Serie: Anpassung von Kontaktlinsen, Teil 2

Kontaktlinsen-Geometrien

Diese Artikelserie soll Lust auf Kontaktlinsen machen. Sie soll Einsteigern alles Wissenswerte zum Thema Anpassung weicher Kontaktlinsen und Auge vermitteln. In mehreren Teilen werden den Interessierten alle Aspekte einer Anpassung von weichen Kontaktlinsen und deren Pflege näher gebracht. Natürlich werden auch die relevanten Teile des Auges besprochen.

2.1 Aufbau einer Kontaktlinse
Dieser Abschnitt soll ein besseres Verständnis für den Aufbau, die Bezeichnungen und für die Geometrie einer Kontaktlinse schaffen.

Durchmesser
Alle gängigen weichen Kontaktlinsen bedecken die Cornea und einen Teil der skleralen Conjunktiva. Sie werden deshalb als Corneosklerallinsen bezeichnet, deren Durchmesser (ØT) sich unter Berücksichtigung der Hornhautgröße ermitteln lässt.
Bezeichnungen für den Kontaktlinsendurchmesser: ØTotal, Dia oder nur mit dem Zeichen Ø.
Rückfläche
Die Rückfläche einer Kontaktlinse ist die dem Auge zugewandte Seite. Sie ist maßgebend für den Sitz einer Kontaktlinse und besteht aus einer Basiskurve, an der sich eine periphere Zwischenzone anschließen kann und einem Rand. Die Basiskurve ist der zentrale Krümmungsradius einer Kontaktlinsenrückfläche und bildet die optische Zone. Sie wird überwiegend in Millimeter angegeben und richtet sich nach der Krümmung der darunterliegenden Cornea. Weitere Bezeichnungen sind: r0, r2/0, BC. Verläuft die Basiskurve bis zum Rand, wird die Rückfläche als einkurvig bezeichnet. Um eine Kontaktlinse in der Peripherie flacher oder seltener steiler verlaufen zu lassen, können weitere periphere Radien (mehrkurvig) oder asphärische Krümmungen folgen.
Der Abschluss einer Kontaktlinse ist der Rand (genauer Bevel). Er ist gleich einer Skispitze leicht nach oben geneigt, um ein Gleiten der Kontaktlinse auf dem Auge und eine bessere Tränenfilmunterspülung zu ermöglichen.
Vorderfläche
Die Form der Vorderfläche wird durch die erforderliche optische Wirkung bestimmt.
Somit weisen stärkere Pluslinsen steilere Krümmungen und damit höhere Mittendicken auf.
Für Kontaktlinsen mit negativen Wirkungen gilt dies genau umgekehrt.
Bei torischen Kontaktlinsen sind die sphärozylindrischen Wirkungen meist auf der Vorderfläche. Die erforderlichen Stabilisierungszonen sind immer auf der Vorderseite.
Viele Presbyopielinsen haben ihre speziellen Stärkenzonen ebenfalls auf der Vorderfläche.
2.1.2. Rotationssymmetrische und torische Geometrien
Rotationssymmetrische Kontaktlinsen
Weist eine Kontaktlinse bei Rotation um die eigene Achse immer das gleiche Profil auf, so wird ihre Geometrie als rotationssymmetrisch bezeichnet. Dabei kann ihre Vorder- und Rückfläche sphärisch (kreisförmig), asphärisch oder eine Kombination von beiden sein.
Eine solche Kontaktlinse rotiert auf dem Auge durch Lidschläge und Augenbewegungen.
Die optische Wirkung kann nur sphärisch sein, da alle Hauptschnitte den gleichen Radius aufweisen.
Torische Kontaktlinsen
Wird eine sphärozylindrische Wirkung benötigt, so muss entweder Vorder- oder Rückfläche
der optischen Zone torisch sein. Die Radien der Hauptschnitte dieser Zone sind dann ungleich, das bedeutet es gibt einen flachen und einen steilen Hauptschnitt die 90° zueinander stehen.
Die Zylinderachse einer solchen torischen Linse muss stabilisiert werden. Dies geschieht durch den Druck und der Bewegung der Augenlider, die auf besondere Flächen der Vorderseite einer torischen Kontaktlinse wirken.
Zur Anwendung kommen zwei Grundprinzipien:
2.2 Eigenschaften und Kenngrößen von weichen Kontaktlinsen
Um eine Vergleichbarkeit und eine bessere Kenntnis der unterschiedlichen Materialien zu ermöglichen, werden hier die wichtigsten Materialeigenschaften und Kenngrößen besprochen.
Brechzahl n
Die Brechzahlen weicher Kontaktlinsenmaterialien bewegen sich zwischen 1,46 und 1,36. Je höher der Wassergehalt einer Kontaktlinse, desto kleiner die Brechzahl. Während des Tragens kann sich der Wassergehalt verändern, z.B. wenn das Auge trockener wird. Damit treten Brechzahlveränderungen auf, die zu Korrekturschwankungen führen können.
Zum Vergleich: Brechzahl Cornea: 1,376 und Tränenflüssigkeit: 1,336
Benetzung
Unter Benetzbarkeit wird die Ausbreitung einer Flüssigkeit auf einer Materialoberfläche verstanden. Bei Kontaktlinsen ist die Benetzbarkeit von großer Bedeutung, da sie eine Umspülung mit Tränenflüssigkeit bewirkt.
  • Der Tränenfilm wirkt wie ein Gleitmittel für die Bewegung der Kontaktlinse auf dem Auge, sowie die der Augenlider auf der Kontaktlinsenoberfläche
  • Aufrechterhaltung der optischen Abbildungsqualität
  • Besserer Austausch der Tränenflüssigkeit unter der Kontaktlinse und dadurch geringere Störung des Hornhautstoffwechsels
Zwei Möglichkeiten zur Verbesserung der Benetzbarkeit werden momentan eingesetzt:
  • 1. Oberflächenveränderung des Materials durch Plasmabehandlung (einer speziellen Behandlung mit Gasen) und dadurch Erhöhung der Hydrophilie (Wasseranziehung).
  • 2. Einbau von wasserbindenden Komponenten in das Material.
Elastizitätsmodulus
Der Elastizitätsmodulus ist vereinfacht ausgedrückt die Steifigkeit eines Materials und wird in Megapascal (Mpa) angegeben. Im Vergleich zu herkömmlichen Hydrogelen sind Silikon-Hydrogele bis zu 5-mal steifer. Durch Erhöhung des Wassergehalts eines Materials kann der E-Modulus verringert werden, das bedeutet die Steifigkeit verringert sich.
Porosität
Bei mikroskopischer Betrachtung hat ein Kontaktlinsenmaterial eine schwammartige Struktur mit vielen Poren. Die Größe dieser Poren ist abhängig vom jeweiligen Material und dem Wassergehalt. Höchste Porengrößen weisen hochwasserhaltige Kontaktlinsen mit bis zu 6 nm auf. Dadurch ist die Durchlässigkeit für Sauerstoff höher, aber auch die Aufnahme von Bestandteilen aus der Tränenflüssigkeit und von Konservierungsmitteln aus Pflegemitteln größer.
Wassergehalt
Jede weiche Kontaktlinse hat einen maximal möglichen Wassergehalt. Dieser Anteil von Wasser am Gesamtgewicht eines Materials wird in Prozent angegeben z. B. 55 % und ist oft ein Teil der Bezeichnung der Kontaktlinse. Viele weiche Kontaktlinsen werden aus einem trockenen, festen Material hergestellt und dann in 0,9% Kochsalzlösung gelagert, um Flüssigkeit aufzunehmen. Sie werden dann gelartig und deshalb auch Hydrogele genannt. Die Aufnahme von Wasser nennt man Hydratation. Erst mit dem maximalen Wassergehalt erreicht eine Kontaktlinse ihre optimale Funktion und ihre gewünschten Parameter, wie z. B. Scheitelbrechwert, Durchmesser und Radius.
Eine Verringerung des Wassergehaltes (Dehydratation) einer Kontaktlinse auf dem Auge kann folgende Auswirkungen haben:
  • Die Kontaktlinse versteilt sich, damit sitzt die Kontaktlinse unbeweglicher.
  • Eine Änderung des Scheitelbrechwertes
  • Erhöhung der Ablagerungsneigung und damit Verschlechterung der Benetzbarkeit.
  • Herabsetzung der Transparenz
  • Stoffwechselstörungen der Cornea, besonders durch die Verringerung der Sauerstoff-versorgung
Lieferbar sind momentan Kontaktlinsen mit einem Wassergehalt von 24% – 85%. Zum Vergleich hat die menschliche Hornhaut einen durchschnittlichen Wassergehalt von 78%. Allgemein gilt: je höher der Gehalt an Wasser, desto besser ist die Sauerstoffdurchlässigkeit.
Wasserbindungsvermögen
Die Fähigkeit eines Materials Wasser an sich zu binden und dieses auch unter ungünstigen Bedingungen (trockenes Auge, Klimaanlage, Bildschirmarbeit usw.) nur verzögert abzugeben, ist ein Qualitätsmerkmal. Dadurch bleiben der Tragekomfort und die Parameter einer Kontaktlinse länger stabil.
Dk-Wert
Der Dk-Wert gibt die Permeabilität P (Durchlässigkeit) eines Kontaktlinsen-Materials für Gase an. D steht für den Diffusionskoeffizienten (Schnelligkeit der Gasdurchdringung) und k für die Löslichkeitskonstante (Gaslöslichkeit in einem Material).
Für das Auge ist besonders die Durchlässigkeit für Sauerstoff wichtig, da dieses Gas maßgeblich am Stoffwechsel beteiligt ist. Üblicherweise wird bei Angabe des Dk-Wertes die Zehnerpotenz und die Maßeinheit weggelassen, zum Beispiel:
Der Dk-Wert ist ein rein physikalisch-technischer Messwert, der weder die Dicke einer Kontaktlinse, noch die besondere Situation auf dem Auge berücksichtigt.
Dk/t-Wert
Eine bessere Einschätzung und Vergleichbarkeit der verschiedenen Kontaktlinsenmaterialien wird erreicht, wenn beim Dk-Wert die Dicke t einer Kontaktlinse berücksichtigt wird. Daraus ergibt sich der Dk/t-Wert, ein Wert für die Sauerstofftransmissibilität. Vereinfacht gibt sie an wie viel Sauerstoff unter bestimmten Bedingungen, einschließlich der Dicke, durch ein Material hindurchdringt. Viele Hersteller geben den Dk/t-Wert für eine Kontaktlinse mit dem Scheitelbrechwert S‘ = –3,0 dpt an.
Die Mindestforderungen an Sauerstofftransmissibilität für Kontaktlinsen auf dem Auge sind unterschiedlich. So geben Holden und Merz für Tagestragen den Dk/t-Wert mit 24 und für Übernachttragen mit 87 an. Auch Harvitt und Bonanno nennen mit 35 bzw.125 Werte, die von modernen Materialien eingehalten werden können (Hydrogele nur für Tagestragen).
2.3 Unterschiede von Hydrogelen zu Silikon-Hydrogel-Materialien
Seit Einführung der ersten weichen Kontaktlinse aus HEMA mit einem Wassergehalt von 38% und einem Dk-Wert von 8, war es eines der wichtigsten Entwicklungsziele die Sauerstoff-durchlässigkeit zu steigern, um die Zellen der Hornhaut ausreichend mit Sauerstoff zu versorgen.
Möglich war dies durch Erhöhung des Wassergehaltes auf über 80%. Das Wasser bzw. die Tränenflüssigkeit lässt die Sauerstoffmoleküle aus der Luft durch das Material diffundieren.
Vor- und Nachteile von Hydrogelen:
  • Durch die niedrigeren Dk/t-Werte ist kein Übernachttragen möglich.
  • Die mechanische Festigkeit verringert sich mit der Höhe des Wassergehaltes.
  • Stärkere Neigung zu Proteinablagerungen
  • Der Tragekomfort ist angenehmer und die Eingewöhnungszeit kürzer.
  • Das Lieferprogramm ist momentan größer.
Durch Einbindung von Silikat- und teilweise auch Fluorverbindungen in Hydrogelen entstanden Silikon-Hydrogel-Materialien. Dadurch konnten die Dk/t-Werte erheblich gesteigert werden. Man spricht bei diesen Linsen auch einem 2-Phasen-System der Sauerstoff-durchlässigkeit. Einmal gelangen die Sauerstoffmoleküle konventionell über die Tränenflüssigkeit durch die Kontaktlinse zur Cornea, zum anderen können sie direkt durch das Material hindurch diffundieren. Si-Hy-Kontaktlinsen weisen Vor- und Nachteile auf, die im Folgenden genannt werden.
Vor-und Nachteile von Silikon-Hydrogelen:
  • Höchste Sauerstoffdurchlässigkeit
  • Geringere Neigung zur Dehydratation
  • Bessere Formstabilität
  • Gesteigerte Neigung zu Lipidablagerungen und Mucin Balls (kleinere Mucinansammlungen)
  • Höherer Elastizitäts-Modulus, durch die erhöhte Steifigkeit können verschiedene Veränderungen am Auge auftreten wie z. B. bogenförmige Epithelläsionen (SEAL), konjunktivale, epitheliale Mikrorisse und Falten (CEF), papilläre Konjunktivitis.
Silikon-Hydrogele weisen erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Hydrogel-Materialien auf. Die Nachteile werden wohl mit der nächsten Generation von Silikon-Hydrogel-Kontaktlinsen weiter minimiert.
2.4 Einteilung der Kontaktlinsenmaterialien
Zur besseren Vergleichbarkeit existieren unterschiedliche Einteilungen von Kontaktlinsen.
Die hier aufgeführten werden am häufigsten verwendet.
  • 2.4.1. Einteilung nach dem Wassergehalt (Tabelle 1)
  • 2.4.2.Einteilung nach Wassergehalt und Polarität (FDA) (Tabelle 2)
Die Polarität von Kontaktlinsenoberflächen gibt eine Einschätzung über die Ablagerungs-neigung von Hydrogelmaterialien.
Ionische Kontaktlinsenoberflächen sind negativ geladen und ziehen positiv geladene Bestandteile aus der Tränenflüssigkeit an, zum Beispiel das Protein Lysozym. Die Neigung zu Ablagerungen ist erhöht, deswegen ist eine sorgfältige Pflege wichtig.
Fortsetzung in der nächsten Ausgabe!