Контактные линзы - полимеры медицинского назначения

Контактные линзы выполняются в двух модификациях — твердые и мягкие. Известно, что, в отличие от очков, линзы устанавливаются непосредственно на роговицу, а потому взаимодействие между этими двумя субстанциями приобретает крайне важное значение.
Одна из функций эпителия роговицы сводится к тому, чтобы извлечь кислород из воздуха и передать его через слезную жидкость для пополнения энергии метаболизма. Если роговица не обеспечена достаточным количеством кислорода, то в системе метаболизма начинаются различные отрицательные явления, в частности, исчезает гликоген, накапливается молочная кислота, эпителий набухает, отекает и мутнеет, а роговица утолщается.
В качестве материала для твердых контактных линз используется полиметилметакрилат. По современным воззрениям, благодаря его твердости обмен слезной жидкости между роговицей и линзой происходит во время мигания, и вновь поступившая доза этой жидкости приносит достаточное количество кислорода, а потому в роговице не возникает ни малейших отклонений от нормы.
Материалом для мягких контактных линз служит водный коллаген, главной составляющей которого является poly-HEMA- очевидно, что в результате плотного контакта линзы с роговицей обмен слезной жидкости в значительной степени затруднен, и необходимо, чтобы линза обладала кислородной проницаемостью. Расход кислорода эпителием роговицы составляет в нормальном состоянии 3,5 мкл/см2-ч, и считается, что для переноса именно такого объема кислорода парциальное давление его в эпителии роговицы должно составлять 15—20 м рт. ст.
Этот расчет полностью распространяется и на контактные линзы, а именно — при ношении их никоим образом не должно прекращаться питание эпителия роговицы кислородом как раз в таком объеме.
На рис. 1. и 2 показаны изменения парциального давления кислорода в роговице при вставленных контактных линзах толщиной 0,2 мм, характеризуемых разной кислородной проницаемостью. Примем, что при раскрытых веках парциальное давление кислорода на поверхности линзы составляет 155 мм рт. ст., т. е. приближается к соответствующему показателю кислорода воздуха. Тогда, по-видимому, будет возможным использование контактных линз с кислородной проницаемостью порядка 1-10~10 см2-мл О2/с-мл-мм рт. ст. (рис. 2, в). Если же принять парциальное давление кислорода на поверхности линзы при закрытых веках (например, во сне) (равным 55 мм рт. ст. (для переноса кислорода из венозной крови от внутренней поверхности век), то использование линзы с такой же проницаемостью, как у паренхимы натуральной роговицы (рис. 2, г), сможет обеспечить показатель Ро2 на уровне всего лишь 20 мм рт. ст. Пропускание, отвечающее позициям д на рис. 1 и 2, соответствует кислородной проницаемости силиконов. Если же, вставлены линзы и положение соответствует позиции в, давление падает до 10 м рт. ст., поэтому при отходе ко сну во избежание отклонений в роговице линзы необходимо вынимать. При разработке контактных линз, предназначаемых для постоянного ношения, следует рассчитывать так, чтобы их кислородная проницаемость достигала 3-10—10 см2-мл02/с.-мл-мм рт. ст.

Рис. 1. Парциальное давление кислорода в роговице при использовании мягкой контактной линзы толщиной 0,2 мм и диффузионная способность линзы по отношению к кислороду. Веко поднято.
1 — без линзы, веко поднято- 2 — без линзы, веко опущено.
а — 0- б — 0,04-10—10 см2-млО2/с-мл-мм рт. ст.- в — 1,0-10—10 см2-млО2/смл-мм рт. ст.- г — 3-10—10 см2-млО2/с-мл-мм рт. ст.- д — 50• 10—5 см2-мл02/с-мл-мм рт. ст.
Рис. 2. Парциальное давление кислорода в роговице при использовании мягкой контактной линзы толщиной 0,2 мм и диффузионная способность линзы по отношению к кислороду. Веко опущено. (Обозначения — см. рис. 1.)
1 — без линзы, веко опущено.

В табл. 5 показана кислородная проницаемость общедоступных мягких линз. Величина дельта Р=159 мм рт. ст. относится к парциальному давлению кислорода воздуха, а показатель 144 мм рт. ст. представляет собой разность парциальных давлений кислорода при открытых веках, необходимую для того, чтобы линза из водного геля смогла обеспечить эпителий роговицы минимально необходимым количеством кислорода. 40 мм рт. ст. — соответствующее давление при закрытых веках.
Из табл. 5, а также из рис. 1 и 2 следует, что кислородная проницаемость мягких контактных линз при открытых веках тоже недостаточна, и тот факт, что при вставленных линзах аномальные явления на роговице не возникают, дает основания предполагать, что кислород переносится при обмене слезной Жидкости.
Таблица 5. Кислородная проницаемость мягких контактных линз

Примечание: В скобках показано отношение диффундирующего объема кислорода к объему, необходимому в стандартных условиях, т. е. мкл/(см2-ч).

Общеизвестно, что при вставленных контактных линзах частота мигания возрастает. По всей вероятности, это — одно из проявлений естественных защитно-адаптационных свойств организма, связанное с необходимостью ускорить обмен слезной жидкости для питания роговицы кислородом.
Из рис. 1, 2 и данных табл. 5 следует, что контактные линзы из силиконов весьма перспективны и, по многим предпосылкам, имеют широкое будущее. Вместе с тем силикону присущи и резко отрицательные свойства, а именно он плохо смачивается и весьма неудобен для спокойного длительного ношения на роговице- понятно, что работы по преодолению этих недостатков надо продолжать. Одним из результатов таких исследований явилась разработка нового силиконового материала, представляющего собой сополимер, полученный прививкой винил-пирролидона к силикону. Некоторые характеристики материала представлены в табл. 5.

Рис. 3. Корреляция между содержанием воды (в процентах) в гидрогеле и отношением кислородной проницаемости (Р) гидрогеля к аналогичной характеристике (РO) воды.

Ввиду ТОГО ЧТО СИЛИКОНЫ — ЭТО в сущности резина, при механической обработке их неизбежно приходится сталкиваться со значительными трудностями. Так, линзы из poly-HEMA можно сформовать 0,01 центробежной полимеризацией с последующим обтачиванием полученного цилиндрического блока отливки. В случае же силикона фрезерование весьма затруднительно, а последующая за ним обработка периферических участков, в частности ребра линзы, перерастает в технологическую проблему. Наконец, крупнейшим недостатком можно считать и сильную склонность силиконов к абсорбированию жирных веществ.
Тем не менее, исходя из количества кислорода, диффундирующего через силиконовые линзы при закрытых веках, можно утверждать, что именно силиконы являются наиболее перспективным материалом для производства линз постоянного употребления. Поэтому необходимо всячески интенсифицировать изыскания в области новых способов его обработки и увеличения поверхности гидрофильности.
Зависимость кислородной проницаемости водного геля от влажности представлена графиком на рис. 3- по абсциссе отложено содержание воды в геле, по ординате — отношение кислородной проницаемости водного геля или раствора полимера к проницаемости воды при той же температуре. Когда влажность геля падает до 40% и ниже, макромолекулярные цепи начинают влиять на его кислородную проницаемость, в результате чего последняя резко снижается. Чтобы улучшить проницаемость геля, приходится прибегать к повышению его влажности по такому, например, способу: используя полимер, обладающий хорошим сродством к воде, сообщают гелю пористость и переводят его в губчатый материал. Понятно, что в этом случае никак не удается избежать ухудшения механических свойств, в связи с чем важнейшее значение приобретает вопрос о том, каким образом повысить водосодержание, т. е. в конечном счете кислородную проницаемость материала, не допуская при этом ухудшения его физических свойств.
Мягкие контактные линзы применяют не только для повышения остроты зрения, но и в офтальмологии, в частности, реализуют высокую адсорбционную способность таких линз по отношению к различным веществам в растворах. Так, мягкую линзу, адсорбировавшую лекарство, устанавливают на роговице, и медикамент с определенной скоростью диффундирует в глаз. Такая методика позволяет точно задавать и непрерывно выдерживать наиболее эффективную концентрацию препарата, что гораздо результативнее обычных способов введения глазных лекарств. Описанным способом уже вводили (пилокарпин гидрохлорид и некоторые другие медикаменты).
Адсорбционная способность мягких контактных линз используется не только для медикаментозного лечения. В том случае, когда скольжение века по роговице вызывает неприятные или болевые ощущения (например, после операции на роговице или при ожоге), применение мягких контактных линз показано для предохранения и защиты роговицы.
Известно, что роговица состоит из трех основных частей: эпителия, промежуточного вещества и эндотелия. Вещества, пропускаемые каждой из этих частей, различны. Понятно, что и применительно к искусственной роговице общий подход и методика зависят от того, с какой ее частью манипулируют. Кислород усваивается из воздуха эпителием через слезную жидкость, а эндотелием — через слезные пазухи. Считается, что глюкоза и другие растворенные вещества транспортируются от эндотелия по направлению к эпителию, причем слезная жидкость их не усваивает. Действием ферментов, катализирующих гликолиз, глюкоза поддерживает нормальный состав паренхимы роговицы и служит источником энергии обмена веществ, в результате которого ткань роговицы полностью обновляется за неделю. В случае искусственной роговицы в указанном процессе, кроме диффузии кислорода, весьма важную роль приобретает пропускание этих веществ (в виде растворов). Если они при этом диффундируют в недостаточном количестве, то в роговице начинают возникать те или иные отклонения.
В табл. 6 показана возможность применения некоторых синтетических материалов для замены частей роговицы. Приведенные данные позволяют констатировать, что для искусственной роговицы, как и для контактных линз, проницаемость по отношению к кислороду и питательным веществам является определяющей характеристикой.
В настоящее время ни у кого не вызывает сомнений, что пересадка роговицы гораздо предпочтительнее использования искусственных аналогов. Однако защита и сохранение живой ткани настолько затруднительны, что приходится всемерно ускорять дальнейшие работы по созданию искусственной роговицы, способной удовлетворить многочисленным требованиям.

Таблица 6 Функции частей роговицы и возможность трансплантационной замены этих частей искусственными аналогами

Условные обозначения: — замена была осуществлена, но безрезультатно- 0— судя по характеристикам полимера, пересадка окажется безрезультативной- + весьма успешная пересадка.

Существует и другой подход к проблеме восстановления остроты зрения. Он основан не на использовании линз, контактирующих с эпителием роговицы, а на том, что специальные линзы так называемого скрытого типа вводят внутрь роговицы. В этом случае необходима способность к пропусканию различных веществ, превосходящая проницаемость контактных линз. Понятно, что в процессе исследований надо будет использовать некоторые положения и методы, уже разработанные для искусственной роговицы.

Питание для роговицы, т. е. глюкоза, передается из слезной пазухи к эндотелию как диффузионно, так и по механизму пассивного переноса, затем питательная субстанция диффундирует через промежуточное вещество в эпителий, где и усваивается. Известно, что глюкоза поддерживает постоянный состав и неизменную форму паренхимы роговицы и создает необходимый энергетический уровень для обмена веществ в ней. Именно поэтому как искусственная роговица, так и линзы скрытого типа Должны быть проницаемыми, точнее, обладать селективной проницаемостью.