Общие сведения о контактных линзах

Молекулярная масса антибиотиков варьируется от 150 до 5000 Общие сведения о контактных линзах Методики проведения эксперимента УФ - спектр ципрофлоксацина

97365

знаков

таблиц

изображения

Молекулярная масса антибиотиков варьируется от 150 до 5000 Читать далее: Методики проведения эксперимента

2.6 Общие сведения о контактных линзах

Контактные (т.е. надевание непосредственно на глазное яблоко под веки) линзы получили в последнее время большое распространение для улучшения зрения при близорукости, дальнозоркости, астигматизме. В разных странах ими пользуется от 2 до 10% населения [2]. Первые контактные линзы появились в начале 20-го века и были изготовлены из стекла, далее появились жесткие контактные линзы из полиметилметакрилата, в 60-е годы появились первые мягкие линзы из НЕМА, в 90-е - кислородопроницаемые жесткие линзы [15].

Основное отличие зрения в контактных линзах в отличие от очков состоит в отсутствии так называемого вертексного расстояния (т.е. расстояния между линзой и глазом), которое составляет для очков около 12 мм. Из этой причины вытекает ряд существенных последствий [19].

Во-первых, размер изображения на сетчатке при использовании контактных линз, в отличие от очков, не меняется, что делает возможным их применение при большой разнице в оптической силе обоих глаз. Во-вторых, отличается от очков требуемая для достижения оптической коррекции сила контактной линзы. Она меньше при использовании минусовых линз (при близорукости) и больше при использовании плюсовых линз (при дальнозоркости). Причем эта разница увеличивается с увеличением абсолютной величины линз. В-третьих, одним из преимуществ контактных линз является отсутствие ограничения поля взора из-за очковой оправы [21].

Прозрачная оболочка глаза - роговица (которую можно сравнить со стеклом в часах) является единственной частью человеческого тела, которая потребляет кислород из атмосферного воздуха, а не из крови [4].

Контактные линзы неизбежно приводят к ограничению доступа кислорода к роговице, а также к затруднению удаления продуктов обмена веществ и, как следствие, к изменению обмена веществ в ней. Компенсация этого явления проходит принципиально разными путями у мягких и жестких контактных линз [18]. У традиционных жестких линз, благодаря их меньшим размерам и большой подвижности происходит обмен слезной жидкости с растворенным в ней кислородом. У мягких контактных линз и жестких газопроницаемых линз основное значение имеет способность линзы пропускать через себя к глазу из атмосферы кислород и (в обратном направлении) продукты обмена [20].

В зависимости от цели существуют разные классификации контактных линз. Наиболее часто их разделяют на мягкие и жесткие. И те и другие могут быть индивидуального (для конкретного пациента) и серийного изготовления, хотя изготовленные индивидуально мягкие линзы в настоящее время редкость. Жесткие линзы разделяют на традиционные и газопроницаемые.

Мягкие контактные линзы разделяются по характеру, материалу (классификация FDA), возможной продолжительности использования, способам изготовления, цвета и др [21].

2.6.1 Состав мягких контактных линз

Мягкие контактные линзы (МКЛ) изготавливают из гидрофильных полимеров, которые легко поглощают воду до определенной максимальной концентрации, уровень которой определяется такими физическими параметрами как температура, давление, рН и др [26].

Гидрогелем называется состояние полимерного каркаса с включенной в него водой.

Полимерный каркас может содержать различные гидрофильные группы и поперечные сшивки, которые и определяют равновесное состояние наполненного водой гидрогеля [18]. Гидрофильными группами могут быть гидроксильные, амидные, лактамные и карбоксильные группы. Обычно используемым для сшивок агентом является этиленгликольдиметакрилат (EGDMA). Без сшивок большинство гидрофильных полимеров растворилось бы в воде. Способность гидрогеля всасывать воду приводит к образованию водных каналов для передачи кислорода [15]. Первые гидрогельные линзы были изготовлены Вихтерле из гидрогеля рНЕМА (поли-2-гидроксиэтилметакрилат); они оказались слишком толстыми и пропускали кислорода лишь ненамного больше, чем жесткие газонепроницаемые линзы из РММА (полиметилметакрилата). Революция в мире контактных линз произошла, когда стало возможным изготовление тонких линз с большой кислородопроницаемостью. Появление этих линз стимулировало поиски новых гидрогельных материалов, которые стали бы еще более физиологически совершенными [20].

Основные типы применяемых материалов

Первым гидрогельным полимером, использованным для изготовления МКЛ фирмой Bausch&Lomb, был материал полимакон, представляющий собой полимер НЕМА, молекулы которого сшиты с помощью молекул этиленгликольдиметакрилата [18].

Рис. 2.1. Две цепочки полигидроксиэтилметакрилата, сшитые мостиками этиленгликольдиметакрилата

Главное достоинство НЕМА - его способность поглощать воду, содержание воды в нем может достигать примерно 38%. Это обеспечивает гибкость и мягкость линз, а также удовлетворительную кислородную проницаемость [4]. Основной недостаток НЕМА - ограниченная кислородная проницаемость в сравнении с материалами с более высоким содержанием воды [25].

Для увеличения содержания воды к НЕМА добавляют различные мономеры. Например, метакриловую кислоту, винилпиролидон и акриламид [1]. Различные полимеры, полученные на основе НЕМА, отличаются включенными в состав полимера мономерами, продуктами, используемыми для поперечных сшивок, и другими химическими агентами, добавляемыми в структуру полимера. Все эти продукты влияют на содержание воды, электрический заряд и другие физические свойства полимеров [26]. Примером материала, изготовленного на основе НЕМА, является тетрафилкон (используемый, например, CooperVision Inc. в линзе Cooper Clear), состоящий из мономеров НЕМА, N-винилпиролидона (NVP) и метилметакрилата (ММА), сшитых с помощью дивинилбензола (DVB).

Примерами не-НЕМА материалов являются крофилкон А, лидофилкон А, атлафилкон А и нетрафилкон А. (Отметим, что суффикс "филкон" в названиях материалов указывает на то, что полимеры являются гидрофильными, т.е. содержат гидрофильные группы, которые активно притягивают молекулы воды) [19].

Крофилкон А - это сополимер ММА и глицерилметакрилата (GMA). В отличие от НЕМА крофилкон имеет одну дополнительную гидроксильную группу, и это обеспечивает содержание воды 38,5%. Крофилкон - более жесткий и устойчивый к отложениям, чем полимеры на основе НЕМА. Лидофилкон А и В - сополимеры ММА и NVP [26]. Они содержат 70% и 79% воды, соответственно, а благодаря включению ММА они достаточно прочные и долго служат. Атлафилкон А - единственный не-НЕМА материал, который содержит поливиниловый спирт в качестве основного ингредиента. Атлафилкон - неионный материал, устойчивый к отложению белков, с содержанием воды 64%. Нетрафилкон А - неионный не-НЕМА материал с 65% воды, также устойчивый к отложению белков [18].

Последнее пополнение полимеров, применяемых для изготовления линз непрерывного ношения способно растворять кислорода больше, чем его растворяет вода и обеспечивает кислородопроницаемость больше 100 ед.

Строение гидрогелей

Гидрогели представляют собой поперечно сшитые полимеры. В своем исходном состоянии до гидратации они похожи на жесткие полимеры - негибкие, ломкие и жесткие [21]. При погружении в воду гидроксильные группы сухого полимера притягивают молекулы воды, и полимер поглощает воду. Объем поглощенной воды зависит от количества гидроксильных компонентов в его структуре [20]. При насыщении водой полимер становится мягким и гибким.

Гидрогели имеют аморфное строение. Структура гидрогеля пронизана многочисленными порами, размеры и число которых у разных материалов сильно отличаются [15]. Однако размеры пор (0,5-3,5 мкм) слишком малы для проникновения микроорганизмов, если структура полимера не повреждена. В то же время многие ионы, консервирующие вещества и растворимые в воде препараты типа стероидов и антибиотиков могут с легкостью диффундировать как в гидрогель, так и в обратном направлении [25].

2.6.2 Свойства мягких контактных линз

Содержание воды

Содержание воды в контактной линзе является одним из главных параметров МКЛ. Высокое содержание воды обеспечивает комфортность ношения линзы и снабжение роговицы кислородом. Содержание воды в контактной линзе (СW) определяется как отношение веса воды в линзе (РW) к полному весу насыщенной водой линзы (РL) в процентах:

CW=(PW/PL)x100%

Вода обеспечивает продвижение кислорода через материал гидрогельной линзы. Молекулы кислорода растворяются в воде и перемещаются через материал линзы к роговице [20]. Кислородная проницаемость критична для мягких контактных линз, так как слезный насос недостаточно эффективен для обеспечения роговицы кислородом. Большая часть необходимого роговице кислорода поступает сквозь линзу.

Как указывалось выше, существуют материалы, которые растворяют кислород больше, чем вода, содержание воды в этом случае будет не критично [20].

Кислородная проницаемость

Для характеристики кислородной проницаемости материала (но не конкретной линзы определенной толщины) используется коэффициент кислородной проницаемости (Dk) [20]. (Здесь D - коэффициент диффузии, k - коэффициент растворимости. В практике врача эти параметры по отдельности практически не встречаются.) Кислородная проницаемость материала прямо пропорциональна содержанию в нем воды и не зависит от толщины материала. Для характеристики способности конкретной линзы пропускать кислород используется коэффициент пропускания кислорода - Dk/L, где L - толщина линзы (обычно берется толщина линзы в центре). Этот коэффициент уже является характеристикой конкретной линзы и зависит, в частности, от ее толщины. Например, контактные линзы для коррекции сильно выраженной миопии, будучи очень тонкими в центральной зоне, позволяют кислороду легко проникать через них (Dk/L будет большим) [25]. С другой стороны, линзы для коррекции афакии очень толстые в центре и плохо пропускают кислород (Dk/L будет низким).

При снижении содержания воды происходит соответствующее снижение Dk/L. При этом могут изменяться и другие параметры линзы, что может повлиять на посадку линз. Снижение содержания воды на 20% приводит к снижению кислородной проницаемости приблизительно в 2 раза [20].

Чем тоньше линза, тем больше она пропускает кислород. Но следует иметь в виду, что ультратонкая линза вызывает дегидратирование глаза (обезвоживание роговицы).

Отметим, что производители линз обычно указывают коэффициент кислородной проницаемости (Dk) и толщину линзы в центре для линз оптической силы -3,00 D. Например, полимакон имеет Dk = 7,3х10"" (размерность единицы измерения Dk выражается довольно сложным образом) [20]. Контактные линзы, изготовленные из полимакона, будут иметь различные значения Dk/L в зависимости от их толщины. Небольшие отличия в значениях Dk, встречающиеся в различных источниках для одного и того же материала, могут объясняться небольшой разницей в содержании воды, технологическими тонкостями процесса изготовления и особенностями методики определения Dk [25].

Электрический заряд

Материалы, из которых делают контактные линзы, могут нести электрический заряд или быть электрически нейтральными. Это свойство особенно важно для мягких контактных линз, так как оно влияет на такие факторы, как совместимость с растворами и образование отложений на поверхности линз. Материалы, несущие значительный электрический заряд из-за наличия в них электрически заряженных химических групп, называют ионными. Электрически нейтральные материалы относят к неионным [20].

Типичными неионными материалами являются полимеры, изготовленные на основе мономеров НЕМА (например, полимакон), метилметакрилата или NVP (N-винилпиролидон).

Для изготовления более качественных МКЛ ведутся постоянные поиски новых материалов с более высоким содержанием воды, повышенной кислородной проницаемостью, увеличенной прочностью [25].

В некоторые НЕМА-линзы для повышения содержания воды в структуру полимера включают метакриловую кислоту (МА). Мономер МА обладает высокой гидрофильностью и его включение может значительно повысить влагосодержание линз по сравнению с линзами из чистого НЕМА. Материалы с МА относят к группе ионных полимеров, так как они несут отрицательные заряды. Кроме МА в ионных материалах применяют также карбоксиловую и акриловую кислоты [20].

Наличие отрицательного заряда делает материалы химически более активными, особенно в растворах с кислым рН. Кроме этого, ионный заряд делает материал более восприимчивым к образованию поверхностных отложений. Многие слезные образования положительно заряжены и притягиваются отрицательно заряженной поверхностью линзы [20].

Неионные материалы электрически нейтральны. Они более инертны, в меньшей степени вступают в реакцию с продуктами слезы и поэтому более устойчивы к поверхностным отложениям [25].

2.6.3 Классификация материалов мягких контактных линз

В 1986 Федеральная комиссия США по лекарственным препаратам и пищевым добавкам (FDA) и производители мягких контактных линз предложили классификацию мягких контактных линз в соответствии с содержанием воды и электрическим зарядом материала [20]:

Группа 1: Линзы из неионного материала с низким содержанием воды.

Группа 2: Линзы из неионного материала с высоким содержанием воды.

Группа 3: Линзы из ионного материала с низким содержанием воды.

Группа 4: Линзы из ионного материала с высоким содержанием воды.

Рис. 2.2. Мягкие контактные линзы и материалы для их изготовления.

Линзы из материала с низким содержанием воды содержат 35-50% воды. Это обычные линзы дневного ношения стандартной толщины. Но если их сделать очень тонкими, то они могут быть использованы и для пролонгированного режима ношения [25].

Линзы с высоким содержанием воды имеют гидрофильность в диапазоне от 51% до 80%. У них высокая кислородопроницаемость. МКЛ с высоким содержанием воды обычно делают из материала, содержащего в качестве сополимера NVP (N-винилпиролидон) [20].

У большинства современных МКЛ кислородопроницаемость определяется в большей степени уровнем гидратации, чем природой полимерной структуры. Главным недостатком высокогидрофильных линз является их высокая чувствительность к механическим повреждениям по сравнению с линзами со средним содержанием воды [21]. Высокогидрофильные линзы, если сделать слишком тонкими, могут даже вызывать повреждение эпителия роговицы из-за его обезвоживания in situ.

Более подробно с описанием групп можно ознакомиться в приложении 4.

2.6.4 Применение мягких контактных линз

Методы изготовления мягких контактных линз

В настоящее время для изготовления МКЛ используют методы центробежного формования (spin casting), точения (lathe cutting), литья (cast molding), а также методы, представляющие собой комбинации перечисленных методов (например, Реверсивный процесс III) [25].

Более подробно с этим можно ознакомиться в Приложении 5.

Частота замены и режимы ношения

Планово сменяемые линзы (planned replacement/frequent replacement lenses) предназначены для ношения со сменой через определенный период времени с целью уменьшения накопления на поверхности линзы загрязняющих отложений. Они могут быть использованы по графику дневного или пролонгированного режимов ношения в зависимости от потребностей пациента. Интервал замены линз зависит от режима ношения и может изменяться от 2-4 недель до 6 месяцев [20].

Под линзами частой плановой замены (disposable lenses) понимают линзы, строго говоря, одноразового использования. Согласно классификации FDA, линзы частой плановой замены рекомендуются только для однократного ношения и после снятия их выбрасывают. На практике длительность использования таких линз может изменяться от 1 дня (линзы однодневного использования/daily disposable lenses) до 2 недель (при дневном ношении) или только 1 недели (при пролонгированном ношении) [25]. Такой 1-2-хнедельный срок замены рекомендован, например, для линз Focus 1-2 week Visitint (CIBA) и Acuvue (Vistakon) [20].

Иногда к линзам частой плановой замены относят линзы дневного ношения сменяемые через 2 недели. Правильнее в этом случае говорить о планово сменяемых линзах с заменой через 2 недели, так как линзы частой плановой замены всегда предполагают возможность их непрерывного ношения в течение, хотя бы, одних суток [21].

В целом, следует отметить, что даже в различных учебных материалах, выпускаемых известной американской организацией CLAO (Contact Lens Association of Ophthalmologists), не имеется единого мнения, какие линзы следует называть disposable, а какие planned replacement (или-frequent replacement).

Линзы дневного режима ношения носят в течение дня и на ночь обязательно снимают [20].

Линзы пролонгированного режима ношения (extended wear) теоретически можно носить, не снимая на ночь в течение нескольких дней подряд. После этого их обязательно надо снять и дать глазам отдохнуть. Как правило, на такой режим можно переводить пациентов, имеющих опыт дневного ношения линз [25]. Следует рекомендовать таким пациентам регулярные консультации у офтальмолога в первое время после перехода на такой режим. Пролонгированный режим ношения ведет к значительному увеличению риска возникновения осложнений.

Гибкий режим ношения (flexible wear) означает, что пациент иногда может не снимать линзы на одну или даже две ночи. Для линз дневного ношения используется материал, как с высокой, так и с низкой кислородной проницаемостью. Для пролонгированного и гибкого режимов ношения рекомендуют только линзы с высоким Dk/L (высокий Dk и/или тонкий дизайн).

Режим постоянного (перманентного) ношения возможен для линз с Dk больше 100, при этом режиме линзы рекомендуют носить не снимая в течение 1 месяца [15].

Применение МКЛ

Контактные линзы в течение длительного времени служили, главным образом, средством оптической коррекции зрения. Линзы стали использоваться в лечении некоторых заболеваний глаза в качестве искусственной повязки для роговицы и средства введения лекарственных веществ в глаз [20]. Однако, если применение МКЛ с бандажной целью уже вошло в практику офтальмологов, то вопросы, связанные с введением лекарственных веществ в глаз с помощью линз, находится в стадии разработки. Известно, что МКЛ, пропитанные лекарственными веществами, продлевают их лечебное действие и вследствие этого являются более эффективным методом введения препаратов в орган зрения по сравнению с инстилляционным [15].

Для изготовления МКЛ применяются полимерные материалы на основе гидрогелей. Благодаря свойствам гидрогелей, обеспечивающим диффузию электролитов, кислорода и углекислого газа, мягкие линзы в меньшей степени, чем жесткие, влияют на метаболизм роговицы. Это дает возможность использовать их при заболеваниях роговицы с целью ее защиты [20]. Сорбционно-десорбционные свойства гидрофильных материалов обуславливают применение линз, изготовленных из них, в качестве резервуара лекарственных препаратов, вводимых в глаз. Кислородная проницаемость и пропускаемость являются сложными процессами и в существенной степени зависят от содержания воды в материале, конструкции линз, температуры и типа мономера. Слезная пленка является основным поставщиком питательных веществ - кислорода, глюкозы, солей и минеральных веществ в роговицу. Кислород из воздуха содержится в слезной пленке в растворенном состоянии. Без контактных линз в открытые глаза может поступать до 21% всего кислорода воздуха. При закрытых глазах и без линз (во время сна) количество кислорода снижается до 7% [15]. Контактные линзы значительно затрудняют проникновения кислорода в глаз. При закрытых глазах, например во время сна с контактными линзами для длительного ношения, процессы жизнедеятельности в роговице могут снизиться. Подбирая линзы, врачи обычно отдают предпочтение линзам, при ношении которых кислородоснабжение во время сна максимально. В целом, проницаемость линз для кислорода тем выше, чем больше воды они содержат и чем они тоньше [20]. Все мягкие материалы для контактных линз за исключением новых линз, кремнийорганических компоненты, обладают способностью поглощать воду. В соответствии с долей содержащейся воды материалы для контактных линз разделяют на 3 категории: с низким содержанием воды - 35-45%; со средним содержанием воды - 45-60% и с высоким содержанием воды - 65-90% [15].

Применение МКЛ при лечении больных с различными повреждениями и заболеваниями глаз[18]:

· термические ожоги. Цель: снятие болевого синдрома, профилактика инфекционных осложнений;

· химические ожоги, комбинированные термо - механические поражения. Цель: снятие болевого синдрома, профилактика инфекционных осложнений;

· непротяженные раны роговицы с адаптированными краями. Цель: бандаж, профилактика инфекционных осложнений;

· протяженные и многолоскутные раны роговицы (после наложения узловых швов). Цель: устранение раздражения, вызванного узловыми швами, герметизация передней камеры, профилактика инфекционных осложнений;

· состояние после сквозной кератопластики. Цель: иммобилизация трансплонтанта, герметизация передней камеры;

· эпителиально-эндотелиальная дистрофия роговицы. Цель: перевод отечной стадии в сухую, снятие болевого синдрома.

В проблемной научно-исследовательской лаборатории высокомолекулярных соединений КемГУ создан материал «Кемерон-1», который обладает наряду с хорошими оптическими свойствами: прозрачность, стабильность показателя преломления, обладает гибкостью, эластичностью, биологической инертностью и применяется для изготовления мягких контактных линз, используемых в бандажных целях [4]. Материал «Кемерон-1» – это сополимер винилпирролидона с метилметакрилатом (сшивающий агент: дивиниловый эфир диэтиленгликоля):

«Кемерон-1» – твердый стеклоподобный материал, после набухания становится эластичным и гибким. В последнее время начаты исследования транспортных свойств линз из Кемерон-1 по отношению к препаратам глазных капель [4]. Возможность применения МКЛ в качестве средства для введения лекарственных веществ в орган зрения зависит от абсорбции (поглощения) данного вещества материалом линзы и последующей десорбции.

3. Экспериментальная часть

3.1 Характеристика объекта исследования

Объектом исследования в данной работе являются откалиброванные мягкие контактные линзы из материала «Кемерон». В исходном состоянии линзы – жесткие полимеры, они негибкие и достаточно ломкие. При попадании в воду полимер поглощает ее, тем самым линзы становятся мягким и гибким. У набухшей линзы увеличивается ее масса и объем. Такая линза хранится в водном растворе.

Для исследования обменных свойств мягких контактных линз был взят препарат «Ципромед», содержащий 0,3% гидрохлорида ципрофлоксацина, эквивалентного ципрофлоксацину. Этот препарат был выбран нами, потому что последнее время довольно часто применяется для лечения органа зрения, не содержит веществ, которые бы помешали анализу, отпускается без рецепта врача.

3.2 Реактивы и аппаратура, используемая в работе

Характеристики исходных веществ:

1. Глазные капли «Ципромед»

(содержание активного компонента ципрофлоксацина C₁₇H₁₈FN₃O₃ 0,3 %).

2. Гидрохлорид ципрофлоксацина (1-циклопропил-6-фтор-1,4-дигидро-4-оксо-7-(1-пиперазинил)-3-хинолин карбоновой кислоты моногидрохлорид моногидрат), с эмпирической формулой: C₁₇H₁₈FN₃O₃ HCl H₂O.