人工晶状体的研究进展

生物医用材料 1 人工晶状体生物材料

的研究进展

摘要 R idley于1949年用聚甲基烯酸甲酯 (polym ethyl2methacrylate, PMMA )制造的人工晶状体(Introculer lens, IOL)植入后房,使视力得以恢复, 1953年以来各种类型的前房型工晶状体应运而生, 1977年Shearing设计了J形袢后房型人工晶状体，随着科学技术的发展和显微手术的日趋成熟,人工晶状体材料和植入技术的成熟以及与白内障摘出手术的完美结合,使得人工晶状体在性能越来越接近理想的自然晶状体,甚至比它功能更全。 关键词 人工晶状体 调节 植入 前言 人的眼睛如同照相机，光线穿过眼睛的角膜通过晶状体聚焦而投射到视网膜上，再通过视网膜上的感光细胞由神经纤维传输到人的大脑内，使人看到了五彩缤纷的世界。水晶体为一个双凸面透明 组织 ，如同照相机的镜头，一旦混浊了就会阻挡光线进入眼内，影响到人们的视力。现在恢复视力最有效的方法就是已变得不透明的晶状体拿掉，换上一个人造的晶体，这就是人工晶体。 人工晶体植入术是治疗白内障等最有效的手段，也是矫正视力最彻底的方法。 1 概念 人工晶体通常是由一个圆形光学部和周边的支撑袢组成，光学部的直径一般在 5.5～6 mm 左右，这是因为在夜间或暗光下人的瞳孔会放大，直径可以达到 6 mm 左右，而过大的人工晶体在制造或者手术中都有一定的困难，因此主要生产厂商都使用 5.5～6 mm 的光学部直径。支撑袢的作用是固定人工晶体，形态就很多了，基本的可以是两个 C 型或 J 型的线装支撑袢。

按照安放的位置，可以分为前房固定型人工晶体，虹膜固定型人工晶体，后房固定型人工晶体 。通常人工晶体最佳的安放位置是在天然晶状体的囊袋内，也就是后房固定型人工晶体的位置，在这里可以比较好的保证人工晶体的位置居中，与周围组织没有摩擦，炎症反应较轻。但是在某些特殊情况下眼科医师也可能把人工晶体安放在其他的位置，例如，对于校正屈光不正的患者，可以保留其天然晶状体，进行有晶体眼的人工晶体（ PIOL ）植入；或者是对于手术中出现晶体囊袋破裂等并发症的患者，可以植入前房型人工晶体或者后房型人工晶体缝线固定。 按照硬度，可以分为硬质人工晶体和可折叠人工晶体 。首先出现的是硬质 生物医用材料 2 人工晶体，这种晶体不能折叠，手术时需要一个与晶体光学部大小相同的切口（ 6 mm 左右），才能将晶体植入眼内。随着白内障超声乳化手术技术迅速发展，白内障超声乳化是以超声的能量将晶体核粉碎并乳化吸出，并通过该切口植入人工晶体。手术医生已经可以仅仅使用 3.2 mm 甚至更小的切口就已经可以清除白内障，但在安放人工晶体的时候却还需要扩大切口，才能植入。为了适应手术的进步，人工晶体的材料逐步改进，出现了可折叠的人工晶体，一个光学部直径 6 mm 的人工晶体，可以对折，甚至卷曲起来，通过植入镊或植入器将其植入，待进入眼内后，折叠的人工晶体会自动展开，支撑在指定的位置。 2 人工晶状体材料的选择 植入生物体内的材料理化性质稳定，能够与机体组织和谐共处，对机体无毒副作用，无刺激性，不引起机体的免疫反应（生物相容性）。人工晶状体作为医用生物材料，植入眼内后直接与眼内组织、蛋白以及炎性介质相互作用，引起一系列生物相容性问题。目前最常用的有以下材料。 2 . 1 聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA ) 聚甲基丙烯酸甲酯是一种较为理想的制造硬质人工晶状体的材料。，其材料稳定、质轻、透明度好，屈光指数1. 49，为疏水性材料；有较好的抗老化和抗环境变化特性，较好的抗酸、碱和抗有机溶剂特性及良好的生物相容性，不被机体的生物氧化反应所降解。但其不耐高温、高压；弹性有限。是一种较为理想的制造硬质人工晶状体的材料。 2 . 2 水凝胶( PHEMA ) 水凝胶即为聚甲基丙烯酸羟乙酯，是一种亲水性材料，脱水状态时质硬、半透明，可进行抛光处理。此物质折光指数与吸水率呈反比，吸水后折光指数下降，充分复水后质韧、透明。其热稳定性佳，耐高温、高压灭菌；质软，韧性好，不易断，可折叠；化学稳定性好，植入后炎症和渗出反应较轻。但由于PHEMA 具有网状结构，可使水分子、离子以及小分子物质自由通过，同时也易使排泄及污染物存留，发生迟发性钙沉积，使其透明度降低。 2 . 3 硅凝胶 硅凝胶是一种聚甲基硅氧烷，是疏水性材料。其热稳定性好，耐高温、高压，可进行高压煮沸消毒，抗老化性好，可折叠，是我国最早生产的软性人工晶状体材料。但其韧性差，抗拉力和抗撕力差；屈光指数较PMMA小，同等屈光度较PMMA IOL要厚；生物相容性相对差，易产生静电效应，使空气中的微粒及眼内代谢产物容易黏附在晶状体表面，且易与硅油黏附。可影响术后人工晶状体的透明度和透光率。疏水性较强，表面易黏附炎症细胞、细菌等；硅凝胶遇水后表面较滑, 给植入带来困难。 2 . 4 聚丙烯酸酯类聚合物 甲基丙烯酸的长链脂类聚合物与它和丙烯酸的共聚物统称为聚丙烯酸酯类聚合物。它们具有稳定的惰性、光学透明性，其弹性较小，由折叠状态到完全展开约需3~ 5秒，因此术中操作比较安全。有亲水性及疏水性2种。疏水性丙烯酸酯类人工晶状体，具有屈光指数高、激光损伤阈值高、复位慢、易操作等优点。 亲水性丙烯酸酯材料, 屈光指数为1. 47，激光损伤阈值与疏水性丙烯酸酯相仿，同时亦具有伸展缓慢等特点，容易操作。 这里主要介绍非球面人工晶状体和具有调节功能的人工晶状体。

3 . 1 非球面人工晶状体 生物医用材料 3 非球面人工晶状体是指光学部为非球面以减轻球面像差而提高对比度，进而改善视力（特别是晚上视力）的一种新型人工晶状体。 波阵面像差检测结果表明，功能性视觉的降低与晶状体的球差增加密切相关。随着波阵面像差检测技术的不断提高 ，临床认识到对比敏感度和功能性视觉质量与高阶像差密切相关。人角膜存在正球差，而年轻人的晶状体则存在负球差 ，两者相互抵消；随着年龄的增长，老化的晶状体由于核硬化以及屈光指数改变等原因，其球差逐渐增大，失去了补偿角膜正球差的能力。传统的人工晶状体增加了人眼的球面像差，降低了视网膜的成像质量，从而影响了功能性视觉。非球面人工晶状体能够消除部分像差，在一定程度上提高了光学质量 ，可产生良好的视网膜图像。 3 . 2 具有调节功能的人工晶状体 实现人工晶状体眼的可调节功能，即在不配戴眼镜的情况下同时获得远、近有用视力，是几代眼科人的梦想。传统单焦点人工晶状体只能为患者提供良好的远或近视力，要同时获得清晰的远 、近视力 ，则需配戴眼镜。目前在解决 “同时获得清晰的远 、近视力”问题方面临床已经开展了大量工作，并取得许多进展。 目前可调节人工晶状体主要从3个不同设计理念展开研究 。这3个设计理念分别为位移调节 、双 光学面调节和变形调节 。 3 . 2 . 1位移调节 位移调节是通过调整光学面前后位置来实现调节，晶状体厚度本身则不变。这类人工晶状体的代表产品为ICU型 (德国Human OpifcsH~科产 品公司)、AT一45型 (美国EyeonicsVision公司)和最新上市的Tetralfex (福来视 )型人工晶状体 。 理论上品状体光学部每移动1．0miTt，可产生大约1．60～1．90D的屈光状态变化。迄今为止 ，经证实眼内人工晶状体的最大移动距离仅为0．7inln。 这类人工晶状体之所以能在临床应用中取得相对较好的调节效果，还与小瞳孔、近视等引起的景深增加等因素有关。这种所谓“伪调节”现象也可出现在部分无晶状体眼和普通人工晶状体眼。此外，人工晶状体向前移动还可能与睫状体收缩引起玻璃体压力升高、向前运动等有关。这种人工晶状体的临床应用前途 尚需大量临床实践结果证实，其技术方面尚需进一步改进 . 3 . 2 . 2 双光学面调节 双光学面调节是通过改变凸透镜和凹透镜之间的距离实现总屈光度数变化。这类人工晶状体的代表产品包括 SYnChrOnY型人工 晶状 体 (美 国Visiogen公司等 )和博士伦 (上海)贸易有 限公司的SarfaraziElliptical型人工晶状体。 3．2．3 变形调节 为了达到有效调节 ，睫状肌必需留有50％的调节储备。因此理论而言，在生理条件下人眼至少需要8．00D的调节力。然而，目前所有的可调节人工晶状体均不能满足这一要求。为了达到大幅度提高调节力的目标 ，一种新型人工晶状体——NulenS型可调节人工晶状体就出现了 。该人工晶状体由3个部分组成 ，即凝胶材料部分和前后两个固定盘。凝胶材料部分具有很强的延展性，受轻微挤压即可发生变形。凝胶材料部分位于前后固定盘之间的有限空间内，受压时可通过前固定盘中间的孔洞膨出，从而使总屈光度数发生明显改变。当发生调节时 ，晶状体囊膜随睫状肌收缩推动后面的挡板向前移动 ，凝胶材料部分受到挤压 ，从固定盘中空的部分膨出，引起屈光度数变化 。该型人工晶状体已经实 生物医用材料 4 验室研究证实可以获得最大50．00D的屈光度变化。 4 人工晶状体的发展趋势 目前以单纯解决视力 (远视力和近视力 )为目的的人工晶状体,已经不能满足人们对高质量视力的要求,迫切希望可适合各种特殊要求的人工晶状体问世。正是在这种要求的刺激下,设计巧妙功能繁多的人工晶状体先后用于临床,并不断取得发展。 记忆材料是由甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙基酯、甲基丙烯酸羟基苯酚酯与乙二醇双丙烯酸酯交联聚合而形成的三维共价网状结构。其为亲水性材料, 可吸水20%, 屈光指数1. 47，耐高温、高压，有极好的生物相容性。此材料在低于25℃环境下质硬，将其加温变软后卷曲、冷却，使其成硬性卷筒形状。手术中将硬性卷筒形状的人工晶状体通过小切口植入眼内，经体温加热，其将依靠记忆缓慢恢复初始形状。 注入型人工晶状体在保持睫状肌、悬韧带和晶状体囊膜完整的条件下, 在晶状体核与皮质后的囊袋内注入凝胶状态的人工晶状体材料。当材料固化后, 通过睫状肌收缩引起晶状体囊膜形态的改变而获得与正常晶状体相同调节功能的晶状体 。 IOL的材料不同，其在细胞黏附、硅油黏附、细菌黏附、蛋白吸附等方面的生物学性状会存在差异。通过表面修饰来改变IOL 的生物学性状，进一步提高其生物相容性已成为眼科界的一个焦点。现代物理学和化学的发展促进了人工晶状体表面修饰技术的进步，其中肝素修饰的人工晶状体已应用于临床。但目前的方法都是通过改变人工晶状体的亲一疏水性，减少了术后炎性细胞在人工晶状体表面的粘附和虹膜后粘连等并发症，从而增加人工晶状体的生物相容性 。

参考文献 1 [30] 霍晶 [人工晶状体的研究发展和临床应用]. 眼外伤职业眼病杂志 .2008 .12