¿Cómo obtiene la córnea oxígeno mientras usa lentes de contacto?

Uno de los parámetros más importantes para elegir materiales para fabricar lentes de contacto es la permeabilidad al oxígeno.

Los primeros lentes de contacto se diseñaron en función del requerimiento de propiedades ópticas, estabilidad química y facilidad y costo de fabricación. El polimetilmetacrilato (PMMA) se usó comúnmente para fabricar lentes de contacto durante el día. Sin embargo, un inconveniente principal fue que no era permeable al oxígeno.

El último profesor Otto Wichterle en la República Checa propuso el uso de poli (2-hidroxi etilmetacrilato) o pHEMA para la fabricación de lentes de contacto blandos. Este es el material utilizado para fabricar el material de lente de contacto de hidrogel original. En equilibrio en solución salina fisiológica, el hidrogel contiene aproximadamente 40% de agua de hidratación. La permeabilidad del oxígeno a través del hidrogel aumenta con el aumento de la hidratación. Con el tiempo, se han probado los copolímeros de HEMA con otros monómeros y los materiales utilizados para fabricar lentes de contacto han evolucionado para tener una permeabilidad al oxígeno superior mientras se mantienen las propiedades estructurales y funcionales.

Mi profesor de Biomateriales solía decir, y cito “Las lentes de contacto duras de PMMA … ¡un triunfo de la ingeniería biomédica! La lente de contacto suave de PHEMA … ¡un triunfo de la química de polímeros biomédicos!”

Información anecdótica: el Prof. Wichterle, que desarrolló pHEMA para lentes de contacto blandos, murió aún con gafas.

Referencia:
1. Ciencias de los biomateriales: introducción a los materiales en medicina (2ª edición)

Es bien sabido que la córnea obtiene oxígeno directamente de lo que se disuelve en las lágrimas.
Para una lente de contacto, depende del tipo de lente. Actualmente, las lentes de contacto blandas generalmente son de dos tipos:

1. Metacrilato de hidroxietilo (p-HEMA): este es un polímero altamente hidrófilo (amante del agua). Considere que este polímero es una red de poros. El oxígeno en el aire se disuelve en la fase acuosa de la lente y se transporta al otro extremo de la lente debido a un gradiente de concentración (Fickian Diffusion). Se disuelve en la película lagrimal entre la lente y la córnea (Película del equipo Post Lens o POLTF) y luego se difunde en la córnea. Por lo tanto, cuanto mayor sea el contenido de agua de una lente HEMA, mayor será su permeabilidad al oxígeno (capacidad de transporte). Por lo tanto, la permeabilidad al oxígeno está restringida por el contenido de agua de un lente HEMA
.
2. lente a base de silicona: este es un material más hidrofóbico. Este tipo de polímero tiene dos tipos de regiones: a saber, ricos en silicona y otros ricos en agua. Sin embargo, el oxígeno tiene una solubilidad muy alta en la fase rica en silicona y se disuelve en él. Luego transporta al extremo posterior de la lente y al POLTF. Por lo tanto, como regla general, cuanto menor sea el contenido de agua de una lente de silicona, mayor será la permeabilidad al oxígeno. Sin embargo, el agua es necesaria por varias otras razones y, por lo tanto, el 25-45% del peso de una lente húmeda es agua.

Se ha encontrado que la permeabilidad al oxígeno de las lentes de silicona es más alta que las lentes basadas en HEMA y esa es una de las principales razones por las cuales actualmente las lentes basadas en Silicona son más populares. Además, las lentes de uso prolongado (lentes de 6 días o de día y de noche, etc.) están basadas en silicona.

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La córnea no tiene suministro de sangre, por lo tanto, se cree que el oxígeno llega a la córnea después de disolverse en las lágrimas.

Las lentes correctamente ajustadas deben permitir el intercambio de gases adecuado.

Además, la mayoría de las lentes modernas (“blandas”) introducidas a fines de la década de 1970 son permeables a los gases.

Las lentes de contacto blandas están hechas de hidrogeles. El hidrogel está hecho de polímeros hidrofílicos y amantes del agua. Imagine que este material es una red tridimensional de polímeros con grandes poros / espacios. Estos polímeros se mantienen unidos por enlaces de hidrógeno débiles o enlaces covalentes. Los poros son tan grandes que las moléculas de agua y las moléculas de oxígeno pueden difundirse a través de ellos. Un gradiente en la concentración de oxígeno a cada lado del gel o de la lente de contacto permitiría que el oxígeno atraviese la lente de contacto (ley de difusión de Ficks). Esto asegura el suministro continuo de oxígeno a la córnea.