MASARYKOVA UNIVERZITA Lékařská fakulta

Transkript

1 MASARYKOVA UNIVERZITA Lékařská fakulta SROVNÁNÍ HYDROGELOVÝCH A SILIKONHYDROGELOVÝCH MATERIÁLŮ KONTAKTNÍCH ČOČEK Diplomová práce Vedoucí diplomové práce: Mgr. Sylvie Petrová Autor diplomové práce: Bc. Marie Návarová Pedagogická specializace optometrie Brno 2008

2 Prohlašuji, že jsem diplomovou práci zpracovala samostatně a že jsem veškerou použitou literaturu řádně odcitovala v seznamu. V Brně dne

3 Děkuji vedoucí mé diplomové práce Mgr. Sylvii Petrové za cenné rady a připomínky, které mi v průběhu psaní poskytla. Na tomto místě bych chtěla poděkovat Bc. Heleně Grůzové, majitelce Top Optik, kde jsem mohla realizovat výzkum, a svým kolegům Mgr. Ivaně Nakládalové a Jiřímu Novotnému za jejich podporu a pomoc. 3

4 OBSAH: 1. ÚVOD 7 2. HISTORIE KONTAKTNÍCH ČOČEK Počátky kontaktologie Moderní kontaktní čočky Nástup nové generace MATERIÁLY MĚKKÝCH ČOČEK POUŽÍVANÉ V SOUČASNÉ DOBĚ Vlastnosti materiálů kontaktních čoček Obecné vlastnosti materiálů Propustnost pro kyslík Permeabilita Transmisibilita Konvenční hydrogely Silikonhydrogelové materiály Oxygen flux Modul pružnosti Klinické důsledky zvýšení modulu materiálu Smáčivost povrchu Usazování depozit Bílkovinné usazeniny Lipidy Design kontaktních čoček Materiály hydrogelových kontaktních čoček Materiály silikonhydrogelových kontaktních čoček První generace Druhá generace Třetí generace Novinka na trhu

5 4. KOMPLIKACE SPOJENÉ S NOŠENÍM KONTAKTNÍCH ČOČEK Metabolismus rohovky Zdroje glukózy Příjem kyslíku Látková výměna rohovky Vliv kontaktních čoček na průnik kyslíku k rohovce Vliv nedostatku kyslíku na rohovku Metabolismus kyseliny arachidonové Účinky hypoxie vyvolané kontaktní čočkou na rohovku Epitel Mikrocysty Tečkovitá epitelopatie (staining) Stroma rohovky Edém rohovky Neovaskularizace Infiltráty Endotel Puchýřky endotelových buněk Polymegatismus Komplikace způsobené kontaktními čočkami nošenými v režimu kontinuálního nošení Podmínky pro bezpečné nošení Nejčastější komplikace Mikrobiální keratitida Akutní zarudnutí oka Periferní vřed vyvolaný kontaktní čočkou Infiltrativní keratitida Horní epiteliální arkuátní léze Gigantopapilární konjuktivitida Komplikace způsobené silikonhydrogelovými čočkami

6 5. VÝZKUM Úvod Cíl výzkumu a pracovní hypotézy Metodika Vyšetřované osoby Výsledky Posouzení aplikace Posouzení vízu Hodnocení silikonhydrogelových čoček Konečné rozhodnutí Diskuse Závěr ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM GRAFŮ SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK PŘÍLOHY..78 6

7 1. ÚVOD Kontaktní čočky představují moderní a oblíbenou korekční pomůcku refrakčních vad. Díky intenzivnímu výzkumu a vývoji můžeme dnes kontaktní čočky použít nejen ke korekci refrakčních vad, ale i jako krycí čočky v terapii a z kosmetických důvodů. Moderní kontaktní čočky také přinesly možnost použití i u pacientů, u kterých dříve nebylo možné o kontaktních čočkách ani uvažovat. Čočky se dnes užívají nejen pro korekci běžných sférických vad, ale i astigmatismu, presbyopie, vysokých refrakčních vad, anizometropie a dalších problémů. Dá se říct, že neexistuje věková skupina, které by nebylo možné kontaktní čočky nabídnout. V dnešní době je na trhu velké množství materiálů a typů kontaktních čoček, na zkušenostech aplikátora je potom volba správné čočky pro konkrétního klienta. Každý kontaktolog by proto měl znát vlastnosti jednotlivých typů, mít přehled o nabídce trhu a sledovat novinky. Tato práce by měla přinést základní přehled o materiálech používaných v současné době pro výrobu měkkých kontaktních čoček. Vlastnosti a charakteristika měkkých kontaktních čoček je v mnoha ohledech určená složením a strukturou vlastního materiálu. Současné produkty na trhu měkkých čoček lze podle použitého materiálu dělit na hydrogelové a silikonhydrogelové. Hydrogelové čočky mají svou dlouholetou tradici a oblíbenost u nositelů. Přesto komplikace s nimi spojené, především díky nízké propustnosti pro kyslík a následné hypoxii rohovky, vedly k postupnému snižování tolerance u některých nositelů a tito byli nuceni přestat kontaktní čočky nosit. Silikonhydrogelové čočky se na trhu objevily jako zázrak, neboť byly prezentovány jako čočky, které k rohovce propouští několikanásobné množství kyslíku a navíc je možné v některých typech i přespat. I přes tyto zázračné vlastnosti byly postupně zjišťovány komplikace, které jejich nošení přináší. Cílem mé práce je porovnat vlastnosti těchto materiálů, jejich přednosti a nedostatky, v závěru práce jsou zmíněné i komplikace, které nošení kontaktních čoček může způsobovat. V praktické části jsem se zaměřila na problematiku změny typu čoček z hydrogelových na silikonhydrogelové u dlouhodobých nositelů. 7

8 2. HISTORIE VÝVOJE KONTAKTNÍCH ČOČEK 2.1. Počátky kontaktologie Snaha o korekci špatného vidění je velmi stará a již od počátků se objevují myšlenky na změnu optického systému oka přiložením další optické adice přímo na rohovku. V počátečním vývoji a v prvních pokusech o kontaktní korekci byl největší problém, jak dosáhnout dostatečné doby nošení. Dosažení prakticky použitelné snášenlivosti nasazené čočky se tak stalo klíčovým problémem a teprve jeho vyřešení mohlo být začátkem skutečné kontaktologie a startovní čarou vývoje moderních kontaktních čoček. Šlo nejen o zavedení vhodného materiálu pro čočky, ale také o vývoj lepšího designu čočky, který umožní dobře kopírovat přední plochu oka bez dráždění a zároveň bude po její zevní ploše možný volný, bezproblémový pohyb tarzální spojivky víček. První zmínky a možnosti korekce refrakčních vad optickým systémem je možno vysledovat již v některých pracích Leonarda da Vinciho ( ). Stejnou myšlenku korekce později zopakoval René Descartes v 17. století. Thomas Young ( ) popsal systém nazývaný hydrodiaskop, což je malá čočka na konci asi 6 mm dlouhého tubusu naplněného vodou a přiloženého na oko. Termín kontaktní čočka poprvé použil Adolf Eugen Fick (1888) z Zürichu, který na základě odlitku rohovky navrhl sklerální kontaktní čočku. Ve stejném roce oftalmolog Jean Baptista Kalt vytvořil rohovkovou skleněnou čočku. Některé vědecké práce vznikaly ve stejné době, mnozí vědci pracovali na stejném problému. U všech těchto typů čoček, které byly vyrobeny ze skla se udávala špatná snášenlivost. Bylo zřejmé, že příčinou nebyl jen materiál nebo velikost čoček, ale i nevhodně volený tvar způsobený malými znalostmi předního segmentu oka. V roce 1928 Carl Zeis (Jena) představil první zkušební sadu, která obsahovala kontaktní čočky s různými poloměry křivosti a různými sklerálními částmi. Již na přelomu 18. a 19. století se prováděly pokusy vyrobit čočku z umělé hmoty a eliminovat tak nevhodné vlastnosti skla. Toho bylo dosaženo v roce 1936, kdy byl vynalezen polymetylmetakrylát PMMA a už o 4 roky se objevily kontaktní čočky z tohoto materiálu. O tom, kdo vyrobil čočku z PMMA jako první se vedou spory. 8

9 Už ve 40. letech Bier v Anglii rozpoznal důležitost slzného filmu pro snášenlivost tím, že vytvořil v čočce otvory v limbální části. Od 50. let následovalo rozšíření používání kontaktních čoček také v návaznost na vývoj přístrojového vybavení. Roku 1953 byla založena společnost International Society of Contact Lenses Specialist a tím začíná spolupráce očních lékařů, techniků, očních optiků a aplikátorů kontaktních čoček Moderní kontaktní čočky Skutečným přelomem a revolucí ve vývoji kontaktních čoček se stává rok 1956, kdy profesor Otto Wichterle (Obr.1) a Drahoslav Lím poprvé publikovali svoji první práci o hydrofilních gelech a v roce 1960 o jejich použití v biomedicíncké oblasti. Oba pracovali v Chemicko-technologickém ústavu ČSAV v Praze. Obr.1: Profesor Otto Wichterle Vyvinuli stabilní transparentní gel HEMA-hydroxyetylmetakrylát (Obr.2), který byl původně vyvíjen jako materiál pro mamární protézy. První čočky vyrobené z HEMA použili sami na sobě v roce V roce 1961 spolu s dr. Dreifusem publikovali svůj příspěvek k problematice kontaktních čoček v Československé oftalmologii. Ve stejném roce profesor Wichterle sestavil pomocí dětské kovové stavebnice Merkur prototyp odlévacího zařízení, na kterém odlil první čočky, které nedráždily oko. Už před více než 50-ti lety profesor Wichterle zformuloval požadavky na materiál, který by měl mít ve vztahu k živé tkáni optimální vlastnosti, tj. měl by mít podobnou elasticitu jako daná tkáň, měl by propouštět vodu a měl by být chemicky i biologicky stabilní. 9

10 V roce 1961 byly kontaktní čočky z poly(2-hydroxyetymetakrylátu) HEMA patentovány. Byla odstartována éra masivního rozšíření kontaktních čoček mezi uživatele. Rovněž byla otevřena cesta rozsáhlému výzkumu a vývoji, který umožnil zkvalitnění materiálů, designů, způsobů výroby a dalších činností spojených s aplikací, výrobou a vývojem kontaktních čoček. Tehdejší komunistická vláda však nedocenila význam tohoto objevu a proto byl tento patent r prodán americké společnosti Bausch & Lomb, která přišla na trh s výrobou měkkých hydrogelových kontaktních čoček a v 80. letech s čočkami ze silikonu. Původní Wichterlova HEMA se pak na dlouhá léta stala základním materiálem pro výrobu a vývoj kontaktních čoček a většina materiálů byla jako různé kopolymery odvozena od základní HEMA. Obr.2: Strukturální vzorec HEMA Další vývoj kontaktních čoček tak mohl být nasměrován k co nejlepší toleranci kontaktní čočky, která by pokrývala oko celý den, a čočky se tak mohly stát plnohodnotným prostředkem korekce ametropií. K vývoji samozřejmě přispěl i rozvoj výrobních technologií a designů čoček, který umožnil mnohem lepší interakci čočky s přední plochou oka a dokonalejší repliky jednotlivých kusů. Objevem hydrogelu, propustného pro kyslík, bylo možné prodlužovat dobu nošení a relativní pohodlí oka při nasazené čočce, a to vedlo k prvním pokusům o kontinuální nošení. V roce 1981 dává FDA souhlas pro dvoutýdenní prodloužené nošení kontaktních čoček firmy Cooper Permalens a Hydrocurve. V osmdesátých letech minulého století bylo kontinuální nošení zvláště v USA a Austrálii na vrcholu popularity, ale zároveň se začaly objevovat první zprávy o komplikacích při tomto režimu. Byla publikována řada prací, která uváděla komplikace především na povrchu rohovky, které vedly k ústupu tohoto režimu. Podle průzkumů Efrona sehrála významnou roli také vysoká incidence nevředových komplikací, které vedly k výraznému diskomfortu v průběhu nošení. 10

11 Především chronická hypoxie vedla k řadě problémů, které působily nejen obtíže ve smyslu subjektivního nepohodlí po delší době aplikace, ale vznikaly i další objektivní následky hypoxie, které hrozily pozdějšími problémy. V roce 1989 došlo v USA na základě studií, ukazujících, že riziko rohovkového vředu je v režimu prodlouženého nošení mnohem větší než v režimu denního nošení, ke změně schválení ze 30 dnů a nocí na 7 dnů a 6 nocí prodlouženého nošení. Kontaktologové začali doporučovat spíše denní, případně flexibilní způsob nošení. Od počátku 90. let jsou na trh uváděny kontaktní čočky pro plánovanou výměnu. Později se objevují i speciální kontaktní čočky a to především barevné, tórické, multifokální a jednodenní. O prodloužený režim nošení byl však stále zájem a proto byla neustále vyvíjena snaha vyrobit materiál, který by tento způsob nošení učinil dostupnějším a zdravějším Nástup nové generace Při hledání nových materiálů se vědělo o výborných vlastnostech silikonu a to především o jeho výjimečné propustnosti pro kyslík, která mnohonásobně převyšuje tuto hodnotu u hydrogelu. Zároveň se však řešil největší nedostatek tohoto materiálu jeho nesmáčivost. Cílem všech snažení se tedy v této době stalo hledání způsobu, jak vynikající vlastnosti známých materiálů spojit do jednoho. Toto úsilí se však po dlouhá léta dalo přirovnat ke snaze o sloučení vody a oleje. Úsilí bylo však korunováno úspěchem. Nový revoluční materiál byl představen v roce 1998 a s kontaktními čočkami zhotovenými z tohoto materiálu přišla firma Bausch & Lomb v roce 2000 i na náš trh. K docílení dobré smáčivosti povrchu čočky ze silikonu zde bylo použito plazmatické oxidace. Kontaktní čočky s názvem Pure Vision spojují vysokou propustnost pro kyslík charakteristickou pro silikon s vysokou transportní kapacitou pro tekutiny a dokonale smáčivým povrchem povrchem hydrogelu. Tato čočka navíc dostala schválení k prodlouženému režimu nošení a to na 30 dnů a 29 nocí. Jako další přišla na trh kontaktní čočka Focus Night & Day (nyní Air Optix Night & Day) firmy Ciba Vision, která byla v roce 2001 rovněž schválena pro prodloužené nošení. Další generaci tvoří čočky pro flexibilní nošení Air Optix (Ciba Vision) a Acuvue Oasys (Johnson & Johnson Vision Care) a čočka pro denní nošení Acuvue Advance with Hydraclear (Johnson & Johnson Vision Care). Nejnovějším objevem na českém trhu je kontaktní čočka Biofinity (Cooper Vision). 11

12 3. MATERIÁLY POUŽÍVANÉ V SOUČASNÉ DOBĚ 3.1. Vlastnosti materiálů kontaktních čoček V této kapitole jsou uvedeny vlastnosti kontaktních čoček, nejprve obecné, které musí splňovat materiál, který je v kontaktu s živou tkání, a potom jsou zde uvedeny vlastnosti specifické, které jsou charakteristické pro daný materiál a podstatné pro aplikaci kontaktní čočky z tohoto materiálu Obecné vlastnosti materiálu Materiály, které mohou být používány pro výrobu kontaktních čoček, musí splňovat požadavky dobré opracovatelnosti. Technologie výrobního procesu má zajišťovat kvalitu, standardnost a plnou reprodukovatelnost parametrů. Přitom musí zůstat zachovány mechanické a chemické vlastnosti jako je tvarová stálost, pevnost, pružnost, elasticita a viskozita. Požadavek biologické inertnosti, tedy že materiál do svého okolí nepředává žádnou migrující složku, je přísně testován klinickými testy i na živých tkáních. Vlastnosti, jako snášenlivost, malá dispozice k ukládání depozit a požadavky na snadnou údržbu, by měly být samozřejmě takové, aby nenarušovaly fyziologii oka, cirkulaci slz a zásobování rohovky kyslíkem za současného neporušeného odvodu zplodin metabolismu. Materiál by měl být transparentní, neovlivňován světlem, kolísáním ph slz, efektem hydratace a dehydratace v intervalech mezi jednotlivými mrknutími a v průběhu celého nošení. Propustnost pro světlo má být nezávisle na středové tloušťce nejméně 85%, tedy ztráty způsobené absorpcí, reflexí samotného materiálu či způsobené usazeninami mohou být maximálně 15% Propustnost pro kyslík Během nošení kontaktní čočky je přenos kyslíku přes čočku přímo odpovědný za okysličování rohovky. Přenos kyslíku do centrální a přední části rohovky je nejdůležitější. Periferie rohovky může získávat kyslík z lokální vaskulární pleteně, zatímco hlubší vrstvy přijímají kyslík z komorové tekutiny. Centrální část rohovky je 12

13 nicméně závislá na atmosférickém kyslíku. Propustnost pro kyslík, která je charakteristická pro každou kontaktní čočku, má tedy značný význam. Pro měření transportních vlastností kontaktních čoček se nejčastěji používá polarografická metoda, která byla pro charakterizaci kontaktních čoček zařazena do norem Evropské unie (Fattova metoda). V literatuře či propagačních materiálech výrobců publikované hodnoty transportních vlastností kontaktních čoček jsou udávané jako hodnoty Dk nebo Dk/t. Jednotlivé hodnoty jsou charakteristikami jak samotného materiálu, tak jednotlivé čočky Permeabilita Permeabilita Dk, je vlastnost materiálu složená z difuzitivy (D), kterou lze charakterizovat jako snadnost pohybu rozpuštěné nízkomolekulární látky materiálem, a solubility (k), což je množství plynu v materiálu. Je to kvantitativní veličina, popisující schopnost materiálu propouštět kyslík a označuje se jako difúzní koeficient Dk. Difúzní koeficient je obecně definován 1. a 2. Fickovým zákonem difúze, které velmi zjednodušeně říkají, že množství láky přenesené přes membránu závisí na koncentračním spádu molekul. Při jednosměrné difúzi existuje úměrnost mezi množstvím přenášené složky a jejím koncentračním spádem. Pro biokompatibilní materiály, tedy i pro kontaktní čočky, porovnáváme permeabilitu materiálu s permeabilitou vody stanovenou stejným způsobem. Rozhodujícím faktorem pro difuzivitu hydrogelu je obsah vody v gelu, protože samotný polymer je pro plyny nepropustný. Pro vodu je Dk = 94 x 10-11, měřeno při 35 o C (podle norem ISO pro vztažnou teplotu na povrchu oka pro kontaktní čočky). MATERIÁL Dk [barrer] standardní hydrogely HEMA (obsah vody 40%) 8 hydrogely (s obsahem vody 55% 70% 80%) materiály pro RGP čočky silikony silikonhydrogely Tabulka 1: Hodnoty Dk pro různé materiály 13

14 Transmisibilita Pro vyjádření prostupu kyslíku kontaktní čočkou (obecně vrstvou materiálu) se používá poměr Dk/t, nazývaný transmisibilita, tedy průnik přesnou vrstvou materiálu (hodnota t). Hodnoty průniku kyslíku vyjadřujeme ve Fattových jednotkách: fatt (barrer):10-11 (cm 2 mlo 2 s -1 ml -1 mm Hg -1, nebo v jednotkách ISO: (cm 2 mlo 2 s -1 ml - 1 hpa -1 ) (barrer x 0,75), které se však používají méně. Dk/t je vlastnost konkrétní čočky. Tyto hodnoty jsou závislé na teplotě a udávají se při teplotě povrchu oka, která je 35 o C. Dk/t se podle dohody výrobců udává pro čočku o dioptrické síle -3,00 D v centrální zóně o průměru 6 mm. Proto může být hodnota Dk/t poněkud zavádějící, protože ignoruje jak rozdíly ve středové tloušťce kontaktních čoček a rozdílné dioptrie, tak rozdíly mezi kontaktními čočkami o rozdílných profilech. Tyto rozdíly mají významný vliv na propustnost pro kyslík jak rohovky tak i rohovkového limbu. Porovnání tloušťky profilů některých silikonhydrogelových kontaktních čoček vykazuje značné rozdíly (viz Graf 1). Graf 1: Profil tloušťky kontaktní čočky u různých silikonhydrogelových čoček s optickou mohutností -3,00D 14

15 Konvenční hydrogely Pro konvenční hydrogely je faktorem determinujícím propustnost pro kyslík obsah vody v materiálu. Kyslík dostávající se skrze čočku na povrch oka musí z atmosféry projít skrze vodu uvnitř materiálu. První hydrogelové čočky vyrobené z poly-hydroxymetylmetakrylátu (phema) měly permeabilitu dosahující 7 jednotek. Přidáním monomeru do základního materiálu se zvýšil obsah vody a tím i propustnost pro kyslík. Toho bylo obecně dosaženo přidáním metakrylové kyseliny (MAA) do základního materiálu, což zvýšilo obsah vody původní HEMY s 38% na obsah 50-60% vody. Jinou metodou zvýšení obsahu vody bylo použití vinyl pyrrolidonu nebo jiných hydrofilních monomerů, tím bylo dosaženo až 70% obsahu vody. Nárůst obsahu vody v materiálu způsobí exponenciální nárůst permeability (viz Graf 2). Obsah vody (%) Graf 2: Závislost obsahu vody a permeability u hydrogelových materiálů Kliničtí pracovníci se zajímají především o permeabilitu materiálu kontaktních čoček, nicméně mnohem relevantnější hodnotou je transmisibilita, která bere v úvahu i tloušťku čočky a její skutečný výkon při propouštění kyslíku. Materiály s vysokým obsahem vody (přes 70%) jsou jen vzácně velmi tenké, protože takové čočky by byly obtížné pro výrobu a navíc by takové tenké čočky s vysokým obsahem vody způsobovaly centrální rohovkové barvení epitelu. Mechanismus vzniku tohoto fenoménu není zcela jasný, předpokládá se však, že barvení rohovky je způsobeno lokální dehydratací rohovkového epitelu. V praxi, to znamená pro konvenční hydrogelové čočky středních minusových hodnot, může být transmisibilita tenkých středně hydratovaných čoček pravděpodobně dobrá nebo i lepší než pro tlustší, vysoce hydratované čočky. 15

16 Silikonhydrogelové materiály Polymery obsahující siloxanovou skupinu, tedy silikonhydrogely mají vysokou schopnost propouštět kyslík. Závislost permeability a obsahu vody není stejná jako u tradičních hydrogelů (viz Graf 3). Protože zde je obecný trend snižování obsahu vody spojený s vyšší hodnotou permeability (jako proporcionální zvyšování siloxanových skupin v materiálu), nelze přesně předpovídat jednotlivé parametry. Byly popsány skupiny silikonhydrogelových materiálů, ve kterých je možné přesně předpovědět závislost mezi obsahem vody a permeabilitou. Nicméně, na rozdíl od situace u hydrogelových materiálů, kde jsou všechna materiály z jedné skupiny, silikonhydrogely jsou odvozeny z mnoha různých skupin, což způsobuje, že přesný popis vztahu mezi obsahem vody a ostatními vlastnostmi je značně obtížný. Obsah vody (%) Graf 3 : Závislost obsahu vody a permeability u silikonhydrogelových materiálů 16

17 Oxygen flux Po 30 let byla nejlepším měřítkem k hodnocení propustnosti kyslíku kontaktními čočkami permeabilita kyslíku (Dk) a transmisibilita kyslíku (Dk/t). S uvedením silikonhydrogelových čoček se objevil nový parametr, který lépe popisuje přísun kyslíku rohovce oxygen flux (dostupnost kyslíku rohovce). Permeabilita kyslíku (Dk) je vlastnost materiálu a popisuje množství kyslíku procházející materiálem. Pokud je vzata do úvahy tloušťka materiálu, uvádí se hodnoty transmisibility (Dk/t). Z klinického pohledu je však důležité znát vlastnosti čočky vzhledem k jejímu působení na fyziologii povrchu oka. Vzhledem k tomu potřebují klinici znát aktuální množství kyslíku, které se dostává k povrchu rohovky (oxygen flux). Oxygen flux popisuje množství kyslíku dosahujícího jednotkové plochy povrchu rohovky za jednotku času. S nárůstem Dk narůstá víceméně proporcionálně i oxygen flux, ale pouze do určité hodnoty (viz Graf 4 a Tabulka 2). Za touto hodnotou již oxygen flux roste nevýrazně, i když se podstatně zvyšuje hodnota Dk. Graf 4 :Závislost hodnoty oxygen flux na permeabilitě kyslíku pro průměrné tloušťky čoček při otevřených a zavřených očích 17

18 To znamená, že pro měkké čočky vyrobené z hydrogelů, jejichž hodnoty Dk jsou většinou pod 30, platí, že změny permeability jsou spojeny s relativně velkými změnami dostupnosti kyslíku rohovce a to na otevřeném i zavřeném oku. To je důvodem, proč je pro tyto čočky hodnota transmisibility vhodnou možností, jak posoudit, zda je kyslík rohovce dostatečně dostupný, protože zde existuje přibližně lineární závislost. To již neplatí u silikonhydrogelů, které nabízejí výrazný nárůst transmisibility kyslíku. Za určitou prahovou hodnotou již množství kyslíku difundujícího nasazenou kontaktní čočkou nenarůstá lineárně s rostoucí hodnotou Dk. Materiály dosahující teoreticky hodnot Dk 500 nebo 1000 již neumožní dodat rohovce více kyslíku než současné silikonhydrogely. Vzhledem k tomu hodnoty Dk nebo Dk/t již nemají v éře silikonhydrogelů takový význam pro stav rohovky. Fyziologicky relevantní hodnotou popisující chování kyslíku se stává oxygen flux dostupnost kyslíku rohovce. Dk Oxygen flux Okysličení rohovky Oko bez KČ -- 7,54 100% Silikonhydrogel 110 7,37 98% Silikonhydrogel 86 7,31 97% HEMA 26 6,65 88% PMMA 7,5 3,95 52% Tabulka 2: Hodnoty Dk a oxygen flux pro různé materiály Ve snaze odhadnout kvantitativně množství kyslíku, které se skutečně k rohovce dostane určitou plochou za určitý čas (oxygen flux), a vyhodnotit vliv kyslíku spotřebovaného rohovkou na proudění kyslíku během nošení kontaktních vymodelovali Hill a Fatt s pomocí Fickova zákona difúze rozdělení kyslíku napříč rohovkou. Fickův zákon difúze aplikovaný na kontaktní čočky zní: j = Dk/t x (P 1 P 0 ) j....přísun kyslíku P 1 tlak kyslíku v atmosféře P 0.tlak kyslíku za kontaktní čočkou 18

19 Měření tlaku kyslíku za kontaktní čočkou je obtížné. Hamano toho dosáhl pomocí tenké kyslíkové sondy, Bonnano použil fosforeskující barvivo citlivé na kyslík. Hill měřil tuto hodnotu pomocí evokovaného kyslíkového procenta, které získal sejmutím kontaktní čočky z oka a okamžitým změřením hodnoty kyslíku, který rohovka spotřebovala. Brennan navrhoval, aby hodnotu Dk/t nahradila celková hodnota kyslíku, který rohovka spotřebovala, a přísun oxygen flux se stal pro kontaktology hlavním měřítkem porovnání propustnosti různých materiálů kontaktních čoček, protože lépe odráží rohovkový metabolismus během nošení kontaktních čoček. Přesto, že vyvstávají obtíže vzhledem k teoretické povaze výpočtů a také proto, že je spoléháno na rozličné předpoklady a je počítáno s neměřitelnými variantami podmínek prostředí během denního cyklu nositele. Hlavním problémem je, že oxygen flux se vypočítává jako entita na základě jistého souboru předpokladů, které původní Brennanův model zahrnul do předpokladů spojených s tím, kolik rohovka spotřebuje kyslíku (15 jednotek pro denní nošení a 50 jednotek pro prodloužené nošení). Tato spotřeba se však liší v závislosti na okolních hladinách atmosférického kyslíku, rohovkovém ph, teplotě, fyzikálním tlaku a počtu buněk. Problémy, které vznikají tím, že používáme model přísunu kyslíku, abychom odhadli celkový stav rohovky, jsou: 1) náchylnost předpokládat modelové podmínky a 2) předpoklad, že shodná hodnota oxygen flux znamená stejné důsledky pro dobrý stav rohovky Modul pružnosti Rozšířené používání silikonhydrogelových čoček přitáhlo pozornost k mechanickým vlastnostem materiálů kontaktních čoček a očním komplikacím, které jsou výsledkem jejich tuhosti, tedy menší flexibility čoček. Pro nositele kontaktních čoček existují dvě hlavní vlastnosti, které musí jejich čočky splňovat: komfort a dobré vidění. Komfortu je dosaženo flexibilní kontaktní čočkou, která se rozprostírá po celé rohovce a má minimální kontakt s víčky během mrkání. Ale vysoký stupeň flexibility může být nevýhodou, když má být splněna podmínka optimálního vidění. Optický výkon čočky se signifikantně zlepší, když dokáže vykompenzovat rohovkový astigmatismus. Toho lze dosáhnout zvýšením tuhosti nebo rigidity, ale za cenu zhoršení počátečního komfortu. 19

20 Ulehčení výroby kontaktních čoček, dále zajištění spolehlivého dodržení parametrů a rozměrová stabilita budou ovlivněny charakteristikou mechanických vlastností materiálu kontaktních čoček. K plnému porozumění mechanických vlastností materiálu kontaktních čoček je nutné definovat některé používané termíny. Existuje mnoho termínů, které mohou být použity k popisu mechanických vlastností kteréhokoli materiálu. Tyto termíny popisují různé druhy mechanických vlastností a reakcí materiálu na působení vnějších sil. Síla (stress): zátěž je síla na jednotku plochy potřebná ke změně tvaru pevného tělesa. Je počítán z následující rovnice: stress = F/A, kde F je síla působící na vzorek, a A je plocha příčného průřezu vzorku Napětí (strain): termín je užívaný k popisu deformace, která vznikla u testovaného vzorku. Může být měřena jako procentuální změna délky a délky původního vzorku v daném bodě: koeficient elongace = (L-Lo /Lo) x 100%, kde L je délka vzorku po testu a Lo je původní délka vzorku. Modulus pak popisuje, jak je materiál rezistentní vůči deformacím. Materiál s vysokým modulem je tužší a má větší odolnost vůči deformaci. Modulus je definován jako síla na jednotku plochu potřebná k deformaci nebo jinými slovy poměr síly a napětí: modulus = síla/napětí (modulus =stress /strain) Je několik různých typů modulu, které mohou být měřeny. Elastický nebo Youngův modul pružnosti je hodnota nejčastěji používaná v souvislosti s kontaktními čočkami. Určuje, jak moc je materiál odolný vůči deformaci v tahu a při napínání. Je důležité říci, že modulus je více záležitostí materiálu než kontaktní čočky. Tloušťka a geometrie čočky mají vliv na mechanické vlastnosti čočky. Silnější čočka vyrobená z materiálu s nízkým modulem může být považována za relativně nepružnou a tuhou. Tenčí čočka z materiálu s nízkým modulem se rovnoměrně rozprostře po rohovce s minimální interakcí s víčky. Toto dovoluje aplikovat čočky s menší závislostí na parametrech čoček. Pacientům to přináší pocit počátečního komfortu. Je zde nižší incidence mechanicky indukovaných očních komplikací. Nicméně nízký modulus znamená, že materiál je méně odolný při manipulaci a má kratší trvanlivost. 20

21 Obecné mechanické vlastnosti konvenčních hydrogelových čoček jsou ovlivňovány obsahem vody, materiály s nižším obsahem vody vykazují větší pevnost a vyšší modulus než materiály s vyšším obsahem vody. Obsah vody konvenčních hydrogelových materiálů rovněž ovlivňuje propustnost pro kyslík. Je tedy žádoucí nalézt hydrogel s vyváženou propustností pro kyslík a mechanickými vlastnostmi. Chemická struktura hydrogelového polymeru může tedy hrát významnou roli v ovlivňování mechanických vlastností finálního materiálu. Může to být ukázáno na příkladu kloubní chrupavky, která přirozeně obsahuje hydrogelové kompozity. Chrupavka má pevnost v tahu mnohem větší než phema, ale dokonce má i mnohem vyšší obsah vody kolem 80%. Vývoj hydrogelových materiálů s vyváženou propustností a mechanickými vlastnostmi je soustředěn na výzkum různých kombinací monomerů a efektivní hustotu zesítění výsledného materiálu zahrnující nejen kovalentní vazbu, ale také iontovou, polární vazbu a prostorové interakce mezi postranními skupinami hlavního polymerního řetězce. To umožňuje produkovat vysocehydratované čočky s nízkým modulem a přijatelnými vlastnostmi při manipulaci. Nástupem silikonhydrogelových materiálů a jejich nynější rozšířené používání v kontaktologické praxi zvedlo novou vlnu zájmu o mechanické vlastnosti materiálů měkkých kontaktních čoček. První generace silikohydrogelových materiálů: balafilcon A (Pure Vision, Bausch & Lomb) a lotrafilcon A (Air Optix Night & Day, CIBA Vision) má mnohem vyšší modulus než konvenční hydrogelové materiály. To znamená čočky, které se chovají jinak než předchozí hydrogely. Materiály s vyšším relativním obsahem silikonu mají vyšší permeabilitu. Vyšší obsah silikonu tedy znamená nižší obsah vody, což obecně znamená materiál s vyšším modulem. Jako u konvenčních hydrogelů, struktura polymeru ovlivňuje modulus materiálu. Použití rozvětvených makromerů při polymerizačním procesu rozhodlo o zvýšení hustoty zesítění finálního polymeru. U materiálů s vyšší hustotou zesítění je větší pravděpodobnost vyššího modulu materiálu. Uvedení druhé generace silikonhydrogelových materiálů, galyfilconu A (Acuvue Advance, Johnson & Johnson), senofilconu A (Acuvue Oasys, Johnson & Johnson) a lotrafilconu B (Air Optix, CIBA Vision) znamenalo příchod silikonhydrogelových materiálů s nízkým modulem. Galyfilcon A a senofilcon A mají nižší modulus, než první generace silikonhydrogelů. Toho bylo dosaženo nízkým obsahem silikonu a začleněním vnitřního zvlhčujícího činidla Hydraclear, založeným na polyvinylpyrrolidonu. Tyto dlouhé řetězce s vysokou molekulární hmotností jsou 21

22 extrémně flexibilní, když jsou plně hydratované a se zvyšováním obsahu vody v materiálu se snižuje jejich modulus. V nedávné době přišel Cooper Vision na trh s materiálem comfilcon A (Biofinity), které je zajímavý tím, že má vysokou permeabilitu, přestože má relativně vysoký obsah vody. Výhodou vysokého obsahu vody je, že materiál má nižší modulus než první generace silikonhydrogelů, ale bez snížení propustnosti pro kyslík. Nejnovějším trendem při vývoji materiálů je použití nové stavby makromerů tak, aby se redukoval modulus na úroveň blízkou konvenčním hydrogelům. Nevětvené makromery redukují hustotu zesítění a unikátní zakončení terminální skupiny v polymerním řetězci je další možnou modifikací. MATERIÁL Obchodní název Obsah vody MODULUS Dk [%] [MPa] PMMA ,1 ~ 2000 Lotrafilcon A Air Optix Night & Day Lotrafilcon B Air Optix Comfilcon A Biofinity ,80 Senofilcon A Acuvue Oasys ,72 HEMA ,5 0,50 Omafilcon A Proclear ,49 Galyfilcon A Acuvue Advance ,43 Tabulka 3: Modul pružnosti pro různé materiály Klinické důsledky zvýšení modulu materiálu Zvýšení modulu činí materiály odolnějšími a manipulace s nimi je jednodušší. Ale počáteční komfort z kontaktní čočky může být snížen a někteří pacienti ji mohou více vnímat. Aplikace těchto čoček může být více problematická než u konvenčních materiálu měkkých čoček. U čočky s vyšším modulem pružnosti je méně pravděpodobné, že se přizpůsobí zakřivení oka a tak je potřeba, aby zadní optická plocha čočky byla svým zakřivením více podobná zakřivení rohovky. Při volné aplikaci čočka s vyšším modulem nemusí dostatečně přilnout k rohovce a může to vést k odstávání okrajů od rohovky tzv. fluting (viz Obr. 3). Fluting může mít za následek pacientův diskomfort a může také vést k poškození očního povrchu. 22

23 U těchto materiálů, zvláště při nošení v prodlouženém režimu, se vyskytují i další oční komplikace, které jsou výsledkem mechanického dráždění, jako horní epiteliální arkuátní léze (SEALs), kontaktní čočkou indukovaná papilární konjunktivitida a produkce typických usazenin mucin balls (viz kap. 4.5.). Obr. 3: Fluting odstávání okrajů čočky od rohovky (vlevo v bílém světle, vpravo obarvené fluoresceinem) Zatímco v literatuře jsou uváděny především vlastnosti povrchu kontaktních čoček a propustnost pro kyslík, nesmí být zapomínáno na mechanické vlastnosti čoček, které ovlivňují úspěch nebo neúspěch aplikace. Vliv modulu na oční komplikace by měl být zvažován, když je čočka vybírána nebo při převádění pacientů na jiný typ čoček. Zvýšené používání silikonhydrogelových čoček s vyšším modulem pro prodloužené nošení může znamenat zvýšení očních komplikací následné péči, ačkoliv vývoj silikonhydrogelových čoček je zaměřen na snižování modulu, zatímco výborná propustnost pro kyslík zůstane zachována Smáčivost povrchu Dobrá smáčivost povrchu kontaktní čočky je dalším důležitým předpokladem pro vysoký komfort používání a snášenlivost. Dosáhnout dostatečné smáčivosti materiálu a tím potřebného skluzu kontaktní čočky na oku je problematické zejména u kontaktních čoček vyrobených z hydrofobních materiálů. Hydrofobní charakter silikonu právě zde působí velké potíže. Do těchto materiálů je nutné zapracovat hydrofilní komponenty nebo chemicky modifikovat povrch kontaktní čočky takovým způsobem, aby byla absorbována nepatrná vrstvička vody. 23

24 V laboratorních podmínkách se úhel smáčivosti (kontaktní úhel) určuje kapkovou metodou. Na čistý povrch materiálu se nanese kapka fyziologického roztoku a stanovuje se úhel, který svírá okraj kapky s povrchem v místě dotyku. Kontaktní úhel 180 o znamená, že kapka vody, resp. slzného filmu vytvoří na povrchu kontaktní čočky kuličku, u kontaktního úhlu 0 o se kapka rozprostře rovnoměrně po ploše. U prvních, nízce hydratovaných silikon hydrogelů byl tento úhel přes 90 o, tedy vodní kapky nerozlévaly po povrchu čočky, úhel u čoček vyrobených z klasického PMMA je až 60 o. Nejnovější silikonhydrogelové materiály pro výrobu kontaktních čoček mají vykazují kontaktní úhel kolem 30 o (Biofinity Cooper Vision) Usazování depozit Mezi nejčastější typy nežádoucích usazenin na povrchu kontaktních čoček patří proteinová a lipidová depozita. Zda dojde k usazení depozit záleží na kvalitě povrchu kontaktní čočky a na úrovni následné péče, dále na obsahu vody, povrchovém náboji a režimu nošení Bílkovinné usazeniny Bílkoviny tvoří podstatnou součást lidského slzného filmu. Pokud jsou kontaktní čočky na oku, jsou v přímém kontaktu se slzami a jejich substancemi. Ve vodnaté části slzného filmu můžeme nalézt velké množství bílkovin. V největším množství a nejčastěji nalézáme enzym lysozym který můžeme nalézt i v mnoha dalších tkáních a sekretech lidského těla. Skládá se ze 129 aminokyselin a vykazuje pozitivní náboj. Má schopnost štěpit buněčnou membránu bakterií a je důležitým ochranným nástrojem slz. V slzách nalézáme i další proteiny globuliny, lactoferin a lysin, které hrají důležitou roli v imunitním a ochranném systému oka. Je tedy přirozené, že se na kontaktních čočkách objevují usazeniny bílkovin, a to jak na moderních, tvarově stabilních, tak na měkkých kontaktních čočkách. Ty pak mohou být příčinou subjektivních potíží a snížením propustnosti pro kyslík se zhorší zásobení oka kyslíkem. Následkem je pak edém rohovky a vaskularizace rohovkového limbu. Pouhým okem můžeme bílkovinné usazeniny na čočce v počátečním stádiu jen těžko rozpoznat, mohou však již být příčinou subjektivních potíží. Nositelé kontaktních čoček si potom stěžují na sucho, škrábání a pálení očí, pocit cizího tělíska, začervenání očí a zhoršení zrakové ostrosti. 24

25 Usazeniny bílkovin se mohou stát alergeny a zapříčinit vznik gigantopapilární konjunktivitidy na tarzu horního víčka. Ta vzniká často z nedostatečné hygieny a jedině pravidelným odstraňováním nánosu můžeme zmenšit riziko jejího vzniku. Makroskopicky se nám bílkovinné usazeniny jeví jako souvislý, bělavě až mléčně zbarvený povlak, mikroskopicky jako veliké, válcovité struktury. Bílkovinné usazeniny, tedy vazby, kterými jsou vázané, bývají silnější především u ionogenních materiálů (obsahují elektricky nabité částice) a u čoček s vyšším obsahem vody Lipidy Stejně tak jako bílkovinné usazeniny, představují i lipidová deposita (Obr. 4) na kontaktních čočkách problémem. Vazba polárních lipidů na povrch hydrogelového materiálu zapříčiní nerovnoměrné rozprostření slzného filmu na povrchu kontaktní čočky, což vede k postupnému odpařování slzného filmu před čočkou, dehydrataci kontaktní čočky a pocitům suchých očí. Lipidy mohou pocházet z různých zdrojů. Příkladem vnějších zdrojů jsou kosmetické přípravky, typickým zdrojem však bývá abnormální sekret Meibomských žláz, další příčinou může být forma suchého oka či nedostatečné a málo časté mrkání. Pokud je zmenšený objem vodné složky slz, dochází k vyšší koncentraci odpadních produktů. Lipidy mají tendenci se ukládat na neionizované materiály ve větší míře než na ionizované. Materiály silikonhydrogelových čoček jsou neionogenní, proto jsou tyto materiály náchylnější k usazování lipidových depozit. Je to dáno hydrofobním charakterem silikonu. Pokud vznikají na povrchu čoček nesmáčivé ostrůvky silikonu, lipidová depozita se na ně snadno vážou. Obr. 4: Lipidová depozita 25

26 3.2. Design kontaktních čoček Pro snášenlivost, manipulaci a bezpečné nošení kontaktních čoček je velmi důležitý materiál, ze kterého je kontaktní čočka vyrobena. Ale nejsou to jen jeho kvality a propustnost pro kyslík, které limitují použitelnost kontaktní čočky, ale také její interakce s povrchem oka, s tarzální spojivkou, a to, kde a jak se o přední segment opírá a jak se po něm pohybuje, tvoří základ kvality kontaktní čočky. Jak bylo již výše řečeno, je cílem nejen chemiků v oblasti materiálů, ale i designérů v oblasti konstrukce čoček, dosáhnout takové kontaktní čočky, která bude minimálně omezovat přísun kyslíku k rohovce a zároveň bude dokonale, bez nežádoucích tlaků a diskomfortu sedět na předním segmentu oka. Rohovka a spojivka mohou být traumatizovány tlaky přenášenými na přední segment oka v místech, kde je zadní plocha čočky v přímém kontaktu. Přes den, při mrkání, se tyto tlaky díky pohybům víček i exkurzím čočky rozprostírají po celé ploše. V noci, kdy jsou pohyby minimální, se tlakem víček tlak čočky stabilizuje na jedno místo a mohou vzniknout deformace a traumatizace. V konstrukci kontaktních čoček rozlišujeme přední plochu, která obvykle odpovídá za snášenlivost a komfort nošení, a zadní plochu opticky aktivní, která spolu s okrajem odpovídá za to, jak čočka sedí na oku. Konstrukce měkkých hydrogelových kontaktních čoček se od pevných výrazně liší, především proto, že v designu čočky hraje výraznou roli materiál, jehož hydratace kolísá mezi 38-80%. Roli v konstrukci čočky hraje právě hydratace materiálu, modul elasticity a propustnost pro kyslík, ale i transport tekutin a evaporace. Materiálem je ovlivněna především tloušťka čočky, která je pro danou kvalitu materiálu limitujícím faktorem transmisibility. Minimální použitelné centrální tloušťky čoček jsou podle Guillona pro materiály s hydratací 38% 0,035 mm, pro materiály s hydratací 55% 0,055 mm a pro materiály s hydratací 70% 0,1 mm a pro silikonhydrogely 0,04 mm. I když prakticky nelze tyto minimální tloušťky využít, protože příliš tenká čočka má minimální elasticitu a v centrální oblasti se prakticky přilepí na rohovku, čímž se výrazně omezí pohyb čočky po předním segmentu oka. Takže když je u extrémně tenké čočky velmi dobrá transmisibilita pro kyslík, omezením pohybu dojde ke zhoršenému odplavování zplodin metabolismu rohovky slzným filmem pod čočkou. Rovněž se může zhoršit hydratace čočky zvýšenou evaporizací, významnou roli pro pevnost a přilnutí může hrát 26

27 i osmolarita slzného filmu. Je proto nutné najít optimální sílu čočky pro daný materiál a konstrukci. Vzhledem k tomu, že hydrogelová čočka pokrývá celou rohovku musí být konstrukce čočky větší než průměr rohovky o nejméně 0,5 mm, ale protože čočka se musí na oku pohybovat, je nejmenší konstrukce měkké čočky o průměru 13,6 mm, běžně se používají čočky o průměru 14,0 mm pro nízkohydratované a vzhledem k možnosti kolísání obsahu vody, a tím i rozměrů, 14,4 mm pro vysokohydratované. Pohyb čočky závisí na schopnosti víček pohybovat čočkou proti podtlaku pod čočkou, tento pohyb závisí na modulu elasticity materiálu, tloušťce čočky a poloměru zakřivení zadní optické plochy. Tento poloměr křivosti, označovaný anglickým názvem basic curve (BC), je obvykle mezi 8,3-9,0 mm, aby zajistil dobrou aplikaci a dostatečný pohyb. Periferní oblast kontaktní čočky slouží jako kontaktní oblast pro bulbární spojivku, její konstrukce chrání tuto oblast před nadměrným tlakem i nepřiměřeným pohybem čočky. Většinou se skládá z několika křivek, které se směrem k okraji oplošťují a ulehčují konstrukci oblého okraje čočky. Konstrukce periferní křivky může ovlivnit i kvalitu manipulace s čočkou. 27

28 3.3. Materiály hydrogelových kontaktních čoček Měkké hydrofilní kontaktní čočky jsou vyrobeny z hydrofilních polymerů, které mohou do své řídce síťované struktury pojmout přesně definované množství vody. Jednotlivé makromolekuly jsou propojeny chemickými vazbami do prostorové mřížky, která zaručuje tvarovou stálost. V závislosti na obsahu vody zaručují hydrogely propustnost pro nízkomolekulární látky, jako jsou především kyslík a oxid uhličitý, a velmi dobrou biokompatibilitu. Základním materiálem pro výrobu měkkých kontaktních čoček je hydroxyetylmetakrylát HEMA síťovaný maximálně jedním procentem etylendimetakrylátu a dále jeho kopolymery kopolymer vinylpyrrolidonu a glycerylmetakrylátu, které umožňují zvýšit obsah vody, a tím i propustnost kontaktní čočky pro kyslík, z původních 38-40% až na 75-80% vody. Mezi další možné příměsi, které zlepšují vlastnosti základního materiálu jsou: fluorokarbon (zvyšuje propustnost pro kyslík), HBM 2-hydroxybutylmetakrylát (umožňuje navázání vody), MAS - kyselina metakrylová, MHP 3-metoxy-2- hydroxypropylmetakrylát (zvyšuje bobtnavost kontaktních čoček), VA- vinylakrylát (způsobuje plastické zesítění polymerových řetězců), a další. Obsah vody v hydrogelu závisí na velikosti molekulární sítě, ale také na okolním prostředí. Xerogel, tedy vysušený hydrogel, po namočení do vody zbobtná do rovnovážného stavu, ale v závislosti na okolním prostředí může voda z hydrogelu evaporizovat. Tato změna obsahu vody může změnit objem, tvar i optické vlastnosti čočky. V rovnovážném stavu mají hydrogelové čočky index lomu velmi podobný indexu lomu rohovky ( 1,378), standardní HEMA 1,438. V roce 1986 rozdělila americká FDA hydrogelové čočky do čtyř skupin (podle hydratace a elektronegativity povrchu): Skupina I: neionizované polymery s nízkým obsahem vody (38-50%) Skupina II: neionizované polymery s vysokým obsahem vody (51-80%) Skupina III: ionizované polymery s nízkým obsahem vody Skupiny IV: ionizované polymery s vysokým obsahem vody Tabulka 4: Dělení hydrogelových čoček podle FDA Materiály hydrogelových čoček vybraných firem dostupných na českém trhu jsou uvedeny v Příloze I. 28

29 3.4. Materiály silikonhydrogelových kontaktních čoček Dnes se začínají prosazovat na první místa prodeje čočky z nových tzv. hybridních materiálů, které představují ze zdravotního hlediska současně nejbezpečnější materiál, který byl ještě nedávno spíše záležitostí výzkumu a vývoje než výroby a obchodu. Prováděly se pokusy o kombinaci výšebobtnavých materiálů s materiály plynopropustnými, ať už tvrdými či měkkými, a to formou materiálových sendvičů (výsledný materiál je složen z vrstev), kompozitů (částice jednoho materiálu jsou dispergovány v matrici z druhého materiálu), povrchových úprav či konstrukcí s centrální a okrajovou částí z různých materiálů. Vesměs je příprava takových čoček spojena s velkými komplikacemi z hlediska technologického a optického, přičemž výsledný efekt zdaleka neodpovída očekávání. Např. sendviče silikon-hydrogel byly vždy horší, než původní materiály. Silikonhydrogelové materiály jsou opticky homogenní, mají vzájemně propojenou hydrofilní (hydrogelovou) a hydrofobní (silikonovou, resp. fluorosilikonovou) strukturu, dosahují rovnovážné bobtnavosti mezi hmotnostními procenty obsahu vody a mají vysoké hodnoty propustnosti pro kyslík ( x barrer). Tyto čočky se zařazují do kategorie měkkých kontaktních čoček s nižším obsahem vody. Odtud lze odvodit některé jejich vlastnosti propustnost pro vodu a ionty je dostatečná (výjimečná propustnost pro plyny), materiál je mechanicky tužší, díky nezbytné povrchové úpravě čoček je jejich povrch dokonale a stejnoměrně hydrofilní. Materiály silikonhydrogelových čoček dostupných na českém trhu jsou uvedeny v Příloze II První generace (1999) Do první komerčně využívané generace silikon hydrogelových materiálů patří balafilcon A a lotrafilcon A. Společným znakem jsou oddělené silikonové a hydrogelové části materiálu a nutnost povrchových úprav kontaktních čoček. K režimu prodlouženého nošení byly oba typy čoček schváleny FDA v roce Balafilcon A (PureVision) je ionogenní materiál ze III. skupiny FDA. Propojení silikonových a hydrogelových částí umožňuje monomer TRIS. Povrchová úprava plazmatickou oxidací mění neskučivé ostrůvky silikonu na hydrofilní silikát. Lotrafilcon A (Air Optix Night & Day) patří mezi neionogenní materiály z I. skupiny FDA. Základní struktura je tvořena fluorosilikonovými makromery 29

30 a k provázání jednotlivých částí napomáhá monomer TRIS. Povrch čočky je upraven plasmatickým povrchovým povlékáním tenkou vrstvičkou (25nm) hydrogelu Druhá generace (2004, 2005) Lotrafilcon B (Air Optix) využívá obdobnou technologii jako lotrafilcon A, pouze s vyšším výsledným obsahem vody. Kontaktní čočka je tak jemnější, ale s nižší propustností pro kyslík. Povrchová úprava je opět provedena plasmatickým povlékáním. Galyfilcon A (Acuvue Advance with Hydraclear) a senofilcon A (Acuvue Oasys) patří k makromerovým materiálům s vyšším podílem hydrogelu a vnitřním zvlhčujícím činidlem. U galyfilconu A je vnitřním zvlhčujícím činidlem polyvinylpyrolidon (PVP). Pro senofilcon A se používá zvlhčující činidlo na bázi PVP s o 30% vyšší účinností Třetí generace (2006) Materiál comfilcon A (Biofinity) nevyužívá dosavadní postupy TRIS nebo PVP. Je zde použita nová výrobní technologie Aquaform. Propustnost kyslíku zajišťují čistě dlouhé silikonové řetězce (makromery). Kompaktní materiál s pevně vázanou vodou uvnitř materiálové struktury není dodatečně povrchově upravován ani lubrikován Novinka na trhu Air Optix (Ciba Vision) se uvedly na trh jako populární silikonhydrogelové čočky s vysokou transmisibilitou a relativně nízkým modulem. Spolu s dalšími čočkami dostupnými na trhu však omezují využití výhod silikonhydrogelových materiálů především svými parametry, ve kterých jsou nabízeny. Ciba Vision proto přišla s Air Optix Individual. Tím se otevírá realistická alternativa RGP čoček, hydrogelů s nízkým Dk a silikonhydrogelů pro pacienty s vysokou refrakční vadou nebo afakií. Tyto čočky jsou určeny pro denní nošení s 3-měsíční výměnou, která je odlišuje od čoček pro prodloužené nošení s měsíčním intervalem výměny. Indikace pro používání těchto čoček uváděné výrobcem jsou: pro delší denní nošení, pro vyšší ametropie, při okrajových velikost předního segmentu oka, při symptomech nedostatku kyslíku u jiných typů čoček, při potížích s dehydratací u jiných typů čoček, při nevhodných podmínkách pro nošení (klimatizace, práce na PC, ), při potížích s manipulací u jiných typů čoček. 30

31 Air Optix Individual jsou vyrobeny ze sifilconu A s obsahem vody 32% a se světle zeleným manipulačním zabarvením. Čočka má asférickou přední a zadní plochu, která pomáhá udržovat komfort a dobré vidění. Na rozdíl od sériově vyráběných čoček, které jsou lité do formy, vyžadují čočky vyráběné na zákázku větší preciznost, které je dosaženo soustružením. Silikonhydrogelový materiál je obecně pružnější a to neumožňuje jeho obrábění soustružením, Ciba Vision však navrhla sifilcon A tak, aby mohl být opracován tímto způsobem (technologie InnoLathe) s následnou patentovanou modifikací povrchu (Plasmacoating). Proces výroby začíná opracováním blenku sifilconu A soustružením a počítačový program řídí vytvoření individuálních parametrů dané čočky. Asférická základní křivka je vyrobena první, tato semi-finišová čočka je následně obrácena a je opracována přední plocha. Na okraje je použit unikátní design k zajištění většího pohodlí. Čočky jsou nabízeny ve velkém rozsahu optických mohutností: od +20,00 do -20,00 D po 0,25 D kroku a mají širokou nabídku poloměrů křivosti a průměrů čočky (viz Tabulka 5). Kód produktu Poloměr křivosti čočky [mm] Průměr čočky [mm] 7,40; 7,70; 8,00;8,30 13,20 AS2 7,80; 8,10; 8,40, 8,70; 9,00 14,00 AS1 8,00; 8,30; 8,60; 8,90; 9,20 14,80 Tabulka 5: Nabídka poloměrů křivosti a průměrů čočky Air Optix Individual Při individuálních geometriích měkkých kontaktních čoček je výběr průměru rozhodujícím kritériem pro správné sezení a pohyblivost kontaktní čočky. Nejdůležitější proměnnou při výběru čočky je horizontální průměr rohovky (viz Tabulka 6). Horizontální průměr rohovky[mm] Průměr kontaktní čočky[mm] < 11,20 13,20 od 11,20 do 12,00 14,00 > 12,00 14,80 Tabulka 6: Výběr průměru kontaktní čočky Air Optix Individual 31

32 Výběr poloměru křivosti čočky je závislý od centrálního zakřivení rohovky a průměru kontaktní čočky (viz Tabulka 7). Průměr čočky Aritmetický průměr centrálního rohovkového zakřivení [mm] [mm] > 7,95 7,95 7,30 < 7,30 13,20 8,30 8,00 7,70 a 7,40 14,00 9,00 a 8,70 8,40 a 8,10 7,80 14,80 9,20 a 8,90 8,60 a 8,30 8,00 Tabulka 7: Výběr poloměru křivosti kontaktní čočky Air Optix Individual Tyto čočky mají před sebou slibnou budoucnost. Bude možné vytvořit čočky odpovídající požadavkům zdravého nošení pro vysoké astigmatické hodnoty, multifokální tórické čočky a čočky užívané pro korekci dětské afakie. 32

33 4. KOMPLIKACE SPOJENÉ S NOŠENÍM KONTAKTNÍCH ČOČEK V souvislosti s aplikací kontaktních čoček je nutné si uvědomit, že kontaktní čočka představuje vlastně cizí těleso umístěné na povrch oka, které zasahuje a modifikuje přirozené prostředí rohovky a to ve smyslu alterace přívodu kyslíku a živin, odvádění metabolitů, složení slzného filmu a mikroprostředí rohovky a spojivky. Obecné mechanismy rozvoje komplikací při aplikaci kontaktní čočky, která je v přímém kontaktu s povrchem oka a indukuje tak změny, jsou: o přímé traumatizace tkání rohovky o redukce zvlhčování rohovky a spojivky o snížení zásobení rohovky kyslíkem a zhoršené odvádění oxidu uhličitého, narušení rohovkového metabolismu o stimulace alergické a zánětlivé reakce o přenos infekce Tato kapitola bude věnována především komplikacím, které mají souvislost s hypoxií rohovky, tedy snížením zásobením rohovky kyslíkem, a jejími účinky na rohovku Metabolismus rohovky Metabolismus rohovky je závislý na přísunu glukózy a kyslíku Zdroje glukózy Hlavním zdrojem glukózy je komorová voda (90%), zbytek se do rohovky dostává ze slzného filmu a z cév rohovkového limbu, glukózu lze získat také z glykogenu uloženého v epitelu rohovky. Příjem glukózy je zprostředkován aktivním transportním mechanismem endotelu. Energie je potřebná k zabezpečení buněčné funkce a udržení vnitřního prostředí homeostázy. Největší část energie spotřebovává sodíková/draslíková pumpa, která udržuje vysokou koncentraci draslíku a nízkou koncentraci sodíku uvnitř buněk. Tímto způsobem je regulován objem buněk, stejně tak příjem glukózy, aminokyselin a dalších metabolitů. Pro správnou funkci Na+/K+ pumpy je třeba energie ve formě adenosintrifosfátu (ATP). 33

34 Glykogen představuje zásobovací formu pro glukózu a jeho obsah v rohovce je asi 7 % rohovkové sušiny. Je rezervoárem energie, ke které rohovka přistupuje v případě zvýšené potřeby energie jako je tomu při hypoxii rohovky, kdy dojde k čerpání zásob glykogenu v rohovkovém epitelu. Z osmotického hlediska je ukládání glukózy ve formě glykogenu pro rohovku příznivé. Uvolnění molekuly glykogenu znamená v rámci osmózy přísun vody do rohovkového epitelu a zde je rozhodující nikoliv velikost této molekuly, ale počet molekul v epitelu. Velká molekula glykogenu sestávající z mnoha set molekul glukózy má tedy stejnou nasávací schopnost jako jednotlivé molekuly glukózy. Oněch několik stovek molekul glukózy má tedy daleko větší nasávací schopnost vody než molekula glykogenu Příjem kyslíku Metabolismus rohovky závisí na kyslíku přiváděném převážně z atmosféry, v menší míře pak z komorové tekutiny a z limbálních cévních kliček. Množství kyslíku v komorové tekutině (parciální tlak O 2 = 40 mmhg) je, ve srovnání s kyslíkem v slzném filmu (parciální tlak O 2 =155 mmhg), nízké a je spotřebováno endotelovými buňkami částečně také keratocyty stromatu rohovky. Parciální tlak je v endotelu vždy i při zavřených očích a při nasazení kontaktní čočky stejný, 55mm Hg. Z toho vyplývá, že tyto partie jsou na vnějších vlivech nezávislé a že endotel nezná nedostatek kyslíku. (Eventuální změny endotelu v důsledku rohovkové hypoxie jsou sekundární a to v důsledku změn rohovkového epitelu.) Epitel je takřka výhradně zásoben kyslíkem rozpuštěným v slzném filmu. V průběhu spánku nebo při zavřených očích je rohovce dodáván kyslík z dobře vaskularizované spojivky horního víčka. Parciální tlak kyslíku je v tomto případě v slzném filmu stejný jako v krvi, tj. 55 mm Hg. Jestliže je při otevřených očích parciální tlak kyslíku 155 mm Hg, potom proudí do rohovky za 1 hodinu na 1 cm 2 vnější plochy rohovky kolem 5,5 ml kyslíku. Při zavřených očích je to potom jen 3,0 ml kyslíku. Endotel spotřebuje 21%, epitel 40% a stroma 39% z celkových rohovkových nároků na kyslík. Epitel rohovky však spotřebovává kyslík asi 10x rychleji než rohovkové stroma. Nejmenší spotřebu kyslíku má vzhledem ke své tloušťce rohovkové stroma (přestože tvoří 90% rohovkové tkáně), má totiž velmi malé množství buněk. 34

35 Látková výměna rohovky Rohovka získává energii z glukózy (sacharidů) přeměnou adenosin difosfátu (ADP) na energeticky bohatou molekulu adenosin trifosfátu (ATP). Glukóza získaná z komorové tekutiny nebo ze zásob glykogenu v rohovkovém epitelu může být metabolizována anaerobní glykolýzou, čímž vznikají na 1 molekulu glukózy pouze 2 molekuly ATP a dále jako vedlejší produkt laktát, nebo za aerobních podmínek dochází k oxygenaci pyruvátu v energeticky výhodném Krebsově cyklu na vodu, oxid uhličitý a 36 molekul ATP. Třetí metabolickou cestou získání energie je hexózamonofosfátový zkrat, kterým se přeměňuje hexóza na pentózu. Na jednu molekulu glukózy tak lze získat 1 molekulu ATP. Podíl anaerobního procesu je v rohovce daleko větší než cestou aerobní. V endotelu rohovky je cestou anaerobní odbouráváno 70 % a cestou aerobní 30 % glukózy. Tato malá část aerobní cesty však produkuje daleko větší část energie než cesta anaerobní. Rohovka tedy tím, že používá anaerobní cesty, plýtvá glukózou. Může si to však dovolit, protože má dostatečný přívod glukózy z komorové vody. Přednost anaerobního odbourávání glukózy spočívá v rychlejší nabídce energie Vliv kontaktních čoček na průnik kyslíku k rohovce Hnací silou, která dovolí kyslíku proniknout kontaktní čočkou, je převládající parciální tlak kyslíku. Kontaktní čočka, která se nachází v slzném filmu, je mechanickou bariérou, která ztěžuje prostup kyslíku. Na zadní ploše kontaktní čočky je nižší parciální tlak než na její přední ploše. Při Dk/t hodnotě kontaktní čočky o 25x10-9 ml O 2 cm, je parciální tlak za čočkou mm Hg, zatímco před čočkou je 155 mm Hg. Za těchto okolností je přísun do rohovky jenom 4,0 ml/cm 2 /h. Je-li při zavřených očích před kontaktní čočkou parciální tlak 55 mm Hg, pak při stejném materiálu kontaktní čočky klesne parciální tlak kyslíku za kontaktní čočkou na mm Hg. Tomu pak odpovídá zhoršený přísun toku kyslíku do rohovky. 35

36 4.3. Vliv nedostatku kyslíku na rohovku Nedostatek kyslíku, který může být vyvolán kontaktní čočkou, působí na metabolismus glukózy a arachidonové kyseliny. Za hypoxických podmínek se zvyšuje podíl anaerobního odbourávání glukózy glykolýza. Následkem tohoto způsobu odbourávání je zvýšená koncentrace kyseliny mléčné a laktátu v rohovce. Zvýšený obsah laktátu zde mnohonásobně převyšuje jeho obsah v krvi. Laktát je z epitelových buněk přetransportován a difúzí se dostane do rohovkového stromatu. Výsledkem je pokles ph stromatu a komorové vody a rychlé snižování zásoby intracelulárního glykogenu. Pokud tyto podmínky trvají delší dobu, nastává buněčná smrt. Při chronickém nedostatku kyslíku vzniká buněčný stres. Snižuje se počet mitóz a rozvolňují se mezibuněčné spoje zonula occludens. Výsledkem je křehký epitel, vnímavý k infekcím, a anatomické změny rohovky. Zvýšený počet molekul laktátu ve stromatu způsobí jeho větší nasávací schopnost pro komorovou vodu, která začne proudit do stromatu, a vzniká edém rohovky. Přímé změny zaviněné nedostatkem kyslíku musíme na rohovce hledat vždy v epitelu a stromatu, protože změny na endotelu jsou vždy sekundární Metabolismus kyseliny arachidonové Při hypoxických podmínkách dochází též ke změně metabolismu kyseliny arachidonové. Arachidonová kyselina je vícenenasycená mastná kyselina, která je základní částí každě lidské buněčné membrány a je uvolňována při poškození membrány. Uvolněná kyseliny je potom výchozí substancí pro různé cesty látkové přeměny, které všechny vedou k tvorbě zánět vyvolávajících faktorů. 3 způsoby látkové přeměny kyseliny arachidonové: enzym cyklooxygenáza katalizuje odbourání na prostaglandiny (způsobují rozšíření a zvýšení permeability cév, vyvolávají pocit bolesti) enzym lipooxygenáza katalyzuje odbourání na leukotrieny (přilákají do místa vzniku zánětlivé buňky) enzymový komplex P450 při odbourávání vzniká 12-hydroxyeicosatetratenová kyselina (HETE) a kyselina 12-hydroxyeicosatrienová (12-HETrE) 36

37 Cytochrom P450 je za normálních okolností přítomen v rohovkovém epitelu v inaktivní formě, takže nemůže nastat odbourávání kyseliny arachidonové na 12-HETE a 12-HETrE. Za podmínek hypoxie a mechanického stresu, který vyvolá kontaktní čočka na rohovce, je tento enzym aktivován a vede ke tvorbě těchto metabolitů. 12-HETE difunduje do rohovkového endotelu, kde brzdí činnosti těch bílkovin, které se nazývají Na+-K+-ATPasy - takzvané vodní pumpy. Zamezení jejich činnosti má za následek to, že do rohovky proudí více vody a rohovka se zakalí. 12-HETrE je znám jako zprostředkovatel zánětlivých změn ve tkáni a také cizí rohovkové tělísko vede ke zvýšení jeho koncentrace. Je tedy logické, že k jeho zvýšení dojde i při aplikaci kontaktní čočky, která je také určitým cizím tělískem v oku. 12-HETrE přiláká zánětlivé buňky imunitního systému a nastartuje zánětlivé reakce. Zvláštní význam má pro rohovku tím, že je schopen stimulovat novotvoření cév. Tak je možno vysvětlit, proč pod kontaktní čočkou vzniklá hypoxie může zavinit neovaskularizaci rohovky Účinky hypoxie vyvolané kontaktní čočkou na rohovku Metabolické změny rohovky při hypoxii, s nedostatečným odvodem kyseliny mléčné a dalších metabolitů od rohovky, vedou k výraznému posunu ph stromatu rohovky do kyselých hodnot. Tyto změny vedou dále ke vzniku změn na epitelu, ve stromatu a sekundárně i endotelu rohovky Epitel Na epitelu rohovky jsou nejvíce znát změny způsobené hypoxií a projevují se zde i největší anatomické změny. Zvýšená anaerobní látková výměna vede k acidóze epitelu a touto cestou k omezení činnosti mnoha enzymů závislých na hodnotě ph. Acidózou je zejména zasažena mitóza bazálních epiteliálních buněk, jejich snížená schopnost dělení pak vede k poruchám regenerační schopnosti epitelu. Hypoxií může být ovlivněna i diferenciace bazálních buněk, která má za následek nedostatečné vytvoření kontaktů mezi epitelovými buňkami (tight junctions). Spojení mezi buňkami se rozvolní, rohovkový epitel ztrácí svou mechanickou odolnost a pro rohovku vznikne zvýšené riziko infekce. Zhoršené diferenciace buněk a omezená regenerační schopnost je příčinou mikrocyst a vakuol, metabolické změny způsobují i barvení epitelu, tzv. tečkovitou epitelopatii. 37

38 Mikrocysty Dlouhodobé nošení kontaktních čoček může být spojeno s objevením epiteliálních mikrocyst. Jedná se pravděpodobně o odumřelé epiteliální buňky, které jsou buď fagocytovány okolními vitálními buňkami nebo zůstávají v intercelulárním prostoru bazálních vrstev epitelu. Vytvářejí se minimálně 2 až 3 měsíce po aplikaci kontaktních čoček a postupně se posunují směrem k povrchu epitelu, kde při dosažení povrchové vrstvy působí vznik defektů, které se barví fluoresceinem. Mikrocysty představují varovný příznak metabolické zátěže epitelu, je nutné po stanovení diagnózy učinit opatření k minimalizaci hypoxie rohovky. Při přerušení nošení kontaktních čoček přetrvávají mikrocysty několik týdnů až měsíců. V prevenci rozvoje této komplikace lze doporučit čočku s vyšší propustností pro kyslík a denní režim nošení. Obr. 5: Mikrocysty (velké zvětšení) Tečkovitá epitelopatie (staining) Jedná se o relativně častou patologii, kdy se poškozené epiteliální buňky rohovky nebo defekty po jejich odumření barví fluoresceinem. Jednou z příčin mohou být i metabolické změny v epitelu, protože každá aplikace kontaktní čočky indukuje v různé míře hypoxii. Následná produkce kyselých metabolitů může nepříznivě ovlivnit epitel rohovky strukturálně i funkčně a vyústit ve tkáňovou acidózu. U čoček s nízkou propustností pro kyslík nebo při neadekvátně dlouhé aplikaci čočky může dojít k vystupňování výše uvedených změn s dekompenzací epitelu rohovky, který se projeví jako difúzní, generalizované přibarvování epitelu. Obr. 6: Barvení rohovky 38

39 Stroma rohovky Edém rohovky Pro zachování transparence rohovky je její hydratace udržována na úrovni 78% obsahu vody, a to pomocí bikarbonátové iontové pumpy endotelových buněk, která trvale odčerpává vodu ze stromatu do komorové tekutiny. Fyziologickou hodnotou edému, ke kterému běžně dochází při zavřených víčkách nebo ve spánku je 4%. Aby byl edém stromatu patrný, je třeba aby postihl alespoň 15% vrstvy stromatu. Při hypoxii se snižuje aktivita sodíkové pumpy, snižuje se přísun glukózy a tvorba ATP. Akumulace kyseliny mléčné vede ke změně osmotických poměrů a tím ke zvýšenému nasávání tekutiny z přední komory do rohovkového stromatu a zapříčiní rozvoj rohovkového edému. Prakticky všechny kontaktní čočky indukují do jisté míry edém rohovky. Když odstraníme kontaktní čočku, pacient má rozmazané vidění, tzv. Sattlerův závoj, způsobené rozptylem světla na edémem změněném epitelu. Toto rozmazané vidění se upravuje zpravidla do 30 až 60 minut. Tyto problémy můžeme vyřešit zkrácením doby, po kterou je kontaktní čočka nošena, nebo výměnou za čočky s vyšší propustností kyslíku Neovaskularizace Neovaskularizace může být charakterizována jako tvorba a růst cévních kapilár do dosud nevaskularizovaných oblastí rohovky, přičemž fyziologicky cévní kapiláry nepřerůstají z limbu do rohovky více než 0,2 mm. Vaskularizace rohovky začíná jako bohatší arkádovitá pleteň při limbu, ze které se pak oddělují jednotlivé cévy směrem do stromatu a mohou postupně prorůstat až do centra. Při protrahované hypoxii a neléčené vaskularizaci se objevuje v průběhu cév vazivo, jež vytváří panus, který ireverzibilně ruší průhlednost rohovky. Obr. 7: Neovaskularizace rohovky 39

40 Každá vaskularizace rohovky proto vyžaduje maximální pozornost a pravidelné kontroly. Nejúčinnější léčbou je vysazení čoček. Již po dvoutýdenním vysazení se cévy postupně vyprazdňují a obliterují. Při dalším nošení je však nutné velmi pečlivě sledovat novou luminizaci cév. V těžkých případech můžeme pomoci lokálním podáváním kortikoidů. Koagulaci limbálních cév se nedoporučuje pro velké reakce a možné následné zmnožení cév v této oblasti. V prevenci je třeba zvolit čočku s vysokým Dk, minimálním mechanickým vlivem na rohovku a dobrou pohyblivostí Infiltráty Tato patologie představuje sterilní zánět s akumulací leukocytů mezi kolagenními vlákny rohovkového stromatu a typicky negativním výsledkem bakteriologické kultivace. Etiologicky se na rozvoji této zánětlivé reakce podílí hypoxie, ale i další faktory, jako je toxicita roztoků v péči o kontaktní čočky, depozita na kontaktních čočkách, buněčný odpad, zachycený pod příliš těsnou čočkou, a další. Infiltráty se jeví jako bělavé či šedobělavé ložisko nebo vícečetná ložiska v předním stromatu rohovky, velmi často jsou lokalizována u limbu. Malé či jednotlivé infiltráty mohou být asymptomatické, ale infiltráty většího rozsahu působí potíže, bolest, světloplachost a slzení. Terapie patří do rukou očního lékaře, protože vždy musí být vyloučena infekční etiologie. Pro předcházení rozvoje této komplikace je potřeba vyhnout se nebo alespoň minimalizovat výše uvedené etiologické faktory volbou vhodné kontaktní čočky, režimu nošení, systému péče o kontaktní čočky i úpravou hygienických návyků. Obr. 8: Infiltráty rohovky 40

41 Endotel Endotel představuje jednu vrstvu relativně uniformních hexagonálních buněk utvářejících vnitřní povrch rohovky. Tyto buňky hrají mimo jiné významnou roli při udržování stabilní hydratace a tedy transparence rohovky. Nejznámější změny zaviněné hypoxií na rohovkovém endotelu jsou polymegatismus a puchýřky endotelových buněk (blebs). Lze je označit jako výsledek snahy endotelových buněk zvýšit počet vodních pump lokalizovaných na jejich laterálních stěnách. Zvětšení buňky a její nepravidelný povrch představuje větší rozsah povrchu laterálních stěn buněk než tomu bylo u pravidelných hexagonálních endotelových buněk Puchýřky endotelových buněk Blebs, puchýřky endotelu, představují ložiska edému endotelových buněk, které lze pozorovat technikou zrcadlového reflexu při vyšetření na štěrbinové lampě. Acidifikace rohovky způsobená hypoxií může vést ke změnám propustnosti buněčné membrány a nebo ke změnám aktivity membránových systémů iontových pump, které jsou spřaženy s pohybem molekul vody směrem do endotelých buněk a rozvojem jejich edému, který posuzujeme jako puchýřky endotelu. Klinicky je tato patologie asymptomatická. Obr. 9 :Blebs-puchýřky endotelu 41

42 Polymegatismus Vzhledem k tomu, že endoteliální buňky nemají schopnost se množit, probíhá reparace jejich defektu zvětšováním nepoškozených buněk. Polymegatismus představuje alteraci morfologie endotelií ve smyslu variability jejich velikosti. Předpokládá se, že polymegatismus vzniká jako adaptace na chronický hypoxickometabolický a objemový stres tkáně s přestavbou cytoskeletu buňky. Tato patologie může být potvrzena speciálním vyšetřením na endotelovém spekulárním mikroskopu. Obr. 10: Schématická ilustrace normálního endotelu (dolní obrázky) a polymegatismus u nositele měkkých čoček v režimu prodlouženého nošení (horní obrázky) 42

43 4.5. Komplikace způsobené kontaktními čočkami nošenými v režimu kontinuálního nošení Změny rohovky v důsledku hypoxie ustupují do pozadí s příchodem silikonhydrogelových materiálu, které propouští k rohovce mnohonásobně více kyslíku. Silikonhydrogelové kontaktní čočky umožnily i používání těchto čoček v režimu prodlouženého či kontinuálního režimu používání. Kontinuální nošení je režim, který je významný především ze zdravotního hlediska, i když se na první pohled může zdát, že jde o velmi jednoduchý režim bez nutné péče, opak je pravdou. Přestože moderní silikonhydrogelové čočky jsou z hlediska hypoxie bezpečné, hrozí další rizika, především ze stagnace detritu a případné sekundární infekce na usazeninách na povrchu čočky. Kontinuální nošení vyžaduje zodpovědné nositele, kteří budou denně pozorovat stav čočky, případné zčervenání očí a budou chodit na pravidelné kontroly. Jedině tak lze dosáhnout bezpečného kontinuálního nošení kontaktních čoček. Kandidát na úspěšné kontinuální nošení by měl např. splňovat následující podmínky dobrý celkový zdravotní stav, zdravé oči, integritu rohovky, kvalitativně i kvantitativně vyhovující slzný film, anamnézu zodpovědného a spolupracujícího pacienta, konstantní potřebu zrakové korekce, čisté prostředí pro práci i odpočinek Podmínky pro bezpečné nošení Aby se zamezilo hypoxii rohovky, směřuje vývoj kontaktních čoček k co nejlepším hodnotám Dk/t. Toho lze dosáhnout několika způsoby: - ztenčením čočky - zvýšením bobtnavosti - novými materiály Ztenčením čočky z daného materiálu na minimum je omezeno dioptrickou hodnotou (u tenké čočky nelze dosáhnout dostatečných plusových hodnot) a rovněž typem materiálu, kde je síla limitována jeho mechanickými vlastnostmi. U plusových čoček byly pokusy zlepšit saturaci rohovky centrální fenestrací, ale pro řadu problémů a ústup afakických kontaktních čoček, se neosvědčily. Zvýšení bobtnavosti materiálu, tedy zvýšení procenta obsahu vody v materiálu, nemusí vždy vést k výrazně vyšší Dk i k vyššímu Dk/t pro konkrétní čočku, neboť mechanické vlastnosti nedovolí vyrobit dostatečně tenkou čočku. 43

44 Nové materiály představují především dnes hybridní silikonhydrogely, které spojují vlastnosti hydrogelu a silikonu, tedy velmi vysoké Dk silikonových materiálů (vyšší než voda) a výborných povrchových vlastností hydrogelů. Při rozmachu prodlouženého režimu nošení kontaktních čoček vznikaly otázky, tolik kyslíku musí čočka propouštět, aby byla pro oko bezpečná. Experimentálně tedy byly zjištěny hodnoty, které musí čočky pro jednotlivé režimy nošení splňovat, aby nedocházelo k poškození očních tkání. Pro běžné denní nošení byla stanovena hodnota Dk 24 (Holden a Mertz) a tato hodnota by neměla způsobovat otok rohovky během nošení. Jiný odhad (Harvitt a Bonnano) kritické hodnoty pro zamezení vzniku hypoxie celé rohovky je 35 jednotek. Holden a Mertz zjistili, že bezpečná čočka pro prodloužené nošení musí mít minimální hodnotu Dk/t 87 barrer/cm. Při této hodnotě blízké vodě, dochází po nočním nošení pouze ke 4% výskytu edému rohovky, což je prakticky stejné jako po probuzení, kdy jsou celou noc zavřená víčka. Aby v rohovce nedocházelo ke změnám metabolismu a jeho přechodu od aerobního na anaerobní, musí mít čočka hodnotu Dk/t 125, to je tedy podmínka pro čočky určené pro kontinuální nošení. Hodnoty Dk a Dk/t bývají často udávány jako základní charakteristika pro kvalitu čoček, je však potřeba si uvědomit, jak bylo již výše uvedeno, že Dk je obecná hodnotu pro materiál a Dk/t platí pouze pro centrální oblast o průměru 6 mm u čočky -3,00D Nejčastější komplikace Nejčastějšími komplikace při nošení čoček v režimu prodlouženého nošení jsou mikrobiální keratitida, jako jedna z nejvážnějších patologií, která může vést až ke ztrátě oka. Dalšími jsou akutní zarudnutí oka, periferní vřed indukovaný kontaktní čočkou a infiltrativní keratitidy jako reakce oka na toxiny mikroorganismů. Nejčastější komplikací při nošení kontaktních čoček v jakémkoli režimu vůbec je gigantopapilární konjuktivitida a jí podobné horní epiteliální arkuátní léze (horní arkuátní epitelopatie). Subjektivní příznaky uvedených komplikací jsou uvedeny v Tabulce 8, klinické příznaky v Příloze III. 44

45 KOMPLIKACE MK Mikrobiální keratitida CLARE Akutní zarudnutí oka CLPU Periferní vřed IK Infiltrativní keratitida GPC Gigantopapilární konjuktivitida SEALs Horní epiteliální arkuátní léze SYMPTOMY o střední až silná bolest, rychlý nástup o silné překrvení o rozostřené, zamlžené vidění, pokles zrakové ostrosti, pokud je léze v optické ose o sekrece (hlenohnisavý nebo hnisavý), slzení o fotofobie o otok víček o žádné symptomy před zavřením očí o pacient se vzbudí se symptomy, nebo se symptomy projeví brzy po probuzení o podráždění až střední bolest o zčervenání, slzení, pálení očí a fotofobie o zarudnutí o bolest o slzení o pocit cizího tělesa o asymptomatické o zarudnutí o slabá až střední bolest o slzení o pocit cizího tělesa o svědění nebo dráždění o mukózní sekrece o nadměrný pohyb čočky na oku o neostré vidění o pocit cizího tělesa o zarudnutí o obyčejně asymptomatické o pokud jsou symptomy: vnímání nebo dráždění okrajů čočky, pocit cizího tělesa Tabulka 8: Symptomy nejčastějších komplikací Mikrobiální keratitida Infekční (mikrobiální) keratitida (MK) je definována jako zánět rohovky vyvolaný přímou infekcí mikroorganismy jakými jsou bakterie, viry, chlamidie, plísně či akantaméby. Incidence infekční keratitidy se pohybuje dle různých autorů kolem 2,2-2,5 případů na pacientů za rok u měkkých konvenčních hydrogelových čoček v denním režimu nošení a 13,3-20,9 případů na pacientů za rok u měkkých čoček v prodlouženém režimu nošení. Z toho vyplývá zvýšené riziko rozvoje infekční keratitidy u klientů nosící kontaktní čočky v prodlouženém režimu nošení. Hydrogelové čočky nošené v režimu prodlouženého nošení zvyšují riziko vzniku této patologie x oproti nošení v denním režimu. 45

46 Zdravá rohovky disponuje četnými mechanismy, které brání možnému zachycení mikrobů a vzniku infekce, většina bakterií tedy není schopna rohovku infikovat, pokud její epitel neporušený a nejsou-li obranné mechanismy narušeny. Kontaktní čočka mění mikroprostředí rohovky a je jedním z rizikových faktorů rozvoje mikrobiální keratitidy. Další rizikové faktory jsou uvedeny v Tabulce 9. adheze mikroorganismu na povrch KČ (Pseudomonas aeruginosa, Akantaméba,..) efektivita dezinfekčních systémů KČ spánek s nasazenou KČ hypoxie mechanická traumata depozita na čočce osobní hygiena non-compliance pacienta (nespolupráce) diabetes mellitus Tabulka 9: Rizikové faktory vzniku mikrobiální keratitidy Častým příznakem je pocit cizího tělíska v oku spolu se sníženou tolerancí čočky, bolest, zarudnutí oka, lakrimace, otok víček, hlenohnisavá sekrece a pokles vízu. Při objektivním vyšetření na štěrbinové lampě je možné v místě infekce pozorovat infiltraci, která je v časných stadiích omezena na epitel, postupně však progreduje do stromatu a dochází ke zkalení a rozpadu epitelu v rohovkový vřed. Infekční zánět rohovky vyžaduje urgentní léčbu (širokospektrá baktericidní antibiotika, mydriatika, analgetika), bez léčby může onemocnění vyústit do nekrotizující keratitidy, eventuálně může dojít k perforaci rohovky. Obr. 11: Akantamébová keratitida 46

47 Akutní zarudnutí oka Akutní zarudnutí oka ( Contact Lens Induced Red Eye ) CLARE je spojeno s prodlouženým nošením a je to akutní zánětlivá reakce na toxiny jakými jsou např. lipopolysacharid, enzymy a jinými produkty bakterií, která jsou na kontaktní čočce. Významným rizikovým faktorem vzniku akutního zarudnutí je přespání v kontaktní čočce, kdy jsou čočky kolonizovány velkým množstvím patogenních, především gram-negativních bakterií (Haemophilus influenzae, Serratia marcescens,..). Během asymptomatického nošení nebyly zjištěny rozdíly v množství a typu mikroorganismů vyskytujících na silikonhydrogelových a hydrogelových čočkách. Obr. 12: CLARE akutní zarudnutí oka Periferní vřed vyvolaný kontaktní čočkou Periferní vřed vyvolaný kontaktní čočkou (CLPU) je nejčastěji pozorován u čoček pro prodloužené nošení. Etiologie onemocnění je nejasná. Biopsie dokazuje, že periferní vřed indukovaný kontaktní čočkou je zánětlivý vřed bez přítomnosti mikroorganismů, přičemž jizvení je způsobené pozánětlivým hojením. Případy periferního vředu se objevují i u silikonhydrogelových materiálů, proto je jasné, že pro odstranění tohoto problému nestačí eliminovat hypoxii. Obr. 13: CLPU periferní vřed vyvolaný kontaktní čočkou 47

48 Infiltrativní keratitida Infiltrativní keratitida (IK) se projevuje vznikem symptomatických sterilních rohovkových infiltrátů. Incidence je 1% u nositelů v režimu denního nošení, 10% u nositelů v režimu prodlouženého nošení a 5-10% u nositelů silikonhydrogelových čoček. Pacienti s infiltráty obvykle označují jako dobu nástupu obtíží pozdější část dne, nespojují ji však s dobou spánku. Obr. 14: IK - infiltrativní keratitis Horní epiteliální arkuátní léze Horní epiteliální arkuátní léze (SEALs) se vyskytují jako tenké obloukovité i silnější léze horního rohovkového epitelu, obvykle 1-3 mm od horního limbu mezi 10 a 2 hodinou, tato oblast je obvykle zakryta horním víčkem. Léze jsou typicky 0,5 mm široké a dlouhé 1-5mm. Léze se mohou vyskytovat jednostranně i oboustranně, mohou být asymptomatické nebo způsobovat pocit diskomfortu. Typický je též pocit cizího tělesa po vyjmutí čočky. Větší incidence je spojována s nošením kontaktních čoček s vyšším modulem, tedy silikonhydrogelových, a je uváděna 4,5%. Lze proto předpokládat, že hlavním faktorem způsobujícím SEALs je mechanické působení čoček na rohovku a nikoliv hypoxie, jak se dříve předpokládalo. Obr. 15: SEALs horní epiteliální arkuátní léze 48

49 Gigantopapilární konjuktivitida Gigantopapilární konjunktivitida (GPC) je pravděpodobně nejčastější komplikace spojená s nošením kontaktních čoček. U hydrogelových čoček se vyskytuje až u 10%. Vzácněji, asi ve 4% se vyskytuje u tvrdých kontaktních čoček PMMA. Nověji bylo toto onemocnění popsáno i u čoček RGP, kde se vyskytuje pouze výjimečně, s incidencí do 1%. Může se však vyskytnout i u pacientů, kteří nenosí kontaktní čočky, nejspíše jako alergická reakce na některé kosmetické přípravky apod. Velké množství GPC probíhá dlouho téměř asymptomaticky, pouze s mírným zčervenáním spojivek a mírným diskomfortem při nasazených čočkách. Při everzi horního víčka je na horním okraji tarzu spojivky zhrubělá, drsná. Po nasazení čoček se obtíže stávají výraznější a postupně přicházejí dříve po aplikaci čočky, až nakonec zcela znemožní nošení čoček. Obraz rozvinutého onemocnění výrazně připomíná vernální katar. Obr. 16: GPC- gigantopapilární konjunktivitida Ve spojivce ubývá pohárkových buněk a množí se žírné buňky, v papilách se hromadí eozinofily, bazofily, polymorfonukleáry, lymfocyty a plazmatické buňky. Hromadění zánětlivých buněk vede ke sklovitému vzhledu papil tarzální spojivky, které později mají kolagenní charakter, a dále se množí fibroblasty, které podporují tvorbu mukózního sekretu. Hrubá tarzální spojivka, charakteru dlažby z kočičích hlav vadí, kromě základní symptomatiky alergického zánětu, mechanicky. Hrubé papily posouvají čočku po oku a není možno ji vůbec aplikovat. Na rohovce mohou v rozvinutých stádiích vznikat defekty epitelu, mezi papilami se hromadí mukózní sekret, který se záhy infikuje, a obtíže se dále stupňují (viz Tabulka 10). 49

50 Jak již vyplývá z histologických nálezů vzniku a vývoje onemocnění, jde o alergický zánět typu opožděné přecitlivělosti, ale ve spojení s časnou složkou humorálního typu zprostředkovanou IgE komponentou. Terapie GPC je velmi obtížná a zdlouhavá. Napřed je zcela nezbytné okamžitě a úplně přerušit nošení kontaktních čoček. Aplikace antihistaminik není příliš účinná v akutních stádiích, doporučuje se dlouhodobá aplikace kromoglykátu sodného, nověji se jako účinný preparát jeví lodoxamid. V akutních fázích můžeme aplikovat intrakonjunktiválně depotní kortikosteroidy s návaznou léčbou předchozími preparáty. K ochránění před oportunními infekcemi přidáváme i lokální antibiotika. Stádia Velikost papil Produkce mucinu Snášenlivost KČ Vízus s KČ 1. malé změny nízká dobrá velmi dobrý 2. do 0,5 mm střední mírně zhoršená dobrý 3. do 0,7 mm střední výrazně zhoršená kolísavý 4. větší než 0,7 mm vysoká nemožnost nosit znatelně horší Tabulka 10: Charakteristika jednotlivých stádií gigantopapilární konjunktivitidy 50

51 4.6. Komplikace způsobené silikonhydrogelovými čočkami Nejčastější komplikace způsobené používáním silikonhydrogelových čoček jsou spjaty se specifickými vlastnostmi tohoto materiálu: 1) vyšší tuhost silikonhydrogelových čoček a charakteristický tvar okraje - může u některých pacientů dráždit spojivku víček a indukovat tak vznik gigantopapilární konjunktivitidy (GPC) (viz kap ) - může způsobovat eroze na rohovce i při nošení v denním režimu, typické jsou SEALs - horní epiteliální arkuátní léze (viz kap ) 2) nedostatečná smáčivost silikonhydrogelových materiálů - způsobuje rychlejší osychání povrchu kontaktní čočky (pocit suchých očí, dráždění, svědění, pocity diskomfortu) - syndrom suchého oka - soubor nespecifických potíží, především ve smyslu pálení, řezání, pocitu suché čočky při mrkání, snížení tolerance čočky a pocitu omezení pohybu čočky, problém souvisí především s poruchou slzného filmu, zejména povrchové lipidové vrstvy, která je slabá, nedostatečná a snadno se trhá. To vede k větší evaporizaci, snížení tloušťky vodné složky slzného filmu a ke vzniku výše popsaných obtíží. Osychání povrchu rohovky vede k většímu přilnutí čočky k povrchu rohovky, ke ztížení pohybu a drobné traumatizaci epitelu. 3) náchylnost silikonhydrogelových čoček k usazování depozit - lipidová depozita (viz kap ) (zamlžené vidění, diskomfort, vyšší riziko zdravotních komplikací alergie, infekce) - mucinové kuličky (jsou to perleťové, průsvitné µm sférické částice pozorované mezi zadním povrchem kontaktní čočky a rohovkou, předpokládá se, že jsou složeny z mucinu a lipidů, mohou vyvolávat mnoho komplikací - zhoršení vidění, mechanické dráždění víčkové spojivky, výjimečně trauma epitelu) Obr. 17: Mucinové kuličky- mucin balls 51