اکسیژن رسانی در لنزهاي سيليكون هايدروژل                                                                 

عبور دهي اكسيژن و جنس لنز تماسي

ميزان انتشار اكسيژن در لنزهاي هايدروژل ساليانه مستقيما وابسته به ميزان آبي است كه پليمر در خود نگه مي دارد. زيرا اكسيژن در فاز آبي لنز حل مي شود و به پشت  لنز منتشر مي شود. DK  با افزايش ميزان آب لنز به صورت لگاريتمي افزايش مي يابد. DK را مي توان به وسيله فرمول

 Morgan & Efron  از روي درصد آب نوشته شده روي لنز به صورت تخميني بدست آورد.

 

DK= (1.67×e 0.0397wc)

 

واحد DK ، ( ml O2/ml ×mm Hg) (cm2/sec) 10-11 يا " barrer" است.

وابستگي لنزهاي سيليكون هايدروژل به افزايش DK، همراه با افزايش ميزان آب است كه محدوديت هايي در اين لنزها ايجاد مي كند زيرا حداكثر DK آب تنها barrer 80 است. پلي هما  كه يكي از لنزهاي نرم رايج اين روزهاست تنها DK ، 9 تا 10 barrer دارد كه با فرمول Morgan & Efronدرصد آب موجود در آن 38% محاسبه مي شود. به منظور افزايش DK لنزهاي هايدروژل سنتي از مونومرهايي در ساختمان لنز استفاده مي شود كه بتواند با آب بيشتري در پليمر باند شوند. به همين دليل از مونومرهاي هيدروفيليك تر مثل (NVP)N-Vinyl pyrrolidon يا (MA) Methacrylic Acid كه درصد آب لنز را تا 55-75%  افزايش مي دهد استفاده مي كنند. اين درصد آب معادل حداكثر DK به اندازه 35 barrer است.

واژه DK/t (Oxygen transmissibility) تاثير ضخامت لنز در عبور اكسيژن از لنز و اكسيژني كه به قرنيه   مي رسد را نشان مي دهد. اين مفهوم نسبت به DK كلينيكي تر است و تاثير ضخامت و طراحي لنز را بهتر توصيف مي كند. واحد DK/t ، (ml O2/mmHg) (cm2/sec) 10 -9 است. مشخص است كه در اين معادله هرچه لنز نازكتر باشد اكسيژن بيشتري به قرنيه مي رسد. بطور كلي لنزهايي با درصد آب بالا و نازكي مركز لنز جزو لنزهاي با DK بالاي لنزهاي هايدروژل سنتي هستند.البته قابل ذكر است كه چنين لنزهايي عملا كاربرد كلينيكي ندارند زيرا به سرعت دهيدراته مي شوند و سبب ايجاد corneal staining مي شوند. لنزهايي كه درصد آب بالايي دارند به همان نسبت ضخامت بيشتري دارند به همين دليل نمي توان با افزايش درصد آب DK/t را بالا برد و همواره محدوديت هايي وجود دارد و بايستي ضخامت لنز را نيز در نظر گرفت بالاترين ميزان DK/t براي لنزهايي با قدرت -3.00 ، (ml O2/mmHg) ( cm/sec) 10 -9 40-35× است. بايد توجه داشت كه ميزان DK/t براي لنزهاي مثبت و يا منفي با قدرت بالا بسيار كمتر است كه مربوط به طراحي و ضخامت بيشتر اين لنزهاست. از عوامل ديگر كه در تعيين ميزان اكسيژن قرنيه نقش دارد متابوليسم خود قرنيه و اكسيژن مورد نيازقرنيه است.

 

·        فيزيولوژي قرنيه و اكسيژن مورد نياز قرنيه :‌

لنز تماسي همانند يك سد در مقابل انتقال اكسيژن به قرنيه عمل مي كند به همين دليل موفقيت لنز در عبور اكسيژن از ضخامت خود يك فاكتور مهم در موفقيت فيت آن لنز است. دانستن حداقل ميزان O2 مورد نياز قرنيه يك مشكل پيچيده است و با دانستن اين موضوع كه ميزان O2 مورد نياز براي متابوليسم قرنيه از فردي به فرد ديگر تفاوت مي كند،‌ قضيه پيچيده تر هم خواهد شد. علاوه بر اين حداقل اكسيژن مورد نياز گزارش شده بستگي به روش هايي دارد كه از طريق آن حداقل DK/t تخمين زده مي شود. دو روش براي تخمين O2 مورد نياز متابوليسم قرنيه توصيف شده است.

 اولين روش مشاهده  ادم قرنيه است كه Holden & Mertz ، حداقل DK/t مورد قبول كه مانع از مشكلات كلينيكي است را ، 24×10-9 براي استفاده روزانه و 87×10-9 براي استفاده  شبانه روزي گزارش كرده اند.

مطالعات جديدتر، قرمزي ليمبال و ادم قرنيه را مبنا قرارداده است و ميزان DK/t مورد نياز شبانه را  125 ×10-9 بيان كرده است.

     ويژگي دوم كه در اين زمينه مورد بررسي قرار مي گيرد در مدلينگ  اثر لنز بر روي قرنيه است  كه بايستي ابتدا فرضيه هايي در نظر گرفته شود كه چه عواملي مي تواند در نتايج نهايي تاثير داشته باشد. Harvitt  و Bonanno حداقل ميزان DK/t براي جلوگيري از آنوكسيا در كل ضخامت قرنيه را براي چشم باز ×10-9 35 و براي چشم بسته 125×10-9 تقريب زده اند. مطالعات جديد توسط Brennan اين پرسش را مطرح مي كند كه آيا برآورد DK/t توسط يك متريال با عبوردهي بالاي اكسيژن ، براي برآورد حداقل اكسيژن مورد نياز قرنيه  يك معيار مورد اعتماد است. Brennan   متدولوژي مناسب تر را بوسيله يك مدل رياضي براي بررسي اكسيژن مورد نياز قرنيه پيشنهاد كرده است. او يك مدل 8 لايه اي را پيشنهاد داده است كه بوسيله آن حداقل ميزان اكسيژن مورد نياز در اين مدل با نظريه Holden & Mertz هماهنگي دارد. البته مشخص است كه متاسفانه لنزهاي هايدروژل سنتي پلي هما نمي توانند اكسيژن رساني مناسب براي ايجاد راحتي، جلوگيري از ادم و خواب راحت شبانه فراهم كنند. همچنين در بيماراني كه لنزهاي كلفت تري دارد (‌به دليل عيب انكساري بالا ،‌استفاده از لنزهاي بايفوكال يا توريك) حتي در رسيدن اكسيژن به قرنيه دچار مشكل هستند. خصوصا در افراديكه به اكسيژن بيشتري براي متابوليسم قرنيه خود نياز دارند مشكل بيشتر به چشم مي آيد. آگاهي از اين نقايص در لنزهاي سنتي منجر به توسعه لنزهاي سيليكون هايدروژل شده است.

 توسعه لنزهاي سيليكون هايدروژل

لنزهاي RGP نسبت به لنزهاي هايدروژل به صورت بارزي نفوذپذيرتر به عبور اكسيژن هستند. لنزهاي RGP داراي فلورين يا سيليكون در تركيب خود هستند كه توانايي عبوردهي اكسيژن را در آنها بالا مي برد. لنزهاي RGP داراي داراي مونومر silicon-containing  است كه معمولا TRIS ناميده مي شود. توانايي سيليكون در عبور اكسيژن قبلا از طريق لنزهاي درماني و لنز بچه ها كه داراي الاستومر سيليكون بوده است شناسايي شده بود. عبور اكسيژن از اين الاستومر بسيار عالي است اما براي استفاده كلينيكي محدوديت هايي دارد. اين لنزها بسيارهيدرو فوب هستند و مايع بر روي آنها جاري نمي شود و  به چشم مي چسبند و رسوب ليپيد در آنها بسيار زياد است. به همين دليل سازندگان لنز تمايل دارند متريال هيدروفيليك هما را با الاستومر هيدرو فوب سيليكون تركيب كنند كه به اكسيژن نفوذ پذير است . متاسفانه پروسه تركيب مونومر هايدروژل و الاستومر سيليكون يك چالش بسيار بزرگ است. درواقع تركيب اين دو متريال با هم ، مانند تركيب آب و روغن است كه بايستي شفافيت خود را نيز حفظ كند.  اولين نسل لنزهاي سيليكون هايدروژل  در سال 1999 بصورت تجاري عرضه شد. در حال حاضر چندين مارك از جنس سيليكون هايدروژل موجود است. بعضي از اين لنزها در جدول 1 طبقه بندي شده اند. (جدول)

شركت Ciba Vision با نام Focus Night & Day و متريال lotrafilcon A بصورت دو فازي است كه از سطح جلويي تا خلفي ادامه دارد. فاز سيلوكسي آن امكان انتقال اكسيژن و فاز هايدروژل آب و اكسيژن را ترانسفر مي كند و همچنين لغزندگي مناسب لنز را فراهم مي آورد. لنز O2 Optix از شركت Ciba Vision نيز با همان تكنولوزي لنزهاي Focus Night & Day ساخته شده است. شركت Bausch & lomb  لنز به نام   Pure vision از جنس balafilicon A ساخته است تركيبي همگون از سيليكون با مونومر              Polydine thlsioxane و كوپليمر هيدروفيليك هايدروژل با مونومر (NVP) N-Vinyl pyrrolidon است. شركت  Johnson & Johnson  لنزي با نام Acuvue Advance  از جنس galyfilcon A ساخته شده است كه بالا ترين درصد آب را در لنزهاي سيليكون هايدروژل داراست.(47%) اما پايين ترين DK  معادل         60 barrer را داراست. اين لنزها داراي يك مرطوب كننده دروني از جنس (‍PVP) ‍polyvinyl pyrrolidone هيدراكلير Hydra clrear  نام دارد. اين لنزها سيليكون هايدروژل نسل دوم هستند. اين لنزها داراي ويژگي هايي مثل يك ماركر نشان دهنده پشت و روي لنز است و داراي خاصيت محافظت از UV مي باشد و از اين نظر در كلاس يك محافظت از UV قراردارد بطوريكه UVA را تا 90% و UVB را تا 99%   بلاك مي كند. Acuvue OASYS نيز يك محصول جديد از جنس sensofilcon A است كه همانند Advance يك مرطوب كننده دروني دارد كه پايه آن PVP است و Hydra clear plus ناميده مي شود زيرا حدود 30% مرطوب كننده تر از Hydra clear  است. و همچنين نرم تر از لنزهاي Advance با مرطوب كننده Hydra clear است. OASYS  رنگ آبي روشني دارد و از نظر محافظت در برابر UV در كلاس يك قرار دارد و داراي ماركر 1-2-3 است.

اما نسل سوم لنزهای سیلیکون هیدروژل و در حقیقت جدیدترین نسل این لنزها  Biofinity و بعد از آن هم  AVAIRA میباشند که هر دوی آنها هم اکسیژن بالایی از خود عبور میدهند و هم میزان آب و نرمی مناسبی دارند.در این لنزها متریال لنز در درون هیدروفیل شده است و نیازی به ماده اضافه یا روکش سطحی ندارد و در نتیجه کارایی کلینیکی بالایی از خود بروز میدهد.Dk/t  در لنز Biofinity معادل 160 و در لنز AVAIRA  معادل 125 می باشد.تکنولوژی بکار رفته در لنزها AQUAFORM  نام دارد و لنز AVAIRA جاذب UV میباشد.

 

 

 

ويژگي هاي خاص لنزهاي سيليكون هايدروژل:

علاوه بر عبوردهي بسيار بالاي اكسيژن در اين لنزها، تفاوت هاي ديگري با لنزهاي سنتي هايدروژل نيز دارند كه مربوط به خواص مكانيكي ، خواص سطح لنز  و رسوب گرفتگی بوسیله مواد موجود در اشک ، مي باشند.

 

·        ويژگي هاي مكانيكي

لنزهاي سيليكون هايدروژل به طور محسوسي سفت تر از لنزهاي هايدروژل سنتي هستند كه به دليل وجود سيليكون است. لنزهاي سيليكون هايدروژل قديمي تر 6-4 برابر سفت تر از لنزهاي هايدروژل قديمي بودند اما در لنزهاي جديد مانند Biofinity و AVAIRA درجه سفتي كاهش يافته است .

درآناليز جدول 1 يك رابطه عكس بين ميزان آب لنزو عبور اکسیژن و سختي لنز در متريالي كه نسبت سيليكون به آب بالاتري دارد،  ديده مي شود.

 

 

 

·        ويژگيهاي سطح

همواره يك مشكل بزرگ بر سر راه توسعه لنزهاي سيليكون هايدروژل وجود داشته است كه مربوط به كاهش رطوبت و متقابلا افزايش رسوب ليپيد و چسبندگي لنز به چشم است . به منظور افزايش رطوبت و هيدروفيليك تر شدن سطح لنزهاي سيليكون هايدروژل از تكنيك هايي براي اصلاح سطح اين لنزها در هنگام ساخت لنز استفاده مي شود. اين امر به منظور اين است كه سطح هيدروفوبيك لنز از لايه اشكي پوشانده شود و رطوبت سطح آن افزايش يابد و همچنين رسوب ليپيد كاهش يابد. سطح لنزهاي Focus Night & Day و O2 Optix با ايجاد يك فضاي واكنش پذير به عبور گاز پلاسما ويك سطح  نازك 25nm و با ضريب شكست بالا ايجاد كرده اند.

 سطح لنزهاي Pure vision نيز به وسيله يك فضاي واكنش پذير به عبور گاز پلاسما اصلاح شده است كه بدين وسيله تركيبات سيليكون سطح لنز را به يك تركيب سيليكات هيدرو فوبيك و بي رنگ و شيشه اي تبديل مي كند و از ايجاد جزيره هاي سيليكات جلوگيري مي كند و به اين صورت آبدوستي تغييير كرده و مانند يك پل بر روي سطح هيدرو فوب ،Balaficon A را مي پوشاند. در سطح اصلاح شده لنز مانعي براي جريان يافتن O2 و مايعات وجود ندارد. اين تغيير و اصلاح سطح ،جزئي از خود لنز است.

لنزهاي Acuvue Advance & OSYS بر مشكل تغيير و اصلاح سطح هيدروفوب براي هيدرو فيليك شدن غلبه كردند. هزينه ساخت اين لنزها كاهش مي يابد و  نسلهای بعدي لنزهاي سيليكون هايدروژل ديگر به روشهاي قديمي اصلاح سطح نياز ندارند و يا از روش هايي كم هزينه تر براي رسيدن به هدف فوق استفاده میكنند. لنزهاي Acuvue Advance & OSYS از مرطوب كننده دروني به نام هيدرا كلير كه پايه آن PVP است استفاده مي كنند كه به شكلي طراحي شده كه يك لايه هيدرو فيليك همانند يك پوشش بر روي سيليكون ايجاد مي كند و بدين صورت از ميزان هيدوفوبيتي سطح لنزهاي سيليكون هايدروژل مي كاهد. آناليز سطح لنزهاي Pure vision و Focus نشان مي دهد كه روش اصلاح سطح به كار برده شده در اين لنزها يك روش نيمه موثر در پوشش سيليكون است. و همچنين اين لنزها هيدرو فوب ترند. (‌زاويه خيسي یا wetting angle بزرگتري دارند).

 

·        رسوب گيري:

اطلاعات مربوط به ميزان رسوب پروتئين و ليپيد در اين لنزها از نظر كلنيكي بسيار حائز اهميت است زيرا اين لنزها اكثرا به صورت شبانه روزی توسط مصرف كنندگان استفاده مي شوند. مطالعات قديمي نشان مي دهد كه رسوب ليپيد در لنزهاي سيليكون هايدروژل بيشتر است . ديگر مطالعات نشان مي دهد كه رسوب ليزوزيم در لنزهاي سيليكون هايدروژل به طور محسوسي كمتر از لنزهاي سنتي هايدروژل است.   مطالعات قديمي تر نشان مي دهد برداشتن رسوب ليزوزيم از روي لنز، سخت تر از رسوب ليپيد است .

با وجود اصلاح سطح لنزها براي كاهش زاويه خيسي اين لنزها و افزايش رطوبت سطح آنها ، اين لنزها هنوز هم نسبت به لنزهاي هیدروژل، هيدروفبيك ترهستند . ليپيد تمايل به رسوب در سطح هيدروفبيك دارد و مي تواند براي برخي مصرف كنندگان مشكل بزرگي باشد.رسوب ليپيد در لنزهاي هايدروژل  كاملا وابسته به خود فرد است و در افراد مختلف متفاوت است . در لنز سيليكون هايدروژل هم بدين صورت است . اگر رسوب ليپيد در بيماري بيش از حد باشد در ابتدا از بيمار بخواهيد كه با محلول هاي چند منظوره rubbing را انجام دهند شايد مشكل حل شود . استفاده از روش هاي مراقبت از لنز به صورت no – rub        مي تواند مشكل ساز باشد .  پروسه ي rubbing براي برداشتن ليپيد وپروتئين دناتوره شده  در لنزهاي سيليكون هايدروژل براي برخي از بيماران مناسب است . در نهايت با يستي لنزها در زمان كوتاهتري تعويض شوند و يا مدتي از لنزهاي non vinyl pyrrolidone مثل   proclear استفاده شود.

راه حل آخر نيز استفاده از لنزهاي سيليكون هايدروژل disposable است  كه  مي توانند اين مشكل را رفع كنند.

 

·        لنزهاي خاص سيليكون هايدروژل

    از زماني كه  لنزهای سیلیکون هیدروژل  به بازار آمدند، معاينه كنندگان و بيماران در مورد لنزهايي از این متریال  كه آستيگمات را اصلاح كنند علاقه مند بودند زيرا حداقل 3/1 بيماران آستيگمات دارند كه براي اصلاح آنها  از لنزهاي توريك استفاده مي كنند .

خيلي ازبيماران داراي Ast بوسيله لنزهاي اسفريكال فيت شده اند و ديد مناسبي ندارند و در صورتيكه اين افراد كه Ast آنها كمتر از 1.00 است بوسيله لنز توريك فيت شوند افزايش ديد به اندازه حداقل يك خط را خواهند داشت. خوشبختانه آگاهي بيماران از لنز توريك بالا رفته است و متقاضيان فيت اين لنزها  5 برابر گشته اند. لنزهاي توريك ضخيم تر از لنزهاي اسفريكال هستند ودر خيلي از بيماران كه از لنزهاي با DK پايين استفاده مي كردند ، خصوصا در بخشي از لنز كه ضخيم تر بود مثل  بخش تحتاني لنز كه داراي پريزم بالاست بود، علائم هايپوكسي مزمن وگاهي  نئوواسكولاريزشن ديده میشد .

 

در حال حاضر انواع مختلف لنز سيليكون هايدروژل توريك در بازار وجود دارد اما  لنزي از جنس سيليكون هايدروژل براي پيرچشمي موجود نيست. البته اين بيماران هم مي توانند از اين لنزها سود ببرند و شمار زيادي از آنها نيز از اين لنزها به صورت mono vision براي ديد دور و براي نزديك از يك add به صورت عينك استفاده مي كنند .

   آنچه گفته شد معرفي لنزهاي مختلف سيليكون هايدروژل موجود در بازار و همچنين ويژگي هاي متفاوت آن از لنزهاي هايدروژل سنتي است .

 

نتايج كلينيكي استفاده از لنز سيليكون هايدروژل

1 – راحتي اوليه در استفاده روزانه از لنز

اين لنزها در واقع براي استفاده continuos wear (cw) ساخته شده اند اما استفاده Daily wear (DW) آن مزيت هاي فيزيولوژيكال زيادي دارد . در نتيجه امروزه كاربرد  DW  آنها افزايش يافته است . در واقع اين لنزها براي استفاده DW  و استفاده گاهگاهي شبانه تجويز و توصيه مي شود .

فيت اين لنزها در بيماراني كه به تازگي ار اين نوع لنزها استفاده مي كنند موفقيت آميز بوده است و معاينه كنندگاني كه نسبت به فيت اين لنزها مقاومت نشان مي دهند نگران هزينه بيشتر لنزها و ناراحتي اوليه بيماران هستند .البته اين نكته كه عدم راحتي اوليه با لنز تاثير ناخوشايندي در موفقيت فيت لنز خواهد داشت، قابل ذكر است .

در يك مطالعه بيماراني كه يك دوره ي طولاني از لنزهاي سنتي بطور موفقيت آميز استفاده كرده بودند با لنزهاي سيليكون هايدروژل به صورت  DW  فيت شدند .  در يك دوره 2 ماهه 93 % از شركت كنندگان رضايت كامل داشتند و هيچ گونه تفاوتي در راحتي لنزهاي جديد با لنز خود بيان نكردند . اين مطالعه نشان ميدهد كه مي توان بدون نگراني از عادت پذيري و راحتي بيماران لنزهاي سيليكون هايدروژل را به جاي لنزهاي سنتي فيت كرد . در مطالعه فوق از بيماران درخواست شد كه عدم راحتي و خشكي لنز را در انتهاي روز بيان كنند بطور متوسط در طول دوره 2 ماهه 12 ساعت در طول روز را گزارش دادند.  شركت كنندگان به طور بارزي راحتي و خشكي كمتري را در انتهاي روز با لنز هاي جديد نسبت به لنزهاي سنتي بيان كردند و جالب آن بود كه تعداد ساعت هاي راحتي با لنز در انتهاي روز در تمام دوره ي 2 ماهه در زمان بالايي باقي ماند و تغيير نكرد ، اما احساس خشكي با لنز در انتهاي روز طي دوره 2 ماهه كاهش در تعداد ساعات را نشان داد . باز هم اين نكته را تاكيد مي كنيم كه مطالعه بر روي افرادي انجام شد كه رضايت كامل  از لنزهاي قبلي خود داشتند و هيچ مشكلي را بيان نكرده اند .  طبق مطالعات فوق به راحتي مي توان لنزهاي سيليكون هايدروژل را به جاي لنزهاي سنتي فيت كرد و تعداد ساعات راحتي لنز را در طول روز افزايش داد .

 

2 – جلوگيري از واكنش هاي هايپوكسي

 ادم قرنيه يكي از بارزترين تغييرات براي تعيين ميزان اكسيژن قرنيه است  . fonn و دستيارانش دريافتند كه ادم قرنيه با لنزهاي سيليكون هايدروژل  به طور محسوسي كمتر از لنزهاي low – DK هايدروژل است. اين ميزان از ادم قرنيه با لنزهاي سيليكون هايدروژل را مي توان با زماني  كه  لنز در چشم وجود ندارد مقايسه نمود . در واقع معاينه كنندگان هيچ گونه ادمي را در چشم مشاهده نكرده اند.

بعضی واكنش هاي كلينيكي همراه با هايپوكسي مزمن  microcyst ,fold ,  و  striae  است كه  fold  و  striae در چشم هايي كه با سيليكون هايدروژل فيت شده اند ديده نمي شود . البته حداقل ادمي از قرنيه كه قابل تشخيص باشد 8- 5 %  است .

ميكروسيست هم در لنزهاي سيليكون هايدروژل نادر است . البته گاهی در بيماراني كه با لنزهاي  low  DK  فيت شده اند پس از فيت لنزهاي سيليكون هايدروژل دچار ميكروسيست مي شوند كه مربوط به افزايش حجم اكسيژني است كه با تغيير نوع لنز ناگهاني به قرنيه مي رسد و ميكروسيست به صورت نادر ديده مي شود .

اكثر استفاده كنندگان از لنز يك hyperemia مزمن در ليمبوس دارند . تحقبقات نشان داد است كه limbal hyperemia در لنزهاي سيليكون هايدروژل بسيار كمتر از لنزهاي سنتي هايدروژل ديده مي شود .

از شايع ترين علائم هايپوكسي مزمن نئوواسكولاريزشن است و يكي از راه حل هاي آن فيت لنزهاي سيليكون هايدروژل به جاي لنزهاي low – DK  است .  

  

نتيجه :

   سازندگان لنز به سمت توسعه لنزهاي سيليكون هايدروژل رفته اند و تا 10 سال آينده اين لنزها بوسیله تمامي سازندگان لنز ساخته و وارد بازار مي شود . سختي اين لنزها در آينده نزديك بسيار كاهش مي يابد و در حد لنزهاي هايدروژل خواهد شد و تكنيك هاي اصلاح سطح بهبود مي يابد و سطحي كاملا هيدروفيليك ساخته مي شود و لنزهاي جديدتر لايه اشكي را بيش 8-7 ثانيه لنزهاي معمول حفظ مي كند و از پليمري كه در مقابل پاتوژنزها مقاومت مي كند استفاده مي شود . چنين لنزهايي راحتي و كاهش عفونت را به همراه دارند و در آينده  بر بازار لنز غلبه خواهند كرد .