Permeabilidad
Entre las propiedades de los lentes de contacto, una de las más importantes es su permeabilidad a los gases, principalmente oxígeno (O2) y anhídrido carbónico (CO2). El oxígeno es necesario para el metabolismo de todas las células corneales. La córnea recibe el oxígeno principalmente de la atmósfera cuando los párpados están abiertos, y de la circulación sanguínea en la conjuntiva palpebral cuando los párpados están cerrados. El CO2 es un producto del metabolismo celular que , en parte, se transfiere a través de la lágrima hacia la atmósfera. En general los polímeros que se utilizan para la fabricación de lentes de contacto son más permeables al CO2 que al Oxígeno, por ello las lentes de contacto se han caracterizado casi exclusivamente por su permeabilidad al oxígeno. Si la transmisión de oxígeno a la córnea a través de un lente de contacto es adecuada, también lo será la transmisión del CO2 del lente hacia la atmósfera.
El coeficiente de permeabilidad (P) de oxígeno en un material dado se define por la expresión P = D x k. D es el coeficiente de difusión (en cm2/ seg) que representa la cantidad de oxígeno que pasa a través de la unidad de área del material en una dirección dada, en un segundo. k es el coeficiente de solubilidad del oxígeno en el material (en cm3 (STP) / cm3 x mmHg), que representa los cm3 de oxígeno que se disuelven en un cm3 del material a 760 mmHg de presión. De aquí que el coeficiente de permeabilidad al oxígeno de los materiales usados en la fabricación de lentes de contacto se exprese convencionalmente por el símbolo Dk en las unidades cm3 x cm2/ cm3 x seg x mmHg.
Para simplificar las anteriores unidades del Dk se expresa también en “barrers”.
El Dk, o coeficiente de permeabilidad del oxígeno en el material es una constante característica del material sólo en condiciones específicas de su determinación. En materiales diferentes la magnitud de sus Dk a un gas u otro puede depender de la difusión del gas en el material (D) o de su solubilidad del gas en el material (k). Así , por ejemplo, el Dk del CO2 en los lentes de hidrogel convencionales, es unas diez veces mayor que el Dk del oxígeno en los mismos materiales, a pesar de que la difusión (D) de ambos gases en el agua es similar. La razón de la mayor permeabilidad de los hidrogeles a un gas que al otro se debe a que la solubilidad (k) del CO2 es la fase acuosa del hidrogel, por la que pasan los gases, es diez veces mayor que la solubilidad del oxígeno.
Mientras que el Dk es un coeficiente característico de los materiales de lentes de contacto, el coeficiente de transmisibilidad de oxígeno (Dk/L o Dk/t) es un coeficiente característico de cada lente con un espesor L o t (en cm.) para el material de permeabilidad Dk. Dk/L o Dk/t es una constante para una lente dada, solamente en las condiciones de su determinación. Como los lentes de contacto de uso ordinario en la corrección de las ametropías no tienen un espesor uniforme, el espesor del lente suele expresarse como un espesor central o como espesor promedio entre varias determinaciones en lugares entre el borde y el centro del lente. Dependiendo de dónde se mida el espesor, la transmisibilidad variará, aun cuando las condiciones de la determinación se mantengan constantes. También se emplean la unidades barrers/cm para determinar la transmisibilidad de un material.
Humectabilidad
Los lentes de contacto se toleran mejor si son “mojados” por la lágrima. La humectabilidad de una lente depende no solamente de la estructura química de la lente, sino también de la calidad y cantidad de la lágrima y del parpadeo del usuario. La humectabilidad se define por el ángulo de contacto de una gota de agua depositada sobre el material, que es el ángulo formado entre la tangente de la gota de agua y la superficie del material.
Estabilidad dimensional
Esta propiedad se refiere a la habilidad de las lentes de mantener sus dimensiones específicas, como son su radio de curvatura, espesor y diámetro. Las dimensiones de las lentes de hidrogel pueden variar por el pH, particularmente en las lentes iónicas.
Solidez
Esta propiedad se refiere a la integridad de la lente durante su manipulación. Por ejemplo, la relativa fragilidad de las lentes de hidrogel de alto contenido de agua y la propensión de algunas lentes rígidas gas permeables a ser arañadas.
Flexión
Las lentes de hidrogel son blandas y flexibles, lo que permite su rápida adaptación del paciente a su uso. Por el contrario, flexión es una propiedad que puede afectar negativamente el uso de lentes de contacto rígidos, que, para su mayor tolerancia, deben deslizarse sobre la córnea con el parpadeo.
Hidrogeles convencionales
Los lentes de contacto blandos o hidrofílicos, están hechos por hidrogeles, que consisten de una fase polimérica que determina el nivel máximo de hidratación del hidrogel y la fase acuosa. La fase polimérica es una malla en forma de laberinto tridimensional saturada de la fase acuosa, en la que se disuelven y difunden los gases y otras moléculas de tamaño igual o menor que la porosidad de la malla. La permeabilidad al oxígeno a través de los lentes de hidrogel aumenta a razón directa a su capacidad de hidratación y tienen un límite de permeabilidad igual a la permeabilidad de una lente hipotética de agua pura.
Todos los hidrogeles convencionales tienen cadenas tridimensionales, relativamente rígidas, formadas por enlaces de carbono a carbono con diferentes radicales, predominantemente hidrofílicos que penden de la cadena carbónica.
La fase polimérica es estado seco se denomina xerogel y es rígida y prácticamente impermeable al oxígeno. La fase acuosa es el plastificante que hace que el hidrogel sea blando y permeable. Los segmentos de la malla polimérica en estos hidrogeles tienen más movimiento que los xerogeles. No obstante la fase polimérica retarda el paso de gases que tienen que moverse por la fase acuosa que satura la malla polimérica. El grado de impedimento aumenta con la proporción de la fase polimérica en el hidrogel, o inversamente, la permeabilidad aumenta con la hidratación del hidrogel. Esto está representado por la relación directa entre el logaritmo del Dk de los hidrogeles y su hidratación, que se aplica a todos los hidrogeles convencionales, con menores desviaciones, independientemente de la composición química de la fase polimérica.
Las lentes de hidrogel convencionales han sido clasificadas por la FDA en cuatro grupos:
Grupo I
Lentes no iónicas que contienen entre 35 y 50% de agua.
Se caracterizan por no atraer hacia su superficie o repeler partículas con carga iónica como calcio, lisozima y proteínas; todas estas presentes en la película lagrimal.
Grupo II
Lentes no iónicas que contienen entre 51 y 80% de agua.
Se caracterizan por no atraer hacia su superficie o repeler partículas con carga iónica como calcio, lípidos y proteínas; todas estas presentes en la película lagrimal. Además de tener una mayor permeabilidad por su mayor contenido de agua.
Grupo III
Lentes iónicas que contienen entre 35 y 50 % de agua.
Se caracterizan por atraer partículas con carga iónica como calcio, lisozima y proteínas; todas estas presentes en la película lagrimal.
Grupo IV
Lentes iónicas que contienen entre 51 y 80% de agua.
Se caracterizan por atraer partículas con carga iónica como calcio, lisozima y proteínas; todas estas presentes en la película lagrimal.
Lentes rígidas permeables a los gases
Las lentes de contacto rígidas permeables a los gases no suelen contener, por lo general, silicona, pero sí tienen silicio y grupos siloxano. Las lentes de goma de silicona están hechas de polisiloxanos. Los radicales siloxano son importantes en las lentes de contacto por que aumentan la permeabilidad a los gases.
Las lentes rígidas permeables a los gases actuales tienen por lo general radicales siloxanicos relativamente voluminosos incorporados en el material durante la poilimerización. Permitiendo la formación de zonas vacías entre los espacios ocupados por el polímero, proporcionando mayor permeabilidad.
Estos materiales deben su permeabilidad al oxígeno, a su riqueza en radicales siloxano y a su conformación espacial. Además los enlaces entre átomos de silicio y de oxígeno son mucho más flexibles que los enlaces entre átomos de carbono, permitiendo que los radicales de siloxano puedan cambiar de conformación espacial, abriendo camino para la difusión de los gases.
Las moléculas de todas las sustancias están en continuo movimiento térmico. Las moléculas de los gases tienen libertad para desplazarse de un lugar a otro por su propia energía cinética. En los materiales rígidos permeables, los gases se mueven de la zona de más alta concentración del gas a la de más baja concentración. La difusión de los gases aumenta con la temperatura no sólo porque con la temperatura aumenta la energía cinética de los gases, sino porque también aumenta la vibración y rotación de los radicales y segmentos del polímero abriendo paso a las moléculas del gas.
El siguiente paso en la investigación sobre lentes rígidas permeables a los gases lo constituyeron los diseños basados en materiales fluorados como fluorosiliconas y fluoropolímeros. Estos radicales fluorados contribuyen a aumentar la permeabilidad del oxígeno, aumentar la rigidez y disminuir la flexión de las lentes.
Lentes de hidrogel de alta permeabilidad al oxígeno
Las investigaciones en los últimos 12 años se han enfocado hacia hidrogeles constituidos por polímeros que no sólo se hidraten en agua sino que también contribuyan a aumentar la permeabilidad del hidrogel al oxígeno. La permeabilidad al oxígeno de estos nuevos materiales es significativamente más alta que la de los hidrogeles convencionales de la misma cantidad de agua. En general, los radicales en los polímeros que contribuyen más eficientemente a su permeabilidad al oxígeno son los radicales hidrófobos, como los siloxanos. Por el contrario, los radicales hidrófilos, esenciales para que un polímero se hidrate, contribuyen poco a la permeabilidad al oxígeno del material que los contiene.
A finales de los 90, surgieron lentes hidrófilas que combinaban las propiedades de transmisibilidad a los gases de las lentes rígidas permeables a los gases con el confort de las lentes hidrofílicas. Son las lentes hidrófilas de alta transmisibilidad, también denominadas lentes de silicona-hidrogel, por ser una combinación de siloxano (Si-O) con hidroxi-etil-metacrilato (HEMA, el componente básico de las hidrofílicas convencionales).
Los primeros lentes de esta nueva generación son: Focus Nigth & Day® (Ciba Vision), lente diseñado a partir de un material de siloxano hidrogel llamado Lotrafilcon A, y el lente Purevision® (Bausch & Lomb), diseñado con un material de siloxano hidrogel llamado balafilcon A. En 1998 se realizaron experiencias clínicas en Latinoamérica , Europa y Australia para uso prolongado de 6 días en un principio. Posteriormente, en 1999 recibieron la autorización de la Comunidad Europea para su uso prolongado de 30 días.
El 12 de octubre de 2001 la FDA aprueba el uso prolongado hasta un máximo de 30 días para el mercado de USA de las lentes de lotrafilcon A. El 20 de noviembre de ese mismo año la FDA aprueba el uso prolongado hasta de 30 días del lente de balafilcon A. Estos lentes presentan una elevada transmisibilidad de oxígeno con un Dk/t de 110 y 175 x 10-9 barrer/cm, respectivamente, lo que supone un gran avance, considerando que estos valores se alcanzan con espesores convencionales (80-90 micras) y baja hidratación (35 y 24 % de agua, respectivamente). Estos nuevos materiales representan un cambio radical con relación a las lentes de hidrogel convencionales cuya transmisibilidad dependía del grado de hidratación y de los espesores. Y sin duda supone un nuevo e importante avance respecto a los materiales anteriores al no presentar los problemas de deshidratación de lentes de alto contenido de agua. Sin embargo, es necesario aprender de experiencias anteriores y personalizar las adaptaciones. Un estudio individual del caso, un seguimiento adecuado y estructurado y una clara colaboración del paciente son imprescindibles. Así, se dispone de nuevos materiales, que nos podrán permitir ofrecer uno de los campos más interesantes en el área de la contactología: el uso prolongado.
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