TIPOS Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DE LAS LENTES DE CONTACTO

 

Miguel Fernández Refojo

 

Introducción

Métodos de fabricación

Humectabilidad

Permeabilidad de las lentes al oxígeno

Propiedades ópticas

Densidad

Estabilidad térmica

Estabilidad dimensional

Solidez

Flexión

Los materiales de las lentes de contacto

Las lentes rígidas permeables a los gases (RGP)

Los hidrogeles

Hidrogeles convencionales

Hidrogeles de alta permeabilidad al oxígeno


 

1. Introducción

Los polímeros para la fabricación de las LC son macromoléculas en cadena cuyos eslabones son los monomeros unidos entre sí en el proceso de la polimerización. Los polímeros en las LC, tanto en las blandas hidrófilas como en las rígidas consisten en cadenas poliméricas de enlaces carbónicos de las que penden radicales diversos, predominando los radicales hidrófilos en las lentes hidrogel y los radicales hidrófobos en las lentes rígidas. En contraste, las lentes de silicona, de uso poco corriente actualmente, son materiales flexibles y elásticos, que consisten en cadenas poliméricas formadas por enlaces alternantes de oxigeno y silicio, de las cuales penden radicales hidrófobos. Las propiedades fisicoquímicas y fisiológicas de las LC dependen de la composición de la cadena polimérica y de los radicales que de ella penden.

Diferentes clases de polímeros difieren en su estructura química. Los homopolímeros se obtienen uniendo entre si las moléculas de un sólo monómero, mientras que los copolímeros se obtienen polimerizando las moléculas de dos a más monomeros. En los copolímeros los monómeros pueden alternarse individualmente o en bloques de tamaño preciso o variable. La mayoría de las LC están hechas de polímeros o copolímeros derivados de dos o más monómeros que están distribuidos en el polímero resultante sin un orden determinado. La distribución de los monómeros en el polímero, así como el tamaño de las cadenas que lo forman, determina las propiedades del material. Así por ejemplo, hay varios tipos de LC hidrogel hechas con los mismos monómeros, metacrilato de metilo y vinil pirrolidona. Estas lentes pueden diferir en sus propiedades debido a que la proporción de los dos monómeros es diferente. No obstante, aun cuando la proporción de los monómeros es la misma, si su distribución es fundamentalmente diferente debido al método de polimerización usado, los materiales tendrán diferentes propiedades.

Las LC se identifican con varios nombres, un nombre propio, que el nombre legalmente registrado, un nombre genérico atribuido al material de construcción de la lente por «United States Adopted Names» (USAN, United States Pharmacopeial Convention, Inc.,Rockville, MD) y por el nombre químico del polímero usado para la fabricación de la lente. Por ejemplo, todas las lentes con nombre genérico polymacon, que están hechas del mismo polímero, metacrilato de hidroxietilo, y se conocen también como lentes HEMA, PHEMA o poliHEMA y por sus nombres comerciales como, por ejemplo, Soflens, Optima38 y SeeQuence, (Bausch&Lomb), Hydron (American Hydron) y CooperThin (CooperVision Inc), entre otras muchas. La fórmula I representa dos cadenas de PHEMA unidas por un puente de enlace de dimetacrilato de etilenglicon (DMAEG). Este hidrogel con 38% agua que fue utilizado en las LC blandas originales desarrolladas según la invención de Wichterle y Lim (1).

Las LC pueden denominarse de uso diario, continuado, desechables y terapéticas, aunque el material de construcción de la lente sea el mismo. Por ejemplo, lentes de polymacon pueden ser de uso diario, continuado, desechable o terapéutico.

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Fórmula 1

 

 2. Métodos de fabricación de las LENTES DE CONTACTO

El método de polimerización usado en prácticamente la totalidad de las LC es la polimerización aditiva. Los monómeros, que son sustancias líquidas a temperatura ambiente, se transforman en sustancias sólidas durante la polimerización. Los monómeros usados en la mayoría de las LC tienen en su estructura molecular un enlace doble que une dos de sus carbonos terminales. Otras moléculas que tienen dos o más enlaces dobles terminales se mezclan con los monómeros, pero en mucha menor proporción que estos, para crear los puentes que enlazan las cadenas formadas por la unión de las moléculas del monómero durante la polimerización. En este proceso, los enlaces dobles se unen entre sí al ser activados por un iniciador de radicales libres. El resultado de esta reacción es la formación de cadenas macromoleculares, de dimensiones más o menos regular, unidas por puentes de enlace en redes tridimensionales. Los puentes de enlace imparten insolubilidad e infusibilidad a estos polímeros, denominados polímeros termoestables, a diferencia de los polímeros termoplásticos que carecen de puentes de enlace. Aunque algunos polímeros termoplásticos como el poli(metacrilato de metilo) [PMMA] han sido usados para fabricar LC en moldes (aplicando calor y presión el polímero en el molde se ablanda y adquiere la forma del molde, que mantiene al enfriarse), la gran mayoría de las LC actuales están hechas de polímeros termoestables.

Los puentes de enlace entre las cadenas macromoleculares, son los que imparten estabilidad al polímero.

A los monomeros hidrófilos, como son HEMA y otros usados en la fabricación de las lentes hidrogel, y a los monómeros hidrófobos, como le metacrilato de metilo (MMA) [Fórmula II] y otros usados para las lentes rígidas, se la añaden normalmente el DMAEG u otras moléculas con dos o más enlaces dobles, para que durante la polimerización se formen los puentes que entrelazan las cadenas poliméricas en mallas tridimensionales. Prácticamente todos los materiales usados para fabricar LC consisten de polímeros en red tridimensional, que tienen mas estabilidad física que los polímeros termoplásticos. Cuando al metacrilato de metilo (MMA) se le añade una proporción relativamente pequeña de DMAEG (Fórmula III) se obtiene PMMA termoestable. (Tanto el PMMA termoestable como el termoplástico se usaron en las lentes rígidas originales, pero el uso de este material practicamente ha desaparecido con el desarrollo de los materiales rígidos permeables a los gases.) Usando el mismo proceso de polimerización con HEMA y una pequeña proporción del DMAEG, se obtiene PHEMA termoestable [Fórmula I].

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Fórmula 2

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Fórmula 3

Un polímero termoplástico puede ser fundido e inyectado en moldes, o puede ser moldeado al ablandarse por la acción del calor y la presión. Estos moldes consisten de dos partes que encajan entre sí dejando una cavidad central para el polímero. Después de enfriar el molde, se separan sus dos partes para obtener el polímero que ha adquirido la forma de la cavidad central del molde. Métodos como estos se usan para fabricar innumerable objetos de plástico en formas más o menos intricadas, incluyendo LC e intraoculares de PMMA. No obstante, como los polímeros preferidos para las LC son los termoestables, el moldeado de las LC por inyección o compresión es raro.

Las LC suelen obtenerse por polimerización térmica de un sólo monómero, o de mezclas de dos o más monómeros, a los que se le han añadido un agente de puentes de enlace, un iniciador de radicales libres, y, a veces, colorantes y/o absorbentes de rayos ultravioleta. La polimerización se efectúa en diferente tipos de moldes. Si el molde usado es tubular el polímero resultante tiene forma cilíndrica, que luego se corta en tacos de tamaño apropiado para después fabricar las lentes en en el torno. Si la polimerización tiene lugar en un molde del tipo que tiene dos parte que encajan entre si dejando una cuna cavidad central en forma lenticular, el producto de la polimerización es una lente de contacto acabada. Si el polímero usado es hidrófilo, la lente se equilibrada en una solución salina fisiológica después de sacarla del molde. Moldes de este tipo se usan en la fabricación de las lentes hidrogel desechables. Moldes abiertos que giran en su eje vertical se usan en la producción de las lentes hidrogel «spin-cast» de Bausch & Lomb, corrientes y desechables. La mayoría de los polímeros hidrófobos y los hidrófilos secos son rígidos a temperatura ambiente y pueden ser usados para fabricar LC al torno. La mayor diferencia entre los materiales usados para fabricar las lentes rígidas y los usados para fabricar las lentes blandas, es que estas, merced a su alto contenido de radicales hidrófilos, se hinchan en agua y aquellas no. Prácticamente todas las lentes rígidas permeables a los gases y muchas de las lentes hidrogel se fabrican al torno empezando con tacos del polímero o con lentes semiacabadas que han sido polimerizadas en moldes y luego se acaban al torno.

La mayor diferencia entre los materiales usados para fabricar las lentes rígidas y los usados para fabricar las lentes blandas, es que en estas se incluye un alto contenido de radicales hidrófilos.

 

 3. Humectabilidad

Las LC se toleran tanto mejor cuanto más son mojadas 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 lágrima y del parpadeo del portador de la lente. 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. Un material se dice que es más hidrófilo cuando el ángulo de contacto se aproxima a cero grados. Por el contrario, un ángulo de contacto de más de 60° es indicativo de baja humectabilidad.

Las LC se toleran tanto mejor cuanto más son mojadas por la lágrima. Esto depende no solamente de la estructura química de la lente sino también de la calidad y cantidad de lágrima y del parpadeo del portador.

Las moléculas se atraen entre si por fuerzas cohesivas. La fuerza de atracción entre las moléculas de los materiales sólidos se atraen con más fuerza que las de los líquidos y estas a su vez se atraen más que las de los gases. Cuando dos substancias diferentes están en contacto, la fuerza que atraen a las moléculas en la interfase se denomina fuerzas de adhesión. Una gota de agua colocada en un vidrio limpio, se extiende sobre la superficie del vidrio formando un ángulo de contacto que se aproxima a cero grados. En este caso la fuerza de adhesión entre las moléculas del agua y la de la superficie del cristal es mayor que la fuerza de cohesión que existe entre la moléculas del agua.

Las fuerzas de cohesión entre las moléculas que están rodeadas de moléculas de la misma especie, se neutralizan. Por el contrario, en la superficie de un material las fuerzas de atracción están desequilibradas entre la fuerza de cohesión de las moléculas de la misma especie y la fuerza de adhesión entre las moléculas de la dos substancias que forman la interfase. En este caso, las moléculas en la superficie adquieren una energía equivalente al trabajo necesario para contrarrestar el desequilibrio entre las fuerzas de cohesión y de adhesión. Si la superficie es la de un material líquido, esta energía se denomina tensión superficial y si la superficie es la de un material sólido es energía superficial. Solidos con energía superficial baja, son, por ejemplo, la goma de silicona y los materiales usados en las LC rígidas permeables a los gases con radicales siloxano [-Si-(O-Si(CH3)3] y perfluorados (-CF3). Estos materiales no se mojan bien con agua, es decir que en ellos las gotas de agua no se esparcen, sino que tienden a ser esféricas. Por el contrario, el agua se esparce espontáneamente en los materiales con radicales hidrófilos. Radicales hidrofílicos son, por ejemplo, los oxihidrilos (-OH) en HEMA (Fórmula IV) y en el monometacrilato de glicerol (GMA) (Fórmula V) y el carboxilo (-COOH) en el ácido metacrílico (MA) (Fórmula VI). Los oxihidrilos y carboxilos son radicales que aumentan la energía superficial del polímero que los contiene.

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Fórmula 4

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Fórmula 5

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Fórmula 6

Para que la córnea o una LC se mojen con la lágrima, natural o artificial, la tensión superficial de la lágrima debe ser más baja que la energía superficial de la córnea o de la lente. Debido a que el agua tiene una tensión superficial relativamente alta, la humectabilidad de la córnea o de las lentes se logra bajando la tensión superficial del agua con sustancias tensoactivas naturales, en el caso de la lágrima, o artificiales, en el caso de lágrimas artificiales. Substancias tensoactivas, como son los surfactantes, reducen la tensión superficial del agua. Estas sustancias son solubles en agua y tienen estructuras moleculares alargada, uno de cuyos extremos es hidrófilo y el resto de hidrófobo. Cuando un detergente se disuelve en agua, sus moléculas tienden a acumularse en la superficie, con la porción hidrófila hacia dentro del agua y la hidrófoba hacia fuera, lo que resulta en la disminución de la tensión superficial del agua. Cuando la tensión superficial de una solución acuosa es menor que la energía superficial de un material, la solución se esparce espontáneamente sobre el material, es decir, la solución acuosa moja perfectamente al material.

La presencia de sustancias tensoactivas en la lágrima reduce la tensión superficial del agua, mejorando la humectabilidad de la córnea y la LC

 

 4. Permeabilidad de las lentes al oxígeno

Para mantener la córnea fisiológicamente sana, una lente de contacto no debe interferir con la respiración de la córnea. La córnea con el ojo abierto recibe oxígeno del aire y con él cerrado lo recibe de la vascularización palpebral. El anhídrido carbónico, producido por la respiración de las células del epitelio y la parte anterior de la córnea, es descargado al aire. Debido a que la permeabilidad de las LC al anhídrido carbónico es siempre mayor que su permeabilidad al oxígeno, las LC han sido caracterizadas casi exclusivamente por su permeabilidad al oxígeno, ignorándose, en general, su permeabilidad al anhídrido carbónico (2).

Cada material tiene un coeficiente de permeabilidad al oxígeno que es depende de las condiciones de su determinación. El coeficiente de permeabilidad se expresa normalmente por el Dk en la unidades cm3(STP) cm/cm2 seg mmHg. El Dk es el producto del coeficiente de difusión, D (en cm2/sec), y el coeficiente de solubilidad k, (en cm3 (STP)/cm3 mmHg). El coeficiente de difusión, D, representa el volumen de oxígeno (en cm3) en condiciones standard de temperatura y presión (STP) que pasa a través 1 cm del material en 1 segundo. El coeficiente de solubilidad k, es el volumen de oxígeno (en cm3), que, a una presión parcial dada (en mmHg), se disuelve en 1 cm3 del material. (2)

Mientras que un Dk dado representa la permeabilidad al oxígeno del material de construcción de un tipo de LC y sirve para comparar materiales, cada lente de contacto se caracteriza por un coeficiente de trasmisibilidad, Dk/L (en cm3(STP)/cm2 sec mmHg), en el que L (en cm) es el espesor de la lente. Como debido al poder óptico de las LC, su espesor no es uniforme, la transmisibilidad se calcula, usualmente, empleando el espesor central de la lente o un espesor promedio de los espesores central y periférico.

La permeabilidad de una LC al contacto al oxígeno depende de su coeficiente de difusión Dk, de su coeficiente de solubilidad K y de su espesor L.

El Dk de los materiales usados en las LC, en las unidades mencionadas arriba, es un número muy pequeño, dado, normalmente por una, dos o tres cifras multiplicadas por el factor 1 0- 11 (0’00000000001). El Dk/L en las unidades convencionales mencionadas arriba, es dado, normalmente por una, dos o tres cifras multiplicadas por 10-9 (0’000000001). En contactologia, para simplificar estos valores y la complejidad de las unidades, ordinariamente, el Dk y el Dk/L se expresan solamente por las cifras iniciales, ignorándose los decimales y las unidades. No obstante, en publicaciones científicas deben darse siempre las unidades correspondientes o su equivalente en barrers, (1 barrer = 1 x 10-10 cm3(STP) cm2/cm3 sec mmHg).

 

 5. Indice de refracción

Las LC se caracterizan también por su índice de refracción (nD) que es constante para la longitud de onda (D, l= 589 mm) y la temperatura dadas. Si la temperatura no está especificada, el indice the refracción se determinó a la temperatura ambiente, normalmente alrededor de 20°C. En las lentes hidrogel, el índice de refracción está directamente relacionado con su hidratación y suele ser usado para determinar la hidratación de estas lentes. Aunque el procedimiento gravimétrico es mas exacto que el índice de refracción en la determinación de la hidratación de las lentes hidrogel, aquel es más elaborado porque requiere medir con exactitud los pesos de la lente en su estados hidratado y seco. (3)

La transmisión de la luz caracteriza la claridad óptica de las lentes y viene dada normalmente por el porcentaje de transmisión de luz visible (l = 400-700 mm). La mayoría de las LC transmiten por lo menos 90% de la luz visible incidente.

 

 6. Densidad

La densidad es la relación entre la masa y el volumen de un material y se expresa generalmente en las unidades g/cm3. La gravedad específica de un material tiene el mismo valor numérico que la densidad pero que no tiene unidades. La gravedad específica es la relación entre las masas de un material y la masa de igual volumen de agua a 4°C u otra temperatura especificada. La densidad, o la gravedad específica, de las LC sirve, también, para identificar los materiales de construcción de las lentes.

La densidad es especialmente útil para la identificación de las lentes rígidas. Para este fin se usa el Principio de Arquimedes, introduciendo la lente en una serie de soluciones acuosas de densidades conocidas (4). Cuando la lente ni se hunde ni flota en una de las soluciones, sus densidades son iguales.

En el caso específico de las lentes rígidas del metacrilato de alquilsiloxano, la densidad disminuye en razón inversa y la permeabilidad aumenta en razón directa a la proporción de radicales siloxano en el polímero. Esto ocurre porque en los material menos densos hay más espacios entre las moléculas del polímero útiles para el pasaje de las moléculas del gas que en los materiales más densos. No obstante, esta regla no se aplica a las lentes rígidas de metacrilato de alquilsiloxano con metacrilato perfluoroalquilo, porque en estos copolímeros la alta densidad atribuída a los radicales perfluoroalquilo contrarrestan el efecto de los radicales siloxano.

 

 7. Estabilidad térmica

Esta propiedad, que dependen de la naturaleza química del polímero, es importante en relación a la estabilidad de las LC a las temperaturas necesarias para su esterilización térmica. Aunque practicamente todas las LC actuales están fabricadas de polímeros termoestables, sólo las lentes hidrogel deben esterilizarse termicamente porque el calor puede deformar las lentes rígidas al relajar las fuerzas internas atrapadas en estos materiales durante la polimerización.

 

 8. 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 hidrogel pueden variar con el pH, particularmente en las lentes iónicas. Las dimensiones de estas lentes también cambian cuando cambia su hidratación debido a cambios en la temperatura o por la evaporación del agua de hidratación de la lente. Debido a esto, todas las lentes hidrogel al colocarla en los ojos cambian sutilmente sus dimensiones para alcanzar un nuevo equilibrio de hidratación. En ambientes muy secos, con viento, o cuando el parpadeo disminuye debido a la concentración de la mirada en la lectura o en el trabajo, las lentes hidrogel pueden sufrir bastante cambios en sus parámetros. Al deshidratarse la curvatura de estas lentes se agudiza, tanto más cuando más se deshidratan. Aunque las lentes rígidas son dimensionalemente mas estable que las lentes hidrogel, estas lentes pueden deformarse con el uso, debido a la relajación de las fuerzas internas residuales de su fabricación y a cambios en su hidratación. A pesar de que las lentes rígidas tienen muy baja hidratación, la pérdida o ganancia de agua puede resultar en la deformación permanente de la lente.

Los parámetros de las LC hidrogel pueden sufrir cambios por el pH de la lágrima o la deshidratación (sequedad ambiental, disminución del parpadeo, etc.)

 

 9. Solidez

Esta propiedad se refiere a la integridad de la lente durante su manipulación y normal. Como son, por ejemplo, la relativa fragilidad de las lentes hidrogel de alta hidratación y la propensión de algunas de las lentes rígidas a las rascaduras.

 10. Flexión

Las lentes hidrogel son blandas y flexibles, lo que contribuye a la rápida acomodación del paciente al uso de estas lentes, sin afectar mayormente a las propiedades ópticas de las lentes. Esto es debido a que las lentes hidrogel se conforman a la curvatura ocular, se mueven poco en el ojo y no se arrugan con el parpadeo. Por el contrario, flexión es una propiedad que puede afectar negativamente el uso de las lentes rígidas, que, para su mejor tolerancia, deben deslizarse sobre la córnea con el parpadeo. Cuando una lente se dobla al cerrarse los párpados y no recupera su forma instantáneamente al abrirlos, la imagen óptica se deteriora. Por lo general, las lentes rígidas permeables a los gases, debido a su contenido en radicales siloxano, son mas flexibles que las lentes rígidas de PMMA. La flexión de las lentes rígidas permeables a los gases puede corregirse con lentes más gruesas, pero mientras que el aumento del espesor puede mejorar la flexión de la lente, en cambio empeora su transmisibilidad a los gases.

 

 11. Los materiales de las lentes de contacto

Desde el punto de vista de los materiales de construcción, las LC de uso más corriente están hechas de dos clases principales de materiales: los materiales rígidos permeables a los gases (O2 y CO2), usados en las lentes RGP, y los hidrogeles, usados en las lentes blandas hidrofílicas .

En este capítulo y para simplificar la descripción de la composición química de las LC se mencionan solamente los principales monómeros usados en la fabricación de las lentes. Con algunas excepciones para explicar su función, no se enumeran los agentes usados para la formación de los puentes de enlace, ni se mencionan algunos monómeros usados en menor proporción, que pueden influir de una manera más o menos sutil en las propiedades de las lentes. Mas información sobre la composición de algunas lentes no mencionadas en este capítulo puede encontrarse en «USAN and the USP dictionary of drug names» publicado periódicamente por «United States Pharmacopeial Convention, Inc. (12601 Twinbrook Parkway, Rockville, MD. 20852, EEUU). También, una compilación de las numerosas LC comerciales en los EEUU, puede encontrarse en la revista «Contact Lens Spectrum», que hace una revisión anual de las LC y las soluciones recomendadas para su cuidado.

 

 12. Las lentes rígidas permeables a los gases (RGP)

Estos polímeros consisten de macromoléculas hidrófobas, en mallas tridimensionales que, dependiendo de la distribución espacial de los segmentos moleculares y de su composición química, favorecen o impiden que el polímero sea mas o menos compacto (denso). Si los radicales que penden de las cadenas poliméricas son de tamaños relativamente pequeños, como por ejemplo los radicales -COOCH3 en el PMMA, el polímero tendrá una estructura más compacta que otros polímeros con radicales grandes como el -(trimetilsiloxi)silano [-Si(OSiCH3)3] en las lentes RGP (Fórmula VII). El PMMA es prácticamente impermeable a los gases, porque carece de zonas libres por donde podrían pasar las moléculas de los gases. Por el contrario, los polímeros de las lentes RGP, con radicales relativamente voluminosos que impiden su empaquetamiento, tienen zonas libres entre las cadenas poliméricas por donde pueden pasar las moléculas de los gases.

El metacriloxipropil tris(trimetilsiloxy)silano (TRIS) [Fórmula VII] se usa en la formulación de varias LC rígidas permeables a los gases. La permeabilidad de estos materiales a los gases se debe no sólo a que el radical -(trimetilsiloxi)silano impide que el polímero adquiera una estructura compacta, pero también a la flexibilidad de sus enlaces siloxano (-Si-O-Si-), que pueden cambiar facilmente su conformación para abrir paso a las moléculas de los gases a través del polímero.

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Fórmula 7

Las moléculas de los sólidos, líquidos y gases están en continuo movimiento que aumenta con la temperatura. Mientras que las moléculas de los líquidos y gases pueden moverse (difundirse) de un lugar a otro bajo su propia energía cinética, las moléculas de los materiales sólidos carecen de esta libertad de desplazamiento. No obstante algunos polímeros, o los segmentos que forman parte del polímero, pueden tener, dependiendo de su estructura química, flexibilidad de vibración y rotación. Por esta razón, en estos polímeros las moléculas de oxígeno, anhídrido carbónico y vapor de agua pueden pasan entre los espacios útiles que existen entre las cadenas poliméricas, o que se forman por la rotación o vibración de los segmentos o radicales del polímero. Los materiales de las lentes RGP, por la misma razón que son más permeables a los gases son, también, más flexibles que el PMMA.

Las lentes rígidas permeable a los gases se subdividen en dos grupos principales:

a) Lentes fabricadas de copolímeros de metacrilato de alquilsiloxano

b) Lentes fabricadas de copolímeros de metacrilato de alquilsiloxano con metacrilato de fluoroalquilo.

 

12.1. Copolímeros de metacrilatos de alquilsiloxanos

A principios de la década de los años setenta Gaylord (5) desarrolló el primer material de esta clase, esencialmente un copolimero de un metacrilatos de alquilsiloxano con MMA. La primera lente RGP de esta clase, fue la lente Polycon (silafocon A, Polycon Laboratories, Inc. ahora Paragon Vision Sciences). Después aparecieron en rápida sucesión muchas otras lentes RGP de similar composición química a las lentes silafocon. El metacrilato de alquilsiloxano más frecuentemente empleado en la fabricación de lentes RGP es el TRIS (Formula VII) copolimerizado con MMA y con puentes de enlace de DMAEG, o similar di o trifuncional monómero, para impartir rigidez y dureza a estas lentes. Otro ingrediente de fundamental importancia para la tolerancia de las lentes RGP es ácido metacrílico (Fórmula VI), u otros monómeros hidrofílicos, que contrarrestan la hidrofobia de los radicales alquilsoloxano y permiten obtener lentes con aceptable humectabilidad. Esencialmente los materiales RGP están constituidos de cadenas macromoleculares constituídas por enlaces de carbono-carbono que llevan radicales colgantes de carboximetilo (-COOCH3), para rigidez, carboxilo (-COOH) para humectabilidad y tris(trimetilsiloxi)silano [-SiOSi(CH3)3]3, para la permeabilidad a los gases. Con el aumentando de la proporción de radicales siloxano en los materiales RGP se aumenta la permeabilidad a los gases al mismo tiempo que se disminuye la rigidez y la hidrofilia del material.

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Fórmula 8

 

12.2. Copolímeros de metacrilato de alquilsiloxano con metacrilato de fluoroalquilo.

Estos materiales derivaron de los materiales usados en las lentes RGP de metacrilato de alquilsiloxano mencionadas antes, pero a cuya formulación se les añade un monómero fluorado, que tipicamente pueden ser el metacrilato de 2,2,2-trifluoroetilo (Fórmula VIII) o el itaconato de bis (l,l,l,3,3,3-hexafluoro-2-propilo) (Fórmula IX) o monómeros similares.

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Fórmula 9

Los radicales fluorados contribuyen a aumentar la permeabilidad al oxígeno, aumentar la rigidez y disminuir la flexión de las lentes resultantes. Pero también es posible que la incorporación de los radicales fluorados contribuya a aumentar la resistencia a la formación de depósitos lagrimales en estas lentes RGP. (6)

La humectabilidad de las LC RGP no es ideal porque, en general, la hidrofobia de los radicales alquilsiloxano y fluoroalquilo, no está suficientemente contrarrestada por la hidrofilia del ácido metacrílico, u otros monómeros hidrófilos, en su formulación. En general, aumentando el contenido en radicales fluorados, baja el índice de refracción, aumenta la densidad y la fragilidad del material.

Entre las numerosas las lentes RGP están, por ejemplo, FluoroPerm 30, (paflufocon B), FluoroPerm 60 (paflufocon C), y FluoroPerm 92, (paflufocon A) (Paragon Optical), Boston Equalens (itafluorofocon A), Boston Lens II, (itafocon A) y Boston RXD (itabisfluorofocon A) (Polymer Technology), Fluorex 300 (flusilfocon C), Fluorex 500, (flusilfocon B) y Fluoroflex, (flusifilfocon A) (Cooper Vision).

 

 13. Los hidrogeles

Los hidrogeles son materiales ópticamente homogéneos, que están compuestos de una fase sólida (el polímero) dispersa en una fase acuosa. Los polímero usados para fabricar las lentes hidrogel tienen radicales hidrófilos, como son los alcoholes, amidas, lactamas y/o carboxilos y puentes que enlazan a las moléculas del polímero en mallas tridimensionales. Mientras que los radicales hidrófilos contribuyen a la absorción del agua en el polímero, los puentes de enlace la limitan, la combinación de ambos determina la hidratación del hidrogel. Uno de los agentes más comúnmente usados para crear puentes de enlaces en las LC de hidrogel es el DMAEG, mencionado antes. Sin puentes de enlace, la mayoría de los polímeros hidrofílicos serían solubles en agua, e inútiles para fabricar LC. Estos materiales absorben agua, o soluciones acuosas, hasta alcanzar un equilibrio de hinchazón entre la presión de absorción (relacionada con la presión osmótica del polímero) y la resistencia a la deformación (relacionada con la elasticidad de la red polimérica). El equilibrio de hinchazón es la hidratación especifica de cada hidrogel en la solución acuosa y temperatura dadas. En los hidrogeles convencionales la transmisión de los gases ocurre principalmente a través de la fase acuosa, y aumenta en razón directa con la hidratación del material. Por el contrario en los nuevos hidrogeles de alta permeabilidad al oxígeno, debido a los radicales siloxano o fluorados en su fase sólida, la transmisión de los gases depende mas de esta fase que de la hidratación del hidrogel.

Mientras que los radicales hidrófilos contribuyen a la absorción del agua en el polímero, los puentes de enlace la limitan, siendo la combinación de ambos la que determina la hidratación del hidrogel.

 

 14. Hidrogeles convencionales

En su estado seco (xerogel) estos materiales son impermeable a los gases, pero una vez hidratados su nivel de permeabilidad a los gases aumenta en razeon directa con su grado de hidratación.

Las LC de hidrogel convencionales han sido clasificadas por la FDA en cuatro grupos:

• Lentes no iónicas que contienen entre 35 y 50% de agua de hidratación. Entre ellas se encuentran las lentes isofilcon (36% agua) [AL47], polymacon (38% agua) [Soflens, Hydron Mini, Cooper Thin, Optima 38], tefilcon (38% agua) [Cibasoft, Torisoft], crofilcon (39% agua) [CSI, Aztech], hefilcon A y B (43% agua) [Flexlens, Optima Toric] y tetrafilcon A (43% agua) [AOsoft, Aquaflex, CooperClear]
• Lentes no iónicas que contienen entre 51 y 80 % de agua de hidratación. En este grupo se encuentran las lentes netrafilcon A (65% agua) [Gentle Touch], lidofilcon A (70% agua) [LL 70, N&N 70], lidofilcon B (79% agua) [CW 79, LL 79], surfilcon A (74% agua) [Permaflex], omafilcon A (59% agua) [Proclear], hefilcon C [Gold Medalist Toric], alfafilcon A (66% agua) [Soflens66].
• Lentes iónicas de hidratación similar a las de grupo 1. Ejemplos de las lentes en este grupo son las lentes phemfilcon A (38% agua) [DuraSoft 2], ocufilcon A (44% agua) [Tresoft], bufilcon A (45% agua) [Hydrocurve II 45, Soft Mate], droxifilcon A (47% agua) [Accugel], deltafilcon A (43% agua) [Amsoft, Comfort Flex, Metrosoft].
• Lentes iónicas de hidratación similar al grupo 2. En este grupo se encuentran las lentes ocufilcon B (53% agua) [Ocu-Flex, Continental], ocufilcon C (55% agua) [UCL 55], bufilcon A (55% agua) [Hydrocurve II], methafilcon (55% agua) [Kontur, Sunsoft Toric 15.0, SunFlex], vifilcon A (55% agua) [Softcon, Spectrum, Newvue, Focus], phemfilcon A (55% agua) [DuraSoft 3], etafilcon A (58% water) [Acuvue, Surevue] y perfilcon A (71 % water) [Permalens] .

 

14.1. Lentes no iónicas de baja hidratación

Varias de estas lentes están hechas esencialmente de PHEMA, Típicas lentes PHEMA son Soflens, Optima38y SeeQuence (Baush & Lomb) y Hydron (Ocular Sciences/American Hydron). Otras lentes de este grupo están fabricadas de un monómero hidrófilo, como la N-vinilpirrolidona (NVP) (Fórmula X) o con el monometacrilato de glicerol (GMA) (Fórmula V), copolimerizados con MMA (Fórmula II), que es el monómero relativamente hidrófobo en las lentes rígidas originales de PMMA. La NVP y el GMA son mas hidrófilas que HEMA y cuando se copolimerizan con este monómero o con uno relativamente hidrófobo como es el MMA, se obtienen hidrogeles cuyos niveles hidratación dependen de la proporciónde los monomeros usados en la polimerización.

La lente crofilcon (CSI, Wesley Jessen), es un copolímero de GMA con MMA, de 39% hidratación.

Las lentes tetrafilcon (AOSoft de Ciba Vision y Aquaflex de Wesley Jessen) están hechas de un terpolímero de HEMA, NVP y MMA con puentes de enlace de divinil-benceno (DVB), que resulta en un hidrogel con 43% hidratación .

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Fórmula 10

 

14.2. Lentes no iónicas de alta hidratación

Varias de las lentes en este grupo están hechas de los mismos monómeros usados en las del grupo 1, NVP, GMA, HEMA y MMA, pero polimerizados en diferentes proporciones. La mayoría de las lentes de alta hidratación están hechas de materiales que contienen diferentes proporciones de NVP y GMA copolimerizados con HEMA o MMA. Por ejemplo, varias lentes lidofilcon están hechas de copolímeros de NVP con MMA, pero mientras que las lentes lidofilcon A tienen 70% hidratación (B&L 70 y Medalist Toric, Bausch & Lomb), las lentes lidofilcon B tienen 79% agua (CW 79, Bausch & Lomb), aunque los dos tipos de lentes están hechas con los mismos monómeros sus proporciones son diferentes. Las lentes hioxifilcon A (Eaglesoft Wet LensTM, EagleVision) y SturEyes (Metro Optics) de 55% hidratación están hechas de un copolímero de GMA con HEMA

Un nuevo tipo de lentes hidrogel que han sido clasificada en este grupo son las lentes omafilcon A (ProclearTM, Biocompatibles) (59% agua). El principal monómero en estas lentes es el metacrilato de oxietilfosforilcolina [Fórmula XI] que, aunque tiene cargas positivas y negativas, su números son iguales y se neutralizan a pH fisiológico.

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Fórmula 11

 

14.3. Lentes iónicas de baja hidratación

En este grupo se encuentran las lentes fabricadas con copolímeros de HEMA con ácido metacrílico (MA, Fórmula VI) o con su sal sódica. El ácido metacrílico y su sal sódica imparten mayor hidrofilia a estos hidrogeles, que resulta en mas alta hidratación y más humectabilidad que las en lentes de PHEMA pura. Por otra parte, la presencia de cargas negativas en estos hidrogeles contribuye a aumentar la deposición de la lisozima lagrimal, que tiene carga postiva, en estos materiales. Entre las lentes de este grupo se encuentra las de bufilcon A (45% agua) que son copolímeros de HEMA con la acrilamida de diacetona y MA (Hydrocurve II y Soft Mate, Wesley Jessen). Las lentes phemfilcon A (38% agua) están hechas de HEMA con metacrilato de etoxietilo y MA (Durasoft 27 Wesley Jessen). También en este grupo están las lentes droxifilcon A (47% agua) hechas de HEMA, MA y PVP (Accugel Toric, Accugel Labs).

 

14.1. Lentes iónicas de alta hidratación

Lentes típicas de este grupo son las lentes desechables etafilcon A de 58% hidratación (AcuvueTM y Surevue de Johnson & Johnson, Vistakon) que están hechas esencialmente de un copolímero de HEMA con 2% de MA. U n copolímero de HEMA, NVP y MA se usa en las lentes perfilcon A (71 % agua) (Permalens de Coopervision). También en este grupo entran las lentes vifilcon A (55% agua) hechas de un copolímero de HEMA con NVP y MA (Softcon EW, Spectrum y Visitint de Ciba Vision).

 

 15. Hidrogeles de alta permeabilidad al oxígeno

Esta sección trata de nuevos materiales para las lentes blandas hidrófilas del alta permeabilidfad al oxígeno, que están todavía en fase de investigación y desarrollo.

Mientras que la permeabilidad del oxígeno a través de las lentes hidrogel convencionales depende esencialmente de su contenido en agua, en los nuevos hidrogeles su permeabilidad al oxígeno depende especialmente de las estructura química de su fase sólida. En los hidrogeles convencionales el oxígeno se disuelve en la fase acuosa y pasa a través de la lente por esta fase, aumentando la permeabilidad en razón directa con la hidratación. El límite de la permeabilidad a los gases de las lentes hidrogel convencionales es la permeabilidad del agua pura, que sería la permeabilidad a los gases de una lente hipotética hecha de agua sin polímero. Esta lente sería aproximadamente entre seis y siete veces menos permeable al oxígeno que una lente de goma de silicona del mismo espesor.(2) En contraste, la fase sólida (el polímero) de los hidrogeles convencionales es esencialmente impermeable al oxígeno.

Mientras que la permeabilidad del oxígeno a través de las lentes hidrogel convencionales depende esencialmente de su contenido en agua, en los nuevos hidrogeles su permeabilidad al oxígeno depende especialmente de la estructura química de su fase sólida.

La mejor transmisibilidad al oxígeno de las lentes convencionales de alto contenido en agua, se obtiene con lentes de espesor muy fino. Alta trasmisibilidad al oxígeno es particularmente deseable en las lentes de uso continuado, porque necesitan trasmitir mejor los gases, para satisfacer la fisiología corneal que con el ojo cerrado, que las de uso diario. Desafortunadamente, las lentes finas de alta hidratación no se toleran bien, lo que se manifiesta en la típica queratopatía punteada superficial. Este fenómeno es, aparentemente, debido a la rápida deshidratación de las lente que consecuentemente se adhieren al epitelio y rompen las células. La rotura del epitelio facilita la invasión bacteriana en la córnea. Por este motivo, lentes de hidrogel convencionales de alta hidratación y espesor fino, con suficiente transmisibilidad al oxígeno para satisfacer la fisiología corneal con el ojo cerrado, no deben ser usadas. Esta deficiencia ha motivado el interés de la industria para investigar la posibilidad de crear nuevos hidrogeles con superior trasmisibilidad al oxígeno, manteniendo al mismo tiempo las características propias de las lentes hidrogel convencionales. Este esfuerzo ha dado lugar a la invención de una nueva generación de hidrogeles. Estos nuevos hidrogeles están hechos con polímeros que no sólo absorben agua, pero que además son permeables al oxigeno. Con estos nuevos hidrogeles se han hecho LC que con aproximadamente 50% hidratación y espesor normal transmiten suficiente oxígeno para satisfacer la fisiología corneal con el ojo cerrado.

Los polímeros usados en estos hidrogeles consisten de porciones hidrófilas, para absorber el agua, y porciones hidrófobas, para la permeabilidad a los gases. Normalmente en un medio acuoso como son los hidrogeles los segmentos hidrófobos no son compatibles con las hidrófilos. No obstante, los químicos han logrado crear hidrogeles opticamente homogeneos copolimerizando ciertos monómeros hidrófilos con monómeros hidrófobos en las proporciones apropiadas o agregando grupos hidrófilos a los monómeros hidrófobos para hacerlos compatibles con los monómeros hidrófilos en el hidrogel.

Una clase de hidrogeles de alta permeabilidad a los gases se preparan copolimerizando los monómeros usados para la fabricación de los materiales de las lentes rígidas permeable a los gases, particularmente el TRIS [Fórmula VII], con monómeros similares a los usados en los hidrogeles convencionales.(7) Aunque estos copolímeros tienen la estructura básica de enlaces carbono-carbono de los hidrogeles convencionales, su permeabilidad al oxígeno tiene lugar no solo a través del agua de hidratación, sino también a través de los radicales siloxano de la fase polímerica del hidrogel. Los radicales siloxano que son muy hidrófobos se segregan en zonas separadas de la fase acuosa que, para mantener la transparencia del hidrogel, deben ser de un tamaño inferior a la longitud de onda de la luz visible.

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Fórmula 12

Otra clase de hidrogeles de alta permeabilidad al oxígeno, consiste de materiales similares al oxyfilcon A, que fue una lente de contacto experimental relativamente antigua, hecha de un copolímero del a, v-bismetacriloxipropilo-polidimetilsiloxane [Fórmula XII] con NVP y MMA.(8)

Las siliconas son polímeros constituídos básicamente por cadenas muy flexibles de enlaces silício-oxígeno (siloxano). Las siliconas más comúnes son los polidimetilsiloxanos que tienen dos radicales metílicos en cada átomo de silicio, menos en los dos silicios terminales que tienen tres metilos cada uno. En el polidimetilsiloxano en la fórmula XII, termina en dos radicales metacriloxipropilo, que le permite reaccionar con otros monómeros acrílicos. La flexibilidad de los enlaces siloxano contribuye a facilitar la difusión de las moléculas de los gases y vapores a través de estos polímeros. La alta permeabilidad (Dk) al oxígeno de las lentes de goma de silicona, hoy en día en poco uso debido su tendencia a adherirse al ojo, y la alta permeabilidad al oxígeno de las lentes RGP se debe a la alta difusividad (D) del oxígeno a través de los segmentos siloxanos en estas lentes en combinación con la también relativamente alta solubilidad (k) del oxígeno en estos materiales

Entre esta clase de hidrogeles de alta permeabilidad al oxígeno se han estudiado hidrogeles que en vez del compuesto dado en fórmulas XI, se han usado los compuestos dados en fórmulas XIII y XIV, que son a, v-bismetacrilatos de polisiloxanos modificados con radicales hidrófilos. (9, 10)

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Fórmula 13

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Fórmula 14

En estos hidrogeles la permeabilidad al oxígeno tiene lugar preferentemente en las zonas microscópicas constituidas por agregados de los segmentos del polidimetilsiloxano en la fase sólida.

Otra clase de hidrogeles para LC de alta permeabilidad al oxígeno se obtienen usando copolímeros a, v-bismethacrilatos de perfluoroeteres [Fórmula XV] con los monómeros hidrofílicos usada en las lentes hidrogel convencionales. El monómero difuncional [Fórmula XV] es similar al principal ingrediente usado en la fabricación una lente semirígida permeable al oxígeno AdventTM (fluorofocon A), ahora retirada del mercado.(9)

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Fórmula 15

Probablemente la nueva generación de LC hidrogel de alta permeabilidad al oxígeno tendrán una hidratación de alrededor de 50%, porque con más alto contenido en agua la dilución de la fase sólida decrecería la permeabilidad al oxígeno del hidrogel. Por otro lado, debido a los relativamente grandes segmentos hidrófobos en la fase sólida, si la hidratación es muy baja el hidrogel no tendrá la deseada humectabilidad y flexibilidad de las lentes hidrogel convencionales. Benjamin comparó la permeabilidad al oxígeno, Dk = 35 barrers, de una lente de contacto fabricada con uno de estos nuevos hidrogeles de 52% hidratación, cuya composición no identificó, con el Dk=12.7 barrers de una lentes hidrogel convencional de similar hidratación.(11).

La porción siloxano de estas nuevas lentes es la que proporciona un elevado Dk, mientras que la porción hidrogel mantiene la humectabilidad.

La humectabilidad de la nueva generación de lentes hidrogel de alta permeabilidad al oxígeno puede ser uno de los mayores problemas de estas lentes cuando se comparan con las lentes hidrogel convencionales. Esto es debido a que para lograr su alta permeabilidad al oxígeno se necesitan incluir una proporción relativamente grande de radicales hidrófobos, de siloxano o perfluorados, en la fase sólida del hidrogel. Estos radicales hidrófobos tienden a girar hacia el exterior, en la interfase del hidrogel con el aire, mientras que los radicales hidrófilos giran preferentemente hacia el interior del hidrogel, situándose preferentemente en su fase acuosa. El resultado es que la lágrima encuentra una lente de contacto con una superficie esencialmente hidrófoba, que se moja mal.(l2) No obstante este problema puede resolverse creando una nueva superficie por medio de polimerización de un plasma de radicales hidrófilos que se ligan por medio de enlaces covalentes a la lente.

 

 Bibliografía

 1. Wichterle O, Lim D. Hydrophilic gels for biological use. Nature 1960; 185:117-118.

 2. Refojo MF Mechanism of gas transport through contact lenses. J Am Optom Assoc 1979;50:285-287.

 3. Efron N, Brennan NA. Simple measurement of oxygen transmissibility. Aust J Optom 1985; 68:27-35.

 4. Refojo MF, Leong FL. Identification of hard contact lenses by their specific gravity. Int Contact Lens Clin 1984; 11:79-82.

 5. Gaylord NG. Oxygen-permeable contact lenses: composition, methods and article of manufacture.(1974) USA Patent 3,808,179.

 6. Lippman J. Contact lens materials: a critical review. CLAO J 1990; 16:287-291,

 7. Lai Y-C. The role of bulky polysiloxanylalkyl methacrylates in oxygen permeable hydrogel materials. Poly Mat Sci Eng 1993; 69:228-229.

 8. USAN and USP Dictionary of Drug Names, CA Fleeger, de. United Sates Pharmacopeial Convention, Inc., Rockville, MD 1993471.

9. Lai Y-C, Wilson AC, Zantos SG. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 4th ed.; 7:192-218. Contact Lenses. John Wiley & Sons, Inc., New York, NY, 1993.

10. Kunzler J, Ozark R. Hydrogels based on hydrophilic side chain siloxanes. Poly Mat Sci and Eng 199369:226227.

11. Benjamin WJ. Hydrogels: questing for hyper transmissibility. En Wichterle’s Days of Contact Lenses. Programme Booklet. Institute of Macromolecular Chemistry. Academy of Sciences of the Czech Republic, Prague, 1993.

12. Holly FJ, Refojo MF. Wettability of hydrogels. I. Poly(2-hydroxyethyl methacrylate). J Biomed Mater Res. 1975; 9:315-326.