of soft contact lenses
E.G. Rybakova, A.M. Samsonova,
G.A. Badun, Z.A. Tyasto

Department of ophthalmology, Russian State Medical University
Department of radiochemistry, Moscow State University

Purpose: To study adsorptive processes of agents in soft contact lenses (CL) of different material and dependence of agents diffusion from wearing period of CL.
Materials and methods: Diffusion properties of hydrocarbon gel and silicon–hydrocarbon gel lenses with different replacement periods were examined with the help of radioactive tracer analysis of sorption and desorption of amino acids tagged with tritium.
Results: Desorption of all types of amino acids was observed during first 5–15 minutes. After that amino acid concentration remained stable (lens was placed into the stripping solution for 5 days). Silicon –hydrocarbon gel lenses with water content of 47% desorbed agent quicker then lenses with 36% water content.
Sorption limits of alanine and aminocaproic acid were the same in hydrocarbon gel and silicon – hydrocarbon gel CL with equal water content. But there was some increase of amino acid sorption of silicon – hydrocarbon gel CL with less water content.
There was tendency of decrease of alanine sorption in unused (new) hydrocarbon gel CL in comparison with used CL, especially when the period of wearing has been prolonged.
Conclusion: Common tendency of agents desorption of silicon – hydrocarbon gel CL is similar to hydrocarbon gel CL.
Kinetics of agents in CL is influenced not only by polymer structure, hydration degree, chemical structure and agents’ concentration in solution but also period of wearing of CL. These data confirm the importance of replacement of CL in recommended period, otherwise – decrease of sorption properties may result in complications.

Одним из важных направлений развития контактной коррекции на современном этапе наряду с совершенствованием параметров современных контактных линз (КЛ), созданием линз из новых материалов, оказывающих минимальное воздействие на нормальное функционирование тканей глаза, является дальнейшее изучение свойств КЛ и развитие научно обоснованных методов профилактики осложнений контактной коррекции зрения.
Как известно, для нормального функционирования тканей глаза при ношении КЛ важны не только показатели газопроницаемости КЛ, но и ее диффузионные свойства, ухудшение которых может приводить к осложнениям. Кроме того, способность гидрофильного полимера пропускать кислород, ионы Na+, CL– , молочную кислоту и другие вещества лежит в основе применения КЛ для введения лекарственных веществ.
Первые научные исследования диффузии флюоресцеина в мягких КЛ проведены в 1970 году американскими учеными Waltman S.R. и Kaufman H.F.[10]. На скорость диффузии веществ в гидрогелях (в исследованиях in vitro) влияет строение полимера, степень его гидратации, химическое строение и молекулярная масса диффундирующего вещества [1,5,6].
На десорбцию вещества из КЛ, помещенной на роговицу, влияют не только строение полимера, параметры КЛ и содержащегося в ней вещества, но и состояние структур глаза (слезной пленки, век, роговицы), с которыми линза и содержащееся в ней вещество вступают в контакт. Итогом целого ряда исследований кинетики веществ в КЛ являются важные для клинического использования насыщенных лекарственными препаратами КЛ выводы: КЛ, содержащая лекарственный препарат, пролонгирует время лечебного воздействия данного препарата на глаз; при одинаковых исходных концентрациях веществ, вводимых в глаз с помощью КЛ и при инстилляциях, КЛ обеспечивает более высокий и стабильный уровень препарата в тканях переднего отдела глаза и поддерживает его в течение более длительного времени; при этом равноценный терапевтический эффект может быть достигнут при меньших по сравнению с инстилляциями концентрациях лекарственного препарата [2,5,8,9].
Большинство работ по исследованию диффузии веществ в КЛ посвящено изучению гидрогелевых полимеров. Однако одной из последних инноваций контактной коррекции зрения явилось создание мягких КЛ из новых полимеров – силикон–гидрогелей. Наличие в этом материале силикона обусловливает основное преимущество этого типа линз – высокую, в 3–5 раз выше чем у гидрогелей, газопроницаемость. Применение КЛ из силикон–гидрогелей значительно снижает риск развития гипоксических осложнений, продлевает период комфортного ношения КЛ и имеет большой потенциал для лечения заболеваний роговицы и использования в офтальмотерапии.
Адсорбционные процессы веществ в силикон–гидрогелевых линзах, а также зависимость процесса диффузии веществ в КЛ от времени ее ношения пока недостаточно изучены, поэтому представленные результаты исследования этих процессов в различных типах КЛ имеют важное значение для дальнейшего клинического применения линз и понимания механизмов их возможного негативного воздействия на ткани глаза.
Материалы и методы исследования
Диффузионные свойства полимеров КЛ исследованы с использованием радиоизотопного метода на примере сорбции и десорбции аминокислот, представители которых содержатся как в слезной жидкости, так и в некоторых лекарственных препаратах.
Достоинством использованного в настоящих исследованиях радиоизотопного метода является высокая чувствительность определения концентраций веществ в различных системах по их радиоактивности без привлечения других методов детектирования. Малочисленность таких исследований и относительная редкость применения данного метода для исследования кинетики веществ в КЛ объясняется необходимостью получения меченых соединений с требуемой удельной радиоактивностью и наличия соответствующего оборудования.
Для получения меченых веществ использовали тритиевую метку, которую вводили в аминокислоты (альфа–аланин и норлейцин) с помощью метода термической активации трития [3,4]. Чистоту полученных препаратов контролировали методом тонкослойной радиохроматографии. Распределение радиоактивности определяли с помощью сканера радиоактивности «БетаХром» (Россия). Радиохимическая чистота меченых аминокислот была не менее 98 %.
В связи с тем, что на процессы сорбции и десорбции веществ в мягких КЛ могут влиять не только природа полимера, но и его влагосодержание и параметры КЛ (диаметр, толщина), в работе наряду с силикон– гидрогелевыми линзами из материала Балафилкон А использованы гидрогелевые (материал Генфилкон А) и силикон–гидрогелевые (Галифилкон А) КЛ, основным различием которых является химическая структура и свойства полимера (табл. 1, 2).
Наряду с новыми (неиспользованными для ношения) КЛ в работе исследованы диффузионные свойства линз после ношения при различных сроках замены: гидрогелевых однодневных КЛ и линз 2–недельной замены из материала Этафилкон А с влагосодержанием 58%; линз ежемесячной замены из материала Окуфилкон Д с влагосодержанием 55%; силикон–гидрогелевых КЛ двухнедельной замены (при дневном ношении) из материала Сенфилкон А с влагосодержанием 38%.
Для определения способности аминокислот сорбироваться на КЛ последние помещали в 2 мл раствора соответствующей аминокислоты различной концентрации и выдерживали около суток (не менее 16 часов) при комнатной температуре (от +23 до +25°С).
Кинетику десорбции аминокислот в КЛ оценивали по изменению радиоактивности физиологического раствора после перенесения в него исследуемых КЛ, предварительно выдержанных в растворах меченных тритием аминокислот. Для этого периодически проводили отбор части раствора во флакон со сцинтилляционной жидкостью OptiPhase HiSafe 3 (Perkin Elmer, Великобритания), причем раствор перед отбором перемешивали встряхиванием. Радиоактивность измеряли на жидкостном сцинтилляционном спектрометре RackBeta 1215 (LKB Wallac, Финляндия). Через 1–5 суток линзы извлекали из раствора, промывали в физиологическом растворе и опускали во флакон со сцинтилляционной жидкостью для определения возможной необратимой адсорбции аминокислот КЛ.
Уменьшение радиоактивности раствора меченых аминокислот при погружении в него линз означало, что происходила сорбция аминокислот КЛ. Однако величина изменения радиоактивности была недостаточно большой для достоверного определения сорбции аминокислот, поэтому величина сорбции аминокислот определялась из данных десорбционного эксперимента.
Результаты исследования и обсуждение
Десорбция аминокислот из всех типов КЛ осуществлялась в течение первых 5–15 мин, после чего концентрация аминокислот в растворе оставалась постоянной (при выдерживании линзы в десорбционном растворе до 5 суток). Как и в гидрогелевых линзах, скорость диффузии растворенных веществ в которых, как правило, увеличивается с ростом содержания воды в гелях [1,6,7], силикон–гидрогелевые КЛ с влагосодержанием 47% десорбировали вещество быстрее, чем линзы с влагосодержанием 36% (рис.1).
При исследовании кинетики в КЛ аланина уже при низкой концентрации раствора (36 мкг/л) обнаружено значительное различие в сорбции гидрогелевых и силикон–гидрогелевых линз: сорбция этой аминокислоты силикон–гидрогелевыми линзами была существенно меньше. Дальнейшее повышение концентрации раствора приводило к повышению сорбционной способности силикон–гидрогелевых линз, и количество сорбированного ими аланина оказалось уже выше, чем у гидрогелевых КЛ (табл. 3). Это различие свидетельствует о том, что гидрогелевые КЛ обладают большим сродством к аланину, что и выражалось в превышении их адсорбированного количества при низких концентрациях насыщающего раствора. Однако при концентрации более 73 мкг/мл достигалась предельная величина адсорбции аланина для гидрогелевых КЛ, которая уже не менялась при увеличении концентрации раствора. Адсорбционная же емкость силикон–гидрогелевых КЛ для аланина оказалась выше, что и обусловило большее количество адсорбированного этими линзами аланина при высокой концентрации насыщающего раствора, равного147 мкг/мл.
Для норлейцина наблюдалась одинаковая способность сорбироваться гидрогелевыми и силикон–гидрогелевыми линзами при концентрации норлейцина в насыщающем растворе 28 мг/л, однако при более высокой концентрации норлейцина равной 70 мг/л наблюдалось небольшое увеличение сорбции силикон–гидрогелевыми линзами. Это может быть связано с тем, что норлейцин более гидрофобен, чем аланин, поэтому лучше сорбируется силикон–гидрогелевыми КЛ, материал которых содержит гидрофобный силикон.
Предельные величины сорбции аланина и норлейцина оказались одинаковыми для гидрогелевых и силикон–гидрогелевых КЛ с равным влагосодержанием. В то же время, как и в ранее проведенных исследованиях сорбции низкомолекулярных веществ гидрогелевыми линзами [4], отмечалось некоторое увеличение сорбции аминокислот силикон– гидрогелевыми КЛ с меньшим влагосодержанием (табл. 4).
Остаточная радиоактивность линз после завершения процесса десорбции оказалась столь низкой, что позволяет сделать важный вывод об отсутствии необратимой адсорбции аминокислот КЛ.
Общие тенденции десорбции веществ из силикон–гидрогелевых КЛ сходны с этими процессами в гидрогелевых линзах, что позволяет в какой–то мере экстраполировать на КЛ из силикон–гидрогелей основные преимущества введения с помощью мягких КЛ лекарственных препаратов и применения этих линз в офтальмотерапии.
При сравнении процесса диффузии аланина в новых (неиспользованных) КЛ и КЛ после различных сроков ношения отмечалась интересная тенденция к снижению сорбционных свойств гидрогелевых КЛ (рис. 2) , особенно при увеличении срока ношения («перенашивании») КЛ. Эти данные могут быть интерпретированы, как ухудшение диффузионных свойств КЛ в процессе ношения, и в определенной степени объяснять возможные осложнения, возникающие при «перенашивании» КЛ.
Эти исследования показывают, что на кинетику веществ в КЛ влияет не только строение полимера, степень его гидратации, химическое строение и концентрация вещества в исходном растворе, но и длительность ношения КЛ.
Полученные выводы могут в определенной степени являться научным обоснованием одного из основных принципов профилактики осложнений контактной коррекции зрения – чем короче срок замены линз, тем лучше для здоровья глаз.

Статья принята в печать 18 декабря 2006 г.

Литература
1. Аветисов С.Э., Бадун Г.А., Краснянский А.В., Рыбакова Е.Г Кинетика лекарственных препаратов в мягких контактных линзах. Сообщение 1. Исследования in vitro.// Вестник офтальмологии .1995. N1. С.21–24
2. Аветисов С.Э., Бадун Г.А., Краснянский А.В., Рыбакова Е.Г. Закономерности десорбции лекарственных препаратов из мягких контактных линз. Сообщение 2. Исследования in vivo.// Вестник офтальмологии.1996. N1. С.18–20
3. Бадун Г.А., Лукашина Е.В., Ксенофонтов А.Л., Федосеев В.М. Кинетические закономерности образования меченых продуктов при действии атомарного трития на замороженные растворы и лиофилизованные смеси аминокислот. // Радиохимия. 2001. Т. 43 № 3. С. 272–276.
4. Бадун Г.А., Ксенофонтов А.Л., Лукашина Е.В., Позднякова В.Ю., Федосеев В.М. Сравнительное исследование взаимодействия атомарного трития с глюкозамином и аминокислотами. // Радиохимия. 2005. Т. 47 № 3. С. 281–283.
5. Зеленская М.В. Применение мягких контактных линз с лечебной целью. Дисс.канд...мед.наук. М.1987
6. СтародубцевС.Г., РябинаВ.Р., Демяшкевич Ю.Э., Павлова Н.Р. Диффузия фурацилина, преднизолона и модельных органических ионов в гидрогелях для мягких контактных линз //Химико–фармацевтический журнал–1985.№1.–С.168–172
7. Gumpelmayer TF., Schwach GW. Diffusion properties of hydrophilic materials.//Am.J.Optom.–1973.vol.50. P.904
8. Rubinstein M.P. Disposable contact lenses as therapeutic devices. // J. of Brit.Contact Lens Ass.1995.vol.18.№ 3.P.95–97
9. Tian X, Iwatsu M, Kanai A Disposable 1–day Acuvue contact lenses for the delivery of lomefloxacin to rabbits' eyes// CLAO J 2001 Oct;27(4)P.212–215
10. Waltman SR, Kaufman HF. Use of hydrophilic contact lenses to increase ocular penetration of topical drugs. //Invest.Ophthalmol.–1970.vol.9.P.250–255