MASARYKOVA UNIVERZITA LÉKAŘSKÁ FAKULTA

MASARYKOVA UNIVERZITA LÉKAŘSKÁ FAKULTA

VÝZNAM UV FILTRU U KONTAKTNÍCH ČOČEK BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Vedoucí práce: Mgr. Pavel Beneš, Ph.D.

Vypracovala: Jana Vavřinová Obor: Optika a optometrie

Brno, duben 2016

Anotace Bakalářská práce Význam UV filtru u kontaktních čoček se skládá z pěti kapitol. První kapitola pojednává o povaze světla a jeho rozlišení pomocí vlnových délek; zejména o ultrafialové oblasti a jejich rizicích. Dále je popsán účinek ultrafialového záření na oční tkáně a propustnost tohoto záření. Hlavní část práce se pak zabývá materiály kontaktních čoček, které snižují množství UV záření vniknutého do oka. V posledních oddílech jsou zmíněny další možnosti ochrany před UV zářením a jsou uvedená poškození a nemoci oka, které mohou vzniknout působením UV záření, případně jím být ovlivněny.

Annotation The bachelor thesis The Importance of UV Filter in Contact Lenses consists of five chapters. The first chapter deals with the nature of light and its resolution through wavelengths, particularly ultraviolet radiation and its danger. The next section describes the effect of ultraviolet radiation on the eye tissue and transmittance through ocular tissue. The main part of the thesis deals with contact lens materials that reduce the amount of ultraviolet radiation that enters the eye. In the last section there are discussed other options for UV protection and last but not least the frequent eye damage and eye disease that may be caused or affected by UV radiation.

Klíčová slova ultrafialové záření, kontaktní čočky, UV filtr, propustnost UV záření

Keywords ultraviolet light, contact lenses, UV filter, transmission of UV radiation

Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci Význam UV filtru u kontaktních čoček vypracovala samostatně pod vedením Mgr. Pavla Beneše, Ph.D. s využitím literatury a dalších zdrojů uvedených v seznamu. Souhlasím s využitím práce pro studijní účely a uveřejněním ve sborníku prací.

V Brně dne 1. dubna 2016

……………………………. Jana Vavřinová

Tímto bych ráda poděkovala vedoucímu bakalářské práce Mgr. Pavlu Benešovi, Ph.D. za vstřícný přístup a cenné rady při psaní. Zároveň děkuji své rodině za podporu při studiu.

Obsah Úvod............................................................................................................................................6 1.

Povaha světla .......................................................................................................................7

2.

Propustnost UV záření tkáněmi oka a účinky UV záření ..................................................13

3.

Kontaktní čočky s UV filtrem ...........................................................................................15 3.1 UV absorbující monomery .............................................................................................. 18 3.2 UV absorbující monomery měkkých kontaktních čoček ................................................21 3.3 Příklady materiálů pro RGP kontaktní čočky s UV filtrem ............................................25 3.4 Příklady materiálů pro měkké kontaktní čočky s UV filtrem .........................................28

4.

Další možnosti ochrany oka před UV zářením ..................................................................33

5.

Poškození a nemoci oka způsobené UV zářením .............................................................. 36

Závěr .........................................................................................................................................42 Seznam použité literatury .........................................................................................................43

5

Úvod Sluneční světlo je elektromagnetické záření a je pro život na zemi nezbytné. Je tvořeno z jednotlivých složek, které jsou částečně filtrovány zemskou atmosférou. Člověk vnímá viditelnou část všeho elektromagnetického záření, ale je také ovlivněn zářením neviditelným. Jedná se zejména o infračervené a ultrafialové paprsky, které, ačkoliv mají své výhody, mohou se stát také nebezpečnými. Vzhledem k povaze vlnění a jeho vyšší energii může být pro oko více škodlivé záření ultrafialové. Název ultrafialové záření se začalo používat až koncem 19. století, ale už počátkem 19. století ho popsal německý fyzik Johann Wilhelm Ritter. Prováděl pokus pomocí rozkladu světla optickým hranolem a proužků papíru namočených do chloridu stříbrného. Tato sloučenina reaguje na dopad světla uvolněním stříbra, což se projevuje zčernáním papírku. Jelikož za fialovým světlem bylo zčernání proužku nejvýraznější, Ritter usoudil, že se jedná o neviditelné světlo, které pojmenoval tzv. oxidační. Ultrafialová část slunečního záření má na lidský organismus jak pozitivní, tak negativní vliv. Zároveň se však dá využít také v mnoha oborech, například v zubařských ordinacích pro tvrzení bílých plomb nebo v očním lékařství při laserových operacích a u metody corneal cross linking při léčbě keratokonu. Bakalářská práce uvádí vliv UV záření na oční tkáně a potřebnou adekvátní ochranu oka. Význam UV filtru brýlových i kontaktních čoček spočívá v blokování nepříznivých vlivů ultrafialového záření na struktury předního segmentu oka. Nejčastěji se k ochraně oka používají sluneční brýle. Dioptrické brýlové čočky mohou mít buď speciální ochrannou vrstvu, nebo jsou zhotoveny přímo z materiálu s UV filtrem. Patřičným důraz patří zvláště kontaktním čočkám s UV ochranou, které jsou v současnosti už velmi dobře dostupné každému, kdo je potřebuje. Z hlediska povahy materiálu jsou různorodé, ale spojují je UV absorbující monomery obsažené v polymeru pro výrobu těchto kontaktních čoček.

6

1. Povaha světla Světlo je elektromagnetické vlnění, zpravidla uváděno jako na sebe kolmé vlnění elektrického a magnetického pole. Šíří se v jakémkoliv prostředí včetně vakua. Rychlost světla ve vakuu je 3.108 m.s-1 [5]. Jedná se o nejvyšší možnou rychlost, kterou se může objekt pohybovat. Světlo je charakterizováno pomocí vlnové délky nebo frekvence a vztah mezi těmito veličinami je definován nepřímou úměrou: (1) … vlnová délka, … frekvence vlnění,

Sluneční světlo tvoří neviditelné a viditelné záření pro člověka. Infračervené a ultrafialové světlo se řadí mezi neviditelné. Všechna záření jsou rozdělena většinou podle jejich hodnot vlnové délky. Viditelným světlem se označuje rozpětí vlnových délek v rozsahu od 390 nm do 790 nm [5]. Je to vlnění, na které je citlivá sítnice, její světločivé buňky – fotoreceptory. Různá frekvence světla vyvolává různý vjem a je známý jako barva světla. Světelné spektrum je vymezeno fialovou barvou o vlnové délce 390 nm a červenou barvou o 790 nm. Ačkoliv je vnímání barev velmi individuální, nejcitlivější je oko na barvu žlutozelenou, což je 550 nm. Různé frekvence světla se mohou také skládat, tím vznikají charakteristické odstíny barev. Při vyváženém poměru barevných složek vzniká světlo bílé.

Obrázek 1 Rozdělení světla podle vlnových délek [2] 7

Modré světlo má více energie než světlo červené a jedná se o vlnové délky v rozmezí od 400 do 500 nm. Většinou bývá spojeno se zářením z monitorů počítačů a další elektronikou s digitální obrazovkou. Venku pod přímým slunečním světlem je jeho intenzita mnohem vyšší. Způsobuje oslnění a snížení kontrastu, což je nežádoucí efekt zejména při řízení dopravních prostředků. Proto existují speciální brýlové čočky nebo filtry, které těmto nežádoucím jevům brání. Existuje i spojitost modrého světla s vývojem věkem podmíněné makulární degenerace, která ale není způsobena časem stráveným u televize nebo počítače. Uvádí se, že hlavním rizikem je přímé nebo odražené sluneční světlo. Jako neviditelné světelné záření je označováno vlnění, které oko nedokáže rozlišit. Jedná se o záření kratší než 390 nm a delší než 790 nm [5]. Mezi nedetekovatelná elektromagnetická záření patří záření gama (10-21 nm), rentgenové záření (10-21 nm – 10-18 nm), ultrafialové záření (10-18 nm – 10-17 nm) a z druhé strany infračervené (10-15 nm – 10-13 nm), mikrovlny (10-13 nm – 10-10 nm) a televizní a rozhlasové vlny (10-10 nm – 10-5 nm) [5]. Přechody mezi jednotlivými druhy elektromagnetického vlnění nejsou ostré, přechází plynule nebo se překrývají. Mezi neviditelné záření ovlivňující oko patří ultrafialové a infračervené. Infračervené záření je záření s vlnovou délkou nad 790 nm a dosahuje až radiovým vlnám s vlnovou délkou 10-12 nm. Je rozděleno do tří skupin podle rozdílné vlnové délky, a to IRA (760 nm – 1400 nm), IRB (1400 nm – 3000 nm) a IRC (nad 3000 nm) [6]. Jedná se o tzv. tepelné záření a jeho zdrojem jsou všechna zahřátá tělesa. Při přenosu infračerveného záření dochází k tepelné výměně, kdy se ozářené těleso zahřívá. Využití tohoto vlnění je poměrně široké. K zahřátí slouží infrazářiče a pro pozorování ve tmě se používá termokamera, která právě využívá vyzařujícího tepla různých okolních objektů. V oboru elektroniky je infračervené světlo využito u dálkového ovládání a mobilních telefonů, dalšími obory jsou telekomunikace a také širokým oborem je lékařství, zejména oftalmologie (lasery). Škodlivý účinek infračerveného záření se projevuje při dlouhodobém působení nebo při extrémních intenzitách, jako je tomu například u laserů. Mezi nejznámější poškození způsobená infračerveným zářením patří akutní stavy, jako jsou popáleniny, úžeh a úpal. V minulosti se jednalo také o žárové katarakty, které se vyskytovaly hlavně u pracovníků ve slévárnách. Při pozorování Slunce bez ochranných filtrů může dojít k zánětu sítnice vlivem tepelného poškození smyslových buněk. Tyto změny na sítnici jsou nevratné. Vysokým ohřevem sklivce může být způsoben rozvoj vysoké myopie. Onemocnění kvůli

8

dlouhodobému působení infračerveného záření je vzácné, nicméně projevuje se nádorovým bujením kůže. Rozmezí vlnové délky od 10 nm do 390 nm patří záření ultrafialovému. Přirozeným zdrojem ultrafialového světla je Slunce. Záření v ultrafialové oblasti je rozděleno podle vlnové délky a jeho biologického efektu na UVA (320 nm – 400 nm), UVB (290 nm – 320 nm) a UVC (100 nm – 290 nm). Ultrafialové záření dopadající na Zemi je složeno přibližně z 95% UVA a 5% UVB [2]. Expozice UVA záření zajišťuje opálení kůže a fotosenzitivní reakce. Záření UVB má významnější dopad na biologické procesy a je z 90 % absorbováno ozonovou vrstvou. K redukci dochází také ve stratosféře. Vlnové délky UVC jsou kompletně filtrovány ozonem, proto se běžně v přírodě nenachází. Zatímco některé hodnoty UV záření jsou potřebné k produkci melaninu a k syntéze vitaminu D, který je pro zdraví člověka nezbytný, zvýšený dopad ultrafialového světla je pro zdraví člověka zpravidla škodlivé. Vysoká hladina UV může poškodit celou řadu organických molekul, včetně DNA, a obecně vede k poškození pestré škály biologických a fyzikálních procesů. Typ a rozsah poškození je stanoven vlnovou délkou, délkou trvání působení a intenzitou. Intenzita dopadajícího UV záření závisí na mnoha faktorech. Jedním z hlavních je pozice na zeměkouli. Úrovně UV záření jsou ovlivněny nadmořskou výškou; protože atmosféra je ve vyšších polohách tenčí, absorbuje méně UV záření. Bylo zjištěno, že každých 1000 m se množství UV záření zvyšuje o 15 % [10]. UV dávky také stoupají s klesající zeměpisnou šířkou, což je dáno postavením Slunce na obloze. V rovníkových oblastech tedy lidé dostávají nejvyšší hladinu ozáření.

Tabulka 1 Hodnoty UV indexu [17] Druh expozice

UV index

Nízká

<2

Střední

3–5

Vysoká

6–7

Velmi vysoká

8 – 10

Extrémní

11+

Množství ultrafialového záření na zemském povrchu v daném okamžiku udává UV Index (tab. 1). Informuje o možných zdravotních rizicích a zejména o vlivu záření na kůži. 9

Pokud je UV index nízký až střední, je riziko expozice pokožky malé. Při vyšších hodnotách, kdy je možné poškození kůže i oka, se doporučují sluneční brýle, klobouk a ochranný krém. Před velmi vysokou expozicí UV zářením je vhodné se chránit také volným oblečením. Dlouhodobé vystavení extrémním hodnotám UV indexu jsou velmi nebezpečné a mohou představovat vážná zdravotní rizika. Proto je lepší vyhýbat se přímému slunci a používat krém s vysokou ochranou. K největší

expozici

oční

tkáně

dochází

za

specifických

podmínek.

V době

mezi 10 a 14 hodinou dosáhne povrchu země přibližně 80 % UV záření [2], přičemž toto množství je vysoké zejména v letních měsících. Protože naše oko je chráněno nadočnicovými oblouky a víčky, je expozice očí jiná. Bývá největší brzy ráno a pozdě odpoledne (obr. 2), a to po všechna roční období kromě zimy, kdy je expozice téměř o polovinu menší [1]. Také většina mračen nechrání před UV zářením. Zamračené dny, kdy se lidé většinou nechrání před UV zářením, jsou zvláště nebezpečné. Při vysokém počtu mračen je UV index jen mírně oslabený na hodnotu 0,9 ve srovnání s plnou 1,0 za jasného počasí. Zároveň se vlivem menší intenzity světla ve stínu více roztáhnou zornice a tím do oka dopadá až 90 % celkového ultrafialového záření. Expozici UV záření významně snižuje pouze déšť, mlha a velmi nízká mračna. Proto je nutná ochrana proti ultrafialovému záření venku jak po celý den, tak i během všech měsíců v roce.

Obrázek 2 Průměrná intenzita UVB od východu do západu slunce [2] 10

Na hodnoty UV indexu má vliv také atmosférický ozón, který představuje klíčovou ochrannou bariéru kratších vlnových délek záření. Nejen, že odfiltruje škodlivou část UV záření, tzv. UVC, ale také významně zeslabuje podíl UVB, který se dostane k zemi. Množství ozonu přítomného v horních vrstvách atmosféry se liší podle oblasti, ročního období a denní doby a určuje množství UVB a koncové UVA, a to až do hodnoty 330 nm. V souvislosti s UV zářením je ztenčování ozonové vrstvy velmi závažné, a má za následek zvýšení množství UVB dopadajícího na zem. S každým úbytkem ozonu o 1 % se bude propustnost pohybovat až kolem 2 %, což bude mít na lidský organismus velký vliv [2]. Určitou anatomickou ochranu proti přímému ultrafialovému záření poskytuje uložení oka v orbitě a v jasném světle je expozice ještě snížena zúžením zornic. Dále je oko proti UV chráněno obočím a očními víčky, takže na oko bez dodatečné ochrany dopadá zhruba 5 % okolního UV záření. Nicméně, také existuje expozice UV způsobená nepřímými zdroji, jako je například záření odražené od různých povrchů (sníh a voda) a od rozptýlených částic (mračno). A to je pravděpodobně více rizikové, než záření přímé. Množství rozptýleného nebo odraženého ultrafialového záření závisí na typu povrchu; například sníh odráží 80 % až 94 % UVB záření ve srovnání s vodou odrážející 5 % až 8 % [1]. Tento typ nepřímé expozice je zodpovědný téměř za polovinu UV záření, které se do oka dostává. Experimentálně bylo prokázáno, že použití klobouku může snížit UV expozici očí až čtyřikrát [1, 2].

Obrázek 3 Periferní paprsky [1]

Dalším problémem, týkající se ultrafialové oblasti, jsou periferní paprsky, tzv. peripheral light focusing effect. Jedná se o světlo, které proniká do oka ze stran, tedy periferně. K tomuto jevu dochází jen v určitém rozmezí úhlů dopadu, včetně velmi šikmých drah. Periferní světlo dopadající na temporální stranu rohovky je rohovkou soustředěno na nasální část oka (obr. 3). Anatomie nosu zabraňuje výskytu efektu v opačném směru. To znamená, že světlo dopadající na nasální limbus není pod takovým úhlem, aby umožnil fokusaci světla. Prostřednictvím 11

tohoto efektu je vrchol intenzity světla na nasální limbus přibližně dvacetkrát vyšší, než je intenzita dopadajícího světla [1]. Kromě toho, je světlo rovněž zaostřeno stejným mechanizmem na nasální část nitrooční čočky, s maximální intenzitou v rozmezí 3,7 až 4,8 krát větší, než má obvyklé dopadající světlo. Množství periferního světla je částečně určeno tvarem rohovky a hloubkou přední komory. Uvádí se, že periferní světlo je významným faktorem ve vývoji očních patologií, které se nejčastěji vyskytují na nasální straně spojivky a v dolním nasálním kvadrantu čočky. Periferní ultrafialové záření je tedy ve skutečnosti tím nejnebezpečnějším. Zatímco dobře provedené sluneční brýle blokují téměř všechno UV záření, které vstupuje do oka, většina designů neposkytuje dostatečnou boční ochranu. Nepřiléhavé sluneční brýle poskytují malou nebo žádnou ochranu před periferními paprsky. Účinek ultrafialového záření je v průběhu života kumulativní. Možnost expozice se zvyšuje díky tomu, že mnoho lidí tráví volný čas venku a průměrná délka života stoupá. Tím má UV záření více času na indukci a rozvoj tkáňových změn. Poskytnutí ochrany před UV zářením je velmi důležité už od mladého věku. Děti mají větší zornice a jasnější oční média (rohovku, čočku, sklivec) a tak jsou vůči UV záření obzvláště senzitivní. Světová zdravotnická organizace uvádí, že „ až 80% z celoživotní expozice člověka UV záření je dosaženo před dovršením 18 let“ [2]. Další skupinou lidí náchylných k poškození oka kratšími vlnovými délkami světla jsou lidé po laserové refrakční operaci, protože ztenčení rohovky snižuje její schopnost absorpce ultrafialového světla. Vyšší expozici vnitřních struktur oka způsobují také patologické stavy rohovky jako je keratokonus a pellucidní marginální degenerace. Podobně je tomu i u nitrooční čočky; při afakii dojde k odstranění přirozeného filtru ultrafialového záření. Na toto je brán ohled také u implantací umělých nitroočních čoček, které už obsahují účinný UV filtr.

12

2. Propustnost UV záření tkáněmi oka a účinky UV záření Propustnost UV záření tkáněmi oka Podle absorpční charakteristiky oční tkáně je do oka propouštěno téměř všechno viditelné světlo. Naproti tomu je UV záření očními tkáněmi alespoň částečně fyziologicky filtrováno. Protože UVA a UVB mají na biologickou tkáň různý účinek, což je určeno jejich vlnovými délkami, existují také rozdíly v absorpční charakteristice oční tkáně na UV záření. Rohovka a nitrooční čočka jsou, v souvislosti s pohlcováním UV záření, nejdůležitějšími tkáněmi v oku. Rohovkový epitel, stroma i Bowmanova membrána absorbuje nejvíce záření pod 300 nm (UVB). Čočka absorbuje zejména UVA méně než 370 nm [2] (obr. 4), ale kvůli jejímu postupnému žloutnutí způsobeného hromaděním žlutého pigmentu, není tato hodnota konstantní. U dětí ve věku do 10 let je čočkou propouštěno 75 % ultrafialového záření, ale u dospělých nad 25 let je propustnost čočky pouze 10 % [1]. K další fyziologické filtraci dochází i v komorové vodě a sklivci. Díky vysoké absorpci čirých tkání, dosáhne sítnice jen velmi malé množství celkového dopadajícího UV záření; pouze 1 % UV záření do 340 nm a míň než 2 % mezi 340 nm – 360 nm. Zdravotní komplikace ale může způsobit i toto malé množství, protože pigmentové buňky sítnice jsou na fotochemické reakce velmi citlivé. Ochranou oka slunečními brýlemi nebo kontaktními čočkami lze snížit záření dopadající na sítnici až k nule.

Obrázek 4 Propustnost UV záření očními tkáněmi; λ – vlnová délka, číslo nad šipkou určuje procento propuštěného UV záření v dané vlnové délce (λ) [2] 13

Účinky UV záření Některé účinky UV záření jsou užitečné, nicméně stejné vlnové délky UVA také způsobují spálení lidské pokožky. UVA i UVB mohou poškodit kolagenní vlákna, a tím urychlit stárnutí pleti. UVA nepoškozuje DNA přímo jako UVB, ale může vytvářet vysoce reaktivní chemické meziprodukty, jako jsou například hydroxylové a kyslíkové radikály, což může následně způsobit poškození DNA. Když je absorbován foton slunečního záření, jako je například to ultrafialové, jeho energie se přenáší na molekulu, která ho absorbovala. Způsob působení UV záření závisí na jeho vlnové délce. Energie je vlnové délce nepřímo úměrná, tedy pokud se vlnová délka zmenšuje, energie se zvyšuje. Výsledkem je, že krátká vlnová délka UV záření má větší možnost poškodit organismus. To dokládá skutečnost, že UVB 300 nm je zhruba 600 krát více biologicky účinnější při poškození oční tkáně, než UVA 325 nm [2]. A naopak, čím delší je vlnová délka, tím hlouběji do živé tkáně záření může proniknout. Nepříznivé vlivy UV můžou být způsobeny buď přímým, nebo nepřímým poškozením. U nepřímých reakcí meziprodukty aktivované ultrafialovým zářením, např. volné radikály, vlivy pouze zprostředkovávají. To má za následek jinou formaci reaktivních forem kyslíku, včetně peroxidů, superoxidů, aniontů a hydroxylových radikálů. Produkce těchto volných radikálů neutralizuje antioxidační obranu a způsobuje poškození buněk. Přímé poškození pyrimidinu v DNA a RNA UV zářením může vést k potenciálně mutagenním látkám. Tento proces poškození základního stavebního kamenu života: deoxyribonukleové kyseliny (DNA) způsobují kratší vlnové délky UV záření, označené jako UVB. DNA snadno UVB záření absorbuje. Narušením vodíkových vazeb a tvorbou protein-DNA agregátů a zlomů mění tvar molekuly. Změna v molekule DNA často znamená, že enzymy pro tvoření bílkovin nemohou v této jeho části kód DNA přečíst. V důsledku toho mohou být vyrobeny deformované proteiny nebo dochází k buněčné smrti.

14

3. Kontaktní čočky s UV filtrem

Kontaktní čočka je optický systém umístěný přímo na přední plochu rohovky. Používají se i jako alternativa dioptrických brýlí, je možná i kombinace čoček a brýlových skel. Kromě korekčních účelů plní kontaktní čočky také funkci terapeutickou a kosmetickou. Kontaktní čočky, které blokují ultrafialovou část světla pomocí absorpce, jsou komerčně dostupné a mají u nás stále větší oblibu. Na rozdíl od slunečních brýlí mohou snížit velké množství periferního světla. Je prokázáno jeho podstatné snížení intenzity na vnitřní limbus. Díky jejich používání může být sníženo riziko nemocí jako je pterygium a kortikální katarakta. Kontaktní čočky schopné absorbovat ultrafialové záření poskytují různou míru ochrany, která se liší zejména podle materiálu, z kterého je vyrobená. Obecně lze říci, že pro vývoj nejlepšího chemického složení kontaktní čočky, ať už měkké nebo tvrdé, jsou kladeny určité požadavky, mezi které patří dobrá opracovatelnost, biologická nezávadnost, snášenlivost a malá dispozice k ukládání depozit, transparentnost, tvrdost a tuhost, index lomu, propustnost pro světlo, měrná hustota, propustnost pro kyslík (Dk), pevnost v tahu, mez pružnosti (elasticita), hydratace, poréznost a smáčivost materiálu a iontový náboj. UV filtr patří až mezi poslední skupinu požadavků na materiál kontaktní čočky a není požadován. Je určitým nadstandardem, který by lidé měli využívat pro svou vlastní ochranu. Podle materiálu se kontaktní čočky mohou rozdělit na tvrdé (nepropustné pro plyny a plynopropustné) a měkké (silikonové, hydrogelové a hybridní). Tvrdá nepropustná čočka s hodnotou propustnosti Dk kolem 0,1 – 0,3 neumožňuje pronikání kyslíku, dalších plynů a vodorozpustných nízkomolekulárních látek. Z tohoto důvodu nejsou pro nositele příliš příjemné, protože její povrch velmi rychle osychá. Naproti tomu tvrdá plynopropustná kontaktní čočka plyny propouští. Nepropouští ale slzy a látky ve vodě rozpuštěné. Materiál pro výrobu tvrdých čoček je tvořen 4 hlavními složkami; acetobutyrát celulózy, jeho kopolymer, kopolymer silikon-methakrylát a kopolymer fluorosilikon-metakrylát. Propustnost UV záření závisí na materiálu, tloušťce kontaktní čočky a přidané UV absorbující komponentě. Čiré kontaktní čočky bez absorberů propouští přes 90 % tohoto záření. Tvrdé čočky se složkou absorbující ultrafialové záření by měly bránit vlnovým délkám od 380 nm [6]. Tvrdé korneální plynopropustné kontaktní čočky (RGP) schopné UV ochrany mohou chránit pouze centrální část rohovky (75 %), protože mají 15

menší průměr. Periferní část rohovky zůstává nechráněná, tím dochází k možným poškozením UV zářením a je potřeba využít ještě další ochrany v podobě slunečních brýlí. Měkké kontaktní čočky pokrývají celou rohovku a přesahují limbus, čímž chrání právě tuto část oka včetně vnitřních struktur oka, které jsou náchylné k negativním vlivům způsobených ultrafialovým zářením. Základním materiálem pro výrobu měkkých kontaktních čoček je hydroxyetylmetakrylát, zkráceně označovaný HEMA, a jeho kopolymery. Jeho výhodou je měkká a ohebná konzistence, která se dokáže lépe přizpůsobit povrchu rohovky. Měkké silikonové kontaktní čočky díky pružnosti a ohebnosti nevyvolávají mechanický stres a jsou vysoce propustné pro kyslík. Bohužel neumožňují výměnu slz pod čočkou, což je důležité pro odvod metabolických zplodin z oka. Využívají se zejména v terapeutických účelech jako kontinuální podání lipofilních léků. Hydrogelové kontaktní čočky obsahují HEMA polymer, který má vysokou schopnost vázat vodu a tím je na oku dobře snášen. Má nízkou propustnost pro kyslík a také je díky obsahu vody křehký. Tím je náchylnější k mechanickému poškození. Čočky vyrobené z hydrogelu mají většinou hladký povrch a ten brání zadržení usazenin. Při delším nošení je možná větší dehydratace rohovky, protože dochází k vypařování vody z čočky a ta se nahrazuje slzami. Silikonhydrogel je mimo jiné spojením dvou materiálů, kde hydrogel váže vodu, což je důležité pro pohodlí při nošení, a silikon poskytuje propustnost pro kyslík. Díky vyššímu přístupu kyslíku k rohovce je rohovka dostatečně vyživená a nedochází k hypoxii. „Silikonhydrogelové materiály můžeme rozdělit na materiály, které jsou určeny pro výrobu kontaktních čoček pro prodloužené nošení a na materiály určené pro kontaktní čočky pro denní nošení.“ [11] Rozdíly jsou dány hlavně stabilitou, ale lze je pozorovat i v propustnosti pro UV záření. Právě silikonhydrogelové kontaktní čočky jsou dnes první volbou měkkých kontaktních čoček. Ty, které pohlcují UV záření, jsou značeny jako Třída I a Třída II. Obě určují různou míru blokování ultrafialového záření. Třída I blokuje 90 % UVA (316 – 400 nm) a 99 % UVB (280 – 315 nm). Třída II musí blokovat nejméně 70 % UVA a 95 % UVB záření. Kontaktní čočky, které neblokují UV záření, průměrně pohlcují jen 10 % UVA a 30 % UVB [1]. Právě proto se vyvíjí různé složení těchto kontaktních čoček nejen pro pohodlí nositelů, ale také pro praktickou ochranu. 16

Nejnovějším pokrokem v inovaci silikonhydrogelových materiálů kontaktních čoček jsou materiály založené na bio inspiraci, neboli složení nejvíce podobné oční tkáni a slznému filmu pro pohodlnější nošení. Tím je HyperGel od firmy Bausch&Lomb, který se svými vlastnostmi velmi podobá vlastnostem lidské rohovky. Schopnost absorbovat UV záření HyperGelu, tak jako dalších materiálů měkkých kontaktních čoček, je popsána níže.

17

3.1 UV absorbující monomery Blokace ultrafialového záření v kontaktní čočce je dosaženo buď absorpcí, nebo odrazem daných vlnových délek. Protože samotný materiál kontaktní čočky absorbuje jen malé množství neviditelného záření, existují přídatné chemické struktury, které mohou ochranu před ultrafialovým zářením poskytnout. První myšlenkou jak zabránit průniku UV záření bylo potažení dielektrickou vrstvou na povrch kontaktní čočky. Kvůli malé přilnavosti vrstvy na velké zakřivení plochy čočky je však realizace obtížná. Druhou možností může být nanesení absorpčního barviva namočením kontaktní čočky do absorbujícího barviva. Nedostatkem je, že se barviva mohou vyluhovat ve vodném prostředí oka nebo při skladování ve fyziologickém roztoku. Další překážkou UV absorbujícího barviva na povrchu čočky by mohla být jeho zdravotní závadnost. Doposud nejlepší alternativou je začlenit do materiálu kontaktních čoček UV absorbující monomery. Používaný termín monomer je chemická sloučenina různé molekulové hmotnosti, která může být dále polymerizována. První UV absorbující sloučeniny pro výrobu kontaktních a intraokulárních čoček byly použity v roce 1970. Technologie polymerace se uplatnila především u tvrdých plynopropustných materiálů. Většina komerčně dostupných měkkých čoček UV absorbery neobsahovala. Proto začaly pokusy pro začlenění těchto sloučenin i do hydrogelových materiálů. Hydrogely se používaly zejména pro výrobu nitroočních čoček, a proto bylo důležité uvažovat i o okolním prostředí. Jedná se tak o vodné prostředí oka, kde by nemělo docházet k chemickým změnám sloučenin. Hlavním požadavkem pro přídatné látky je tedy hydrolytická stabilita, což je schopnost látky odolávat chemickému rozkladu za přítomnosti vody, a absorpce ultrafialového záření mezi 300 nm – 400 nm. V 90. letech minulého století byla objevena nová třída benzotriazolů, které mohly být využity pro ochranu v měkkých i tvrdých čočkách. Sloučeniny velmi dobře absorbují záření v oblasti UVA až do 400 nm. Tyto benzotriazoly kopolymerují i s hydrogely bez chemických změn ve vodném prostředí. Nemají negativní vliv na vlastnosti polymeru, zvyšují index lomu a optické vlastnosti kontaktních čoček, což umožňuje výrobu tenčích čoček se zvýšenou propustností pro kyslík. Kontaktní čočky s UV absorbujícími monomery obvykle blokují asi 90 % celé ultrafialové oblasti. Aby kontaktní čočka splňovala normy třídy I, bylo potřeba použít velké množství benzotriazolu. Tím ale čočka absorbuje také velké množství viditelného světla v blízkosti 18

oblasti záření UVA. Kontaktní čočka má pak pozorovatelný nažloutlý odstín, který ovlivňuje i barvu kosmetických barevných kontaktních čoček. Příliš velké množství UV absorberů může mít také nepříznivý vliv na vlastnosti materiálu čočky, jako je odolnost, pružnost, hydrofilnost, stabilita, atd. Řešením pro některé z těchto problémů je spojení dvou různých sloučenin absorbujících UV záření, kde každá aktivně blokuje UV záření v rozmezí jiných vlnových délek. Následující monomery mohou být kromě kontaktních čoček využity i při výrobě brýlových čoček, ochranných brýlí, nitroočních čoček a podobně. Kontaktní čočky se využívají pro korekci refrakčních vad, dále jako okluzní a barevné kosmetické, terapeutické a speciální čočky. První UV absorbující monomer je ze skupiny benzotriazolů a je zobrazen na obrázku 5.

Obrázek 5 Monomer absorbující UV záření (R1a, R1b a R1c jsou nezávisle na sobě H, halogen, C1-C6 lineární nebo rozvětvená alkoxy skupina, aryl nebo substituovaný aryl; R2 je H, nižší alkylová skupina, tert-butyl, aryl nebo substituovaný aryl; R3 je H, nižší alkyl, aryl, substituovaný aryl, nebo R4-R5-R6, kde R4 je O nebo není přítomen, R5 je spojovací skupina vybraná ze skupin -(CH2)nO-, -CH(CH3)CH2O-, -CH2CH(CH3)O-, -(CH2)nOCH2-, -CH(CH3)CH2OCH2-, nebo-CH2CH(CH3)OCH2-, nebo je nepřítomné; R6 je akrylát, methakrylát, styren nebo vinyl; a n je 2 nebo 3.) [19]

19

A druhý UV absorbující monomer je ze skupiny benzofenonů (obr. 6).

Obrázek 6 Monomer absorbující UV záření (R7a, R7b, a R7c jsou nezávisle na sobě H, halogen, C1-C6 lineární nebo rozvětvená alkoxy skupina, aryl nebo substituovaný aryl; R8 je spojovací skupina vybraná ze skupiny zahrnující alkyl, -(CH2)mO, -CH(CH3)CH2O-, -CH2CH(CH3)O-, -(CH2)mOCH2-, -CH(CH3)CH2OCH2nebo –CH2CH(CH3)OCH2-, nebo je nepřítomné; a R9 je alkyl, akrylát, methakrylát, styren nebo vinyl; a m je 2 nebo 3.) [19]

Koncentrace monomerů 5 a 6 v materiálu kontaktní čočky by měla být co nejnižší, aby nebyla změněna struktura a vlastnosti materiálu. Proto je zpravidla zapotřebí použití alespoň dvou různých sloučenin absorbujících UV záření. Díky kombinaci je zvýšena efektivita v blokování škodlivého záření, čímž se koncentrace absorberů minimalizuje. Celkové množství přítomných UV absorbujících sloučenin v materiálu kontaktní čočky je v rozmezí od 0,8 do 3,0 hmotnostních procent. Čočka má pak průměrnou propustnost v oblasti UVA menší než 10 % a v rozsahu UVB menší než 1 %. Kontaktní čočka s UV absorbující složkou blokuje záření v rozmezí od 300 nm do 400 nm. Nad hodnotou 400 nm by se měla absorpce záření prudce snížit, aby nedocházelo k nežádoucímu nažloutnutí čočky. Monomery 5 a 6 se polymerují s materiály pro hydrofilní, tvrdé nebo plynopropustné (RGP) kontaktní a nitrooční čočky. Výroba se ovšem liší vlastnostmi polymeru kontaktní čočky. V případě tvrdých nebo RGP čoček, je výhodné mít UV absorbující monomery dispergované (rozptýlené) v polymerní matrici. V případě hydrofilních čoček dochází k přímé polymeraci se základním materiálem čočky.

20

3.2 UV absorbující monomery měkkých kontaktních čoček V minulosti byla většina měkkých kontaktních čoček vyráběna se zanedbatelnými schopnostmi blokovat ultrafialové záření. Jejich nositelé, kteří nepoužívali další prostředek zabraňující UV záření, byli vystaveni většímu riziku možného rozvoje očních patologií souvisejících s tímto zářením, než ti, kteří nosili brýle s UV filtrem. Proto řada výrobců měkkých kontaktních čoček začala do svých čoček zahrnovat UV absorbující monomery. Kontaktní čočky, vyrobené s těmito speciálními přídavky, snižují propustnost ultrafialové oblasti světla stejně, nebo dokonce lépe, než brýlová skla. Optický polymer pro blokování UV vždy zahrnuje monomerní jednotky jednoho nebo více monomerů materiálu kontaktní čočky, a jednotky UV absorbujícího monomeru. Neexistuje jedno univerzální složení blokátoru UV, které by se vázalo se všemi různými materiály měkkých kontaktních čoček, a proto je více možností. Obecný vzorec prvního monomeru je uveden na obrázku 7.

Obrázek 7 Monomer absorbující UV záření (A je CH2, C(CH2), CHR, CR2, CHOR, C(O), N H, NR, O nebo S; B je skupina OH, NH2 a F; R1 and R2 jsou nezávisle vybrány ze skupin obsahujících H, Me, Et, i-propyl, t-butyl, F, CI, Br, I, OH, OR, NH2, NH3 +, N H R, NR2, NH2R/NR3 +, CN, C(0)OH, C(0)OR, C(0)R, Ar, O, SH, SR, S(0)OR, a D, a přitom alespoň jedna z těchto skupin R1 a R2 je D; a D je alifatický radikál s jedním až dvanácti uhlíky, obsahuje polymerizovatelnou ethylenovou skupinu, a je případně substituován kyslíkem nebo dusíkem, a kde R je C1-C6 alkyl.) [8]

21

Dalším příkladem UV absorbujících jednotek jsou následující navzájem velmi podobné monomery (obr. 8 a 9).

Obrázek 8 Monomer absorbující UV záření; kde G je H, Me, Cl, nebo OR5, R5 je C1-C4 alkyl, a n je celé číslo od 0 do 6 [8]

Obrázek 9 Monomer absorbující UV záření; kde G je H, Me, Cl, nebo OR5, R5 je C1-C4 alkyl, a n je násobná vazba [8]

Posledním příkladem monomerní jednotky blokující UV záření je monomer, jehož struktura je zobrazena na obrázku 10.

Obrázek 10 Monomer absorbující UV záření; kde A je C (O), NH, NRS nebo O; G je H, C1-C4 alkyl, Cl nebo OR5, R5 je Cl-C4 alkyl; a n je násobná vazba [8] 22

Monomerní jednotky na obrázcích 5 až 8 představují 0,1 % až 5 % hmotnosti optického polymerního materiálu. Vzniklý polymer pak může být použit jak pro kontaktní čočky, tak i jako součást měkké nitrooční čočky. Při správné koncentraci poskytují tyto sloučeniny v materiálu optimální propustnost světla se středem cca od 420 nm do 440 nm. Jsou vhodné pro začlenění do polymerního řetězce hydrogelu i silikonhydrogelu. Čočky mohou být optimalizovány tak, aby filtrovaly škodlivé ultrafialové záření a také část fialového světla pod 430 nm. Současně čočky umožňují větší přenos modrého světla, tj, od 450 nm do 480 nm, což může být pro klienta užitečné za snížených světelných podmínek jako je například řízení v noci. Některé z výhodných optických polymerů vykazují propustnost světla méně než 15 % při 420 nm a více než 75 % světla při 450 nm. V jiných případech, některé z výhodných optických polymerů budou vykazovat propustnost méně než 30 % světla při 420 nm a více než 75 % světla při 450 nm [8]. Přenos světla byl měřen v jednom milimetru vzorku polymeru. Je také důležité vědět, že vyobrazené sloučeniny (obr. 5 až 8), a optické polymerní materiály, které obsahují monomerní jednotky takových sloučenin, budou mít typicky takzvanou UV díru. UV díra se rozprostírá přibližně od 315 nm do 360 nm, se středem zhruba v 330 nm. Velikost této díry ale závisí na koncentraci látek, ze kterých je materiál kontaktní čočky složen. Pro zajištění optického materiálu s více kompletní filtrací vlnových délek ultrafialového světla, tedy pro pokrytí popsané UV díry, je nutné zahrnout do základního materiálu ještě druhou sloučeninu. Ta by měla absorbovat právě v té oblasti ultrafialového záření, kterou sloučeniny z obrázků 5 až 8 propouští. Druhým monomerem absorbující požadovanou část UV záření jsou triaziny, třída benzothiazolů (obr. 11). Níže definované benzotriazoly mohou být zahrnuty v optických polymerech v množství od 0,2 do 3 hmotnostních procent.

23

Obrázek 11 Monomer absorbující UV záření v tzv. UV díře; (R1 je H, halogen nebo alkoxy skupina s jedním až třemi atomy uhlíku, R2 je vybrán ze skupiny, kterou tvoří H a nižší alkyl, a R3 je složen z uhlíkového řetězce s alkylenem, H a Me.) [8]

Pro zisk vhodného materiálu kontaktní čočky je vhodné kombinovat dva nebo více různých monomerů, aby bylo dosaženo nejlepších optických, chemických a mechanických vlastností.

24

3.3 Příklady materiálů pro RGP kontaktní čočky s UV filtrem V Kanadě na Americké akademii optometrie byla provedena studie UV filtrů tvrdých kontaktních čoček pod názvy Alberta S (Progressive Optical Research), Boston RXD a Equalens (Baush&Lomb), FluoroPerm 30, 60 a 92 (Paragon Vision Sciences). Měření propustnosti uvedených tvrdých kontaktních čoček proběhlo v oblasti od 200 nm do 800 nm. Před měřením byly čočky očištěny, osušeny a vloženy do fyziologického roztoku konvexní plochou směrem ke zdroji záření. Všechny testované čočky kromě Alberta S (Sulfocon A) mají ostrou hranici propustnosti mezi 380 nm a 388 nm. Spektrální propustnost kontaktních čoček Alberta S je rozdílná a vykazuje tzv. UV díry ve 270 nm a 318 nm (graf 1) [18]. Přesnější hodnoty UV filtru jsou uvedeny v tabulkách níže (tab. 2 a 3).

Graf 1 Propustnost RGP kontaktních čoček [18]

25

Sulfocon A, itabisulfocon A, itafluorofocon A Boston RXD (itabisfluorofocon A) a Boston Equalens (itafluorofocon A) jsou RGP kontaktní čočky pro denní nošení ke korekci ametropií, jako je myopie, hypermetropie, astigmatismu a presbyopie. Dále mohou být indikovány u keratokonu, pellucidní marginální degenerace nebo po keratoplastice. Řadí se do druhé třídy ochrany proti ultrafialovému záření.

Tabulka 2 Propustnost sulfoconu A, itabisfluorofoconu A a itafluorofoconu A; kde hodnoty propustnosti jsou uvedeny v procentech [18] Název

Materiál

Alberta S

Sulfocon A

Boston RXD

Boston Equalens

Itabisfluorofocon A Itafluorofocon A

UVC*

UVB

UVA

(200 – 290 nm)

(290 – 315 nm)

(315 – 380 nm)

380 nm

8,4

20,9

35,5

77,46

0,1

0,1

0,2

1,36

0,1

0,1

0,2

1,36

*měření propustnosti UVC provedeno laboratorně

Paflufocon A, B a C Paflufocon A, B nebo C je materiál pro kontaktní čočky s obchodním názvem FluoroPerm 92, 60 nebo 30. Jedná se o tvrdé plynopropustné kontaktní čočky ve sférickém, asférickém, bifokálním i torickém provedení a jsou určeny pro denní nošení. Využívají se pro korekci krátkozrakosti a dalekozrakosti s rohovkovým astigmatismem až ±4,0 dioptrie. Torické kontaktní čočky jsou indikovány pro korekci astigmatismu až ±6,0 dioptrií. Bifokální čočky jsou určeny ke korekci presbyopie až do addice 4,0 dioptrie. Dále jsou kontaktní čočky FluoroPerm indikovány u keratokonu, pellucidní marginální degenerace, po keratoplastice, radiální keratotomii nebo po vykonání laserové chirurgie. Podle výsledků naměřené propustnosti ultrafialového záření poskytují před tímto zářením spolehlivou ochranu (tab. 3).

26

Tabulka 3 Propustnost paflufoconu A, B, C; kde hodnoty propustnosti jsou uvedeny v procentech [18] UVC*

UVB

UVA

(200 – 290 nm)

(290 – 315 nm)

(315 – 380 nm)

Název

Materiál

FluoroPerm 92

Paflufocon A

0,1

0,1

0,1

0,13

FluoroPerm 60

Paflufocon B

0,1

0,1

0,1

0,15

FluoroPerm 30

Paflufocon C

0,1

0,1

0,1

0,13

380 nm

*měření propustnosti UVC provedeno laboratorně

27

3.4 Příklady materiálů pro měkké kontaktní čočky s UV filtrem V současnosti je poměrně široký výběr měkkých kontaktních čoček s UV filtrem. Každý materiál bývá identifikován podle názvu produktu, který má své unikátní chemické složení (většinou znázorňován strukturním vzorcem) a přidělený obchodní název prodávaný danou firmou. Sloučeniny absorbující ultrafialovou část světla (obr. 5–8) se kopolymerují s těmito materiály, aby bylo dosaženo nejlepších výsledků ochrany rohovky a vnitřních částí oka před škodlivými účinky UV záření kontaktní čočkou. Silikonhydrogelové materiály většinou zahrnují alespoň dvě různé sloučeniny se schopností absorpce UV oblasti světla, kvůli minimalizaci propustnosti tohoto neviditelného záření. Propustnost UV záření se většinou udává v procentech a závisí jak na materiálu, tak i na tom, jestli je kontaktní čočka nová nebo už nošená.

Senofilcon A Senofilcon A (obr. 12) s obsahem vody 38 % a vysokou propustností pro kyslík 147 Dk/t má obchodní název Acuvue Oasys (Johnson&Johnson). Jsou určeny pro výměnu po dvou týdnech. Mají světle modré zabarvení pro manipulaci, dostupný je průměr 14,0 mm, zakřivení 8,4 mm nebo 8,8 mm a rozsah dioptrií od -12,0 do +8,0.

Obrázek 12 Senofilcon A; kde u, v, w, x, y, z jsou jednotlivé struktury [8]

28

Galyfilcon A Galyficon A (obr. 13) je materiál pro kontaktní čočky s UV filtrem, který dodávala firma Johnson&Johnson. Obchodní název je Acuvue Advance Plus. Obsah vody je 47 % a propustnost pro kyslík 100 Dk/t. Čočky jsou určeny k dennímu nošení s plánovanou výměnou 14 dní a mají mírné zabarvení pro lepší manipulaci. K dispozici je pouze průměr 14,0 mm a zakřivení 8,3 mm nebo 8,7 mm. Vyráběn je rozsah sférických dioptrií od -12,0 do +8,0.

Obrázek 13 Galyfilcon A, kde a, b, c, d, e, f vyjadřují jednotlivé struktury [8]

V tabulce (tab. 4) je uveden přehled absorpce ultrafialové části světla a srovnání nenošené čočky a čočky po několikadenním použití. Propustnost škodlivého UV záření galyfilconu A je velmi malá, v rozsahu od 3 do 25 %. Při nošení kontaktní čočky se ale absorbované množství snižuje o necelé jedno až čtyři procenta.

29

Tabulka 4 Propustnost galyfilconu A [16] Propustnost (%)

UVC*

UVB

UVA

(200 – 280 nm)

(280 – 320 nm)

(320 – 400 nm)

Nové Nošené dle doporučení výrobce

400 nm

4,31

0,30

25,34

88,39

3,26 ± 0,97

0,21 ± 0,14

21,83 ± 1,75

78,29 ± 5,01

*měření propustnosti UVC provedeno laboratorně

Etafilcon A Obchodní název Acuvue od firmy Johnson&Johnson nese materiál etafilcon A. Má sice vysoký obsah vody 58 %, ale nižší propustnost pro kyslík – jen 33 Dk/t. Tyto dvoutýdenní kontaktní čočky mají světle modré zabarvení pro lepší manipulaci, průměr 14,0 mm a zakřivení 8,3 mm a 8,7 mm. Čočky jsou dostupné v dioptrické hodnotě od -12,0 do +8,0. Jeho UV filtr je poměrně kvalitní; nepropouští až 99 % UVB (tab. 5).

Tabulka 5 Propustnost etafilconu A [16] Propustnost (%) Nové Nošené dle doporučení výrobce

UVC*

UVB

UVA

(200 – 280 nm)

(280 – 320 nm)

(320 – 400 nm)

400 nm

6,94

1,30

31,87

87,63

1,91 ± 0,86

0,70 ± 0,30

31,47 ± 1,25

87,71 ± 2,48

*měření propustnosti UVC provedeno laboratorně

30

Lotrafilcon B Lotrafilcon B pod obchodním názvem Air Optix od Ciba Vision (dnes Alcon Pharmaceuticals s.r.o.) má obsah vody 33 % a vysokou propustnost pro kyslík 138 Dk/t. Jedná se o měsíční kontaktní čočky, které jsou k dispozici v průměru 14,2 mm a zakřivení 8,6 mm, rozsah dioptrií je dán od -10,0 do +6,0. Ačkoliv nemá obsažen UV filtr, je zde uveden pro srovnání hodnot propustností ultrafialové části světla (tab. 6) s předchozími materiály (tab. 4 a 5).

Tabulka 6 Propustnost lotrafilconu B [16] Propustnost (%) Nové Nošené dle doporučení výrobce

UVC*

UVB

UVA

(200 – 280 nm)

(280 – 320 nm)

(320 – 400 nm)

400 nm

15,95

67,88

76,34

80,69

18,34 ± 1,95

67,66 ± 0,14

76,40 ± 4,43

80,99 ± 3,93

*měření propustnosti UVC provedeno laboratorně

Nesofilcon A Jedná se o jednodenní kontaktní čočky Biotrue ONEday od firmy Bausch&Lomb, HyperGel, jehož vlastnosti jsou inspirovány prostředím oka. Nejenom, že má v sobě materiál 78 % vody, podobně jako v je množství vody v rohovce, ale po vzoru lipidové vrstvy slzného filmu nedochází k osychání povrchu kontaktní čočky. Další výhodou je vysoká propustnost pro kyslík 42 Dk/t. K dispozici je průměr kontaktní čočky 14,2 mm, zakřivení 8,6 mm a dostupný rozsah dioptrií je od -9,0 do +6,0. Pro korekci presbyopie jsou čočky dostupné i jako multifokální.

31

Obrázek 14 Nesofilcon A; v, w, y – základní monomery, x a z – síťovadla, r, s, t – přídatné monomery, u – UV absorbující monomer [5]

UV absorbující monomer (obr. 14, struktura u) ze skupiny benzotriazolů umožňuje materiálu absorbovat alespoň 70 % UVA a 95 % UVB, čímž se hypergel řadí do II. třídy ochrany proti ultrafialovému záření.

32

4. Další možnosti ochrany oka před UV zářením

V předchozích kapitolách byla vysvětlena důležitost ochrany oka před UV zářením. Jedním z těch nejjednodušších možností je slunečník nebo klobouk, které nás chrání před přímým slunečním světlem a dokáží snížit expozici očí až čtyřikrát [2].

Sluneční brýle Expozice slunečním zářením může být také podstatně snížena nošením slunečních brýlí. Většina kvalitních slunečních brýlí s UV ochranou blokuje světlo do 400 nm a jsou označeny štítkem UV 400. Kromě škodlivého záření brání také oslnění, které je způsobeno modrým světlem. Protisluneční filtry se rozdělují podle výše pohlcování ultrafialového záření, a to do čtyř skupin. Kategorie 0 je bezbarvý nebo velmi světlý filtr a nepropouští až 20 % slunečního světla. Za světlý filtr je považována kategorie 2, která zabraňuje propouštění 20 % až 57 % světla. Kategorie 2, tedy středně tmavý filtr brání průchodu 57 % – 82 % viditelného světla. Trojka patří velmi tmavému filtru s absorpcí 82 % až 92 % a konečně kategorie 4 nepropouští 92 % – 97 % světla. Poslední dvě kategorie jsou určeny zejména pro extrémní podmínky, jako je například výskyt ve vysokých horách. „V našich zeměpisných šířkách postačí používat sluneční brýle o absorpci 50 % – 60 %“ [8]. Bohužel, mnoho lidí si neuvědomuje, že většina slunečních brýlí nechrání oči stoprocentně. Zatímco kvalitní sluneční brýle blokují UV záření téměř dokonale, kompletní ochranu poskytují jedině sportovní brýle, tedy brýle anatomicky tvarované kolem obličeje a hlavy, které zabraňují světlu, přímému i odraženému, vstoupit do oka ze stran. V případě neprohnutých brýlí je výsledek ochrany před ultrafialovým zářením pouhých 50 %. Je potřeba chránit oko i před periferními paprsky soustřeďujícím sluneční světlo do vnitřního koutku, a předcházet tak možným očním patologiím (obr. 3). Tmavé brýle bez UV filtru mohou také snižovat UV ochranu tím, že znemožňují přirozenou reakci očí na sluneční světlo. Pouze snižují intenzitu světla vstupujícího do oka a tím je stimulováno zúžení zornice, čímž může opět dojít k nárůstu expozice ultrafialového záření. 33

Brýlové čočky Brýlové čočky jsou nejrozšířenější korekční pomůckou a existují různá provedení, od čirých, přes samozabarvující až po tmavé. Ačkoliv dioptrické brýle slouží především ke korekci zraku, mohou být využity také k ochraně před ultrafialovým zářením. Brýlové obruby většinou nebývají anatomicky upraveny tak, aby těsně přiléhaly k obličeji. Obdobně jako u slunečních brýlí tak platí skutečnost, že není dostatečně zabraňováno vniku periferních paprsků, čímž je zvýšené riziko dopadu ultrafialového záření do oka. V tabulce (tab. 7) je srovnání různých druhů brýlových čoček v souvislosti s propouštěním ultrafialového světla. Z tabulky vyplývá, že minerálních čočky většinou filtrují ultrafialové světlo do 325 nm. Korunové sklo, nejčastěji používané pro výrobu optických čoček, propouští záření od 280 nm. Vyšší ochrana by musela být přidána speciální ochrannou vrstvou proti UV záření, která může absorbovat část UV až k 380 nm. Většina plastových brýlových čoček propouští maximálně 2 – 3 % UVA záření, v oblasti UVB jsou zcela absorpční [15]. Mezi čirými čočkami poskytují nižší propustnost v oblasti UVA záření brýle s antireflexní vrstvou. Organické čočky obecně chrání oční tkáně v rozmezí od 350 nm do 380 nm. Dalším účinným filtrem pro neviditelné světlo jsou polykarbonátové čočky, ty brání ultrafialovému záření do 385 nm. Kvalitní ochranu před UV zářením poskytují také polarizační čočky. Díky účinku polarizace světla brání paprskům odražených od ploch v jedné rovině. Téměř stoprocentní absorpci světla do 380 nm slibují minerální fototropní čočky, které reagují na intenzitu UV záření postupným zabarvením. „Principem je vratný rozklad stříbrné soli účinkem UV záření na složky stříbra absorbující světlo“ [15]. Jiné zabarvení brýlových čoček na UV filtr nemá vliv, stejně tak je tomu i u indexu lomu brýlové čočky.

34

Tabulka 7 Propustnost UV záření různých druhů brýlových čoček; Z – Zeiss, R – Rodenstock, S – Sola [15] 35

5. Poškození a nemoci oka způsobené UV zářením Vystavení UV záření je rizikovým faktorem nebo příčinou patogeneze velkého počtu onemocnění. Je hlavním příčinným faktorem v rozvoji rakoviny kůže. Zvýšený výskyt zhoubných kožních melanomů je přičítán těžkému spálení sluncem a/nebo vystavení nadměrnému slunečnímu záření v raném věku. Oko je na fotochemické reakce zvláště citlivé, vzhledem k vysoké koncentraci pigmentových molekul včetně fotopigmentů. Poškození může nastat buď z akutní, nebo chronické expozice. Chronická expozice ultrafialového světla způsobuje krátkodobé i trvalé poškození očí. Krátkodobé potíže zahrnují slabé podráždění jako je časté mrkání, otok nebo obtížnost podívat se do ostrého světla. To jsou například symptomy jednoho z nejznámějších vlivů UV záření na oko – sněžné slepoty, tedy akutní fotokeratopatie, nebo zábleskových popálenin při sváření. Vystavení UV záření v delších periodách může způsobit vážnější poškození očí. Například kataraktu, pterygium, solární keratopatii, rakovinu spojivky, rakovinu kůže víček a kůže okolo oka. Až 20 % katarakt může být způsobeno velkou expozicí ultrafialového záření a jde tomu předejít [1].

Kůže víček a spojivka Naše kůže, která tvoří ochranu celého těla, je vystavena UV záření nejvíce, a jeho účinky se projevují například vráskami, stařeckými skvrnami, epidermální keratózou a hyperplazií mazových žláz. Dlouhodobá expozice přispívá k rozvoji melanomu kůže. Kůže očních víček není výjimkou; víčka mohou být poškozena akutním spálením. Chronická expozice UV byla také prokázána jako hlavní faktor predisponující k vývoji spinocelulárního karcinomu víčka. Spojivka je velmi citlivá na poškození ultrafialovým zářením, které aktivuje celou řadu oxidačních reakcí a různými cestami buněčnou smrt. UV záření je považováno za rizikový faktor u karcinomu spojivky. Tyto karcinomy jsou běžné a často začínají na limbu rohovky.

36

Existují epidemiologické důkazy, které podporují souvislosti mezi chronickou expozicí UV záření a tvorbou pterygia (obr. 15). Toto ztluštění spojivky ve tvaru křídla rostoucí přes rohovku se zvláště vyskytuje u lidí, kteří žijí ve slunných podnebích a pracují venku [2]. Výskyt pterygia na nasální straně spojivky byl vysvětlen periferním světlem soustředěným na mediální stranu přední komory pod limbální rohovkové kmenové buňky (výše zmiňované periferní světlo). Aktivně dělené kmenové buňky budou mít pravděpodobně nižší práh poškození, než epiteliální buňky rohovky, které se nedělí (non-mitotické).

Obrázek 15 Pterygium [2]

Slabší vazba byla nalezena mezi UV zářením a vytvořením pingueculy (obr. 16), což je žlutobělavé ztluštění spojivky v oblasti limbu rohovky. Jedná se o chronické podráždění oka způsobené bílkovinnými a lipidovými depozity. Často se vyskytuje u populací, které žijí ve slunných a zasněžených oblastech.

Obrázek 16 Pinguecula [13]

37

Rohovka Neregenerující epitel i endotel rohovky je na ultrafialové záření citlivý. Zvýšená expozice UVB poškozuje antioxidační ochranný mechanismus, což vede k poranění rohovky a jiných částí oka. Významné množství UVB záření je absorbováno stromatem rohovky, takže pokud dojde ke ztenčení rohovky vlivem keratokonu nebo kvůli refrakční chirurgii, dosáhne čočky větší množství UVB. Akutní reakcí rohovky na UV záření je fotokeratitida, také známá jako sněžná slepota. Tento reverzibilní stav je charakterizován bolestí, slzením, blefarospasmem a fotofobií. Za normálních podmínek nastává reepitelizace zhruba do jednoho až dvou dnů. Epitel rohovky a Bowmanova membrána absorbuje asi dvakrát tolik UVB záření, než zadní vrstvy rohovky. Nejvíce podrážděný fotokeratitidou je pak vrchní epitel. K prahové fotokeratitidě stačí jedna hodina působení ultrafialového záření odrážená od sněhu, nebo šest až osmihodinová expozice odražená od písku kolem poledne. Při menším poškození se mohou projevovat mírné příznaky očního nepohodlí. Keratopatie, neboli sféroidní degenerace, je stálá patologická změna charakterizována seskupením lézí ve tvaru kapek ve svrchním rohovkovém stromatu. Chronická expozice UV záření, je považována za významný faktor v jeho rozvoji.

Živnatka UV záření má také vliv na rozvoj nádorového bujení na duhovce. Vyrůstajících név z pigmentových buněk duhovky si lze všimnout jako tmavých skvrn. Névy se mohou zvětšovat, a proto je důležité osoby s tímto nálezem podrobně vyšetřit a stav kontrolovat, aby nedošlo k zasažení komorového úhlu a tím ke zvyšování nitroočního tlaku. Kromě duhovky může být UV zářením poškozen i ciliární sval a řasnaté tělísko. Vzniklý melanom těchto tkání je schopen prostoupit až do cévnatky a tím ovlivnit i sítnici. Jedná se ovšem o krajní případy.

38

Komorová voda a nitrooční čočka V komorové vodě je ve vysoké koncentraci přítomen antioxidant kyseliny askorbové (vitamin C). Je schopen vychytávat volné radikály a chrání před UV poškozením DNA v čočce. Jeho přítomnost působí jako filtr pro UVA i UVB záření, a bylo zjištěno, že má ochrannou roli v patogenezi katarakty. Pacienti s šedým zákalem mají sníženou hladinu kyseliny askorbové v přední komoře a po vystavení UV záření byl pozorován v komorové vodě významný pokles kyseliny askorbové [1]. Nitrooční čočka v průběhu času žloutne a ztrácí svoji průhlednost, a to především z důvodu nevratných změn bílkovin čočky způsobené stárnutím, dědičností a UV expozicí. Čočka je vystavena třikrát více UVA než UVB, ale oba typy záření ji poškozují prostřednictvím různých mechanizmů. Ve stárnoucím oku jsou přítomny proteinové vazby žlutého chromatoforu; ty působí jako filtr pohlcující ultrafialové záření. Při expozici UVA chromatofory generují reaktivní formy kyslíku a jeho zvýšená hladina v čočce může vést k poškození DNA a síťování proteinů. Denní vystavení UV záření a následné indukce ROS má za následek tvorbu katarakty. Významná pozitivní korelace byla nalezena také mezi UVB a kortikální kataraktou (zprvu dochází ke kalení periferie, obr. 17) nebo posteriorní subkapsulární kataraktou (kalení pod pouzdrem).

Obrázek 17 První známky kortikální katarakty [14]

39

Sítnice Většina ultrafialového záření je absorbována rohovkou, komorovou vodou a čočkou. Na sítnici dopadá míň než 1 % záření pod 340 nm a 10 % záření ve vlnové délce 400 nm. I přes to, všechno ultrafialové záření je genotoxické a expozice UVB zářením může změnit funkci sítnice. Mezi rizikovou skupinu patří lidé s afakií, kteří patří do skupiny rizikových pacientů kvůli absenci nitrooční čočky. Zatímco spojení mezi ultrafialovým zářením a věkem podmíněnou makulární degenerací není velké, je možné, že expozice UV může být nepřímo spojena s poškozením sítnice. Kromě navození fragmentace DNA, potenciální role buněčné smrti indukované UV zářením zahrnuje produkci reaktivních forem kyslíku. Sítnice je pro tento proces ideálním místem; je zde vysoká spotřeba kyslíku, fotoreceptory se skládají ze snadno oxidovatelných nenasycených mastných kyselin, buňky RPE obsahují množství fotosensitivních látek a fotoreceptor sám díky procesům fagocytózy produkuje vysoké hladiny těchto reaktivních forem kyslíku. Ačkoliv etiologické mechanizmy zásadního VPMD nadále unikají, rostoucí množství důkazů naznačuje oxidativní stres nebo kumulativní poškození modrým světlem. V současné době není vědními studiemi prokázáno, že produkce reaktivních forem kyslíku indukovaná UV zářením může nepřímo přispívat k utváření VPMD a její progresi.

40

Ultrafialová fluorescenční fotografie Ultrafialová fluorescenční fotografie (obr. 18) patří mezi techniky včasné diagnostiky zejména v dermatologii. Tato metoda poukáže na vznikající patologický stav, i když ještě není pozorovatelný vizuálně. Kamerový systém pro snímání změn indukovaných UV zářením se skládá z digitální zrcadlovky, objektivu a speciálně upravené sady fotografických blesků s několika filtry. Dále se využívá fotografického filmu, který obsahuje plasty a chemické látky reagující na ultrafialové světlo. Výsledná fotografie je zobrazena černobíle, protože je zachycena jen intenzita ultrafialového světla. Samotné vyšetření trvá jen pár okamžiků a lze jím jednoduše a efektivně prokázat vliv záření na pokožku a oční tkáň. Kromě lékařství jsou tyto fotografie užitečné také v kriminalistice pro odhalení padělaných dokumentů, apod.

Obrázek 18 Ultrafialová fluorescenční fotografie – srovnání s barevnou fotografií; na obrázcích zobrazena pinguecula [2]

41

Závěr

Oko je vystaveno ultrafialovému záření UVA i UVB; to druhé, i když přítomno v menším množství, je pravděpodobně nebezpečnější vzhledem k vyšší energii a schopnosti přímo ovlivňovat DNA. Ultrafialové záření hraje roli v řadě patologických stavů, jako je pinguecula, fotokeratitida a šedý zákal. Odborníci by proto měli radit svým klientům, aby své oči chránili před UV zářením. Například díky otázkám týkajících se životního stylu a na prodělané oční zákroky v průběhu anamnézy mohou být identifikováni vysoce rizikoví pacienti, jako jsou lidé provozující vysokohorskou turistiku, lidé po extrakci čočky nebo po refrakční laserové operaci. Protože jsou účinky UV záření v průběhu našeho života kumulativní, je důležitá ochrana očí už od mládí. Tím se sníží celoživotní expozice škodlivého světla. K maximální expozici ultrafialového záření do oka nedochází v době, kdy máme Slunce nad hlavou, ale kdy je v úrovni našich očí. Také je expozice relativně nedotčená mrakem, takže je vhodné chránit se za každého počasí. Je známo, že se účinek periferního světla podílí na tvorbě pterygia na nasální straně spojivky a kortikální katarakty. Sluneční brýle bez adekvátní boční ochrany však tomuto perifernímu světlu nebrání. Poskytnout ochranu rohovce, limbu a vnitřním strukturám oka můžeme použitím kontaktních čoček s UV filtrem. Při správné manipulaci není nutné mít obavy z možného poškození povrchu oka kontaktní čočkou. Rozhodně je toto riziko menší než riziko negativních vlivů ultrafialového záření na oko. Většina měkkých kontaktních čoček využívá pro ochranu před UV zářením materiál, který absorbuje dané vlnové délky. Zakomponováním struktury pro blokaci UV záření do materiálu kontaktní čočky lze zabránit pronikání tohoto záření do oka a tím zabránit rozvoji možných poškození. Na současném trhu je velký výběr v sortimentu výrobků pro ochranu před ultrafialovým zářením. Je nutné šířit osvětu mezi obyvatelstvem, aby si ve svém vlastním zájmu našli co nejvhodnější způsob ochrany zraku. Pro co nejdokonalejší ochranu je vhodné kombinovat všechny známé možnosti ochrany. Jedná se o široký klobouk, kvalitní dobře padnoucí sluneční brýle, a pro ty, kteří potřebují korekci zraku, kontaktní čočky s UV filtrem.

42

Seznam použité literatury [1] CHANDLER, H a J NICOLS. UV Protection with Contact Lenses. Optometry Today 2011 51:8 37, Reprint courtesy of The Vision Care Institute [2] WALSH, Karen. UV radiation and the Eye. Optician 2009 237;6204: 26-33 [3] Points de Vue, International review of ophthalmic optics: UV vs Health of the eyes. Paříž, Podzim 2012(67). ISSN 1290-9661 [4] SCHNIDER, Christina. Vyvrácení mýtů o UV záření. Česká Oční Optika. 2015, 56(2/2015), 72-76. ISSN 1211-233X [5] BENEŠ, Pavel a Jiří MICHÁLEK. Nový materiál pro kontaktní čočky - HyperGel. Jemná mechanika a optika, Praha: Nakladatelství Fyzikálního ústavu AV ČR, 2015(2), 49-50. ISSN 0447-6441 [6] MOHD ALI, BARIAH a E.H. GOH. Light Transmission through UV Coated Contact Lenses. Jurnal Sains Kesihatan Malaysia 3 (2) 2005, 1-8. [7] Přehled elektomagnetického záření. Encyklopedie fyziky [online]. [cit. 2015-10-20]. Dostupné z: http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/527-prehled-elektromagnetickehozareni [8] AWASTHI, Alok Kumar, David P. VANDERBILT a Richard MENG. Light absorbing compounds for optical polymers [online]. [cit. 2016-01-12]. Dostupné z: http://www.google.com/patents/WO2014018208A1?cl=en [9] BURDOVÁ, Pavla. Filtry v optice a optometrii. vedoucí práce Mgr. Pavel Beneš, Brno, 2012 [10]

KUNERTOVÁ Linda. Vliv ultrafialového záření na oko. vedoucí práce MUDr. Tomáš

Jurečka, Brno, 2006 [11]

SULEK, Miloslav. Materiály kontaktních čoček v současnosti. vedoucí práce MUDr.

Zdeňka Mašková, Brno, 2006. [12]

ČUNDERLOVÁ, Aneta. Vliv UV záření na oko. vedoucí práce MUDr. Pavlína

Hrabčíková, Olomouc, 2012/2013 [13]

EyeRounds Online Atlas of Ophthalmology; Pinquecula. University of Iowa Health

Care: Ophthalmology and Visual Sciences [online]. [cit. 2016-02-05]. Dostupné z: http://webeye.ophth.uiowa.edu/eyeforum/atlas/pages/Pinguecula/index.htm

43

[14]

EyeRounds Online Atlas of Ophthalmology; Cataract/Lens. University of Iowa Health

Care: Ophthalmology and Visual Sciences [online]. [cit. 2016-02-05]. Dostupné z: http://webeye.ophth.uiowa.edu/eyeforum/atlas/indexes/Historical-cataract.html [15]

DOUPOVCOVÁ, Kateřina. Ochrana očí před škodlivým elektromagnetickým zářením.

vedoucí práce MUDr. Tomáš Jurečka, Brno, 2006. [16]

LIRA, Madalena, Joana AZEREDO, Eva YEBRA-PIMENTEL, M. Elisabete C.D.

REAL OLIVEIRA, Elisabete M. DOS SANTOS CASTANHEIRA a Lívia SANTOS. Changes in UV-Visible Transmittance of Silicone-Hydrogel Contact Lenses Induced by Wear. Optometry and Vision Science. 2009, 86(4), 332-339. DOI: 1040-5488/09/86040332/0. [17]

UV Index. UV Awareness [online]. [cit. 2016-03-17]. Dostupné z:

http://www.uvawareness.com/uv-info/uv-index.php [18]

QUESNEL, Nadia-Marie a Pierre SIMONET. Spectral Transmittance of UV-

Absorbing Soft and Rigid Gas Permeable Contact Lenses. Optometry and Vision Science. 1995, 1(72), 2-10. DOI: 1040-5489/95/7201-0002$03.00/0. [19]

FAUBL, Hermann. UV blocking lenses and material containing benzotriazoles and

benzophenones [online]. [cit. 2016-03-17]. Dostupné z: http://www.google.ch/patents/US6244707

44