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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 edematosa comportando fastidio.

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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 (altrimenti attrae depositi lipofili del liquido lacrimale).

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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.

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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 lente.

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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