Кислородная проницаемость в современной практике жестких контактных линз: переоценка роли материалов с высоким показателем Dk

Когда контактная линза находится на глазу, она становится барьером между аваскулярной роговицей и источником кислорода. С момента появления первых газопроницаемых материалов в 1970-х годах увеличение доступа кислорода к роговице стало движущей силой их развития.

В современных газопроницаемых материалах кислородная проницаемость достигается за счет включения в полимерные цепи как силиконовых, так и фторированных мономеров.

Молекулы кислорода легко проникают через материалы, содержащие силикон, потому что химические связи между атомами кремния и кислорода в силиконах обладают высокой гибкостью. Напротив, проницаемость фторированных материалов обусловлена высокой растворимостью кислорода в таких соединениях.

Ни силиконовые, ни фторированные мономеры сами по себе не обеспечивают оптимальных свойств в газопроницаемых материалах. Силиконы обладают высокой кислородной проницаемостью, но, как правило, оказывают негативное влияние на другие важные свойства, такие как твердость, смачиваемость и устойчивость к отложениям. По отдельности фторсодержащие мономеры обеспечивают лишь умеренные уровни кислородной проницаемости, однако в комбинации повышают проницаемость силиконовых компонентов, модифицируя фазовую структуру материалов. Это означает, что кислородной проницаемости можно достичь с использованием меньшего количества силикона и при этом снизить его негативное влияние на свойства линзы.

Введение фторсодержащих мономеров позволило устранить проблемы, связанные с применявшимися ранее силикон-акрилатными материалами, и обеспечило постепенную эволюцию полимеров, в результате которой в последние годы XX в. стали доступными материалы с Dk около 100. В этот период их использовали в основном в роговичных линзах, которые снимались на ночь и подбирались с диаметром меньшим, чем диаметр роговицы. Такие линзы могли двигаться при моргании, и свежая, обогащенная кислородом слезная жидкость поступала под линзу, удаляя отложения и дополнительно обеспечивая роговицу кислородом. Лимбальная зона роговицы при этом не перекрывалась линзой и таким образом получала атмосферный кислород во время ношения. Исторически ежедневное ношение роговичных газопроницаемых линз считается более безопасным по сравнению с другими формами контактной коррекции зрения [1].

В начале 2000-х гг. стали широко применяться ночное ношение линз для ортокератологии (орто-к), а также склеральные линзы для коррекции эктазий роговицы, вследствие чего повысились требования к материалам, используемым при их изготовлении.

Holden и Mertz [2], а позднее Harvitt и Bonanno [3] показали, что при ночном ношении требуется значительно более высокая кислородопроницаемость по сравнению с дневным ношением для предотвращения аноксии. Тем не менее толщина большинства ортокератологических линз больше, чем обычных роговичных линз. Увеличение толщины необходимо для того, чтобы линза сохраняла свою форму во время ношения, обеспечивая предсказуемый и надежный эффект лечения, однако это привело к снижению кислородопроницаемости.

Толщина склеральной линзы обычно вдвое больше, чем роговичной. Причина та же: предотвращение деформации и возможного разрушения. Но кислородная проницаемость ниже на 50 %. Склеральная линза покрывает всю роговицу, устраняя как механизм слезного насоса, так и доступ к атмосферному кислороду во время ношения. Хотя склеральные линзы не носят в условиях закрытого глаза, их пользователи, как правило, нуждаются в более длительном времени ношения, что приводит к сокращению времени на восстановление между ношением и сном.

Таким образом, оба режима требуют не только улучшенной кислородной проницаемости, но и повышенной жесткости в их конечной форме для достижения желаемого результата.

В составе большинства традиционных роговичных материалов использовался силиконовый мономер, известный как TRIS (3- [трис (триметилсилокси)силил]пропилметакрилат) (рис. 1). Его преимуществом является доступность, а также то, что в сочетании с фторсодержащими мономерами он позволяет без затруднений достигать значений Dk до 100 и немного выше.

Однако в пропорциях, необходимых для значительного увеличения кислородной проницаемости выше 100 Dk, TRIS может снижать смачиваемость, а также приводить к нежелательной гибкости линзы. В качестве альтернативы используется силиконовый мономер Styrl TRIS (рис. 2), который менее доступен, но содержит пропильную группу, показанную на схеме в виде гексагональной группы в середине молекулы. Это не только придает молекуле большую жесткость, уменьшая склонность к деформации, но и способствует лучшему прохождению кислорода за счет расширения полимерной матрицы.

Использование Styrl TRIS позволило снизить его необходимое содержание для достижения более высоких значений Dk и при этом обеспечить более низкий угол смачивания. Модуль упругости при изгибе (Flexural Modulus), характеризующий жесткость материала, увеличился, а склонность материала к изгибу уменьшилась. Теперь стало возможным достигать значений Dk порядка 180 при характеристиках смачиваемости, превосходящих многие материалы с Dk 100. В таблице приведено сравнение ключевых эксплуатационных свойств нового материала с существующими на рынке материалами, имеющими Dk 100.

Optimum Infinite получил одобрение FDA к применению как для склеральных, так и для ортокератологических линз, и в настоящее время широко предлагается лабораториями, работающими с материалами нового поколения. Хотя материал с Dk 180 должен обеспечивать достаточную кислородопроницаемость при большинстве состояний роговицы, в ряде сложных случаев может потребоваться дополнительное поступление кислорода. Для таких случаев на недавнем форуме EFCLIN был представлен материал с Dk 250 Optimum Breathe.