Corso di chimica
Materiali per l’Ottica
Parte 3: Soluzioni per il trattamento e
la manutenzione delle Lenti a Contatto
(LAC)
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Soluzioni per LAC
Specificatamente formulate per la cura e la
disinfezione delle LAC con lo scopo di:
mantenere inalterate le proprietà chimico
fisiche del materiale della lente e la sua
funzionalità
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Obiettivi richiesti dalla gestione
della LAC
1. Eliminare sul nascere ciò che consegue ad
interazione film lacrimale-materiale lente
2. Impedire crescita batterica mediata da depositi
presenti sulla lente
3. Controllo, con frequenza programmata all’atto
della scelta del materiale (lente), della
superficie della lente al fine di stabilire
alterazioni superficiali e determinarne tempo
d’uso
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Soluzioni per LAC: formulazione
Tipo e azione:
• Soluzioni pulenti (cleaning solutions)
• Soluzioni disinfettanti (soaking solutions)
• Soluzioni di risciacquo (rinsing solutions)
• Soluzioni umettanti (wetting solutions)
• Soluzioni che vengono a diretto contatto con l’occhio
• Soluzioni che non vengono a diretto contatto con
l’occhio
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Componenti di una formulazione
Le soluzioni oftalmiche e per lenti a contatto devono
essere preparate con grande cura, poiché le mucose
dell’occhio sono particolarmente sensibili, specialmente
se soggette ad azione meccanica da parte della lente.
Componenti:
1) Conservante
2) Principio attivo (antisettici)
3) Veicolo
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Sistema di conservazione
Conservante:
• Evita la contaminazione ed impedisce la crescita di
qualsiasi organismo che può accidentalmente entrare nel
contenitore prima del successivo uso della soluzione
• Deve essere compatibile con il tipo di tessuto con cui
viene a contatto
• Deve essere stabile al valore di pH fisiologico
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Sistema di disinfezione
• Nelle soluzioni per lenti a contatto il principio attivo è costituito
da uno o più antisettici (per diminuire le rispettive
concentrazioni e ampliare lo spettro di azione batterica e
l’efficacia battericida)
• Il compito che queste sostanze devono svolgere è quello di
disinfettare la lente quando questa viene tolta dall’occhio e
messa nel contenitore per la conservazione
• Gli antisettici attualmente più usati sono il clururo di
benzalconio, la cloresidina, il timerosal, l’alchiltrietilammonio e
l’acqua ossigenata. La problematica (effetti collaterali) che può
essere originata dalle soluzioni per lenti a contatto è dovuta
all’interazione fra l’antisettico e il materiale costituente la lente
durante il periodo di uso.
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Antisettici
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Il veicolo
• Soluzioni saline isotoniche: ottimo veicolante
• Soluzioni ad elevato valore di viscosità usate per
preparare la lente prima dell’applicazione o usate
quando la lente è già nell’occhio: comfort e
lubrificazione
• A parità di ingredienti i prodotti più viscosi rimangono
più a lungo sull’occhio
• Valori di viscosità: 1-112 Poise. H2O a 20.2 °C = 1 cp
• > 10 cP(0.1 p) non dà aumento significativo di
ritenzione sull’occhio ma per miscelazione con liquido
lacrimale dà visione offuscata (blurring)
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Parametri chimico-fisici delle soluzioni
per LAC
particolarmente importanti per soluzioni che vengono a
diretto contatto con l’occhio
Tonicità:
Quando le soluzioni sono separate da una membrana semipermeabile si
ha passaggio di solvente dalla soluzione a concentrazione minore a
quella a concentrazione maggiore, tendendo così le due soluzioni a
raggiungere la stessa concentrazione. Se la concentrazione delle due
soluzione è uguale le soluzioni si dicono isotoniche. La maggior parte
delle cellule del corpo umano è in equilibrio osmotico con l’ambiente,
incluso l’epitelio corneale. Quindi, quando una soluzione salina di
concentrazione maggiore di quella contenuta nella cellula epiteliale
viene a contatto con l’occhio, si ha un flusso di liquido dalla cellula
verso la soluzione esterna. Invece, se la soluzione ha una
concentrazione salina minore di quella della cellula, vi sarà un passaggio
inverso dalla soluzione verso la cellula, che tenderà a diventare
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edematosa comportando fastidio.
Tonicità
• Soluzione isotonica (iso-osmotica) con liquido lacrimale
causa meno fastidio di una ipertonica
• Intervallo di concentrazione tollerabile espresso in
termini di concentrazione % di NaCl varia tra 0.5 e
2.0%
• Valore teorico di NaCl per ottenere una soluzione
isotonica con liquido lacrimale è 0.9% (gocce oculari e
soluzioni condizionanti)
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pH:
Per molte soluzioni oftalmiche l’occhio tollera un vasto arco di valori di pH.
Ciò è dovuto a quattro fattori indipendenti:
1. Azione tampone del liquido lacrimale, che ha un valore di pH di circa 7.4
(studi sul pH del liquido lacrimale mostrano variazioni individuali tra 5.2 e
8.4). Tutte le persone evidenziano piccole variazioni del pH nel tempo e ciò
non dà luogo a nessuna particolare sintomatologia. Ferite sulla cornea
fanno variare il pH del liquido lacrimale verso valori alcalini.
2. Trascurabile effetto tampone della maggior parte delle soluzioni
oftalmiche.
3. Il subitaneo aumento nella produzione di umor acqueo che segue
l’instillazione di una sostanza irritante nel sacco congiuntivale.
4. Il relativamente basso volume di soluzione che entra in diretto contatto
con l’occhio (0.05-0.1 ml).
Effetti di un pH non ottimale:
1. visione annebbiata
2. sensazione di bruciore per almeno 5 minuti dopo l’applicazione
3. lente che si ricopre velocemente di depositi
4. formazione di muco filamentoso
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pH e soluzioni tampone
• ll valore di pH che dà il comfort maggiore al portatore di
lenti a contatto si trova intorno a quello del liquido
lacrimale (7.4) anche se non si hanno grossi disturbi
nell’intervallo 6-8.
• La capacità tamponante del liquido lacrimale mantiene
costante il comfort sulla superficie anteriore del globo
oculare. Le lacrime, infatti, si possono considerare come
un sistema tampone composto da elettroliti e proteine.
• Il pH del fluido lacrimale normale è circa 7.4 in media.
Infatti il valore esatto di pH del sottile film lacrimale in
contatto con la superficie dell’occhio può essere qalche
volta più alto (7.4-8) a causa dell’evaporazione di CO2.
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Soluzioni per lenti rigide e RGP
1. Soluzioni per la pulizia: prodotti che hanno lo scopo di
rimuovere i depositi che si accumulano sulla lente
durante l’uso, dopo che questa viene tolta dall’occhio.
2. Soluzioni di conservazione e disinfezione: soluzioni
destinate a fornire, dopo un’appropriata pulizia della
lente, una disinfezione notturna e il mantenimento
della lente in stato di costante idratazione, per non
avere alterazione dei parametri ottici.
3. Soluzioni umettanti: soluzioni studiate per fornire un
rivestimento idrofilo sulla superfici delle lenti idrofobe
prima che queste vengano applicate.
4. Soluzioni lubrificanti: prodotti designati a riumidificare
la superficie corneale dell’occhio o della lente, mentre
questa si trova nell’occhio.
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Soluzioni detergenti
• Rimozione di muco, cosmetici, altri componenti
prima della conservazione notturna
• Lente più pulita è più facile da disinfettare, agendo
i contaminanti da ricettacolo per batteri
• Depositi non rimossi interferiscono con visione,
umettabilità e comfort d’uso della lente
• Agenti detergenti: anionici, non ionici, anfoteri
• Agenti anionici interagiscono con disinfettanti
cationici es. BAK, clorexidina e formano depositi!
Quindi detergenti non ionici o anfoteri sono da
preferire.
• Isotonicità non importante
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Metodi base per pulire le LAC
1. Pulizia per sfregamento: soluzione umidificante o pulente
su LAC e si sfrega con pollice e indice
2. Pulizia idraulica: LAC in contenitore in cui si fa passare
acqua attraverso liquido pulente (agitazione meccanica
può portare a rottura o deformazione di nuovi materiali
che permettono spessori sottili)
3. Pulizia a getto: LAC in contenitore perforato tenuto sotto
rubinetto
4. Pulizia a ultrasuoni: efficace ma costosa
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Soluzioni conservanti
Le funzioni che la formulazione per la conservazione deve svolgere sono:
a) idratazione: mantenere la lente nel suo stato normale di idratazione e
impedire la variazione dei parametri ottici.
b) disinfezione: decontaminare la lente e mantenerla libera da potenziali
agenti patogeni.
La formulazione più semplice che svolge questo tipo di azione è una
soluzione acquosa di un principio attivo in concentrazione battericida.
Agenti chelanti come EDTA aumentano le caratteristiche antibatteriche
del conservante facendo mancare ai microorganismi gli ioni metallici
necessari al loro metabolismo: attualmente questo agente chelante
viene impiegato in tutte le formulazioni.
Una soluzione acquosa conservante per lenti rigide quindi è composta da
un conservante (Bak, Thim, etc.), un agente chelante (EDTA), il tutto
confezionato sterilmente in contenitori appropriati.
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Agenti chelanti
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pH soluzioni conservanti
1. Il pH influenza la stabilità della soluzione. Alcuni
componenti possono reagire in condizioni acide o basiche.
2. Il pH influenza l’attività battericida dei componenti della
formulazione. E’ stato evidenziato che la cloresidina e il
BAK hanno capacità battericida maggiore a pH basici. A
valori di pH bassi, l’EDTA perde le sue capacità chelanti e
quindi l’effetto sinergico con il timerosal.
3. Gli stessi ioni idrogeno hanno caratteristiche battericide.
Per spore e funghi alte o basse concentrazioni di ioni H+
sono inaccettabili. L’intervallo per la crescita di molti ceppi
batterici patogeni è situato tra pH = 5.4 e pH = 8.7. Ne
risulta che un pH minore di 5 o maggiore di 9 avrà effetti
battericidi per molti possibili agenti patogeni oculari.
4. Il pH può influenzare le funzioni di pulizia delle soluzioni. I
lipidi e le proteine si sciolgono più facilmente a pH basici.
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Soluzioni umettanti
Le lenti in PMMA, CAB, Copolimeri al silicone possiedono una
superficie idrofoba (nel caso di PMMA la quantità di acqua
assorbita è solo del 0.5%), a causa della composizione
chimica e della configurazione geometrica dell’ultimo strato
molecolare della lente. A causa di questa caratteristica, la
resistenza che le superfici della lente oppongono alla
bagnabilità crea al momento dell’inserzione una sensazione
di corpo estraneo. Infatti, quando la lente viene immersa
nella fase liquida del film lacrimale, non si bagna
completamente, ma impiega mediamente, se ben pulita, un
intervallo di tempo che può variare tra i 5 e i 15 minuti.
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Soluzioni umettanti
Un’altra conseguenza dell’idrofobicità è che tutte le
sostanze idrofobe presenti nell’occhio, sulle dita, in saponi e
cosmetici, si attaccano velocemente alla superficie della
lente. Queste sostanze hanno grande potenzialità irritante
per l’occhio. Sono quindi necessarie, quando la lente è
applicata, soluzioni che ricondizionino la superficie, mentre
la lente, appena tolta, necessita di una pulizia molto attenta
(per asportare queste sostanze idrofobe eventualmente
rimaste sulla lente).
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Funzioni delle soluzioni umettanti
1. Fare un modo che la superficie della lente sia più
facilmente ricopribile dal film lacrimale, fornendo un
effetto lubrificante o “cuscinetto” tra la superficie interna
della palpebra e la superficie esterna della lente e tra la
superficie interna della lente e la cornea (maggior comfort
e resa ottica).
2. Fornire un film viscoso protettivo sopra la superficie in
modo che la lente non entri in diretto contatto con le dita
durante l’applicazione. Questo impedisce il passaggio di
depositi oleosi sebacei (presenti normalmente sulle dita)
alla superficie della lente.
3. Stabilizzare maggiormente la lente con un effetto
ventosa, favorendo l’inserzione.
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Agenti umettanti
Gli agenti che diminuiscono l’angolo di contatto fra la
superficie della lente e un liquido sono tensioattivi o agenti
umettanti e emollienti.
Gli agenti usati come umettanti sono l’alcool polivinilico, il
polisorbato 80, l’ossido di polietilene e vari altri derivati
cellulosici, come l’idrossietilcellulosa, l’idrossipropilcellulosda
e la metilcellulosa. I derivati cellulosici vengono aggiunti,
oltre al polivinilpirrolidone, quali agenti viscosificanti
(viscosità 10-18 cP , a 25°C).
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Meccanismo di umettazione
(tramite tensioattivo)
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Soluzioni ri-umettanti e lubrificanti
Dopo alcune ore il portatore può provare fastidio. Possibili
cause: (1) rottura del film lacrimale al bordo della lente
che causa secchezza corneale; (2) mancato spargimento
del film lacrimale sulla lente a causa di depositi grassi
(causati da ipersecrezione delle ghiandole di Meibomio).
Opportune soluzioni vengono instillate nell’occhio quando
la lente è in situ per riumettare sia la cornea che la lente.
Esse svolgono la funzione di normalizzare volume lacrimale
e lubrificare la cornea con polimeri che ne aumentano la
viscosità
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Soluzioni multivalenti
• Componenti base per pulizia e conservazione simili ai
singoli componenti delle soluzioni con funzione singola
• Soluzioni a funzione umettante - conservante sono simili
alle formulazioni umettanti, ma con viscosità minore
• Detergenti utilizzati: vari e coperti da brevetti ma sono
non ionici o anfoteri
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LAC (soft) idrogel
LAC (soft) idrogel: sistema all’equilibrio
Vantaggi offerti:
• Comfort
• Possibilità di costruire lenti di grandi superfici
• Minor incidenza di edema corneale su totale di lenti
applicate
• Possibilità di realizzare ed impiegare soluzioni applicative
estremamente variegate ma …
bisogna mantenere costante l’equilibrio!!!
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LAC (soft) idrogel
• Danneggiamento o alterazione della fase gel del sistema
può favorire crescita batterica o comunque alterare
comfort della LAC
• Alterazione equilibrio idrico incide sui parametri ottici
della LAC
• Uso soluzioni per la cura e disinfezione delle LAC ha lo
scopo di mantenere inalterate nel tempo le proprietà
chimico-fisiche del materiale della lente
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Cura e disinfezione delle LAC idrogel
Per sistemi di cura e disinfezione delle LAC idrogel valgono
da un punto di vista chimico-fisico i concetti fondamentali
esaminati per lenti rigide e RGP ma i nuovi polimeri hanno
chimica e problemi strutturali nettamente differenti!
Formulazioni appropriate compatibili con materiali idrogel,
loro efficacia e tollerabilità: materiale idrofilo, facilita
insorgere di infezioni.
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Idrogel: superficie estesa su cui si possono
adsorbire i componenti delle soluzioni
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Caratteristiche lenti idrogel
1. Fragilità: richiedono speciale attenzione durante la manipolazione.
2. Grandissima area superficiale totale.
3. Struttura a micropori e micropliche.
4. Assorbono i solventi in cui sono immerse.
5. Adsorbono sostanze chimiche (generalmente antisettici)
6. Devono essere sempre mantenute in uno stato di completa
idratazione.
7. Attraggono depositi sulla superficie
A causa delle interazioni elettrostatiche coinvolte nel legame chimico
sulla superficie dei micropori e in contatto con acqua la LAC assume
carica negativa che favorisce l’adsorbimneto di molecole di
conservante con carica positiva (BAK), ma non di carica negativa
(thimerosal). Le proteine precipitano su LAC idrofile.
Funghi (Aspergillus fumigatus, Tricoteium reseum) possono crescere
su superfici idrofile e penetrarvi. I funghi inattivano antisettico.
COMFORT LAC idrogel è funzione della costanza della sua idratazione
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(altrimenti attrae depositi lipofili del liquido lacrimale).
Soluzioni per lenti idrogel
1. Soluzioni e sistemi disinfettanti
2. Soluzioni e sistemi di pulizia
3. Soluzioni e sistemi condizionanti e idratanti
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Soluzioni disinfettanti
Scopo: disinfettare la LAC, impedire sviluppo probabile carica
batterica presente su superficie: antisettici sia singoli che in
associazione con altri per aumentane efficacia.
Proprietà richieste a combinazioni di disinfettanti:
1. La combinazione antibatterica deve possedere una velocità
di sterilizzazione o disinfezione rispetto a degli organismi
test pari a quella dei due antisettici considerati
singolarmente.
2. La combinazione antibatterica deve rimanere attiva anche
quando gli organismi test hanno acquisito resistenza
rispetto a uno dei componenti l’associazione.
3. Lo spettro di attività della combinazione deve comprender
sia germi gram negativi sia positivi, oltre che a funghi. 33
Soluzioni disinfettanti
Proprietà componenti singoli:
1. Un componente dovrebbe essere scelto per la sua
elevata velocità battericida e l’ampio spettro.
2. L’altro dovrebbe possedere quelle proprietà gli gli
permettono di aumentare l’azione del primo agente
antibatterico, in particolar modo contro quegli organismi
che hanno sviluppato una resistenza nei riguardi del primo
agente.
In contattologia le associazioni più usate sono: clorexidina
+ thimerosal, feniletilacool + clorexidina, trietilammonio
cloruro + thimerosal.
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Sistemi di pulizia
1. Pulizia giornaliera: pulizia a carattere profilattico e
preventivo, eseguita generalmente con tensioattivi di natura
non ionica, tutte le volte che la lente viene tolta dall’occhio.
Questa operazione deve essere eseguita con diligenza
dall’ametrope.
2. Pulizia settimanale: ha lo scopo di eliminare dalla
superficie della lente depositi proteici sfuggiti ad una pulizia
giornaliera frettolosa e incompleta ed eseguita con uso di
enzimi. Sarebbe auspicabile che periodicamente tale pulizia
fosse eseguita anche dal contattologo.
3. Pulizia intensiva: vi si deve ricorrere solo quando la
negligenza dell’ametrope e i pochi controlli del contattologo
hanno fatto sì che sulla lente si instaurassero depositi tenaci.
Si effettua con agenti ossidanti energici e deve essere
eseguita solo dal contattologo, non più di una volta per ogni
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lente.
Sistemi di pulizia a base di tensioattivi
Componenti principali di una soluzione per la puliza delle lenti
idrogel sono:
• EDTA: come agente chelante rimuove i depositi inorganici
ed ha un effetto sinergico sull’efficacia antibattericida del
conservante.
• Tesidi o tensioattivi: hanno la proprietà di rimuovere i
depositi organici come proteine, lipidi, mucine, etc. Sono
molecole formate da un gruppo polare e uno non polare.
Questa proprietà conferisce alla molecola di tensioattivo un
duplice comportamento: idrofilo e idrofobo. La caratteristica
struttura molecolare fa si che una volta in soluzione essa si
disponga all’interfaccia dei sistemi in studio.
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Agenti chelanti
Prevengono e/o rimuovono depositi inorganici come sali
di Ca, Mg, Fe
Più diffuso: EDTA
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Tensioattivi
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Tensioattivi: azione emulsionante e
solubilizzante di depositi lipofili
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