人工晶狀體材質特點對視覺質量影響的研究進展

劉 璐,邊立娟，石海英，張 輝*

(1.吉林大學第二醫院 眼科中心;2.長春市易視頓眼科醫院，吉林 長春130041)

白內障是目前最常見的致盲眼病，隨著手術技術的提高、設備的改進和人工晶狀體(Intraocular lens，IOL)種類的不斷創新，白內障患者術后對視力的期望也越來越高[1]。術后獲得較好的視覺質量和多種因素息息相關，如術者的手術技巧、患者眼部狀態、IOL的性能[2]。其中充分了解IOL的特性，為患者選擇合適的、個性化的IOL，減少IOL植入術后的并發癥，將為患者帶來福音。

1 IOL的發展歷史

1766年，意大利眼科醫生Tadini第一次提出了IOL的設想，即把橢圓形的人造物體，放置在晶狀體的原來位置，以取代晶狀體的功能。隨后意大利眼科醫生Casamata根據Tadini醫生的猜想，第一次將類似晶狀體形狀的玻璃，植入了白內障術后患者的眼中，但以失敗告終[3]。20世紀40年代，英國眼科醫生Harold Ridley，首次嘗試應用對人眼無明顯組織反應性的有機玻璃，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醫生又發現了眼內組織耐受好、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已經發展了70余年[7]。IOL的材質和制造工藝也有了突飛猛進的進步，人們對IOL性能的要求也越來越高[8]。

2 IOL的材質及其特性

理想的IOL制作材質應具備以下特點：①材料穩定，不與相接觸的眼內組織發生物理或化學反應[6]；②組織相容性好，可被機體接受，無過敏，無免疫排斥反應[6]；③能夠抵抗機械牽拉，具有一定的塑形性，同時材質不宜過硬，避免與眼內組織發生摩擦。④具有良好的光學特性和光學穩定性，光譜透射特性應與自然晶狀體相似，以提高患者術后的視覺質量[6]。自IOL問世以來，人們就在不斷的探索最合適的IOL材質，其材質主要分為以下幾類。

2.1 硬性IOL材質

PMMA因組織耐受性好，具有良好的生物相容性，最早應用于IOL制造；它有很多優點如：折射指數高(1.49)，重量輕，組織炎性反應低，比玻璃還好的光學清晰度[5,9]。有報道稱，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PMMA和丙烯酸材質的IOL進行紫外可見分光光度計(UV-vis spectrophotometer)研究，發現PMMA IOL透光性最好，并且對紫外光具有較好的吸收率，保護視網膜免受紫外線輻射的傷害。但由于它硬度較大，容易損傷眼內組織，植入時易造成角膜內皮損傷，或長期刺激敏感的葡萄膜組織，引起慢性炎癥[12,13]。且透氧性差，容易導致晶狀體上皮變性、混濁，引起后發性白內障(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對晶狀體上皮細胞的粘附、遷移和轉化的生物學效應，發現PMMA制成的IOL比其他材質的IOL PCO的發病率更高。PMMA材料長期暴露在光下容易發生降解，有大量關于PMMA發生雪花樣變性，導致視力下降的報道[6,17]；而PMMA最致命的缺點是材料太硬，不能折疊，過大的切口導致術源性散光和術后恢復時間的延長[18]。隨著現代小切口白內障手術的開展，折疊式IOL在臨床大量應用，使得PMMA材質IOL的使用逐漸受到限制[6],僅部分用于IOL睫狀溝植入[19]和白內障扶貧手術中[20]。

2.2 軟性IOL材質

2.2.1硅凝膠 硅凝膠(silicone)作為應用最早的軟性IOL材料，不僅擁有良好的組織相容性，還具有化學穩定性、高壓滅菌性、熱穩定性等特點，柔韌可折疊，對角膜內皮產生的損傷小,在白內障手術的應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，展開速度快，同時認為更光滑的表面對內囊的粘附力較小，降低PCO發生率[24]。但其疏水性表面，易粘附細菌和炎癥細胞，術后炎癥反應可能較重[12]。2007年，歐洲白內障和屈光手術協會的一項關于眼內炎的調查[25]發現，眼內炎的增加與硅凝膠IOL的使用有關。對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膜病變患者應該避免選用此類IOL，因硅凝膠容易吸附硅油，硅油可能會沉積在IOL上導致混濁，降低視覺質量[19]。

Milauskas等[26]首次報告了早期硅凝膠IOL最嚴重的問題，是會發生棕色色變。隨后，Koch和Heit[27]也發現了此類現象，并認為可能是由于制造過程中水蒸氣進入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，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，很少發生術后炎癥反應[18,28,29]；相比硅凝膠IOL，其受硅油影響較小,晶狀體上皮細胞纖維化的發生率更低。但水凝膠材質IOL具有網狀結構，小分子物質等可以通過網狀結構粘附到IOL表面或進入到內部，與IOL的高分子聚合物結構緊密結合，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[18]。這不僅取決于它性質穩定、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，能夠通過非常小的切口植入，適合現代小切口白內障手術植入的優勢，降低了術源性散光[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，安裝時不易損傷表面，具有良好的可壓縮性，植入眼中容易展開[33]。屈光指數較低，可以制成彎曲表面，從而減少眩光現象[12];同時，對細菌和炎性細胞的粘附性弱，異物炎癥反應弱，可以用于葡萄膜炎患者[12]。Roseel等[34]對內源性葡萄膜炎患者進行了前瞻性研究，得出結論，更親水的IOL在白內障手術后葡萄膜炎的發生率較低。Hollick等[35]的研究也表明與PMMA和硅凝膠IOL相比，親水性IOL的炎癥細胞反應減少。就材料特性而言，親水性丙烯酸酯對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，影響光學穩定性，也為晶狀體上皮細胞的增殖和遷移提供了空間，從而容易導致PCO的形成[32]。且由于親水性丙烯酸柔軟的物理性質，IOL方形邊緣的設計不如疏水性丙烯酸IOL銳利，同樣增加了PCO的發生率[12]。親水性丙烯酸IOL鈣化所致混濁是白內障手術后的嚴重并發癥，在過去的十年中，有許多關于親水性丙烯酸IOL植入后發生鈣化的報道[36]。生物材料的研究表明，表面電荷的極性對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，這些負表面電荷能較好地促進了陽離子Ca2+的沉積，從而發生鈣化。Werner[39]對來自不同制造商的不同設計的7種親水性丙烯酸IOL進行研究，發現在前房內注射氣體后各類IOL前表面的撕囊邊緣或瞳孔緣處可以見到局部的顆粒狀鈣化，導致霧視和視力下降。Werner的觀點與前面提到的觀點似乎不太一致，她提出鈣化的原因可能是手術過程中注射的外源性物質如前房內的空氣等與親水性丙烯酸IOL材料直接接觸導致，或手術導致的血液房水屏障破壞，引起前房內代謝變化，使得鈣磷等物質在IOL內部沉積[39]。②疏水性丙烯酸酯IOL 自從1998年愛爾康公司推出疏水性丙烯酸IOL以來，它因為柔軟耐用，折射率高、光學透明性好等優良的性能，已經成為臨床上首選的IOL類型之一[16,40]。疏水性丙烯酸與膠原蛋白的粘附力強，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“無空間無細胞”，抑制晶狀體上皮細胞在IOL表面的增生，減少PCO的發生[33]。 疏水性丙烯酸IOL有極好的化學惰性，較親水性丙烯酸IOL更加穩定，不易發生混濁鈣化[36,41]。Giers等[42]報道了13例親水性丙烯酸IOL眼，在行后板層角膜移植術數月至數年后發生了IOL鈣化的現象，認為外源性物質注入前房會增加親水性IOL混濁的風險，并建議在角膜內皮營養不良的患者中應避免使用親水性IOL，疏水性IOL可能是首選。最近，Marcovich等[43]報告了11例親水性丙烯酸IOL眼在行玻璃體切除及眼內注氣后的1個月至6年內，發生了表面鈣磷的顆粒沉積致視力下降；此外，疏水性丙烯酸對硅油粘附率低，因此他們也建議考慮同時行白內障手術和玻璃體切除術時，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鈣化的案例報告，考慮與玻璃體視網膜手術后的玻璃體腔內氣體注射和全氟化碳液體殘留有關，因此IOL鈣化可能并不完全與材質有關，不能排除全身性疾病、代謝失衡、術后慢性炎癥等的影響[44]。然而較高的細胞粘附性使IOL表面容易粘附細菌和炎癥因子，術后可能會引起嚴重的炎癥反應，因此葡萄膜炎患者應謹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，溫度低則變得硬脆，不易折疊且安裝時容易出現夾痕，影響光學部的視覺質量[33,45]。其屈光指數較親水性丙烯酸酯材料高，在植入后的不同時期，可能會出現微泡現象和鏡面效應，導致眩光、對比敏感度降低等視覺質量問題[46-48]。

3 IOL的表面處理和修飾

理想的IOL應該具有良好的短期和長期的生物相容性[49]。生物相容性包括以單核、巨噬細胞反應為主的葡萄膜相容性和以晶狀體上皮細胞增殖為主的囊膜生物相容性[12]。許多因素會影響IOL的生物相容性，如患者年齡、術式、術中撕囊大小、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光學邊緣設計更加銳利，減少PCO的發生；也有學者報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[8]。

白內障摘除和IOL植入過程中，會破壞血液房水屏障，使蛋白質和細胞進入前房，沉積在IOL表面，蛋白質的沉積又會加速粘附其他細胞[9,51]。通過激活補體系統，這些炎性細胞轉化為單核細胞和巨噬細胞，參與IOL的異物炎癥反應[52]。

IOL表面的物質沉積取決于其表面性質和化學結構[9]。表面性能可以通過表面處理和修飾等優化[23]。在IOL表面進行特殊的處理，涂上生物相容性物質，可以使其親水性增加，產生良好的生物相容性。常用的表面涂層有肝素、聚乙二醇、抗組織生長因子β2(抗TGF-β2)、金屬涂層等[12]。

肝素是無毒的、非免疫原性的抗凝血劑，用肝素處理IOL可以降低炎癥細胞在IOL表面的粘附力，減少炎癥細胞的堆積，降低粒細胞的反應活性，達到提高葡萄膜生物相容性、減輕白內障術后的炎癥反應的效果[12]。同時可以增加疏水性材質的親水性，克服了疏水性材質的易粘附，展開慢的缺點，使得展開更順暢。聚乙二醇能通過降低IOL表面和蛋白質之間的吸引力來增加葡萄膜生物相容性[53]。TGF-β2是促進前囊膜纖維化的重要因素，有報道稱經過抗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，還能夠抑制晶狀體上皮細胞向內的增殖。眼內的氧化應激反應被認為與青光眼、白內障、葡萄膜炎等多種疾病的發生相關，Babizhayev[54]研究發現采用有鉑膜金屬涂層的IOL，可以催化過氧化物的還原，從而減少房水內的過氧化物，糾正和預防氧化應激介導的眼組織氧化損傷和炎性細胞信號傳遞，解決白內障術后的多種并發癥如：眼內炎癥、異物反應、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的安全性和穩定性提供了新的思路。此種設計的IOL未來可能在糖尿病、青光眼及炎癥性眼病患者中有良好的應用前景，具有成為新一代IOL的巨大潛力。

4 總結

隨著白內障手術的發展，IOL的種類和功能也越來越多，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IOL的反應、手術并發癥等共同發揮作用[9]。了解不同材質IOL的性能和各種材質的適應癥，可以幫助不同患者群體選擇合適的IOL和制定個性化的手術方案，減少術后并發癥，提供更好的視覺質量[1]。對比觀察不同材質IOL的優勢和缺點，為IOL的創新和材質的優化提供參考依據。此外，IOL的鈣化似乎是一個多因素的問題，其機制尚不清楚，因此這一并發癥的確切機制有待進一步研究。