Материалы мягких газопроницаемых линз

Для производства контактных линз в настоящее время используются 2 группы материалов: гидрогелевые и силикон-гидрогелевые. Гидрогелевые материалы состоят из воды и полимера, для них характерна низкая кислородная проницаемость и способность усугублять состояния, связанные с синдромом сухого глаза.Современные силикон-гидрогелевые материалы содержат силикон, отличаются высоким комфортом, идеальным кислородным показателем и устойчивостью к дегидратации. Центр коррекции зрения «Доктор Линза» практически отказался от работы с низко-кислородными линзами, исключение составляют цветные линзы и линзы высоких рефракций (более ±12,0). В детской практике используются только силикон-гидрогелевые или однодневные линзы.

Современные мягкие контактные линзы (МКЛ) изготавливаются из материалов двух типов: гидрогелей и силикон-гидрогелей. Первые гидрогелевые линзы были созданы в конце 1590-ч годов чешским ученым Отто Вихтерле из гидрогеля рНЕМА. Отметим, что полимер НЕМА и сейчас применяется для производства некоторых линз (например, цветных). Гидрогели совместимы с тканями глаза, обладают хорошими оптическими свойствами и обеспечивают доступ необходимого количества кислорода к роговице при дневном режиме ношения МКЛ. Однако этого количества кислорода все же недостаточно для непрерывного ношения МКЛ. А такой режим, позволяющий не снимать линзы на ночь, очень привлекателен для пользователей. Недостаток кислорода вызывает отек роговицы и грозит различными осложнениями.

Кислородная проницаемость гидрогелей прямо пропорциональна содержанию воды в них. Содержание воды, например, в НЕМА может достигать примерно 38%. Для повышения содержания воды в состав НЕМА включают различные вещества, которые обеспечивают увеличение числа гидрофильных групп и поперечных сшивок у полимера. От их числа и зависит способность гидрогеля всасывать воду и сохранять при этом свою структуру. Для гидрогелевых линз используются также материалы, основывающиеся не на НЕМА, а на других полимерах. Типичным примером не-НЕМА материалов является лидофилкон-А (сополимер метилметакрилата (ММА) и N-винилпирролидона (NVP), содержание воды в котором увеличено до 70%.

Однако для всех существующих сегодня гидрогелей, даже с самым высоким содержанием воды (~75%), пропускание кислорода через линзу (Dk/t) не превышает 40 единиц. В то время как, по критерию Холдена (1984 г.), для безопасного непрерывного ношения Dk/t  должен быть не менее 87 единиц  (при этом отек роговицы за 1 ночь сна в линзах не превышает 4,0% от ее толщины, т.е. физиологической нормы при сне без линзы с закрытым веком).  Позднее (1999 г.) Харвитт и Бонанно предложили увеличить минимальный порог для безопасного непрерывного ношения до 125 единиц (при этом отек роговицы за 1 ночь сна в линза не превышает 3,2% от ее толщины, что авторы считают физиологической нормой).

Эту проблему решают силикон-гидрогелевые линзы. Структура силикон-гидрогелей состоит из двух фаз: гидрогелевой и силиконовой. Гидрогель обеспечивает совместимость линзы с тканями глаза, а силикон – очень высокое пропускание кислорода через линзу. Чистые силиконы, хотя и могут пропускать кислород в гораздо большей степени, чем гидрогели с самым высоким содержанием воды, не применяются для изготовления контактных линз, так как силиконовые линзы абсолютно непереносимы глазом. Поэтому перед исследователями стояла задача совместить свойства этих двух материалов. В 1998 г. Появились первые силикон-гидрогелевые линзы, Dk/t которых превышает 100 единиц, чего, по мнению ряда специалистов вполне достаточно для обеспечения роговицы необходимым для непрерывного ношения количеством кислорода. Однако наличие силиконовой фазы потребовало от производителей этих линз специальной плазменной обработки для увеличения смачиваемости поверхности линзы, что необходимо для длительного комфортного ношения линз. Сейчас силикон-гидрогелевые (СГ) линзы предлагают сразу несколько ведущих компаний-производителей. Отметим, что не все имеющиеся сейчас на рынке СГ линзы требуют дополнительной обработки поверхности – смачиваемость некоторых линз достаточно высока без нее.

Основные физические характеристики мягких контактных линз

Основные физические характеристики МКЛ определяются материалом, из которого она изготовлена, и дизайном. Суффикс “филкон” в названиях материалов указывает на то, что полимера являются гидрофильными, т.е. содержат гидрофильные группы, которые активно притягивают молекулы воды.

Характеристики материала линзы:

• содержание воды,
• группа FDA,
• кислородная проницаемость материала (Dk) и пропускание кислорода через линзу (Dk/t)
• толщина линзы

Содержание воды

Содержание воды в контактной линзе определяется как отношение веса  воды в линзе к полному весу насыщенной водой линзы в процентах.

Группа FDA

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:

Группа 1: Линзы из неионного материала с низким содержанием воды (<50%)
Группа 2: Линзы из неионного материала с высоким содержанием воды (>50%)
Группа 3: Линзы из ионного материала с низким содержанием воды (<50%)
Группа 4: Линзы из ионного материала с высоким содержанием воды (>50%)

У большинства современных гидрогелевых МКЛ пропускание кислорода определяется в общей степени уровнем гидратации (содержанием воды), чем природой полимерной структуры:

H2O    Dk
38    ≈9
55    ≈18
75    ≈36
Высокогидрофильные линзы (содержание воды 50% и выше) имеют самый высокий DK среди гидрогелевых линз. Однако из за высокого содержания воды эти линзы обладают повышенной чувствительностью к механическим повреждениям по сравнению с линзами со средним содержанием воды. Высокогидрофильные линзы, если их делают слишком тонкими, могут сильно дегидратироваться при ношении, в результате чего развивается ощущение сухости глаза.

У силикон-гидрогелевых линз пропускание кислорода не связано с содержанием воды. Оно определяется силиконовой фазой их структуры.

Важной характеристикой МКЛ являются электрические свойства поверхности линзы: они влияют на совместимость линз с растворами и образование отложений на поверхности линз. Материалы, имеющие на поверхности значительный электрический заряд из-за наличия в них электрически заряженных химических групп, называют ионными. Электрически нейтральные материалы называются неионными.

Типичными неионными материалами являются полимеры, изготовленные на основе HEMA, MMA или NVP.

В некоторые HEMA-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 HEMA. Материалы с МА относят к группе ионных полимеров, так как они несут отрицательные заряды, которые притягивают белковые продукты слезы к линзе. Кроме МА в ионных материалах могут применяться также карбоксиловая и акриловые кислоты.

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

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

Как гидрогелевые, так и силикон-гидрогелевые линзы могут быть ионными и неионными.

Кислород

Для характеристики способности материала пропускать кислород используется понятие кислородной проницаемости (Dk). ( Здесь D – коэффициент диффузии, k – коэффициент растворимости. В практике врача эти параметры по отдельности практически не встречаются.) Кислородная проницаемость гидрогелей, как уже говорилось, прямо пропорциональна содержанию в них воды. Для характеристики способности конкретной линзы пропускать кислород используется коэффициент Dk/t, где t – толщина линзы (обычно берется толщина линзы в центре). Этот коэффициент является характеристикой 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/t будет большим). С другой стороны, линзы для коррекции афакии, очень толстые в центре и плохо пропускают кислород ( Dk/t будет низким).

Чем тоньше линза, тем больше она пропускает кислород. Для увеличения пропускания кислорода линзой в два раза необходимо уменьшить ее толщину примерно на 50%. Однако следует иметь в виду, что ультратонкая линза вызывает дегидратацию (обезвоживание) роговицы.

Отметим, что производители линз обычно указывают кислородную проницаемость (Dk) и толщину линзы в центре для линз оптической силы -3,00 D. Например, полимакон имеет Dk = 8,5×10-11 (размерность единицы измерения Dk выражается довольно сложным образом), при этом обычно ограничиваются указанием только значащего числа без упоминания числа в степени. Например, говорят, что Dk полимакона равен 8,5. Контактные линзы, изготовленные из полимакона, могут иметь различные значения Dk в зависимости от толщины. Например для линз толщиной в центре 0,035 мм (для линз -3,00 D) Dk/t = 24,3. Небольшие отличия в значениях Dk одного и того же материала, встречающиеся в различных источниках, могут объясняться небольшой разницей в содержании воды, технологическими тонкостями процесса изготовления и особенностями методики определения Dk.