Osady a komfort użytkowania soczewek kontaktowych  

Jakie jest znaczenie kliniczne osadów gromadzących się na soczewkach kontaktowych i czy mogą one być korzystne? Anna Sulley przedstawia nowe wyniki badań zaprezentowane na sesji specjalnej podczas konferencji klinicznej BCLA 2015.  

Po pojawieniu się pierwszej jednodniowej soczewki kontaktowej w 1995 roku wydawało się, że epoka obaw związanych z osadami gromadzącymi się na soczewkach kontaktowych dobiega końca. Od czasu wprowadzenia schematów częstej wymiany, soczewek nie odsyła się do gabinetów w celu przeprowadzenia gruntownego czyszczenia lub regularnego usuwania osadów białkowych. Uznano, że mechaniczne czyszczenie przez pocieranie i spłukiwanie soczewek wielokrotnego użytku oraz przestrzeganie schematów wymiany pozwoli utrzymać poziom osadów pod kontrolą.  

Dwadzieścia lat później zainteresowanie tym zagadnieniem ponownie wzrosło. Lepiej poznaliśmy interakcje pomiędzy osadami na powierzchni soczewki a okiem oraz charakterystykę różnych osadów na nowoczesnych materiałach. W ramach Konferencji Klinicznej w 2015 roku, Brytyjskie Stowarzyszenie Soczewek Kontaktowych (BCLA) zorganizowało sesję edukacyjną, podczas której przedstawiono informacje, które mogą zmienić nasze podejście do osadów.  

Podczas otwarcia sesji, profesor Philip Morgan (University of Manchester) stwierdził, że w warunkach klinicznych mamy do czynienia z różnym wyglądem osadów: od punktowego i grudkowatego do warstwowego (jak w przypadku osadów białkowych w filmie łzowym) (Rycina 1). Główne składniki osadów stanowią białka i tłuszcze.  

Film łzowy zawiera duże ilości białek zbudowanych z łańcuchów aminokwasów, które mogą wchodzić w interakcje z innymi łańcuchami aminokwasów tworząc złożone trójwymiarowe struktury (Rycina 2). Analiza budowy tych struktur pozwoliła nam zrozumieć zjawiska, które obserwujemy klinicznie.  

Istotne jest to, że kształt i struktura białek mogą się zmieniać zarówno w filmie łzowym jak i na powierzchni soczewki, co powoduje przejście białka ze stanu „pierwotnego” lub „aktywnego” do stanu „zdenaturowanego ” lub „nieaktywnego”. Kiedy białko ulega denaturacji, jego zdolność do spełniania naturalnych funkcji ulega zmianie.  

Najlepiej poznanym białkiem stanowiącym składnik łez jest lizozym, który wraz z lipokaliną, laktoferryną i immunoglobulinami IgA występuje w dużych ilościach w filmie łzowym, a jego stężenie wynosi w przybliżeniu 2 mg/ml. Zidentyfikowano wiele innych białek występujących w filmie łzowym, jednak ich stężenia są znacznie niższe (poniżej 0,1 mg/ml).  

Duże znaczenie miało uwzględnienie wpływu, jaki na białka wywiera umieszczenie soczewki kontaktowej w filmie łzowym. Wiele soczewek kontaktowych ulega „nasączeniu białkami” w ciągu kilku minut od założenia, twierdzi profesor Morgan, jednak większość białek jest przezierna i staje się widoczna dopiero w wyniku procesu denaturacji i zmian struktury, która sprawia, że stają się one półprzejrzyste.  

Lizozym jest białkiem o właściwościach antybakteryjnych, oddziałuje na ściany komórkowe bakterii poddając je hydrolizacji i doprowadzając do obumierania bakterii. W tym procesie krytyczne znacznie ma kształt struktury białka.  

Dwie sekwencje aminokwasów występujące w lizozymie w postaci pierwotnej znajdują się w idealnej pozycji, co umożliwia powyższe oddziaływanie. Po denaturacji białka, umiejscowienie aminokwasów nie jest już optymalne, a lizozym traci skuteczność zwalczania bakterii.

 

Różnice dotyczące materiałów  

Kolejną istotną obserwacją było to, że na poszczególnych materiałach, z których wykonane są soczewki kontaktowe, gromadzą się różne ilości białek. Materiały z grupy IV (o średniej i wyższej zawartości wody, jonowe) np. etafilcon A (Johnson & Johnson Vision Care), przyciągają stosunkowo duże ilości białek, jednak większe znaczenie kliniczne ma charkterystyka osadów.

Na powierzchni i w strukturze soczewki wykonanej z etafilconu A, dużo większa część białek zachowuje postać pierwotną  (ponad 90 procent w przypadku soczewek ACUVUE® 2). Na niektórych materiałach, takich jak lotrafilcon B (Air Optix Aqua, Alcon), ilość osadów białkowych  jest mniejsza, jednak tylko niewielka ich część zachowuje aktywną postać (mniej niż 10 procent).  

Profesor Morgan stwierdził, że zakres aktywności lizozymu jest zaskakująco szeroki, a pomiędzy materiałami występują wyraźne  różnice, które mogą mieć znaczenie kliniczne.

Przechodząc do osadów tłuszczowych (czasami określanych jako „galaretowate guzki” (jelly bumps) kiedy mają postać  punktową, a nie formę jednolitej warstwy), należy stwierdzić, że w filmie łzowym występują  setki lub nawet tysiące różnych  białek, ale o wiele mniej typów tłuszczów.  Obejmują one steroidy takie jak cholesterol,  nasycone i nienasycone kwasy tłuszczowe,  glicerydy i lipidy polarne. Funkcje  tłuszczów również mogą ulegać zmianie, jednak dzieje się to w wyniku utleniania  i zmian degradacyjnych, a nie w wyniku  procesu denaturacji.

Tak jak w przypadku białek, interakcja tłuszczów z poszczególnymi materiałami, z których są wykonane soczewki jest zróżnicowana. Na etafilconie A osadza się bardzo  niewielka ilość tłuszczów (cholesterol, kwas oleinowy i ester metylowy kwasu  oleinowego), w porównaniu z niektórymi  materiałami silikonowo-hydrożelowymi (SiH) i niektórymi materiałami hydrożelowymi  z grupy II (średnia i wysoka zawartość  wody, niejonowe).

Ewolucja poglądów  

W ramach prób opracowania klasyfikacji wyglądu klinicznego osadów gromadzących się na soczewkach kontaktowych w latach siedemdziesiątych XX wieku opracowano między innymi skalę Rudko.  

W pracy zatytułowanej Essential Contact Lens Practice, Veys, Meyler i Davies podali  propozycję systemu oceny osadów pod  względem ilości (stopnie I-IV), rodzaju (krystaliczne, grudkowate, błoniaste-mętne, płytkowe) i wielkości (procent pokrytej  powierzchni).  

Czy możemy jednak zaufać wynikom obserwacji w lampie szczelinowej, skoro zaobserwowane ilości białek mogą nie być  zgodne z ich zmierzoną ilością? Istnieją  dowody kliniczne wskazujące, że wysokie  poziomy widocznych osadów powodują obniżenie ostrości wzroku przy niskim kontraście, jednak nie ma zbyt wielu dowodów potwierdzających związek pomiędzy  wzrostem ilości osadów a obniżeniem  komfortu noszenia soczewek.  

Zespół profesora Morgana zajmował się ostatnio badaniem właściwości przeciwbakteryjnych filmu łzowego pobranego z soczewek kontaktowych i przeciwdziałaniem  denaturacji białek za pomocą płynów  do pielęgnacji soczewek. Badacze  stwierdzili, że białka pobrane z filmu łzowego  wykazywały „niezwykle silny efekt  biobójczy” w stosunku do bakterii Pseudomonas  aeruginosa, a wskaźnik zniszczenia  drobnoustrojów wynosił 6-7 log.  

Wymagany poziom skuteczności dla roztworów do dezynfekcji soczewek kontaktowych to zmniejszenie populacji drobnoustrojów w ciągu jednej nocy o 3 log (czyli tysiąckrotnie). „Białka pochodzenia  naturalnego znajdujące się w soczewce  kontaktowej wykazywały właśnie taki  poziom skuteczności niszczenia drobnoustrojów,  a w przypadku wielu pacjentów  jest on jeszcze wyższy”. Prof. Morgan  stwierdził, że „Jest to niezwykle istotne  i sugeruje, że duża ilość funkcjonalnych  białek występujących w filmie łzowym  osadzająca się na materiale soczewki  kontaktowej może wykazywać korzystne  właściwości”.  

Badanie wykorzystujące skaningową kalorymetrię różnicową wykazało, że pojedynczy roztwór uniwersalny (system podwójnej dezynfekcji zawierający biguanid polyaminopropylu i poliquaternium) jest w stanie chronić naturalną postać białek występujących w filmie łzowym lub nawet  odwrócić proces denaturacji powodując dodatni efekt antydrobnoustrojowy.

Wystąpienie zakończono stwierdzeniem, że być może przyszedł czas, aby spojrzeć inaczej na osady na powierzchni soczewki.

Istotne czynniki  

Dr Lakshman Subbaraman (University of Waterloo, Kanada) opracował zestawienie czynników wpływających na gromadzenie  się osadów na soczewkach kontaktowych. Według niego, właściwości materiału, z którego wykonana jest soczewka odgrywają „ogromną rolę” (Rycina 3). Na materiałach o właściwościach jonowych osadzały się wyższe ilości białek, a większe pory w strukturze materiału pozwalały na przenikanie osadów głębiej do wnętrza soczewki.  

Modyfikacja powierzchni soczewek silikonowo- hydrożelowych zmniejszała zarówno ilość osadów tłuszczowych jak i białkowych, w porównaniu do materiałów bez powłok na powierzchni, chociaż różnice zdawały się nie mieć znaczącego wpływu  na aspekt kliniczy. Kolejnym istotnym czynnikiem była wielkość osadów i przenoszony  przez nie ładunek, mniejsze cząsteczki  białka łatwiej osadzały się na powierzchni soczewki i w większym zakresie przenikały do wnętrza jej struktury.  

Lizozym jest głównym białkiem osadzającym się na soczewkach kontaktowych i stanowi 40 procent łącznej liczby białek. Cechuje go mała wielkość cząsteczek i dodatni  ładunek, co pozwala na łatwe osiadanie  na składnikach materiału o dużej zawartości wody i ładunku ujemnym.  

Jak wykazano, to jakość lizozymu (postać pierwotna lub po denaturacji), a nie jeg  łączna ilość, jest skorelowana z komfortem  noszenia soczewek kontaktowych. Zmniejszenie ilości aktywnej postaci  lizozymu było skorelowane z obniżeniem  komfortu noszenia soczewek.  

Na denaturację białek może wpływać  wiele czynników. Wiek soczewki, czynniki  środowiskowe, stosowane płyny do pielęgnacji  soczewek wykonanych z określonych  materiałów mogą wpływać na utratę  aktywnych wiązań lizozymu i doprowadzić  do obniżenia komfortu. Białko, które  uległo denaturacji może również działać  jak antygen i zapoczątkować odpowiedź  immunologiczną w spojówce, co prowadzi  do brodawkowego zapalenia spojówki  związanego z noszeniem soczewek kontaktowych  (CLPC).  

Większość przeprowadzonych dotychczas  badań skupiała się na ilości białek gromadzących  się na soczewkach kontaktowych.  Metody opracowane i udoskonalone na  Uniwersytecie Waterloo pomogły badaczom  w lepszym poznaniu charakterystyki  osadów i zidentyfikowaniu czterech kolejnych  istotnych czynników: selektywności,  prędkości, lokalizacji i jakości (Rycina 4).  

Co ciekawe, przedmiotem niedawnych badań  był wpływ tych czynników na homeostazę  rogówki, a w szczególności na procesy  zapalne. W ramach wspomnianych  badań zastosowano najnowsze technologie  wykorzystujące zjawisko elektrochemiluminescencji  (Meso Scale Discovery)  w celu wykazania (po raz pierwszy w historii)  korelacji w warunkach in vitro pomiędzy  lizozymem po denaturacji a odpowiedzią  zapalną obserwowaną na modelu  nabłonka rogówki.  

Badacze odkryli, że na materiałach hydrożelowych  z grupy IV w warunkach in vitro  osadzają się bardzo duże ilości lizozymu (ponad 200 mg/soczewce po 16 godzinach  inkubacji), w porównaniu do innych  materiałów (mniej niż 20 mg/soczewce).  Na soczewkach wykonanych z etafilcon A  lizozymu osadzało się ponad 500 mg/soczewce.  Materiały z tej grupy selektywnie  przyciągały lizozym, a nie inne składniki  filmu łzowego (stanowił on ponad 90%  ogólnej ilości białek), w porównaniu do  pozostałych materiałów (od 40% do 60%).  

Tempo osadzania się lizozymu było wysokie,  a mierzalne ilości wykrywano już  w pierwszej minucie od rozpoczęcia inkubacji.  Praktycznie cały lizozym osiadający  na etafilconie A miał aktywną postać i był  równomiernie rozprowadzony w strukturze  soczewki i na powierzchni materiału,  czyli nie gromadził się wyłącznie na powierzchni.  Lizozym znajdujący się na powierzchni  etafilconu A częściej zachowywał  postać aktywną niż na powierzchni  innych materiałów.  

W celu zbadania korzyści klinicznych  związanych z opisanymi wyżej właściwościami  dla modelu in vitro, zespół przeprowadził  pierwsze tego rodzaju badanie  sprawdzające wpływ lizozymu po denaturacji  na komórki nabłonka ludzkiej rogówki.  Stwierdzono, że w odróżnieniu  od aktywnej postaci lizozymu, postać  zdenaturowana zmniejszała aktywność  metaboliczną komórek nabłonka i mogła  doprowadzić również do zmian funkcji komórkowej,  chociaż nie miała właściwości  toksycznych i nie powodowała apoptozy  komórek. Zdenaturowany lizozym powodował  uwalnianie przez komórki rogówki  biomarkerów reakcji zapalnej znanych jako  cytokiny.  

Chociaż znaczenie postaci osadów białkowych  było znane od dawna, po raz pierwszy  wykazano wpływ lizozymu po denaturacji  na komórki rogówki.

Korzystny wpływ  

Doktor Subbaraman wyjaśnił również, że dotychczas sądzono jakoby osady tłuszczowe miały niekorzystny wpływ na użytkowanie soczewek kontaktowych, ponieważ zwiększały ryzyko adhezji bakterii, uruchamiały potencjalną odpowiedź immunologiczną i zmieniały właściwości  powierzchni soczewki, co powodowało obniżenie komfortu noszenia.  

Jednak podczas międzynarodowych warsztatów dotyczących dyskomfortu  związanego z użytkowaniem soczewek  kontaktowych prowadzonych przez Stowarzyszenie Filmu Łzowego i Powierzchni  Oka (TFOS) stwierdzono, że tylko trzy  wykonane dotychczas badania powiązały komfort z osadami tłuszczowymi, a korelacja pomiędzy osadzaniem się cholesterolu  a komfortem noszenia była bardzo  niska.  

Zespół z Uniwersytetu Waterloo badał osady tłuszczowe powstające po 14 dniach noszenia soczewek ACUVUE OASYS® przez użytkowników wykazujących  objawy oraz bezobjawowych i odkrył, że znacznie większe ilości osadów tłuszczowych (cholesterolu, estrów cholesterolu i trioleiny) stwierdzano w grupie użytkowników bezobjawowych.  

Chociaż niezbędne są dalsze badania, uzyskane dotychczas dane wskazują, że selektywna adsorpcja niektórych tłuszczów w określonych ilościach może poprawiać komfort noszenia soczewek kontaktowych.  

Pojawiły się również nowe wyniki badań nad właściwościami antybakteryjnymi osadów gromadzących się na soczewkach. Wcześniej uważano, że wszystkie osady powodują intensywniejsze przyleganie bakterii do soczewki kontaktowej. Wykazano jednak, że laktoferryna osadzająca  się na soczewce kontaktowej skutecznie  obniża żywotność bakterii Pseudomonas  aeruginosa przyczepionych do powierzchni  soczewki kontaktowej.  

Badanie prowadzone we współpracy z badaczami  na University of New South Wales  w Australii wykazało, że obecność osadów  laktoferryny obniżała żywotność bakterii,  chociaż ich liczba była wyższa. Stwierdzono,  że cholesterol występujący w roztworach  ma działanie antybakteryjne, chociaż  nie jest dotychczas jasne, czy cholesterol  znajdujący się na soczewkach kontaktowych  wykazuje podobne właściwości.  

Dr Subbaraman stwierdził, że „nie wszystkie  osady są złe”, a osiadanie na soczewce  określonych składników filmu łzowego  może przynosić korzyści.

Zagadnienia kliniczne  

Jakie jest znaczenie podanych wyżej informacji  w praktyce klinicznej? Próbując odpowiedzieć  na powyższe pytanie, profesor  Lyndon Jones (University of Waterloo)  badał implikacje kliniczne i strategie postępowania  z osadami na soczewkach  kontaktowych.  

W przypadku starszych i rzadziej wymienianych  soczewek, ostrość wzroku była  obniżona przez osady, nie dzieje się tak  w przypadku nowszych, częściej wymienianych  soczewek kontaktowych, ponieważ  ilość osadów nie osiąga podobnych  poziomów. Słaba zwilżalność (Rycina 5)  może wpływać na jakość widzenia u niektórych  pacjentów, w szczególności pod  koniec okresu użytkowania soczewki i pod  koniec dnia, jednak dla większości użytkowników  nie stanowi to problemu.  

Dopóki białka zachowywały aktywność, wystąpienie brodawkowego zapalenia spojówki związanego z noszeniem soczewek  kontaktowych (CLPC) było mało  prawdopodobne (Rycina 5). Po denaturacji  białka, istniała potencjalna możliwość  wystąpienia zmian na powiece i wystąpienia  odpowiedzi zapalnej w komórkach  i w filmie łzowym. Obecność lizozymu po  denaturacji była silnie skorelowana z dyskomfortem.

Przeprowadzone niedawno badania kliniczne  wskazują na potencjalną rolę  osadów w procesie rozwoju nacieków  rogówkowych (Rycina 5). Stosowanie soczewki  silikonowo-hydrożelowej planowej  wymiany wykazuje dwukrotnie wyższy  wskaźnik nacieków niż soczewki hydrożelowej,  natomiast stosowanie soczewki  jednodniowej wykazuje efekt ochronny  w porównaniu do stosowania soczewki  planowej wymiany, co potwierdzono w ramach  kilku badań. Codzienna wymiana  soczewek kontaktowych wiąże się z rzadszym  występowaniem zdarzeń niepożądanych,  szczególnie w przypadku materiałów  z grupy IV. Postawiono zatem pytanie,  czy większa częstość występowania  nacieków podczas stosowania soczewek  wykonanych z materiałów silikonowohydrożelowych  może wiązać się z osadzaniem  się składników filmu łzowego  czy występowaniem pewnych czynników  obecnych w filmie łzowym u niektórych  użytkowników? To zagadnienie wymaga  dalszej uwagi badaczy.

Pomyśl o jakości, a nie o ilości  

Profesor Jones podaje trzy opcje postępowania  z osadami w warunkach klinicznych:  dobór materiału, częstotliwość wymiany  i schemat pielęgnacji soczewek.  

Profil osadów występujących na materiałach  hydrożelowych jest całkowicie inny  niż w przypadku materiałów silikonowohydrożelowych.  Na materiałach hydrożelowych osadza się większa ilość białek,  ale większość z nich zachowuje postać  aktywną. Hydrożele z grupy IV przyciągają  najwięcej osadów białkowych, jednak odsetek  białek, które uległy denaturacji jest  najniższy, a ilość osadów tłuszczowych –bardzo mała.  

Na materiałach silikonowo-hydrożelowych  (SiH) osadza się więcej tłuszczów i dużo  mniej białek, a większość z nich ulega denaturacji,  w szczególności po 3-4 tygodniach  noszenia soczewek.  

Dla niektórych pacjentów, rozwiązaniem  mogą być materiały przyciągające selektywnie  „dobre” tłuszcze. Badania w warunkach  in vitro wykazały bardzo niewielki  pobór cholesterolu przez soczewki  z etafilconu A. Dużo większe ilości osiadały  w szybkim tempie na soczewkach silikonowo-hydrożelowych, w szczególności  u pacjentów, których film łzowy zawierał  duże ilości cholesterolu jak na przykład  miało to miejsce u osób z dysfunkcją gruczołów  Meiboma.

Wprowadzenie etapu mechanicznego  czyszczenia przez pocieranie i spłukiwania  do schematu pielęgnacji soczewek może  znacząco ograniczać ilość osadów białkowych,  jednak samo pocieranie powierzchni  soczewki ma ograniczony wpływ na  usuwanie tłuszczów.

Podsumowując, metody postępowania  dostępne w warunkach klinicznych  obejmują zmianę materiału z silikonowohydrożelowego  na hydrożelowy lub z hydrożelu  neutralnego na materiał z grupy  IV, na którym osadza się więcej potencjalnie  dobroczynnych białek. Zalecane jest  również skrócenie okresu użytkowania  soczewek lub przejście na soczewki jednodniowe,  oczyszczanie soczewek o dłuższym schemacie wymiany przez pocieranie  i spłukiwanie oraz stosowanie roztworów  zawierających surfaktanty.

Jak stwierdził prof. Jones „Być może pomyliliśmy  się, co do osadów. Składniki filmu  łzowego osadzają się nie bez przyczyny.  Powinniśmy poszukiwać materiałów  i rozwiązań, pozwalających na selektywne  osadzanie się pożądanych składników,  a jednocześnie odpornych na działanie składników niepożądanych”.  

Anna Sulley jest Wicedyrektorem Global  Strategic Medical Affairs w regionie EMA  Johnson & Johnson Vision Care Companies  

Tłumaczył: Piotr Kamiński  Redakcja: Mgr Sylwia Chrobot Kierownik  ds. Rynku Medycznego Johnson & Johnson  Vision Care Companies Polska i Kraje Bałtyckie