Как роговица получает кислород

Описание

Роговица — основная преломляющая линза в оптической системе глаза (около 40 диоптрий). При подборе контактной линзы мы увеличиваем или уменьшаем рефракцию глаза путем создания новой оптической системы роговица-линза. Поскольку мягкие контактные линзы покрывают всю поверхность роговицы, совершенно очевидно, что физиологические процессы (дыхание, метаболизм) в ней при ношении контактных линз определяются характеристиками линзы (свойствами материала, дизайном линзы) и режимом ношения. Для того, чтобы понимать, как контактные линзы влияют на роговицу и какие изменения могут вызывать в ее структуре, необходимо хорошо представлять ее анатомию и физиологию.

Роговица состоит из 5 слоев. В норме толщина роговицы варьирует от 0,4 до 1,0 мм и увеличивается от центра к периферии.

Уникальное строение роговицы обеспечивает ее прозрачность и делает возможным преломление лучей света и их попадание на сетчатку.

Эпителий роговицы — многослойный, полиморфный наружный слой роговицы, его толщина составляет около 0,05 мм (или 10% от всей толщины роговицы).

Эпителий выполняет важную защитную функцию:

— обеспечивает защиту от проникновения микроорганизмов в более глубокие слои роговицы

— обладает быстрой способностью к регенерации после повреждения (24 часа)

— препятствует свободному продвижению ионов, что обеспечивает водный баланс роговицы

При гистологическом исследовании эпителия выделяют 3 слоя клеток:

Базальный слой — состоит, в основном, из клеток, обеспечивающих быструю регенерацию эпителия путем митотическо-го деления. Кроме них, в этом слое можно обнаружить:

— пигментные клетки (меланоциты)

— лимфоциты

— макрофаги

Средний слой эпителия — слой подвижных клеток (миграционный период составляет 7 дней), обеспечивающих метаболическую активность роговицы.

Средний слой проницаем для жирорастворимых субстанций и соединений.

Он обладает низкой проницаемостью для натрия, что, соответственно, обеспечивает низкую проницаемость для:

— воды

— молочной кислоты

— аминокислот

— глюкозы

— больших молекул

Наружный слой эпителия представляет собой 2 слоя слущивающихся клеток (не ороговевающих, как клетки кожного эпителия). Это большие плоские клетки с микроворсинками, за счет которых на поверхности роговицы удерживается слезная пленка.

Передняя пограничная мембрана (боуменова мембрана) отделяет эпителий от стромы. Эта тонкая структура (8-14 мкм) является последним барьером для инфекционных агентов. Важно помнить, что боуменова мембрана не регенерирует и при повреждении заживает посредством рубцевания.

Строма составляет около 90% толщины роговицы и содержит 78% воды, что в норме является величиной постоянной. Остальные 22% составляют слои из длинных волокон коллагена одинакового диаметра, а также межуточное вещество роговицы — гликозаминогликаны. Волокна каждого слоя располагаются под определенным углом к волокнам других слоев, примыкающих к нему сверху и снизу. Этим роговица отличается от склеры, в которой волокна коллагена ориентированы случайным образом и характеризуются сильным разбросом в диаметре (что обеспечивает ее прочность). Склера непрозрачна, а роговица пропускает свет. Прозрачность роговицы обеспечивается упорядоченным расположением коллагеновых волокон: это 200-250 высокоорганизованных слоев (пластин) с постоянной матрицей (60 нм).

Упорядоченные волокна коллагена в диаметре меньше длины волны видимого света, поэтому свет проходит через роговицу без рассеивания и роговица остается прозрачной. Однако при нарушении водно-электролитного баланса и увеличении влагосодержания роговицы >78% (отек роговицы), расстояние между волокнами становится больше длины волны света. В результате световые лучи частично рассеиваются в обратном направлении и роговица теряет свою прозрачность.

Изменения в структуре роговицы при патологических состояниях, связанных с нарушением влагосодержания, можно обнаружить при биомикроскопии: в задней строме видно разобщение коллагеновых структур в виде полосок (стрий), которые приводят к изгибам и складкам десцеметовой мембраны. Подробнее о нарушениях, к которым приводит длительный отек роговицы, можно прочитать в разделе «Осложнения, индуцированные ношением контактных линз».

Помимо коллагеновых волокон, в строме роговицы содержатся гликозаминогликаны (1%). Гликозаминогликаны обладают высокой гидрофильностью, и при нарушении работы эндотелиальной помпы влагонасыщение роговицы может достигать 99,9%.

Регенерацию стромы обеспечивают кератоциты (фибробласты), которые можно обнаружить в межуточном веществе роговицы.

Десцеметовой называют заднюю пограничную мембрану (10-12 мкм), которая разделяет строму и эндотелий и является базальным слоем для эндотелия. Эта мембрана очень прочна и способна к растяжению, так как, помимо коллагеновых, содержит эластиновые волокна (IV тип коллагена).

Мембрана устойчива к расплавляющему действию гнойного экссудата.

В норме мембрана не видна.

Эндотелий, или задний эпителий,- один ряд клеток правильной гексагональной формы. При патологических состояниях изменяется их размер (полимегатизм) и форма (полиморфизм).

Принято считать, что клетки эндотелия не регенерируют (хотя последние исследования российских ученых С.Н.Багрова и Т.И.Ронкиной показывают такую возможность). При рождении их количество составляет 3000-3500 на 1 кв.мм, ежегодная естественная убыль составляет около 1%. Когда их число уменьшается до 1000 и менее, нарушается работа эндотелиальной помпы — специального механизма, обеспечивающего водно-электролитный баланс роговицы, что ведет к ее отеку и потере прозрачности (например, при эпителиально-эндотелиальной дистрофии).

Кислород и глюкоза являются необходимыми веществами для жизнедеятельности организма. Кислород — основной источник энергии для клеток тканей и органов. Роговица не является здесь исключением.

Роговица обладает высоким уровнем метаболизма. Для обеспечения ее прозрачности требуется постоянный приток кислорода, слаженность работы всех слоев и сильное межклеточное взаимодействие.

Ткань роговицы не содержит сосудов и поэтому получает кислород, в основном, из атмосферы через слезную пленку. На уровне моря в атмосфере содержится 20,9 объемных процентов кислорода при парциальном давлении 155 мм рт. ст. Если глаз закрыт (состояние сна), роговица получает кислород из влаги передней камеры, а также из богатой сосудами паль-пебральной конъюнктивы верхнего века и лимба. Поскольку парциальное давление кислорода в кровеносных сосудах составляет 55 мм рт. ст.(что соответствует содержанию кислорода в атмосфере на уровне 7 объемных процентов), то во время сна происходит незначительный (физиологический) отек роговицы, который проходит, как только мы открываем глаза (через несколько секунд).

Когда контактная линза помещается на роговицу, то она ограничивает поступление кислорода к эпителию, снижая тем самым скорость метаболизма в нем. В работе Holden & Sweeney, 1985, показано, что для нормального метаболизма минимальная концентрация кислорода на уровне эпителия должна быть не менее 10-12 объемных процентов.

В норме слеза обеспечивает приток кислорода и отток углекислоты. Контактные линзы являются барьером как для поступления кислорода, так и для удаления продуктов метаболизма. При этом проницаемость эпителия для углекислого газа в 7 раз выше, чем для кислорода. Поэтому контактные линзы создают условия для изменения рН, следовательно, и метаболизма роговицы. В результате эпителий переходит от аэробного способа производства энергии (расщепления глюкозы) к анаэробному, при котором вырабатывается гораздо больше молочной кислоты на единицу энергии. Выделившаяся молочная кислота накапливается во внешнем слое стромы роговицы, что создает более высокую осмолярность в роговице по сравнению с окружающей слезной пленкой или водянистой влагой передней камеры, и вода с обеих сторон устремляется в роговицу, уменьшая тонус стромы. При этом роговица насыщается водой быстрее, чем способен ее удалить эндотелиальный насос (которому при анаэробном метаболизме также не хватает энергии для эффективной работы). Такое состояние называется отеком роговицы.

Индуцированный ношением контактных линз отек роговицы вызывается различными причинами: недостаточным снабжением кислорода, механическим воздействием линзы на эпителий и гипотоничностью слезной жидкости.

Чтобы предотвратить развитие возможных осложнений, врач должен подобрать линзы с кислородопроницаемостью, адекватной состоянию роговицы. Наиболее распространенным способом количественного описания проницаемости кислорода через материал линзы является измерение значения Dk — кислородной проницаемости материала. Величина Dk характеризует способность материала пропускать кислород.

Величину Dk измеряют обычно в лабораторных условиях (in vitro). С помощью полярографической камеры определяют, сколько кислорода проходит через слой материала за данный период времени. Метод основан на применении формулы:

Р = D х к,

где Р — проницаемость для кислорода, D — коэффициент диффузии, к -коэффициент растворимости кислорода в материале. Величина Dk всегда указывается как некоторая величина, умноженная на 10 » (иногда при указании величины Dk множитель 10 » опускается).

Однако величина Dk не учитывает толщину линзы, и поэтому ее применение на практике ограничено. Например, линзы толщиной 0,1 мм и 1,0 мм, изготовленные из одного и того же материала, характеризуются одинаковой величиной Dk, хотя первая линза будет пропускать кислорода в 10 раз больше второй.

Метод определения Dk чувствителен также к температуре. Значение Dk, определенное в лабораторных условиях при высокой температуре, будет выше, чем Dk при низких температурах.

Более полезной для практики величиной является коэффициент кислородного пропускания линзы — Dk/L (или Dk/t, что то же самое), который получают делением кислородной проницаемости материала (Dk) на толщину линзы в центре (L) (в сантиметрах). Величину Dk/L обычно указывают как некоторое значение, умноженное на 10 в -9 степени. Поскольку коэффициент Dk/L учитывает толщину линзы, этот параметр полезнее в практике работы врача, чем Dk.

В 1984 году Holden и Mertz установили минимальную величину Dk/L, при которой ношение контактных линз не вызывает отека роговицы (критерий Holden & Mertz):

Дневное ношение: Dk/L = 24 (х10 в -9 степени)

Пролонгированное ношение: Dk/L = 87 (x10 в -9 степени)

Большинство современных мягких контактных линз имеет Dk/L не выше 30 (х10 в -9 степени). Следует иметь в виду, что высокие Dk/L могут быть получены либо за счет очень высокого содержания воды в материале линзы, либо за счет ультратонкого дизайна линзы из материала с низким или средним содержанием воды. Современные жесткие газопроницаемые линзы обладают довольно высокими значениями Dk/L (порядка 80 и выше). Новейшие линзы компании Bausch & Lomb (PureVision) и компании CIBAVision (Focus Night&Day) изготовлены из комбинации силикона и гидрогеля и имеют Dk/L выше 100, что значительно превышает критерий Holden и Mertz.

Если Вам надоели очки и линзы и проблемы связанные с ними, Вы можете раз и навсегда избавиться от них с помощью простой, уникальной методики Майкла Ричардсона «Видеть Без Очков».

В зависимости от кислородной проницаемости линз, свойств материала и показаний для ношения контактных линз у конкретного пациента определяются оптимальный режим ношения линз и частота их замены.

Выделяют следующие режимы ношения:

1. Длительное непрерывное ношение

Допускается непрерывное ношение линз сроком до 30 суток. Это стало возможным благодаря появлению новых материалов с Dk/L выше 100.

2. Пролонгированное ношение

Допускается непрерывное ношение контактных линз сроком до 7 суток (6 ночей подряд). Необходимо, чтобы глаза отдыхали без линз в течение 1 ночи (раз в неделю). Замена линз на новые производится еженедельно.

3. Гибкое ношение

Допускается эпизодически ночной сон в линзах (не более 3 ночей подряд).

4. Дневное ношение

Линзы снимают на ночь каждый день. После очистки их кладут в контейнер со специальным раствором для дезинфекции.

Возможна классификация контактных линз по частоте их замены.

Выделяют следующие классы линз:

Традиционные линзы (выпускаются только во флаконах) — замена через 6 месяцев и реже.

Линзы плановой замены (выпускаются во флаконах и блистерной упаковке) — замена через 1-3 месяца.

Линзы частой плановой замены (выпускаются только в блистерной упаковке) — замена через 1-2 недели.

Линзы ежедневной замены (выпускаются только в блистерной упаковке) -замена ежедневно. Эти линзы вообще не требуют ухода.

Материалы, применяемые для изготовления мягких контактных линз, по предложению комитета FDA, определяющего в США требования, предъявляемые к качеству продуктов питания и лекарственных препаратов, подразделяются в соответствии с содержанием в них воды и электростатическими свойствами (способностью поверхности материала нести электрический заряд) на 4 группы:

Группа I Неионные (низкий электростатический заряд на поверхности), низкое содержание воды (менее 50%)

Группа II Неионные, высокое содержание воды (более 50%)

Группа III Ионные, низкое содержание воды (высокий электростатический заряд на поверхности)

Группа IV Ионные, высокое содержание воды

Исследования показывают, что существует связь между количеством белковых отложений на мягкой контактной линзе и электростатическим зарядом на ее поверхности. Установлено, что при ношении контактных линз из материалов II и III групп количество лизоцима на линзах будет почти в 3 раза больше (37,7 и 33,2, соответственно), чем из материалов I группы за тот же период ношения, а для линз, изготовленных из ионных материалов с высоким содержанием воды (IV группа), количество накопившегося на линзе лизоцима возрастает уже более чем в 60 раз (991,2).

Таким образом, не только влагосодержание, но и электростатические свойства материала влияют на способность линзы загрязняться. Все это определяет сроки замены линз и режим ухода за ними. Поэтому для линз IV группы рекомендованные сроки ношения, как правило, не превышают 2 недели, а традиционные линзы, в основном, изготавливают из устойчивых к накоплению отложений материалов I группы.

В настоящее время мягкие контактные линзы изготавливаются четырьмя различными способами:

— токарная обработка, или точение (lathe cut)

— центробежное литье, или формование (spin-cast)

— литье в форме (cast-mold)

— комбинированный метод центробежного формования и точения (обратный процесс III)

Каждый способ производства позволяет изготовить мягкие контактные линзы определенного дизайна со специальными характеристиками.

• Характеристика линз, изготовленных методом токарной обработки

Преимущества:

— можно изготовить линзы с различными заданными и сложными параметрами

— хорошая подвижность и центрация

— удобство в обращении, благодаря их толщине и «упругости»

Недостатки:

— повторяемость параметров хуже, чем у линз, изготовленных методом литья

— кислородопроницаемость ниже из-за большей толщины линзы

— меньшая комфортность при ношении

— поверхность линзы может иметь дефекты

— более высокая себестоимость производства

— более сложный подбор

• Характеристика линз, изготовленных методом центробежного литья

Преимущества:

— прекрасная повторяемость параметров

— линзы тонкие и «эластичные»

— гладкая передняя поверхность, высокий комфорт при ношении

— асферичная задняя поверхность линзы

— конический профиль кромки

— простота подбора, так как имеется только один радиус кривизны

Недостатки:

— невозможно производство линз сложной геометрии (например, торических)

— задняя поверхность не всегда соответствует кривизне роговицы, отсюда возможна небольшая децентрация линз

— трудное обращение с тонкими линзами малой оптической силы

— линзы могут быть малоподвижны на глазу

• Характеристика линз, изготовленных методом литья в форме

Преимущества:

— высокая воспроизводимость

— можно изготавливать линзы со сложной геометрией (торические и др.)

— отличное качество оптики

— низкая цена

Недостатки:

— не всегда удается производить линзы с высокой диоптрийностью

— короткий срок службы

• Характеристика линз, изготовленных по технологии обратного процесса III

Обратный процесс III — комбинированный способ производства контактных линз, предложенный корпорацией Bausch & Lomb (по данной технологии изготавливаются линзы Optima). Метод заключается в использовании 2-х способов производства: передняя поверхность линз отливается методом центробежного формования, а задняя вытачивается на токарном станке.

Преимущества (сочетает преимущества двух методов):

— очень гладкая передняя поверхность линзы

— высокие оптические характеристики

— удобство при ношении

— идеальный профиль кромки

— оптимальная подвижность и центрация

— прочная, эластичная линза, удобная в обращении даже при малой оптической силе

Недостатки (устраняет недостатки каждого метода):

— более длительный процесс производства

—

Статья из книги: Мягкие контактные линзы | компания Bausch & Lomb