Protesi visive Lenti a contatto Cosa sono e

Protesi visive: Lenti a contatto

Cosa sono e cosa servono Le lenti a contatto (La. C) sono delle protesi visive extraoculari, in quanto svolgo un ruolo importante per quanto riguarda l’apparato ottico ed il loro impiego non richiede alcun intervento invasivo, sono un film di materiale tipicamente trasparente (in certi casi si vedrà che non è così) che viene applicato sulla cornea, tale film ha particolari proprietà ottiche in modo da correggere il difetto posseduto dall’occhio. 2

Cosa sono e cosa servono Le lenti a contatto vengono impiegate al giorno d’oggi per 3 fini diversi: ● ● Oftamici: correzione dei vizi refrattivi dell’occhio. Cosmetici: per aspetti estetici, quali il cambio di colore dell’iride o per dare un aspetto diverso all’iride. ● Terapeutici: utilizzo in campo medico per la somministrazione di farmaci all’occhio che richiedano un rilascio graduale di medicinale, oppure per il filtraggio della luce per evitare l’esposizione dell’occhio ai raggi UV e Blu. 3

Cosa sono e cosa servono Per quanto riguarda l’aspetto oftalmico, le lenti a contatto possono rappresentare un livello di confort superiore rispetto agli occhiali in quanto permettono una percezione visiva completa in tutto il campo visivo. Inoltre in alcune attività possono rappresentare una soluzione molto comoda, ad esempio nello sport o nel ballo o in tutte quelle attività dove gli occhiali potrebbero arrecare qualche disagio rischiando di perderli. 4

Cosa sono e cosa servono Lenti Oftalmiche 5

Cosa sono e cosa servono Lenti Cosmetiche 6

Cenni storici 1636: Cartesio dimostra come si possa eliminare anomalie rifrattive applicando a contatto dell’occhio un tubo pieno d’acqua con un vetro concavo della stessa forma della cornea all’altra estremità. Fine XIX secolo: in Svizzera, Francia, Germania vengono prodotte le prime lenti a contatto sclerali in vetro. 1948: si producono lenti in materiale plastico (PMMA = Polimetilmetacrilato) che permettono di ridurre il peso e di produrre lenti corneali. 1958: due ricercatori di Praga, Lim e Wichterle compiendo studi sugli usi biologici dell’Hidrogel (HEMA = Idrossietilmetacrilato) mettono a punto una lente a contatto morbida, flessibile e soprattutto permeabile all’ossigeno. Orsini Andrea Ingegneria Elettronica Biomedica 7 7

Cenni storici 1962: Grazie a nuovi materiali gaspermeabili vengono realizzate nuove lenti a contatto di tipo rigido ma con una maggiore ossigenazione dell’occhio, prendendo il nome di “Semirigide” 1974: lenti in CAB = Acetato Butirrato di cellulosa 1985: in Danimarca vengono create delle lenti a contatto morbide “usa e getta” con una durata di alcuni mesi, prodotte in silicone. 1996: si producono lenti giornaliere che riscontrano gran successo per la loro praticità Ai tempi d’oggi si stanno utilizzando materiali che permettono sempre più la respirazione oculare e una buona idratazione dell’occhio, spesso motivo di spiacevoli conseguenze. 8 8

Classificazione delle lenti a contatto ● Materiale ● Diametro totale ● Obiettivo (oftalmico, cosmetico, terapeutico) ● Costruzione (Tornite, stampate, centrifugate) ● Frequenza di ricambio (giornaliero, prolungato, continuo) ● Manutenzione 9

Materiale - Proprietà Le principali proprietà dei materiali impiegati da tenere presente sono: Permeabilità all’ossigeno: è fondamentale in quanto l’ossigeno è indispensabile al funzionamento corneale per conservare la sua trasparenza. La capacità di trasmettere ossigeno viene indicata col valore “Dk” ove D rappresenta il coefficiente di diffusione del gas nel materiale e k è una costante indicante la quantità di gas presente nel materiale stesso. Bagnabilità: è la capacità di un materiale di farsi ricoprire da un liquido, molto importante per avere una buona biocompatibilità, per mantenere la cornea sempre ben umida. Biocompatibilità: si ha biocompatibilità quando non ci sono comportamenti avversi da parte dell’organismo nei confronti del corpo estraneo.

Materiale - Proprietà Altre proprietà che bisogna tener conto sono: ● Formazione di depositi lipidici e proteici ● Peso specifico ● Flessibilità e flessione ● Stabilità dimensionale ● Trasmissione della radiazione visibile ed UV

Materiale - Proprietà

Materiale Rigide: Gas-impermeabili (PMMA = Polimetilmetacrilato) Gas-permeabili (Semirigide) Morbide: Siliconi idrogel Non ionico (1) Idrogel: Basso contenuto H 2 O Alto contenuto H 2 O Biomimetici: Fosforilcolina Ionico (2) Non ionico (3) Ionico (4)

Materiale – Rigide Gas-Impermeabili Il PMMA (polimetilmetacrilato) conosciuto anche come Plexiglass o Perspex, è l’unico materiale non permeabile usato per la costruzione di lenti a contatto corneali, è ottenuto dall’esterificazione dell’acido metacrilato con alcool metilico. Il PMMA non è attaccabile da enzimi organici fisiologici ne da altri composti chimici , apparte l’acetone, ed è ben tollerato dai tessuti, inoltre risulta termocompatibile in quanto non si deforma con la temperatura corporea. Sfortunatamente non è in grado di assorbire acqua e di conseguenza non è in grado di diffondere ossigeno verso la cornea. Nonostante siano ancora utilizzate nella pratica clinica sono ritenute una tecnologia ormai rimpiazzata dalle lenti a contatto semirigide.

Materiale – Rigide Gas-permeabili Per la produzione delle La. C rigide permeabili viene utilizzato il CAB (Acetato Butirrato di cellulosa) che si ottiene dall’esterificazione della cellulosa, quest’ultima possiede numerosi gruppi –OH che vengono sostituiti da Acetato al 13% e Butirrato al 37% i rimanenti –OH consentono la bagnabilità del materiale. Nonostante tutto ciò questo materiale ha una scarsa diffusione di ossigeno e dunque non preferibile come materiale per lenti ad uso continuato. Un altro materiale impiegato per questa tipologia di La. C è lo Stirene, che ha prestazioni ottiche notevoli con un indice di rifrazione di 1, 59, purtroppo anche questo materiale ha una scarsa diffusione di ossigeno.

Materiale – Rigide Gas-permeabili Le esigenze ossigenative hanno spinto verso l’introduzione di materiali composti che prendono il nome di Copolimeri Silossano, i quali componenti sono: Silossano (monomero di silicone, ossigeno e un radicale) + p. MMA + CAB + VP. Il CAB e il VP permettono di aumentare la permette di idrofilia mentre conservare compattezza del materiale il silicone una buona

Materiale – Rigide Gas-permeabili Verso la metà degli anni 80 venne ideato un nuovo materiale composto da carbonio e fosforo, dalla reazione si ricava una materiale con struttura reticolare che permetteva molto facilmente all’ossigeno di diffondersi nel materiale, inoltre i fluoro-monomeri riducevano notevolmente l’attrito fra La. C e palpebra, riducevano il fenomeno dei depositi lipidici e proteici attorno alle La. C e il silicone poteva essere quasi del tutto eliminato dal materiale. Questo è il materiale più utilizzato dalle attuali lenti semirigide.

Materiale – Morbide Hidrogel Il primo materiale morbido per lenti a contatto fu l’HEMA (idrossietilmetacrilato), un idrogel costruito nel 1962, esso era in grado di idratarsi per il 38, 6% del volume. La presenza di acqua garantiva che ci fosse diffusione di ossigeno nel materiale, ma 38, 6 era troppo poco per garantire una corretta ossigenazione dell’occhio, si cercò dunque di aumentare la percentuale dell’acqua ma ciò comportò che con una eccessiva evaporazione la lente subisse modifiche meccaniche evidenti e dunque alterasse il poter ottico della lente. Come soluzione si è pensato di inserire dei monomeri che presentassero dei gruppi acidi, cioè elementi ricchi di elettronegatività che proprio per questa caratteristica tendono a legare bene con l’acqua impedendone l’evaporazione.

Materiale – Morbide Hidrogel Da questa idea per rendere il materiale più idrofilo senza aumentare la percentuale di acqua nel materiale si crearono 4 diversi materiali: ● A bassa idrofilia <50% non ionici (Gruppo 1) ● Ad alta idrofilia >50% non ionici (Gruppo 2) ● A bassa idrofilia <50% ionici (Gruppo 3) ● Ad alta idrofilia >50% ionici (Gruppo 4)

Materiale – Morbide Hidrogel – Gruppo 1 (<50% NI) Il materiale “Benz” è uno dei più recenti. Possiede elevata capacità di trattenere acqua grazie ai numerosi gruppi ossidrili OH. Non presenta le problematiche dei materiali morbidi a legarsi con le proteine. Gli altri materiali di questo gruppo possono presentare pochi siti OH. Di conseguenza la capacità di opporsi alla disidratazione è bassa, ma lo è anche la disponibilità a creare depositi proteici. I materiali morbidi appartenenti a questo gruppo sono dotati di un’idratazione fino al 50% e hanno DK che raggiungono i 20 x 10 -11 (cm 2/s) (ml. O 2/ml • mm. Hg).

Materiale – Morbide Hidrogel – Gruppo 1 GMA/HEMA (<50% NI)

Materiale – Morbide Hidrogel – Gruppo 2 (>50% NI) I materiali di questo gruppo (come quelli del precedente) sono caratterizzati dalla bassa quantità di cariche elettriche, ma anche da un maggiore spazio molecolare che garantisce un maggior contenuto idrico. Maggiore è il contenuto idrico, maggiore è il DK, che può raggiungere valori di 35 – 40 x 10 -11 (cm 2/s) (ml. O 2/ml • mm. Hg). D’altra parte l’evaporazione può influenzare la stabilità dimensionale della lente, che subirà maggiori variazioni fisiche. Una lente del II gruppo può perdere fino al 40% del suo contenuto idrico nell’arco di 8 ore d’uso.

Materiale – Morbide Hidrogel – Gruppo 2 HEMA - NVP (>50% NI)

Materiale – Morbide Hidrogel – Gruppo 3 (<50% I) Il III gruppo è il primo di tipo Ionico, cioè con un’elevata carica elettrostatica garantita dal gruppo acido, che fa si che ci siano legami con l’acqua. L’elevata polarità rende questi materiali strutture con un’elevata resistenza all’evaporazione. Si dicono materiali ad elevato valore di bilanciamento idrico. Sfortunatamente se la molecola d’acqua si slega dal materiale, il suo posto può essere preso da proteine (come il lisozima), che con il tempo invecchiano e sono responsabili di fenomeni allergici (congiuntiviti allergiche). Anche questi materiali, come quelli appartenenti al I gruppo, hanno DK contenuti a 20 x 10 -11 (cm 2/s) (ml. O 2/ml • mm. Hg).

Materiale – Morbide Hidrogel – Gruppo 3 HEMA - MA (<50% I)

Materiale – Morbide Hidrogel – Gruppo 4 (>50% I) Questi materiali esprimono il massimo, sia sotto il profilo di trattenimento idrico sia sotto quello della gas-permeabilità (DK). Sono però massimi anche i fattori di inquinamento proteo-lipidico. Devono quindi essere sempre ben detersi o meglio sostituiti.

Materiale – Morbide Hidrogel – Gruppo 4 NVP - MA (>50% I)

Materiale – Morbide Siliconi-Hidrogel Sono materiali che derivano dalla polarizzazione fra Hidrogel (HEMA) e silicone con l’aggiunta di Fluorina o Polyetilenglicole. I problemi legati al silicone, che come sappiamo è idrofobico, sono stati ben risolti mediante trattamenti della superficie della lente, che permettono al materiale di rimanere ben idratato e opporsi al legame con elementi lipidoproteico. Questi nuovi materiali forniscono il comfort delle lenti morbide, ma con una gaspermeabilità 5 -8 volte superiore alle classiche lenti morbide di qualsiasi gruppo (DK da 110 a 175 x 10 -11).

Materiale – Morbide Siliconi-Hidrogel

Materiale – Morbide Biomimetiche Le lenti a contatto biomimetiche sono composte dalla tipica struttura HEMA con aggiunta di un fosfolipide sintetico chiamato Fosforilcolina il quale è molto simile al fosfolipide che si trova sulla membrana di ogni cellula umana. Ciò fa sì che l’organismo non rigetti la presenza della lente, inoltre ha ottime proprietà meccaniche, infatti permette all’acqua di bagnare tutta la lente e non permette ai lipidi di aderire ad essa. Tale tecnologia arriva nel campo ottico solo dopo essere stata usata per più anni in altri dispositivi medici, come cateteri, valvole cardiache, filtri per dialisi.

Diametro totale Le lenti a contatto si distinguono in La. C Sclerali e La. C Corneali, il nome stesso ne fa capire la caratteristica, le lenti più in uso ai giorni d’oggi sono le corneali, tuttavia in campo medico vengono ancora utilizzate le La. C Sclerali come sistema terapeutico. Il diametro delle corneali parte da circa 13, 8 mm fino ad una massimo di circa 14, 4 mm, invece per le sclerali si parte da circa 18 mm fino ad un massimo di 25 mm su lente ovale.

Obiettivo Oftalmico L’obiettivo oftalmico delle lenti a contatto è quello di riuscire a correggere la gran parte dei difetti ottici che riguardano l’errata focalizzazione dell’immagine sulla retina, infatti le lenti sia a contatto che quelle per occhiali non possono correggere difetti che riguardino altri aspetti dell’occhio, ad esempio la cataratta, oppure la presenza di particelle in sospensione nel vitreo. I difetti di focalizzazione corretti sono: ● Miopia ● Ipermetropia ● Astigmastismo ● Presbiopia

Obiettivo Oftalmico - Miopia E’ il problema ottico più frequente, caratterizzato dalla difficoltà di mettere a fuoco nitidamente le immagini lontane. L’occhio miope può mettere a fuoco facilmente gli oggetti vicini ed è in grado di vedere a distanza solo se aiutato da lenti negative che consentano di riportare correttamente l’immagine sulla retina. Infatti nei miopi l’immagine degli oggetti lontani si focalizza prima della retina creando un effetto sfocato. Si corregge con lenti sferiche.

Obiettivo Oftalmico - Ipermetropia Difetto molto diffuso e si evidenzia con una visione sfocata delle immagini sia lontane che da vicino. Questo è dovuto alla dimensione del bulbo oculare, più corto rispetto alla norma, per cui i raggi luminosi si focalizzano oltre la retina, anziché sulla stessa. Tende a comparire in tenera età e può rimanere in forma latente per parecchi anni. In età più avanzata viene confusa con la presbiopia. Si corregge con lenti sferiche

Obiettivo Oftalmico - Astigmatismo La maggior parte degli occhi umani presenta un lieve astigmatismo, dovuto principalmente alla non perfetta forma sferica della cornea. Un individuo astigmatico non vede bene né da vicino né da lontano, e percepisce gli oggetti sfocati e distorti. Di solito l’astigmatismo può essere associato a miopia o ipermetropia; la maggior parte degli astigmatismi può essere corretta adeguatamente con lenti a contatto o occhiali.

Obiettivo Oftalmico - Presbiopia Occorre sottolineare che la presbiopia non è un vizio refrattivo; si tratta infatti di una riduzione fisiologica della capacità accomodativa dovuta all’invecchiamento del cristallino o del legamento che lo tiene nella giusta posizione e si corregge con lenti di potere positivo. Compare intorno ai 40/43 anni e si manifesta in una difficoltà a mettere a fuoco le immagini o gli oggetti che si trovano a distanza ravvicinata. Si corregge con lenti multifocali.

Costruzione lenti morbide La produzione di La. C può avvenire con 3 diverse metodologie: ● Centifugazione ● ● Tornitura Stampaggio

Costruzione lenti morbide - Centrifugazione I componenti della miscela polimerica vengono iniettati in uno stampo rotante. Il materiale sottoposto a forza centrifuga si spande sulle pareti sferiche dello stampo; in questo modo si determina la curvatura della superficie anteriore della lente mentre la velocità di rotazione ne determina il raggio di curvatura posteriore. Al termine della centrifugazione, la lente viene sottoposta a idratazione. Questo sistema permette di eseguire lenti a basso spessore.

Costruzione lenti morbide - Tornitura Il materiale di partenza è costituto da cilindretti di materiale polimerizzato, chiamati bottoni. Il bottone viene collegato al tornio in modo che la punta lavori entrambe le superfici (quella interna e quella esterna). Il semilavorato viene poi lucidato per eliminare ogni traccia di tornitura. Terminata la lavorazione la lente viene lentamente idratata.

Costruzione lenti morbide - Tornitura

Costruzione lenti morbide - Tornitura

Costruzione lenti morbide - Tornitura Orsini Andrea Ingegneria Elettronica Biomedica 42

Costruzione lenti morbide - Tornitura

Costruzione lenti morbide - Tornitura

Costruzione lenti morbide - Tornitura

Costruzione lenti morbide - Stampaggio Con questo procedimento è necessario innanzi tutto produrre stampi, generalmente in plastica, aventi parametri diversi. Nella fase successiva il monomero liquido viene iniettato nella parte concava dello stampo. sul quale viene poi adagiata la parte convessa. Terminata la fase di polimerizzazione in alcune linee di produzione le lenti vengono sottoposte alla fase di idratazione mentre in altre il prodotto finale dello stampaggio è già idratato.

Costruzione lenti rigide La produzione di La. C può avvenire con 2 diverse metodologie: ● Stampaggio ● Tornitura

Costruzione lenti rigide - Stampaggio Una lamina di materiale rigido viene pressata a caldo fra due superfici opportunamente levigate e con curvature predeterminate. Con tale sistema è possibile oggi produrre lenti già lucidate e a geometria stabilita.

Costruzione lenti rigide - Tornitura La tornitura è oggi il sistema di produzione maggiormente utilizzato sia dalle grande che dalle piccole aziende. I torni a controllo computerizzato, di ultima generazione, garantiscono lavorazioni molto precise, la produzione di geometrie ad asfericità variabile e lucidatura della superficie già in fase di lavorazione.

Frequenza di ricambio La durata di vita di una lente dipende molto, oltre che dal materiale, dalla cura con le quali vengono trattate e conservate, infatti spesso la durata reale della lente viene sottovalutata appositamente dal produttore per poter garantire una certa sicurezza anche al consumatore più distratto. Infatti una lente giornaliera potrebbe essere portata per un periodo più prolungato se solo si eseguissero tutte le necessarie operazioni di manutenzione, ad esempio il trattamento della lente con soluzioni enzimatiche (per rimuovere proteine), detergenti (per rimuovere lipidi), e disinfettanti (per uccidere batteri e virus). Prassi obbligatoria nel caso di lenti per uso prolungato.

Frequenza di ricambio Dunque le aziende suddividono la durata di vita delle La. C con questi profili: ● Lenti monouso giornaliere: Utilizzate in giornata e poi gettate ● Lenti disposable o “usa e getta”: posso essere settimanali, quindicinali o mensili ● Lenti a ricambio frequente: da 3 a 6 mesi ● Lenti morbide convenzionali: Arrivano a 12 mesi

Manutenzione Nonostante la grande comodità offerta da questa protesi, essa carica il portatore di particolari oneri. La manutenzione, infatti, è un elemento fondamentale se si intende salvaguardare la propria salute degli occhi. Una manutenzione errata può portare alla creazione di batteri e funghi sulla superficie della lente e di conseguenza la trasmissione di tali alla cornea. Le lenti meno soggette a manutenzione sono le giornaliere, infatti esse sono racchiuse all’interno di involucri sterili e dunque al momento dell’applicazione non presentano alcun batterio o fungo a meno che tali non siano presenti sulle dita dell’utilizzatore, l’unico consiglio è quello di lavarsi accuratamente le mani prima dell’applicazione.

Manutenzione Diversamente dalle giornaliere, le altre tipologie di lenti richiedono trattamenti speciali, infatti ogni qualvolta riponiamo le nostre lenti negli appositi gusci sarebbe opportuno lavarle prima con soluzione salina, poi con detergenti e infine riporle nei gusci con soluzione disinfettante. Se questa procedura non viene svolta si rischia che restino particelle di lipidi sulla lente, condizione favorevole alla formazione di colonie batteriche e di funghi.

Manutenzione Le lenti a contatto morbide sono più sensibili all’accumulo di depositi, sia lipidici sia proteici (Lisozima, albumine). I materiali morbidi sono facilmente attaccabili da queste sostanze. Esse tendono a penetrare all’interno del materiale, fenomeno dell’assorbimento (succede molto raramente), oppure ad aderire in superficie, fenomeno dell’adsorbimento (accade spesso). Da un lato questi depositi sono utili perché rendono la lente più compatibile con l’ambiente oculare. Ad esempio, le mucoproteine si stendono sulla superficie della lente e le palpebre scorrono più agevolmente, Dall’altro lato, però, la presenza di depositi può essere fonte di ipersensibilizzazione allergenica (congiuntivite papillare gigante), terreno di cultura per alcuni organismi (quindi rischio infettivo), causa di offuscamento visivo e di sensazione di corpo estraneo.

Manutenzione Sembra che il lisozima sia la proteina maggiormente responsabile della congiuntivite papillare gigante. Ultimamente, però, si sta evidenziando anche il suo ruolo sull’incidenza delle cheratiti batteriche a carico dello stafilococco aureus. Lo stafilococco aureous attecchisce facilmente su questo sub-strato proteico, grazie all’elevata affinità chimica di superficie. Questo batterio predilige l’attecchimento sul lisozima. Finché il lisozima è allo stato vitale, la moltiplicazione e la patogenicità resta sotto controllo.

Manutenzione Ma nel momento in cui la proteina si decompone, il rischio infettivo aumenta. La decomposizione delle proteine avviene spontaneamente secondo il loro ciclo vitale. In condizioni critiche (come l’esposizione a UV, al calore, ad agenti chimici) il processo di decomposizione accelera. Sottoporre le lenti a variazioni del p. H per via delle lacrime, o a liquidi di conservazione o esposte all’azione dei raggi solari difficilmente farà sì che le proteine attecchite possano restare allo stato vitale a lungo.

Manutenzione Il culmine di proteine adsorbite (1. 300 µg) si ha dopo 7 giorni se l’uso è solo diurno. Per quello che riguarda le proteine decomposte, esse rappresentano quasi il 70% già dopo 3 giorni d’uso (710 µg di proteine decomposte nell’uso quotidiano). La presenza di questa grande quantità di proteine decomposte suggerisce la necessità di un’adeguata prevenzione mediante l’uso di detergenti e prodotti enzimatici proteolitici. 57