РУС УКР

Основні характеристики м'яких контактних лінз

Ю. К. Мінаєв


М'які контактні лінзи (МКЛ) виготовляють з гідрофільних полімерів, які легко поглинають воду до певної максимальної концентрації, рівень якої визначається такими фізичними параметрами, як температура, тиск, рН та ін

Гідрогелю називається стан полімерного каркасу з включеною в нього водою.


Полімерний каркас може містити різні гідрофільні групи і поперечні зшивки, які і визначають рівноважний стан наповненого водою гідрогелю. Гідрофільними групами можуть бути гідроксильні, амідні, лактамні і карбоксильні групи. Звичайно використовуваним для зшивання агентом є етиленгліколь-диметакрилат (EGDMA). Без зшивок більшість гідрофільних полімерів розчинилося б у воді. Здатність гідрогелю всмоктувати воду призводить до утворення водних каналів для передачі кисню. Перші гидрогельные лінзи були виготовлені Віхтерле з гідрогелю рНЕМА (полі-2-гидроксиэтилметакри-лат); вони виявилися занадто товстими і пропускали кисню лише ненабагато більше, ніж жорсткі газонепроникні лінзи з РММА (полі-метилметакрилату). Революція в світі контактних лінз сталася, коли стало можливим виготовлення тонких лінз з великою кислородопроницаемостью. Поява цих лінз стимулювало пошуки нових гидрогельных матеріалів, які стали б ще більш фізіологічно досконалими.

Shema

Малюнок 1

Основні типи застосовуваних матеріалів
 

Першим гидрогельным полімером, використаним для виготовлення м'яких контактних лінз фірмою Bausch & Lomb, був матеріал полимакон, який представляє собою полімер НЕМА, молекули якого зшито з допомогою молекул этиленгликольдиметакрилата (рис. 1).

Головне достоїнство НЕМА - його здатність поглинати воду, вміст води в ньому може досягати приблизно 38%. Це забезпечує гнучкість і м'якість лінз, а також задовільну кисневу проникність. Основний недолік НЕМА - обмежена киснева проникність у порівнянні з матеріалами з більш високим вмістом води.

Для збільшення вмісту води до НЕМА додають різні мономери. Наприклад, метакрилової кислоти, винилпиролидон і акриламід. Різні полімери, отримані на основі НЕМА, відрізняються включеними до складу полімеру мономерами, продуктами, використовуваними для поперечних зшивок, та іншими хімічними агентами, додаються в структуру полімеру. Всі ці продукти впливають на вміст води, електричний заряд та інші фізичні властивості полімерів. Прикладом матеріалу, виготовленого на основі НЕМА, є тетрафилкон (використовується, наприклад, CooperVision Inc. в лінзі Cooper Clear), що складається з мономерів НЕМА, М-винилпиролидона (NVP) і метилметакрилату (ММА), зшитих з допомогою дивінілбензолу (DVB).

Прикладами не-НЕМА матеріалів є крофилкон-А, лидофилкон А, атлафилкон А і нетрафилкон А. (Зазначимо, що суфікс «филкон» у назвах матеріалів вказує на те, що полімери є гідрофільними, тобто містять гідрофільні групи, які активно притягують молекули води).

Крофилкон А - це сополімер ММА і глицерилметакрилата (ОМА). На відміну від НЕМА, крофилкон має одну додаткову гідроксильну групу, і це забезпечує вміст води 38,5%. Крофилкон - більш жорсткий і стійкий до відкладів, ніж полімери на основі НЕМА. Лидофилкон А і У - сополімери ММА і NVP. Вони містять 70% і 79% води відповідно, завдяки включенню ММА, вони досить міцні і довго служать. Атлафилкон А - єдиний не-НЕМА матеріал, який містить полівініловий спирт в якості основного інгредієнта. Атлафилкон - неіонний матеріал, стійкий до відкладення білків, з вмістом води 64%. Нетрафилкон А - неіонний не-НЕМА матеріал з 65% води, також стійкий до відкладення білків.

Будова гидрогелей
 

Гідрогелі являють собою поперечно зшиті полімери. У своєму вихідному стані до гідратації вони схожі на жорсткі полімери - негнучкі, ламкі і жорсткі. При зануренні у воду гідроксильні групи сухого полімеру притягують молекули води, і полімер поглинає воду. Обсяг поглиненої води залежить від кількості гідроксильних компонентів у його структурі. При насиченні водою полімер стає м'яким і гнучким.

Гідрогелі мають аморфну будову. Структура гідрогелю пронизане численними порами, розміри і кількість яких у різних матеріалів відрізняються. Проте розміри пір (0,5-3,5 мкм) занадто малі для проникнення мікроорганізмів, якщо структура полімеру не пошкоджена. У той же час, багато іони, консервуючі речовини розчинні у воді препарати типу стероїдів і антибіотиків можуть з легкістю дифундувати в гідрогель, так і в зворотному напрямку.

Вміст води

Вміст води в контактній лінзі є одним з головних параметрів м'якою контактної лінзи. Високий вміст води забезпечує комфортність носіння лінзи і постачання рогівки киснем. Вміст води в контактній лінзі (Сw) визначається як відношення ваги води в лінзі (Рw) до повного вазі насиченою водою лінзи (PL) у відсотках:

w = (Рw/ PL х 100%).

Вода забезпечує просування кисню через матеріал гідрогелевими лінзи. Молекули кисню розчиняються у воді і переміщуються через матеріал лінзи до рогівці. Киснева проникність критична для м'яких контактних лінз, так як «слізний насос» недостатньо ефективний для забезпечення рогівки киснем. Велика частина необхідного рогівці кисню надходить крізь лінзу.

Кисень

Для характеристики кисневої проникності матеріалу (але не конкретної лінзи певної товщини) використовується коефіцієнт кисневої проникності (Dk). (Тут D - коефіцієнт дифузії, k - коефіцієнт розчинності, в практиці лікаря ці параметри окремо практично не зустрічаються.) Киснева проникність матеріалу прямо пропорційна вмісту в ньому води і не залежить від товщини матеріалу. Для характеристики здатності конкретної лінзи пропускати кисень використовується коефіцієнт пропускання кисню - Dk/L, де L - товщина лінзи (зазвичай береться товщина лінзи в центрі). Цей коефіцієнт вже є характеристикою конкретної лінзи і залежить, зокрема, від її товщини. Наприклад, контактні лінзи для корекції сильно вираженою міопії, будучи дуже тонкими в центральній зоні, дозволяють кисню легко проникати через них (Dk/L буде більшим). З іншого боку, лінзи для корекції афакії дуже товсті в центрі і погано пропускають кисень (Dk/L буде низьким).

При зниженні вмісту води відбувається відповідне зниження Dk/L. При цьому можуть бути змінені та інші параметри лінзи, що може вплинути на посадку лінз. Зниження вмісту води на 20% призводить до зниження кисневої проникності приблизно в 2 рази.

Для практичного використання дуже корисна наступна таблиця, що встановлює зв'язок між вмістом води в полімері і його Dk:

 

Вміст води Dk
38% ± %
55% ± % 18 ±
75% ± % 36 ±

 

Чим тонше лінза, тим більше вона пропускає кисень. Але слід мати на увазі, що ультратонка лінза викликає дегидратирование очі (зневоднення рогівки).

Зазначимо, що виробники лінз зазвичай вказують дооэффициент кисневої проникності (Dk) і товщину лінзи в центрі для оптичної сили лінз -3,00 D. Наприклад, полимакон має Dk=7,3х10-11 (розмірність одиниці виміру Dk виражається досить складним чином). Контактні лінзи, виготовлені з полимакона, будуть мати різні значення Dk/L, в залежності від їх товщини. Невеликі відмінності у значеннях Dk, що зустрічаються в різних джерелах для одного і того ж матеріалу, можуть пояснюватися невеликою різницею у змісті води, технологічними особливостями процесу виробництва і особливостями методики визначення Dk.

Електричний заряд

Матеріали, з яких роблять контактні лінзи, можуть нести електричний заряд або бути електрично нейтральними. Це властивість особливо важливо для м'яких контактних лінз, так як воно впливає на такі фактори, як сумісність із розчинами і утворення відкладень на поверхні лінз. Матеріали, несуть значний електричний заряд із-за наявності в них електрично заряджених хімічних груп, називають іонними. Електрично нейтральні матеріали відносять до неионным.

Типовими неионными матеріалами є полімери, виготовлені на основі мономерів НЕМА (наприклад, полимакон), метилметакрилату або NVP (N-винилпиролидон).

Для виготовлення якісних м'яких контактних лінз ведуться постійні пошуки нових матеріалів з більш високим вмістом води, підвищеної кисневою проникністю, збільшеною міцністю.

деякі НЕМА-лінзи для підвищення вмісту води в структуру полімеру включають метакрилової кислоти (МА). Мономер МА володіє високою гидрофильностью, і його включення може значно підвищити вологовміст лінз порівняно з лінзами з чистого НЕМА. Матеріали з МА відносять до групи іонних полімерів, так як вони несуть негативні заряди. Крім МА, в іонних матеріалах застосовують також карбоксиловую і акрилову кислоти.

Наявність негативного заряду робить матеріали хімічно більш активними, особливо у розчинах з кислим рН. Крім цього, іонний заряд робить матеріал більш сприйнятливим до утворення поверхневих відкладень. Багато слізні освіти позитивно заряджені і притягуються негативно зарядженою поверхнею лінзи.

Неіонні матеріали електрично нейтральні. Вони інертніші, меншою мірою вступають в реакцію з продуктами сльози, і тому більш стійкі до поверхневих відкладів.

Класифікація матеріалів м'яких лінз

У 1986 Федеральна комісія США з лікарських препаратів і харчових добавок (FDA) і виробники м'яких контактних лінз запропонували класифікацію м'яких контактних лінз відповідно з вмістом води і електричним зарядом матеріалу:

  • Група FDA I: Лінзи з неіонної матеріалу з низьким вмістом води.

  • Група FDA II: Лінзи з неіонної матеріалу з високим вмістом води.

  • Група FDA III: Лінзи з іонного матеріалу з низьким вмістом води.

  • Група FDA IV: Лінзи з іонного матеріалу з високим вмістом води.

Лінзи з матеріалу з низьким вмістом води містять 35-50% води. Це звичайні лінзи денного носіння стандартної товщини. Але якщо їх зробити дуже тонкими, то вони можуть бути використані і для пролонгованої режиму носіння.

Лінзи з високим вмістом води мають гідрофільність в діапазоні від 51% до 80%. У них висока кислородопроницаемость. Контактні лінзи з високим вмістом води зазвичай роблять з матеріалу, що містить в якості сополимера NVP (N-винилпиролидон). таблиці 1 за групами наведено деякі матеріали, що використовуються у виготовленні найбільш відомих в Росії імпортних м'яких контактних лінз.

 

Таблиця 1. Приклади матеріалів, використовуваних для виготовлення м'яких контактних лінз імпортного виробництва.

НЕІОННІ ПОЛІМЕРИ НЕІОННІ ПОЛІМЕРИ ІОННІ ПОЛІМЕРИ ІОННІ ПОЛІМЕРИ
Група FDA I Низький вміст води (<50%) Група FDA II Високий вміст води (>50%) Група FDA III Низький вміст води (<50%) Група FDA IV Високий вміст води (>50%)
Тетрафилкон А (43%) (Dk=9)

CooperVision Inc.

Cooper Clear

Тефилкон (37,5%) (Dk=8)

CIBA Vision Corp.

CIBA SOFT standard

Bausch&Lomb

Optima FW

Ocular Sciences Inc.

Versa Scribe Edge III

Wesley-Jessen.PBH

Полимакон (38%) (Dk=9)

Elegance opaque

Альфафилкон А (66%) (Dk=32)
 

Bausch&Lomb

SofLens 66

Нелфилкон (69%) (Dk=26)
 

CIBA Vision Corp.

Focus Dailies

Сурфилкон A (74%) (Dk=35)
 

Wesley-Jessen.PBH

Precision UV

Фемфилкон (38%) (Dk=35)

Wesley-Jessen.PBH

DuraSoft 2

DuraSoft 2 Colors for Light Eyes

Этафилкон А (58%) (Dk=28)


Vistakon

Acuvue

Surevue

Вифилкон A (55%) (Dk=16)
 

CIBA Vision Corp.

Focus серія

Фемфилкон A (55%) (Dk=16)
 

Wesley-Jessen.PBH

DuraSoft 3 Fresh Look Disposable

Fresh Look Colors

Окуфилкон (55%) (Dk= 19,7)
 

Ocular Sciences Inc.

High Time 55/Biomedics 55

 

У більшості сучасних м'яких контактних лінз кислородопроницаемость визначається більшою мірою рівнем гідратації, ніж природою полімерної структури. Головним недоліком высокогидрофильных лінз є їх висока чутливість до механічних пошкоджень, порівняно з лінзами з середнім вмістом води. Високогідрофільние лінзи, якщо зробити їх занадто тонкими, можуть навіть викликати пошкодження епітелію рогівки, з-за його зневоднення.

Група FDA I. Неіонні полімери. Низький вміст води.

Завдяки неионной структурі (нейтральний електричний заряд) і низьким змістом води, ці матеріали найменш схильні до відкладень.

Всі лінзи цієї групи виготовляють з полімерів, що складаються з поперечно зшитих молекул рНЕМА. Першим таким матеріалом, використаним у США для виготовлення м'яких контактних лінз, був полимакон, отриманий, як вже зазначалося, шляхом щільного ушивання рНЕМА з допомогою невеликого числа містків з этиленгликольдиметакрилата. Полимакон і в даний час залишається одним з найбільш широко поширених матеріалів групи FDAI. Полимакон використовують такі фірми, як Bausch&Lomb (традиційні лінзи денного носіння Optima 38, планово змінювані лінзи гнучкого режиму носіння Optima FW), Ocular Sciences Inc. (традиційні лінзи денного носіння Versa Scribe Edge III) та інші.

За законами дифузії, контактна лінза половинної товщини має вдвічі більшу кислородопроницаемость при інших рівних умовах. Тому пошуки нових матеріалів, придатних для виготовлення тонких лінз, призвели до появи кополімерів NVP з метилметакрилатом і глицерилметакрилата з ММА (метилметакрилатом).

Наприклад, тетрафилкон (Cooper Clear CooperVision Inc. - це трехзвенный полімер НЕМА (2-гидроксиэтилметакрилат), NVP і ММА, зшитих містками з дивінілбензолу (DVB). В цю групу входить також фемфилкон (Durasoft, Wesley-Jessen) - сополімер НЕМА і 2-этоксиэтилметакрилата.

Група FDA II. Неіонні полімери. Високий вміст води.

Матеріали цієї групи також електрично нейтральні, що робить їх більш стійкими до утворення відкладень, ніж іонні матеріали з високим вмістом води.

У цю групу входять різні сополімери (типу NVP і ММА), що забезпечують високий вміст води. Лінзи з цих кополімерів часто використовуються для носіння за графіком планової заміни. Типовими прикладами є лінзи планової заміни SofLens 66 (Bausch&Lomb) виготовлені з альфафилкона А з 66% води, лінзи Focus Dailies (CIBA Vision Corp.) нелфилкона А з 69% води, a також лінзи з УФ-захистом Precision UV (Wesley-Jessen) з сурфилкона А з 74% води. Кількість води в лінзах цієї групи визначається кількістю поперечних зшивок. Для зшивання може бути використаний PVA (полівініловий спирт), який також забезпечує високу змочуваність полімеру водою.

В основному, з матеріалів з високим вмістом води роблять лінзи, які підлягають більш частої заміни, ніж лінзи, виготовлені з матеріалів з низьким вмістом вологи. Крім того, лінзи з високим вмістом вологи, як правило, менш міцні, порівняно з низкогидрофильными лінзами.

Група FDA III. Іонні полімери. Низький вміст води.

Всі лінзи цієї групи виготовляють з полімерів, що складаються з поперечно зшитих молекул НЕМА, МА і третього агента. Матеріали з чистого НЕМА занадто м'які і легко рвуться. МА забезпечує більшу змочуваність і вологопоглинання. Наприклад, лінзи традиційного носіння DuraSoft 2 і кольорові лінзи DuraSoft 2 Colors for Light Eyes компанії Wesley-Jessen виготовляють з фемфилкона A (38%), що є сополімером НЕМА, этоксиэтилметакрилата (ЕОЕМА) і МА.

Наявність негативного заряду на поверхні лінз сприяє відкладенню позитивно заряджених молекул білків і жирів сльози. Лінзи 3-ї групи більшою мірою привертають до себе різні продукти сльози, ніж лінзи перших двох груп. У цілому можна відзначити, що контактні лінзи цієї групи становлять невелику частку вироблених в даний час м'яких контактних лінз.


Група FDA IV. Іонні полімери. Високий вміст води.

Матеріали 4-ї групи застосовуються для виготовлення цілого ряду високоякісних лінзи частої планової заміни, планово сменяемых лінз і традиційних лінз гнучкого і пролонгованої носіння (див. табл. 1).

Полімери цієї групи є найбільш хімічно активними речовинами з усіх груп. Наявність електричного заряду і висока вологовміст сприяють активному вступу цих матеріалів в реакції з розчинами і відкладення продуктів сльози на поверхні лінзи.

Матеріали цієї групи також дуже чутливі до навколишнього середовища. Вони схильні до дегідратації і можуть передчасно пожовтіти або швидко зіпсуватися при використанні для дезінфекції методу нагрівання. Вони також знебарвлюються в результаті взаємодії з хімічними агентами, що містяться в розчинах, що застосовуються для догляду за м'якими контактними лінзами. Вплив на лінзи кислими розчинами (з низьким рН) може привести до тимчасових змін параметрів лінзи.


Ви також можете ознайомитися з іншими статтями на тему м'яких контактних лінз: