Химический микроанализ минеральных депозитов на поверхности эксплантированных интраокулярных линз из гидрофильного акрила

Многообразие современных интраокулярных линз (ИОЛ) расширяет возможности выбора оптимальной модели искусственного хрусталика. Основными условиями, определяющими выбор, являются широкий диапазон оптической силы ИОЛ, «удобство» имплантации, наличие UV-фильтра для защиты сетчатки, устойчивость линз к проведению последующих лазерных вмешательств и, наконец, биосовместимость материала ИОЛ с тканями глаза. Получившие широкое распространение мягкие акриловые линзы, несомненно, отвечают практически всем из перечисленных требований. В последнее время наметилась четко выраженная тенденция к более широкому клиническому применению ИОЛ из гидрофильного акрила, что в первую очередь связано с отработанной технологией производства, а также с менее выраженным, по сравнению с гидрофобными линзами, эффектом дисфотопсии. Однако по данным литературы акриловые гидрофильные линзы, так же как ИОЛ из полиметилметакрилата (ПММА) и силикона, могут быть подвержены изменениям в виде необратимых помутнений оптического элемента, особенно при наличии сопутствующих глазных и общих заболеваний [1—6], что в ряде случаев становится причиной эксплантации ИОЛ [7]. Поэтому при наличии отягощенного глазного и общего статуса предпочтительным представляется использование гидрофобных акриловых ИОЛ, помутнение которых отмечается значительно реже.

Работы, посвященные анализу механизма помутнений ИОЛ, в основном носят описательный характер и базируются на данных биомикроскопии, световой оптической микроскопии. Результаты химического микроанализа обнаруженных на поверхности эксплантированных ИОЛ депозитов представлены в немногочисленных сообщениях зарубежных авторов [3, 4, 8]. Не исключено, что небольшое количество таких работ связано с ограниченной доступностью специального дорогостоящего оборудования.

Цель исследования — проведение химического микроанализа отложений на поверхности эксплантированных ИОЛ из гидрофильного акрила.

Исследованы два образца мягких гидрофильных акриловых ИОЛ с поверхностными помутнениями (1. ИОЛ LS-312−1Y с гидрофобным покрытием фирмы «Oculentis», Германия; 2. ИОЛ Micro+A 123 фирмы «PhysIOL», Бельгия). Причиной эксплантации ИОЛ в обоих случаях послужило существенное снижение их прозрачности, повлекшее за собой значительное падение остроты зрения. В первом случае ИОЛ эксплантировали через 3 года после имплантации, во втором — спустя 6 лет. Исследования проведены на базе Лаборатории фундаментальных исследований в офтальмологии НИИ глазных болезней РАМН с помощью сканирующего электронного микроскопа EVO LS10 фирмы «Carl Zeiss» (Германия) в режиме низкого вакуума (70 Па). Микротопографию поверхности образцов определяли с использованием детектора вторичных электронов (SE) при ускоряющем напряжении 10—20 кВ и токе на поверхности образца 0,6—1 нА.

Химический состав поверхности линз исследовали при помощи детектора обратнорассеянных электронов (BSE, NT-BSD), а также с использованием энергодисперсионного спектрометра EDS «X-Max» (Oxford, Великобритания) с помощью программного обеспечения AzTec (Oxford, Великобритания), что позволило провести локальный химический микроанализ и оценить пространственное распределение химических элементов в режиме микрокартирования.

Изучение микротопографии поверхности ИОЛ при помощи сканирующего электронного микроскопа подтвердило результаты проведенной ранее световой микроскопии.

В первом случае при световой микроскопии было установлено, что отложения имели вид сплошного белого налета, занимающего всю поверхность ИОЛ с обеих сторон. Полученное при электронной микроскопии SE-изображение выявило аппликацию изометричных мелкозернистых, проминирующих в виде бугорков и сливающихся между собой преципитатов размерами 3—5 мкм. Плотность «зарождения» преципитатов отличалась неоднородностью. Большая их часть составляла равномерный диффузный покров в области оптического элемента ИОЛ и имела плотность 60—70 образований на 100 мкм². Аналогичные, но менее выраженные, изменения наблюдали и на гаптических поверхностях. Было отмечено, что плотность отложений существенно возрастает, до 80—100 на 100 мкм², в области технологических неровностей, в частности — вокруг кратерообразного углубления в периферической части оптического элемента линзы (рис. 1).

Во втором случае SE-изображение выявило агрегаты в виде множественных концентрических образований, расположенных сугубо в центральной зоне передней поверхности ИОЛ (рис. 2). Данные образования имели вид крупных гранул с полигональными границами. В свою очередь отдельные гранулы были собраны в компактные группы, разделенные разнонаправленными клиновидными бороздами — разрывами материала линзы. Размер гранул колебался в пределах от 10 до 20 мкм, а их плотность в зоне помутнения линзы отличалась относительной равномерностью и составляла 30—40 гранул на 100 мкм². Концентрическое строение образований фиксировалось в микрорельефе по всей измененной поверхности линзы. Центральная точка каждой гранулы, как правило, имела выступающий бугорок (зона зарождения кристалла), вокруг которого располагались так называемые «ритмические кольца» (зоны роста), имеющие неодинаковую окраску и характеризующие изменения химического состава кристалла по мере его «взросления». Непосредственно вокруг поля сплошного распространения отложений поверхность ИОЛ выглядела деформированной и несколько приподнятой, по типу кромки кратера. Напротив, центр поля имел неглубокое вдавление относительно регулярной поверхности ИОЛ.

Как в первом, так и во втором случае изображения, полученные при помощи детектора BSE, позволили говорить о преобладании в составе отложений химических элементов с большими атомными массами (P, Ca, Zn) относительно среднего состава неизмененных поверхностных участков линзы. Результаты спектрального микроанализа найденных депозитов наглядно продемонстрированы на представленных графических изображениях (рис. 3). В первом случае BSE-изображение позволило выявить в структуре индивидуальных преципитатов множественные рефлектирующие включения в виде сноповидно-искривленных «молодых» кристаллов (рис. 4). Во втором случае изображение в обратнорассеянных электронах подчеркивало радиально-концентрическое зональное строение «взрослых» сферокристаллов (рис. 5).

В обоих случаях данные химического микроанализа позволили интерпретировать образования на поверхности линз как отложения кристаллического гидроксилапатита со значительной примесью цинка (до 1,4%^вес).

Так как теоретическое замещение кальция цинком в гидроксилапатите маловероятно, то можно сделать вывод о том, что в строении описываемых агрегатов принимают участие две самостоятельные минеральные фазы: фаза гидроксилапатита и фаза второго фосфата, который можно условно рассчитать как климанит с идеальной формулой ZnAl₂(PO₄)₂(OH)₂∙3H₂O. Гидроксилапатит преобладал в строении минеральных отложений на поверхности линз. Доля условного климанита не превышала 9%^мол. Состав гидроксилапатита и Zn-содержащей минеральной фазы, а также их соотношения приведены в таблице.

Гидрофильные свойства акрилового полимера обеспечивают высокую степень сродства минерального образования (гидроксилапатита) с поверхностью линзы. Наличие гидрофобного покрытия у гидрофильной акриловой ИОЛ, на примере первого образца, не гарантирует невозможности формирования помутнений в виде минеральных отложений на ее поверхности.

Вероятно, что изменения в обоих наблюдаемых образцах характеризуют разные стадии однотипного патологического процесса на поверхности ИОЛ. Высокая дефектность кристаллической структуры растущего гидроксилапатита определяет его изменяющуюся в динамике кристалломорфологию. В начале процесса происходит сноповидное расщепление множественных зарождающихся первичных кристаллов, которые при продолжении роста превращаются во «взрослые» сферокристаллы. При этом отдельные минеральные индивиды гидроксилапатита в начальной стадии не могут привести к заметной деформации поверхности ИОЛ (рис. 6, а), но при дальнейшем смыкании растущих сферокристаллов (см. рис. 6, б), кристаллизационное усилие приводит к раздвиганию центров зарождения кристаллов (см. рис. 6, в), возникновению разрывов линзы и ее деформации (см. рис. 6, г).

Попытка нормировать атомные соотношения в проанализированном минеральном агрегате к составу гидроксилапатита выявляет неполное его соответствие кристаллохимической формуле. В частности, расчетный состав минерала выявил низкую стехиометричность гидроксилапатита и наличие примеси цинка (до 1,4%^вес), что позволяет предположить полиминеральное строение агрегатов.

Возможно, что высокие концентрации цинка могут иметь решающее значение для реконструкции механизма зарождения минеральных депозитов на поверхности ИОЛ. Источники цинка, его участие в метаболических цепочках, а также условия формирования Zn-содержащих депозитов на поверхности гидрофильных линз являются предметом дальнейшего изучения.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: С.А., А.Г.

Сбор и обработка материала: А.Г., И.Н., А.К.

Статистическая обработка: И.Н., А.Г.

Написание текста: А.Г., И.Н.

Редактирование: С.А.

Конфликт интересов отсутствует.