工晶体材料的特点及设计新进展

刘晓苏，徐美芳，郭梅清
Material characteristics and design progresses of intraocular lens

Ａｂｓｔｒａｃｔ

AIM: To summarize and analyze material development and design progress of intraocular lens.
ＭＥＴＨＯＤＳ: Relevant retrieve was performed with the key words of "intraocular lens" in China Journal Full-text Database. Collected articles were arranged, analyzed and summarized.
ＲＥＳＵＬＴＳ: Technique of intraocular lens developed rapidly. ①Diversification: Foldable posterior chamber intraocular lens is more and more common. The lens is composed of silica gel, hydrophobic acrylate, hydrophilic acrylate or hydrogel. Prolonged biological characteristics deserve further tests, because of different materials' advantages and disadvantages. ②Biocompatibility of intraocular lens: With the deep research on biocompatibility of intraocular lens, its surface features are paid more attentions. Simultaneously, studies on surface features of intraocular lens develop further. ③Design progress of intraocular lens: The design principle changes from simple view recovery to obtaining better quality of life. Various new types of intraocular lens appeared, such as aspheric surface intraocular lens, adjustable intraocular lens, multiple focus, astigma correction intraocular lens, yellow intraocular lens, mini-incision intraocular lens, implanted telescope mini-intraocular lens and light-regulation intraocular lens, etc.
ＣＯＮＣＬＵＳＩＯＮ: Material development and design of intraocular lens are aimed to provide better imaging quality, reduce aberration, offer regulating function and protect retina from light injury.

摘要
目的：回顾总结和分析人工晶体的材料发展以及人工晶体的设计进展。
方法：以“人工晶体”为关键词在中国期刊全文数据库进行相关学术检索，并对所得文献进行收集、整理、分析和总结。
结果：人工晶体的材料发展以及人工晶体的设计进步较快。①材料发展的多元化趋势：可折叠后房型人工晶体已成为主要趋势，其材料呈多元化发展，主要有硅凝胶、疏水性丙烯酸酯、亲水性丙烯酸酯、水凝胶等，但各材料优缺点不同，其长期的生物学特性仍待临床检验。②人工晶体材料的生物相容性：人工晶体生物相容性的深入研究使其表面特性更受关注，也使人工晶体表面特性领域有进一步的发展。③人工晶体的设计进展：设计理念从单纯恢复视力向获得更好的生活质量的目标转变，出现各种新型人工晶体，如非球面人工晶体、可调节人工晶体、多焦点人工晶体、矫正散光人工晶体、黄色人工晶体、适合微切口的人工晶体、可植入式微型望远镜式人工晶体、光调节人工晶体等。
结论：人工晶体的材料发展以及人工晶体的设计均旨在提供更好的成像质量，减少像差，提供调节功能，保护视网膜免受光损伤。
关键词：晶体，人工；生物相容性材料；医用植入体

0 引言

白内障手术开始于1967年，由美国人Dr. Kelman首次使用发表，多年来经历了针拔术、白内障囊内摘除术、白内障囊外摘除术、小切口白内障囊外摘除术，发展到今天已广泛应用白内障超声乳化吸出术，这些都离不开人工晶体的研发和应用，人工晶体材料和设计的不断更新。新的可折叠式可注入材料如丙烯酸酯、硅凝胶等，减少了异体细胞反应，后囊膜混浊、前囊膜混浊等并发症。不断的设计更新使人工晶体的偏移、晶状体上皮细胞迁移和像差减少。各种多功能的人工晶体的设计提供了更好的成像质量和多焦视功能。

1 可折叠人工晶体的材料

1.1 硅凝胶 硅凝胶人工晶体由二甲基乙烯硅氧烷为端基的聚甲基硅氧烷组成，其惰性、化学性质稳定。硅凝胶人工晶体的疏水性强，表面易粘附炎症细胞、细菌等，植入后会引起较重的炎症反应[1]。硅凝胶遇水后表面较滑，给植入带来困难，因此配备了专门的植入器，使其能快带、安全地植入，且减少了细菌污染的可能性。硅凝胶人工晶体表面易粘附硅油，因此对玻璃体手术的患者应慎重选用[2]。
1.2 疏水性丙烯酸酯 疏水性丙烯酸酯人工晶体由苯乙酸酯和苯乙基丙烯酸甲酯的多聚物组成，有质量较轻、相对随性、柔韧性的特点，其屈光指数相对较高（1.44～1.55），因此它比硅凝胶更薄。但是高折射率使患者术后眩光等不良光学现象增加[3]。研究表明疏水性丙烯酸酯人工晶体能抑制后发障的的产生[4]。丙烯酸酯对硅油的粘附要远少于硅凝胶人工晶体。
1.3 亲水性丙烯酸酯 亲水性丙烯酸酯人工晶体由甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸甲酯通过化学交联共聚结合而成，其亲水表面给细胞的增生和迁移提供了合适的基质，晶状体上皮细胞在其表面增生的发生率较高[5]，但宿主抗异体细胞反应较轻，巨细胞和上皮样细胞的沉积发生校少[6]。晶状体上皮细胞的增生导致后发障的发生率较高，但也有报道此材料改成直角方边后，后发障发生率并未明显提高[7]。此人工晶体对硅油的粘附很少，可用于玻璃体硅油手术。
1.4 水凝胶 水凝胶人工晶体由聚甲基丙烯酸羟乙酯和羟乙基丙烯酸甲酯的聚合物组成。这种人工晶体具新水性，含水量高，化学稳定性好，植入后炎症和渗出反应较轻。临床应用发现此人工晶体有羟基磷灰石化导致混浊的现象，引起视力下降，部分患者不得不取出，其发生机制目前还不明确，可能是眼内代谢产物钙、磷沉积导致[8]。
经过50多年的发展，技术方法与医学的结合促进了人工晶体材料的多样性和优良性，但软性可折叠人工晶体材料的生物学性状仍需进一步的临床观察。

2 人工晶体生物相容性的研究

人工晶体的生物相容性关系到术后长期的视功能，其临床体现的主要指标有后囊膜混浊、前囊膜混浊、囊膜皱缩、前房闪辉、人工晶体前细胞沉积。
后囊膜混浊是最重要发指标，其与人工晶体的材料和设计有关。近年来认为方形边缘设计能阻止晶状体上皮细胞的迁移，减少后囊膜混浊的发生[9]。在材料方面，Sammelson等[10]发现同是方形边缘设计的疏水性丙烯酸酯和硅凝胶人工晶体在术后1年和3年的观察中后发障发生率均较低，两者无差异。硅凝胶和疏水性丙烯酸酯人工晶体后囊膜混浊发生率均较低，水凝胶和聚甲基丙烯酸甲酯人工晶体的后囊膜混浊发生率较高。
前房闪辉是人工晶体植入后血－房水屏障破坏和异物反应的指标。有研究发现硅凝胶、水凝胶和丙烯酸酯人工晶体植入术后第1天，丙烯酸酯的闪辉值较高，6个月后前房闪辉无明显差异，术后3年硅凝胶人工晶体较丙烯酸人工晶体前房闪辉轻[11]，但差异无统计学意义。研究表明不同材料对前房闪辉无明显影响，机体对异物的反应可能由多因素决定，材料不是惟一的因素。
另一反映异物反应的指标是人工晶体前细胞沉积。沉积的细胞类型有小圆细胞、晶状体上皮细胞、纤维样细胞和异物巨细胞。Dorey等[12]比较了4种不同类型细胞在丙烯酸酯、水凝胶和硅凝胶人工晶体表面的沉积情况。术后180 d巨细胞在各种人工晶体表面的沉积均较少，差异无显著性。术后180 d上皮样细胞在丙烯酸酯人工晶体上的沉积多于硅凝胶人工晶体和水凝胶人工晶体。纤维样细胞在术后各人工晶体表面沉积无明显差异。沉积的晶状体上皮细胞在术后30 d达到高峰，然后下降，术后30 d晶状体上皮细胞在硅凝胶人工晶体的沉积变化较大，这此细胞在不同人工晶体表面的沉积反应差异不明显。
人工晶体在囊袋的稳定性也是生物相容性的体现指标。囊袋的运动与撕囊口大小变化有关，观察硅凝胶、丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯人工晶体在术后3，6，12个月的撕囊口大小变化，发现丙烯酸酯人工晶体撕囊口的缩小明显少于硅凝胶和聚甲基丙烯酸甲酯人工晶体，硅凝胶和聚甲基丙烯酸甲酯人工晶体两者之间无差异。Hayashi等[13]观察到术后6个月丙烯酸酯和水凝胶人工晶体的囊袋稳定性较硅凝胶人工晶体好。

3 人工晶体植入的适应证探讨

一般说来，根据目前的观念和手术技术，对于适合作白内障摘出术而无人工晶体植入禁忌证者，在征求患者同意的情况下，都可以进行人工晶体植入术。在临床上尤其适用于：单眼白内障术后不能耐受眼镜者；职业及活动需要，不适宜戴眼镜者，如飞行员、司机及运动员等；伴有黄斑病变，需要术后提高周边视力者；禁忌戴接触镜者，如在有灰尘、化学烟雾等环境工作，伴有干眼症、眼睑病，伴有类风湿、手指畸形、年老行动迟缓难以配戴接触镜，个人卫生较差易于招致感染者；伴有先天或后天脸部异常不能戴眼镜者；2岁以上的创伤性白内障。
人工晶体绝对禁忌证包括：患者未被告知或不愿意；手术者未接受过严格的专业训练；眼部伴有严重的病变，如小眼球、虹膜红变、广泛先天性眼部异常、视网膜中央血管阻塞、眼内恶性肿瘤、先天性青光眼的患者[14]。
由于人工晶体的设计不断更新，手术技术不断发展，过去一些曾列为禁忌证者，现可根据患者条件、手术设备条件及术者技术水平等因素选择进行人工晶体植入术，称为相对禁忌证，主要有青光眼、糖尿病性增殖性视网膜病变、术中玻璃体脱出、全身正进行抗凝治疗、角膜营养不良、独眼、葡萄膜炎、高度近视等。还有以前不提倡做的儿童、独眼、创伤等也已不再是人工晶体植入的禁忌证。即使伴有白内障的角膜白斑、青光眼在施行部分穿透性角膜移植或小梁切除术的同时，现也可联合进行人工晶体植入。过去曾因引起葡萄膜炎而几乎被放弃的人工晶体植入术，现也能成功地植入于非复发性葡萄炎的患眼中。过去因后囊撕裂或没有后囊膜而不得不改用其他方法矫正的无晶体眼，现在也可植入用缝线固定的后房型人工晶体。甚至在糖尿病性增殖性视网膜病变的患者可以在玻璃体切割术前术后或同时植入人工晶体，但一切应根据患者情况、手术设备和术者技术水平而定。

4 人工晶体发展趋势

实现调节、消除球差和其他错误、最小化切口尺寸，这3个目标代表了人工晶体发展的最伟大梦想[15]，以下是几种新型的人工晶体设计。
4.1 人工晶体的边缘和表面形态设计 近年来对后发障的研究肯定了方形边缘设计的人工晶体能抑制晶状体上皮细胞由周边囊膜向视轴中心生长，从而抑制后发障，故人工晶体的方形锐缘有屏障作用。最近研究发现方形边缘设计、相对鹿扁平的前表面、高折光指数是加重术后眩光等不良光学现象的主要原因。为解决方形边缘在光学上的缺陷，各公司推出各种新型材料和设计的人工晶体。博士伦公司的Akreos采用低折光指数的新水性丙烯酸酯结合等凸的表面设计，希望使方形边缘带来的眩光现象减少。AMO公司的Sanser型人工晶体，在后光学边缘直角边设计的基础上，将前光学边缘设计为圆钝形，从而起到减少眩光的作用[16]。这些晶状体的最终效果如何，仍待临床观察。
4.2 非球面人工晶体 球面像差是植入球面人工晶体后，影响白内障术后患者功能性视觉的主要原因，各种非天面人工晶体设计目的均是为了消除人眼的球差，以提高光学质量，获得良好的视网膜图像。博士伦非球面人工晶体本身采用双面非球面零像差设计，有均一的屈光力，因此成像质量受人工晶体位置影响小，同时角膜的形状及瞳孔的大小对该种人工晶体眼的像差影响也较小。
4.3 可调节人工晶体 调节型人工晶体是通过人工晶体在囊袋内的前后移动改变屈光状态而获得一定程度的调节。双光学面设计的调节型人工晶体在移动相同的距离时，产生的调节力更大。Visiogen公司的Synchrony人工晶体是一种双光学面设计的人工晶体，前光学面为正球镜，后光学面为负球镜，两者构成正视化镜片组合。在不同调节与松弛状态下，通过悬韧带、晶状体囊袋的舒缩作用，使其前光学面前后位移，改变两个不光学部分之间的距离，达到调节作用[17]。
4.4 多焦点人工晶体 多焦点人工晶体分为折射型和衍射型，均通过分散进入眼内的光线达到视远和视近的目的。Alcon公司的ResterIOL是使用较多的衍射型多焦点人工晶体，公中心直径3.5 mm的区域为衍射环区，在光线充足小瞳孔条件下有视远和视近的能力，在夜间瞳孔放大时，更多的光线进入瞳孔用来视远，这样可减少夜间眩光。TecnisZM100衍射型人工晶体采用了非球面设计，较球面人工晶体有更高的对比敏感度。
4.5 黄色人工晶体 目前的人工晶体均加入紫外吸收剂阻挡紫外光，但普通人工晶体不能阻挡蓝光。研究显示蓝光与黄斑变性的发生相关[18]，黄色人工晶体设计目的在于阻挡蓝光，减少对黄斑的光损伤。
4.5.1 适合微切口的人工晶体 微切口的白内障手术是指切口小于2 mm的白内障超声乳化术，目前专为微切口白内障摘除手术设计应用的人工晶体有2种：①Acri Smart人工晶体，材料为疏水型丙烯酸酯，一片式设计，可通过1.4 mm切口，植入后其在囊袋里稳定性好，并具用一定的假性调节力。②Thin OptX人工晶体，为亲水型丙烯酸酯材料，其光学部超薄，卷曲折叠，可能过最小为1.0 mm切口，可获得类似于传统折叠型人工晶体的远、近视力[19]。
4.5.2 可植入式微型望远镜式人工晶体 可植入式微型望远镜式人工晶体适用于有黄斑变性的白内障患者，可将物像放大3倍，为患者提供单眼放大的中心视力，而对侧眼保留周边视力，以提高生活质量[20]。目前，此种晶体还在临床观察中。
4.5.3 光调节人工晶体 由交叉排列的硅凝胶聚合体基质和均匀分布的光敏小体组成，当用近紫外线照射晶状体光学部位时，可使光敏小体聚合和迁移，从而改变晶状体的厚度，进行原位近视、远视和散光的精细调节，是最有前途、满足个性化需求的人工晶体，是最有前途、满足个性化需求的人工晶体。
总之，人工晶体材料和设计的发展使人工晶体在生物相容性、术后视功能、调节机能、光保护等方面有了很大提高。人工晶体种类的拓宽也给临床医师更多的选择，医师可根据不同的病患条件和要求进行个性化选择植入。今后可能对注入式材料和智能型材料有更多的研究。能以液态注射入完整的囊袋内，注射后迅速固化为凝胶状态并保留调节能力的人工晶体将是今后研究和发展的方向。

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