人工晶狀體材質(zhì)特點(diǎn)對(duì)視覺(jué)質(zhì)量影響的研究進(jìn)展

劉 璐,邊立娟，石海英，張 輝*

(1.吉林大學(xué)第二醫(yī)院 眼科中心;2.長(zhǎng)春市易視頓眼科醫(yī)院，吉林 長(zhǎng)春130041)

白內(nèi)障是目前最常見(jiàn)的致盲眼病，隨著手術(shù)技術(shù)的提高、設(shè)備的改進(jìn)和人工晶狀體(Intraocular lens，IOL)種類的不斷創(chuàng)新，白內(nèi)障患者術(shù)后對(duì)視力的期望也越來(lái)越高[1]。術(shù)后獲得較好的視覺(jué)質(zhì)量和多種因素息息相關(guān)，如術(shù)者的手術(shù)技巧、患者眼部狀態(tài)、IOL的性能[2]。其中充分了解IOL的特性，為患者選擇合適的、個(gè)性化的IOL，減少I(mǎi)OL植入術(shù)后的并發(fā)癥，將為患者帶來(lái)福音。

1 IOL的發(fā)展歷史

1766年，意大利眼科醫(yī)生Tadini第一次提出了IOL的設(shè)想，即把橢圓形的人造物體，放置在晶狀體的原來(lái)位置，以取代晶狀體的功能。隨后意大利眼科醫(yī)生Casamata根據(jù)Tadini醫(yī)生的猜想，第一次將類似晶狀體形狀的玻璃，植入了白內(nèi)障術(shù)后患者的眼中，但以失敗告終[3]。20世紀(jì)40年代，英國(guó)眼科醫(yī)生Harold Ridley，首次嘗試應(yīng)用對(duì)人眼無(wú)明顯組織反應(yīng)性的有機(jī)玻璃，做成雙面凸，邊緣薄的橢圓形透鏡，這是世界上第一枚比較成熟的放置于虹膜后、晶狀體后囊膜前的IOL[4,5]。隨后，Harold Ridley醫(yī)生又發(fā)現(xiàn)了眼內(nèi)組織耐受好、具有生物組織相容性的材料-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。因此，PMMA成為了制造第一批IOL的材料[6]。至此，IOL已經(jīng)發(fā)展了70余年[7]。IOL的材質(zhì)和制造工藝也有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步，人們對(duì)IOL性能的要求也越來(lái)越高[8]。

2 IOL的材質(zhì)及其特性

理想的IOL制作材質(zhì)應(yīng)具備以下特點(diǎn)：①材料穩(wěn)定，不與相接觸的眼內(nèi)組織發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)[6]；②組織相容性好，可被機(jī)體接受，無(wú)過(guò)敏，無(wú)免疫排斥反應(yīng)[6]；③能夠抵抗機(jī)械牽拉，具有一定的塑形性，同時(shí)材質(zhì)不宜過(guò)硬，避免與眼內(nèi)組織發(fā)生摩擦。④具有良好的光學(xué)特性和光學(xué)穩(wěn)定性，光譜透射特性應(yīng)與自然晶狀體相似，以提高患者術(shù)后的視覺(jué)質(zhì)量[6]。自IOL問(wèn)世以來(lái)，人們就在不斷的探索最合適的IOL材質(zhì)，其材質(zhì)主要分為以下幾類。

2.1 硬性IOL材質(zhì)

PMMA因組織耐受性好，具有良好的生物相容性，最早應(yīng)用于IOL制造；它有很多優(yōu)點(diǎn)如：折射指數(shù)高(1.49)，重量輕，組織炎性反應(yīng)低，比玻璃還好的光學(xué)清晰度[5,9]。有報(bào)道稱，Ridley植入的原始PMMA IOL保持了28年以上的完全透明和居中[10]。Gacek等[11]對(duì)PMMA和丙烯酸材質(zhì)的IOL進(jìn)行紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(UV-vis spectrophotometer)研究，發(fā)現(xiàn)PMMA IOL透光性最好，并且對(duì)紫外光具有較好的吸收率，保護(hù)視網(wǎng)膜免受紫外線輻射的傷害。但由于它硬度較大，容易損傷眼內(nèi)組織，植入時(shí)易造成角膜內(nèi)皮損傷，或長(zhǎng)期刺激敏感的葡萄膜組織，引起慢性炎癥[12,13]。且透氧性差，容易導(dǎo)致晶狀體上皮變性、混濁，引起后發(fā)性白內(nèi)障(posterior capsule opacification ，PCO)[14,15]。Wang等[16]人研究了PMMA、硅凝膠、親水性和疏水性丙烯酸酯IOL對(duì)晶狀體上皮細(xì)胞的粘附、遷移和轉(zhuǎn)化的生物學(xué)效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)PMMA制成的IOL比其他材質(zhì)的IOL PCO的發(fā)病率更高。PMMA材料長(zhǎng)期暴露在光下容易發(fā)生降解，有大量關(guān)于PMMA發(fā)生雪花樣變性，導(dǎo)致視力下降的報(bào)道[6,17]；而PMMA最致命的缺點(diǎn)是材料太硬，不能折疊，過(guò)大的切口導(dǎo)致術(shù)源性散光和術(shù)后恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)[18]。隨著現(xiàn)代小切口白內(nèi)障手術(shù)的開(kāi)展，折疊式IOL在臨床大量應(yīng)用，使得PMMA材質(zhì)IOL的使用逐漸受到限制[6],僅部分用于IOL睫狀溝植入[19]和白內(nèi)障扶貧手術(shù)中[20]。

2.2 軟性IOL材質(zhì)

2.2.1硅凝膠 硅凝膠(silicone)作為應(yīng)用最早的軟性IOL材料，不僅擁有良好的組織相容性，還具有化學(xué)穩(wěn)定性、高壓滅菌性、熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，柔韌可折疊，對(duì)角膜內(nèi)皮產(chǎn)生的損傷小,在白內(nèi)障手術(shù)的應(yīng)用中有著悠久的歷史[21,22]。Yang等[23]人研究表明硅凝膠IOL表面粗糙度明顯小于PMMA，表面更光滑，展開(kāi)速度快，同時(shí)認(rèn)為更光滑的表面對(duì)內(nèi)囊的粘附力較小，降低PCO發(fā)生率[24]。但其疏水性表面，易粘附細(xì)菌和炎癥細(xì)胞，術(shù)后炎癥反應(yīng)可能較重[12]。2007年，歐洲白內(nèi)障和屈光手術(shù)協(xié)會(huì)的一項(xiàng)關(guān)于眼內(nèi)炎的調(diào)查[25]發(fā)現(xiàn)，眼內(nèi)炎的增加與硅凝膠IOL的使用有關(guān)。對(duì)于需要行玻璃體切除并注射硅油的高危人群，如高度近視和糖尿病視網(wǎng)膜病變患者應(yīng)該避免選用此類IOL，因硅凝膠容易吸附硅油，硅油可能會(huì)沉積在IOL上導(dǎo)致混濁，降低視覺(jué)質(zhì)量[19]。

Milauskas等[26]首次報(bào)告了早期硅凝膠IOL最嚴(yán)重的問(wèn)題，是會(huì)發(fā)生棕色色變。隨后，Koch和Heit[27]也發(fā)現(xiàn)了此類現(xiàn)象，并認(rèn)為可能是由于制造過(guò)程中水蒸氣進(jìn)入IOL所致。如今，硅凝膠IOL很少被使用，幾乎完全被丙烯酸IOL所取代。

2.2.2水凝膠 水凝膠(hydrogel)水分含量在18%-34%(甚至更高)之間，從某種意義上說(shuō)，水凝膠含水量如此之高，更像是生物膜，因此生物相容性極佳，很少發(fā)生術(shù)后炎癥反應(yīng)[18,28,29]；相比硅凝膠IOL，其受硅油影響較小,晶狀體上皮細(xì)胞纖維化的發(fā)生率更低。但水凝膠材質(zhì)IOL具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，小分子物質(zhì)等可以通過(guò)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)粘附到IOL表面或進(jìn)入到內(nèi)部，與IOL的高分子聚合物結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，沉淀其中，從而降低IOL的透明度和生物相容性[30,31]。

2.2.3丙烯酸酯類多聚物 目前可折疊IOL的制造首選的是丙烯酸酯(acrylic)材質(zhì)[18]。這不僅取決于它性質(zhì)穩(wěn)定、具有良好的生物相容性，更取決于它高度純化、透明性好、柔軟可折疊，能夠通過(guò)非常小的切口植入，適合現(xiàn)代小切口白內(nèi)障手術(shù)植入的優(yōu)勢(shì)，降低了術(shù)源性散光[22,32]。目前最常用的丙烯酸酯為親水性丙烯酸脂和疏水性丙烯酸脂。①親水性丙烯酸酯IOL 親水性丙烯酸酯IOL彈性和韌性好，安裝時(shí)不易損傷表面，具有良好的可壓縮性，植入眼中容易展開(kāi)[33]。屈光指數(shù)較低，可以制成彎曲表面，從而減少眩光現(xiàn)象[12];同時(shí)，對(duì)細(xì)菌和炎性細(xì)胞的粘附性弱，異物炎癥反應(yīng)弱，可以用于葡萄膜炎患者[12]。Roseel等[34]對(duì)內(nèi)源性葡萄膜炎患者進(jìn)行了前瞻性研究，得出結(jié)論，更親水的IOL在白內(nèi)障手術(shù)后葡萄膜炎的發(fā)生率較低。Hollick等[35]的研究也表明與PMMA和硅凝膠IOL相比，親水性IOL的炎癥細(xì)胞反應(yīng)減少。就材料特性而言，親水性丙烯酸酯對(duì)膠原蛋白的粘附性差，不能很好的貼近后囊膜，植入后容易偏位，影響光學(xué)穩(wěn)定性，也為晶狀體上皮細(xì)胞的增殖和遷移提供了空間，從而容易導(dǎo)致PCO的形成[32]。且由于親水性丙烯酸柔軟的物理性質(zhì)，IOL方形邊緣的設(shè)計(jì)不如疏水性丙烯酸IOL銳利，同樣增加了PCO的發(fā)生率[12]。親水性丙烯酸IOL鈣化所致混濁是白內(nèi)障手術(shù)后的嚴(yán)重并發(fā)癥，在過(guò)去的十年中，有許多關(guān)于親水性丙烯酸IOL植入后發(fā)生鈣化的報(bào)道[36]。生物材料的研究表明，表面電荷的極性對(duì)材料表面沉淀礦物的類型起著決定性的作用[37,38]。Yang等[23]也認(rèn)為鈣化的主要原因是親水性丙烯酸IOL材料上含有大量的羥基，這些負(fù)表面電荷能較好地促進(jìn)了陽(yáng)離子Ca2+的沉積，從而發(fā)生鈣化。Werner[39]對(duì)來(lái)自不同制造商的不同設(shè)計(jì)的7種親水性丙烯酸IOL進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在前房?jī)?nèi)注射氣體后各類IOL前表面的撕囊邊緣或瞳孔緣處可以見(jiàn)到局部的顆粒狀鈣化，導(dǎo)致霧視和視力下降。Werner的觀點(diǎn)與前面提到的觀點(diǎn)似乎不太一致，她提出鈣化的原因可能是手術(shù)過(guò)程中注射的外源性物質(zhì)如前房?jī)?nèi)的空氣等與親水性丙烯酸IOL材料直接接觸導(dǎo)致，或手術(shù)導(dǎo)致的血液房水屏障破壞，引起前房?jī)?nèi)代謝變化，使得鈣磷等物質(zhì)在IOL內(nèi)部沉積[39]。②疏水性丙烯酸酯IOL 自從1998年愛(ài)爾康公司推出疏水性丙烯酸IOL以來(lái)，它因?yàn)槿彳浤陀?，折射率高、光學(xué)透明性好等優(yōu)良的性能，已經(jīng)成為臨床上首選的IOL類型之一[16,40]。疏水性丙烯酸與膠原蛋白的粘附力強(qiáng)，使IOL能夠更緊密的貼合在富含膠原的后囊膜上，減少了IOL與后囊膜間的空隙，即“無(wú)空間無(wú)細(xì)胞”，抑制晶狀體上皮細(xì)胞在IOL表面的增生，減少PCO的發(fā)生[33]。 疏水性丙烯酸IOL有極好的化學(xué)惰性，較親水性丙烯酸IOL更加穩(wěn)定，不易發(fā)生混濁鈣化[36,41]。Giers等[42]報(bào)道了13例親水性丙烯酸IOL眼，在行后板層角膜移植術(shù)數(shù)月至數(shù)年后發(fā)生了IOL鈣化的現(xiàn)象，認(rèn)為外源性物質(zhì)注入前房會(huì)增加親水性IOL混濁的風(fēng)險(xiǎn)，并建議在角膜內(nèi)皮營(yíng)養(yǎng)不良的患者中應(yīng)避免使用親水性IOL，疏水性IOL可能是首選。最近，Marcovich等[43]報(bào)告了11例親水性丙烯酸IOL眼在行玻璃體切除及眼內(nèi)注氣后的1個(gè)月至6年內(nèi)，發(fā)生了表面鈣磷的顆粒沉積致視力下降；此外，疏水性丙烯酸對(duì)硅油粘附率低，因此他們也建議考慮同時(shí)行白內(nèi)障手術(shù)和玻璃體切除術(shù)時(shí)，首選疏水性丙烯酸IOL。然而，值得注意的是，最近有疏水性丙烯酸IOL鈣化的案例報(bào)告，考慮與玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)后的玻璃體腔內(nèi)氣體注射和全氟化碳液體殘留有關(guān)，因此IOL鈣化可能并不完全與材質(zhì)有關(guān)，不能排除全身性疾病、代謝失衡、術(shù)后慢性炎癥等的影響[44]。然而較高的細(xì)胞粘附性使IOL表面容易粘附細(xì)菌和炎癥因子，術(shù)后可能會(huì)引起嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)，因此葡萄膜炎患者應(yīng)謹(jǐn)慎使用疏水性丙烯酸酯IOL[12]。另外，疏水性丙烯酸酯的彈性和韌性較親水性材料差，37°為其最佳狀態(tài)，溫度低則變得硬脆，不易折疊且安裝時(shí)容易出現(xiàn)夾痕，影響光學(xué)部的視覺(jué)質(zhì)量[33,45]。其屈光指數(shù)較親水性丙烯酸酯材料高，在植入后的不同時(shí)期，可能會(huì)出現(xiàn)微泡現(xiàn)象和鏡面效應(yīng)，導(dǎo)致眩光、對(duì)比敏感度降低等視覺(jué)質(zhì)量問(wèn)題[46-48]。

3 IOL的表面處理和修飾

理想的IOL應(yīng)該具有良好的短期和長(zhǎng)期的生物相容性[49]。生物相容性包括以單核、巨噬細(xì)胞反應(yīng)為主的葡萄膜相容性和以晶狀體上皮細(xì)胞增殖為主的囊膜生物相容性[12]。許多因素會(huì)影響IOL的生物相容性，如患者年齡、術(shù)式、術(shù)中撕囊大小、和IOL自身性能，其中IOL自身性能常起決定性作用[9]。增加IOL的囊膜相容性主要在于使IOL光學(xué)邊緣設(shè)計(jì)更加銳利，減少PCO的發(fā)生；也有學(xué)者報(bào)道稱利用紫外線臭氧處理IOL后表面也可以增加囊膜相容性[50]。增加IOL葡萄膜相容性的研究主要集中在IOL表面處理和材料特性的改進(jìn)[8]。

白內(nèi)障摘除和IOL植入過(guò)程中，會(huì)破壞血液房水屏障，使蛋白質(zhì)和細(xì)胞進(jìn)入前房，沉積在IOL表面，蛋白質(zhì)的沉積又會(huì)加速粘附其他細(xì)胞[9,51]。通過(guò)激活補(bǔ)體系統(tǒng)，這些炎性細(xì)胞轉(zhuǎn)化為單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，參與IOL的異物炎癥反應(yīng)[52]。

IOL表面的物質(zhì)沉積取決于其表面性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)[9]。表面性能可以通過(guò)表面處理和修飾等優(yōu)化[23]。在IOL表面進(jìn)行特殊的處理，涂上生物相容性物質(zhì)，可以使其親水性增加，產(chǎn)生良好的生物相容性。常用的表面涂層有肝素、聚乙二醇、抗組織生長(zhǎng)因子β2(抗TGF-β2)、金屬涂層等[12]。

肝素是無(wú)毒的、非免疫原性的抗凝血?jiǎng)?，用肝素處理IOL可以降低炎癥細(xì)胞在IOL表面的粘附力，減少炎癥細(xì)胞的堆積，降低粒細(xì)胞的反應(yīng)活性，達(dá)到提高葡萄膜生物相容性、減輕白內(nèi)障術(shù)后的炎癥反應(yīng)的效果[12]。同時(shí)可以增加疏水性材質(zhì)的親水性，克服了疏水性材質(zhì)的易粘附，展開(kāi)慢的缺點(diǎn)，使得展開(kāi)更順暢。聚乙二醇能通過(guò)降低IOL表面和蛋白質(zhì)之間的吸引力來(lái)增加葡萄膜生物相容性[53]。TGF-β2是促進(jìn)前囊膜纖維化的重要因素，有報(bào)道稱經(jīng)過(guò)抗TGF-β2表面處理的IOL不僅具有良好的親水性，較低的炎癥反應(yīng)，還能夠抑制晶狀體上皮細(xì)胞向內(nèi)的增殖。眼內(nèi)的氧化應(yīng)激反應(yīng)被認(rèn)為與青光眼、白內(nèi)障、葡萄膜炎等多種疾病的發(fā)生相關(guān)，Babizhayev[54]研究發(fā)現(xiàn)采用有鉑膜金屬涂層的IOL，可以催化過(guò)氧化物的還原，從而減少房水內(nèi)的過(guò)氧化物，糾正和預(yù)防氧化應(yīng)激介導(dǎo)的眼組織氧化損傷和炎性細(xì)胞信號(hào)傳遞，解決白內(nèi)障術(shù)后的多種并發(fā)癥如：眼內(nèi)炎癥、異物反應(yīng)、PCO等。

IOL的表面特殊處理和修飾，為提高IOL生物相容性，增加IOL的安全性和穩(wěn)定性提供了新的思路。此種設(shè)計(jì)的IOL未來(lái)可能在糖尿病、青光眼及炎癥性眼病患者中有良好的應(yīng)用前景，具有成為新一代IOL的巨大潛力。

4 總結(jié)

隨著白內(nèi)障手術(shù)的發(fā)展，IOL的種類和功能也越來(lái)越多，然而其性能并不是由單一因素決定的，而是由IOL的生物材料、患者對(duì)IOL的反應(yīng)、手術(shù)并發(fā)癥等共同發(fā)揮作用[9]。了解不同材質(zhì)IOL的性能和各種材質(zhì)的適應(yīng)癥，可以幫助不同患者群體選擇合適的IOL和制定個(gè)性化的手術(shù)方案，減少術(shù)后并發(fā)癥，提供更好的視覺(jué)質(zhì)量[1]。對(duì)比觀察不同材質(zhì)IOL的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，為IOL的創(chuàng)新和材質(zhì)的優(yōu)化提供參考依據(jù)。此外，IOL的鈣化似乎是一個(gè)多因素的問(wèn)題，其機(jī)制尚不清楚，因此這一并發(fā)癥的確切機(jī)制有待進(jìn)一步研究。