Transporte de oxígeno y glucosa

Oxygen and Glucose Distribution After Intracorneal Lens Implantation

RESUMEN

 Propósito. La inserción de un implante en la córnea para lograr la multifocalidad corneal ha sido sugerido como una solución para la presbicia. Sin embargo, los problemas no resueltos relacionados con el transporte de nutrientes deben ser resueltas. Nuestro objetivo era encontrar las mejores propiedades de posición de la lente y de transporte lente influencia con el fin de optimizar el suministro de nutrientes a las células de la córnea. Método. Un modelo de córnea axisimétrico fue construido para simular el transporte de nutrientes en la córnea. Se calcularon las concentraciones de oxígeno y glucosa para córnea normal y condiciones de uso de lentes intracorneales. La simulación considera las diferentes capas de tejido (epitelio, estroma y endotelio), así como capa y la concentración de soluto consumo dependiente. Resultados. La tensión mínima de oxígeno en la córnea se encontró que era más alto cuando la lente se colocó a 3/4 del espesor corneal. Por otra parte, en esta posición, la influencia de la difusividad del embutido era más pequeña que en más anterior o posterior ubicaciones. La difusividad de la incrustación afecta a la forma en que los nutrientes serán transportados a través de la córnea. El umbral en el que la glucosa puede difundir a través o alrededor del implante se encontró que era 1 / 100a de la difusividad del estroma. Conclusiones. Métodos computacionales son especialmente atractivos para estudiar el transporte de nutrientes en la córnea debido a las dificultades asociadas con la in vivo o in vitro mediciones. Los parámetros exactos que dictan el metabolismo corneal no se conocen. Sin embargo, el análisis combinado de oxígeno y la distribución de glucosa es valiosa para predecir los complejos cambios fisiológicos que surgen en virtud de la implantación de lentes intracorneales.

La presbicia es una condición que afecta a casi todo el mundo a partir de la edad de 40. Se refiere a la pérdida gradual de la capacidad para enfocar de cerca de los ojos. La etiología de esta enfermedad todavía no está claro, y la restauración de alojamiento todavía no se ha logrado. Las soluciones actuales tratan de adaptar las propiedades de refracción de los ojos a diferentes distancias, usando una variedad de técnicas diferentes que abarcan las gafas de lectura a las cirugías avanzadas como PresbiLasik. Nuevas técnicas quirúrgicas proponen para insertar un implante en la córnea como una solución a este afección.1 Un mini-lente en la córnea central produciría un efecto multifocal y restablecer así la visión de cerca del paciente. Implantes intracorneales tienen una larga historia de ambos ensayos exitosos y fallidos. La principal causa de rechazo se ha asumido ser un suministro deficiente en nutrientes. Las primeras investigaciones mostraron que la inserción de incrustaciones impermeables en la córnea conduce a la degeneración del tejido anterior al implante debido al flujo de fluido insuficiente y el transporte de nutrientes desde el humor acuoso

El desarrollo de nuevos materiales sintéticos embutido, con mejores propiedades de transporte de nutrientes y los altos índices de refracción, alentó a los cirujanos a reconsiderar el uso de incrustaciones intracorneales para crear una alteración de refracción en la córnea. Sus hallazgos mostraron tolerancia general de la incrustación, pero los ojos no estaban libres de complicaciones, a saber, extrusiones de lentes, opacidades corneales anterior, partículas de interfaz y estroma anterior thinning.4-6 Más recientemente, las membranas de perfluoropoliéter (PFPE) y de policarbonato no mostraron principales complicaciones después de 2 años de implantación intracorneal en dos estudios de biocompatibilidad en animals.7,8 Las membranas de policarbonato se graban con la pista 100 nm poros con el fin de mejorar las propiedades de transporte de nutrientes de la incrustación, el policarbonato ser mismo prácticamente, si no totalmente, impermeable .

La ausencia de la vasculatura en la córnea implica que los nutrientes deben difundirse a través de sus fronteras. La difusión de oxígeno en la córnea ha sido estudiado intensamente para aplicaciones de lentes de contacto. Fatt y colaboradores establecieron un modelo matemático de la distribución de la tensión de oxígeno a través de la córnea, teniendo en cuenta tres capas de la córnea y su respectiva rates.9 consumo de oxígeno Más recientemente, Harvitt y Bonanno re-evaluaron este modelo unsuccessfully.10 Su formulación matemática rigurosa no llevó a las tasas de consumo de oxígeno excesivos y valores de tensión de oxígeno negativos dentro de la córnea. Además, no está claro si la acidosis tisular debido a la hipoxia aumenta la tasa de consumo de oxígeno como ellos dicen. Un modelo de ocho capas de la córnea fue propuesto por Brennan para superar estos deficiencies.11 Todos estos modelos se basan en una aproximación unidimensional. Esta suposición puede ser cierto para una córnea normal o una córnea con una lente de contacto que cubre la mayor parte de la superficie anterior, pero no puede ser aplicado al caso de una pequeña lente semi-permeable dentro de la córnea. La naturaleza de transporte de nutrientes se convierte en tres dimensiones desde los solutos pueden difundirse a través de y también alrededor del implante. Aunque los modelos de distribución de glucosa en la córnea no han sido tan popular como modelos de oxígeno, que se han relacionado con lentes intracorneales. Los cálculos matemáticos habilitadas Maurice para predecir la distribución de glucosa en el epitelio layer.12 Su modelo considera la difusión radial desde el borde de la lente a la córnea central, concluyendo que una lente intracorneal impermeable de diámetro 4 mm o más grandes resultados en una ausencia de glucosa en el epitelio central. McCarey y Schmidt calcularon la distribución de glucosa en la córnea utilizando un analogy.13 circuito eléctrico Ellos observaron los efectos de los implantes intracorneales de diámetro variable, profundidad, permeabilidad, y el grosor de la córnea en la disponibilidad de glucosa celular, concluyendo que la permeabilidad a la glucosa es el más influyente característica física.

Ninguno de estos estudios se dirigió a la acción combinada de oxígeno y la distribución alterada de la glucosa en la córnea en un entorno de revolución. Métodos computacionales son especialmente atractivos para estudiar el transporte de nutrientes en la córnea debido a las dificultades asociadas con la in vivo o in vitro mediciones. Un nuevo modelo de transporte de solutos en la córnea fue construido para estudiar la influencia de la difusividad lente en la distribución de nutrientes de la córnea después de la implantación de lentes intracorneales. También se investigó si existe una profundidad preferida de la colocación de una lente tal a fin de optimizar el suministro de nutrientes al tejido corneal. Se estudió la naturaleza tridimensional del flujo de nutrientes para diferentes escenarios de implantación de la lente y se compara de manera paramétrica.

MÉTODOS

  Ecuación de difusión

Este estudio examinó el transporte de oxígeno y glucosa. La ecuación de difusión estándar se utilizó para calcular el transporte de nutrientes en la córnea.

Esta ecuación se obtuvo mediante la combinación de las ecuaciones de balance de masa y la ley de Fick de la difusión. C es la concentración de soluto, y D es el coeficiente de difusión. Q describe la tasa de consumo de soluto metabólico. Sobre la base de la ley de Henry, se asumió que la concentración de gas es linealmente proporcional a su presión parcial. La ecuación de difusión para el oxígeno se reduce a la siguiente ecuación, donde la concentración se sustituye por la tensión de oxígeno P y la difusividad D fue reemplazado por la permeabilidad Dk.

[pic 1]

El modelo de revolución de la córnea humana. Las capas modeladas se muestran en la imagen así como la de lentes intracorneales, que fue cambiado en la posición de profundidad. Cinco posiciones equidistantes fueron estudiados dentro del estroma corneal (medido desde la superficie anterior): (1) 50 m en la interfase epitelio-estroma, (2) 160 m, (3) 270 m a la mitad de estroma, (4) 380 m, y (5) 490 m en la interfase estroma-endotelio.

El método de los elementos finitos fue utilizado para resolver la ecuación diferencial parcial. Esta técnica se utiliza en gran medida para los problemas de ingeniería y puede ser utilizado para modelar la compleja geometría y la física relacionado con los tejidos biológicos. El dominio de interés se divide en un número finito de elementos discretos y en lugar de un problema complejo continuo, un conjunto de elementos definidos es studied.14 El paquete de software disponible comercialmente ABAQUS (ABAQUS, Providence, RI) se utilizó para este propósito.

Geometría de la córnea y Propiedades

Un modelo de revolución se utiliza para representar la córnea (Fig. 1), que se supone que es esférica con un radio de curvatura de 7,5 mm y un espesor de 0,5 mm. El modelo de revolución permite el análisis de una geometría tridimensional que tiene una simetría de rotación alrededor de un eje. Se supuso que cada plano que incluye el eje visual tenía la misma distribución de la concentración de los distintos nutrientes; Por lo tanto, el modelo permite el transporte de nutrientes en todas las direcciones excepto perpendicular al plano analizado. Estuvieron representadas tres capas principales activos de la córnea en el modelo: epitelio (? 50 m de espesor), estroma (440 m?), Y el endotelio (10 m?). La capa de Bowman y la membrana de Descemet se descuidan debido a su espesor relativamente pequeño en comparación con las otras capas (Tabla 1)

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