи компьютеризированных приборов (оптического или цифрового пахометра). Например, если припухлость роговицы составляет от 0,5 мм до 0,55 мм, то показатель опухания роговицы равен 10%. Пониженное кислородное питание глаза приводит к отеку, который вызывает припухлость роговицы.
Толщина роговицы увеличивается, когда глаз испытывает физиологический стресс, например, при сохранении линз на глазах в течение всей ночи. Выпускаемые в настоящее время линзы длительного ношения вызывают припухлость роговицы в пределах 9–12%, если их не снимать на ночь. Закрытие глаз во время сна, даже без линз, вызывает определенную физиологическую реакцию в виде припухлости роговой оболочки — обычно в пределах 2–4%. Ночная припухлость роговицы чаще всего исчезает через 30–60 минут после того, как человек открыл глаза.
Прочность на разрыв
Разрывная прочность линзы сказывается на таких её характеристиках, как простота обращения, долговечность и пригонка по глазу.
Существует четыре вида параметров для оценки физической прочности. К ним относятся:
- предел прочности на разрыв;
- модуль упругости;
- коэффициент относительного удлинения;
- прочность на раздирание.
Предел прочности на разрыв
Предел прочности на разрыв показывает, какое усилие должно быть приложено к материалу, чтобы его разорвать. Чем больше усилие, тем выше прочность и долговечность материала.
Модуль упругости
Модуль упругости показывает гибкость материала. Материалы с низким модулем упругости являются более гибкими, а те у которых модуль высокий — более устойчивы к изгибу.
Более жёсткие линзы (менее гибкие), считаются более удобными в обращении, чем те, что сделаны из гибких материалов. Жёсткость и гибкость материалов играют существенную роль для посадочных характеристик линзы. Мягкие линзы, получаемые методом литья в центрифуге, очень гибкие, и поэтому их модуль упругости самый низкий среди всех материалов для контактных линз. Вследствие этого они стремятся принять форму роговицы.
Коэффициент относительного удлинения
Коэффициент относительного удлинения показывает, насколько сильно надо растянуть образец, чтобы разорвать его. Эта величина измеряется в процентах к размеру образца линзы. Например, мягкие линзы, полученные методом литья в центрифуге, имеют коэффициент удлинения 200%, что означает, что линза может быть растянута на 200% от своего нормального размера прежде, чем будет повреждена. Обычно, чем выше этот показатель, тем устойчивей линзы к повреждениям при обращении с ними.
Содержание воды в контактной линзе
Содержание воды в контактной линзе определяется как отношение веса воды в контактной линзе (Pw) к полному весу насыщенной водой контактной линзы (Pl) в процентах.
Сw=(Рw/Pl × 100%)
Содержание воды в контактной линзе является одним из главных параметров мягких контактных линз. Высокое содержание воды обеспечивает комфортность ношения линзы и снабжение роговицы кислородом.
Вода обеспечивает продвижение кислорода через материал гидрогелевой линзы. Молекулы кислорода растворяются в воде и перемещаются через материал линзы к роговице.
Однако содержание воды в гидрогелевых контактных линзах ограничено — если воды очень много, то контактная линза плохо сохраняет свою форму, с ней трудно обращаться, она подвержена сильной дегидратации (обезвоживанию) в конце дня, в результате которой заметно ухудшается комфорт ношения контактных линз. Максимальное содержание воды в существующих на сегодняшний день гидрогелевых контактных линзах не более 80%.
Показатель преломления (рефракции)
Это показатель того, какие изменения претерпевает световой пучок, проходящий через материал линзы. Показатель рефракции важен для конструктора линз для получения соответствующего оптического эффекта. Хотя это не влияет на физиологическую характеристику линзы, но изменения в содержании воды приводят к изменению показателя рефракции. По мере увеличения содержания воды в линзе, показатель рефракции снижается. Поэтому при использовании материалов с низким показателем такого рода линза должна быть толще, чтобы обеспечить требуемый оптический эффект или силу. Показатель преломления полимеров применяемых в контактной коррекции зрения обычно находится в диапазоне от 1,35 до 1,52, и близок к показателю преломления роговицы — 1,37 при 34 °С Почти идентичный с роговицей и слезной жидкостью показатель преломления способствуют исправлению аномалий рефракции (преломления лучей света) глаза.
Благодаря тонкому слезному слою, образующемуся между линзой и роговицей, создается единая оптическая система, в результате чего уменьшаться или устраняться разная величина изображений на сетчатке обоих глаз, обусловленная разностью рефракции правого и левого глаза. Контактные линзы обеспечивают также коррекцию астигматизма (нарушения преломления лучей, при котором лучи, вышедшие из одной точки, после преломления не собираются в одном фокусе).
Биосовместимость
Поскольку контактные линзы взаимодействуют с тканью роговой оболочки, важно оценить физиологическое действие материала на глазную среду. Это делается в лабораторных условиях до помещения линзы на глаз, чтобы убедиться в её безопасности. Биосовместимая контактная линза — это линза, не вызывающая значительных изменений в физиологии глаза. Материалы для биосовместимой контактной линзы — это группа полимеров, специально разработанных для улучшения биосовместимости путём имитации структуры мембран естественных клеток. Клинические исследования показали, что данные материалы обладают значительными преимуществами, обеспечивая превосходный комфорт и устойчивость к дегидратации и отложениям.
Существует ряд различных тестов для оценки биосовместимости.
Линзовые материалы тестируются на цитотоксичность, чтобы быть уверенным, что данный материал не убивает живые клетки.
Двадцатиоднодневный тест на раздражение глаз проводится на кроликах, которым линзы одеваются на глаза на 21 день. После этого глаз исследуется под микроскопом на клеточные изменения.
Способность к осаждению белков
Белковые отложения в виде плёнок обычно представляют собой результат адсорбции и/или абсорбции белков. При абсорбировании белков в молекулярную структуру контактной линзы чем больше скапливается белков, тем меньше остается в контактной линзе влаги. Степень абсорбирования зависит от размеров молекул белка и размеров пор матрицы контактной линзы. Процесс абсорбации белков начинается сразу после помещения контактной линзы в глаз. Обычно белки притягиваются к ионным контактным линзам — положительно заряженные аминокислоты притягиваются к отрицательно заряженной поверхности контактной линзы. Абсорбирование белков — это процесс односторонний, и с течением времени ситуация лишь усугубляется. Основные белки, составляющие отложения, — это альбумин, лизоцим, иммуноглобулины. Присутствие белков на поверхности контактной линзы может привести к иммунной реакции со стороны палпебральной конъюнктивы (конъюнктивы век).
Сверхиспаряемость
Линзы из материалов с высоким содержанием воды часто приходится делать толстыми, так как такие материалы имеют тенденцию дегидратировать, если линза тонкая. Причем, дегидратация может быть столь сильной, что они начинают отсасывать воду из окружающей роговицы, что приводит к возникновению пятен на роговице или разрыву эпителия. Степень сверхиспаряемости материала оценивается при испытаниях, задача которых — убедиться в том, что содержание воды стабильно, а разъедание роговицы при поверхностной дегидратации не создаст клинических проблем.
Войти
г.Киев, ул.Богдана Хмельницкого,36