Diseño, estudio y validación de una lente de contacto de gradiente de potencia para controlar la miopía = Design, study and validation of a radial refractive gradient contact lens for myopia control

Abstract

Myopia is the main cause of vision loss worlwide, with associated ocular pathology risks related to myopia amount. Therefore, interventions directed towards limiting or preventing the progression of myopia are of high importance to reduce the risk of potential eye disease and blindness. Research in animals has shown that the emmetropization process and ocular growth are image dependent, is a local eye phenomenon and the fovea is not essential. Specifically, the periphery, in isolation, can mediate the normal development of refraction and when an image conflict between the fovea and the periphery occurs, the later dominates eye development. Recent clinical trials conducted with multifocal lenses and orthokeratology have shown that their optical induced changes including the one on peripheral image shell reduce eye growth. In this sense, the main objective was to determine if a contact lens designed to produce myopic peripheral defocus may slow down myopia progression. This thesis describes 6 main studies, and is the result of efforts to design, patent and validate the experimental optical lens, as well as to undertake two longitudinal trials. The first chapter includes a description of the process to design and patent the lens. This unique and innovative design has an optical, single, progressive and continuous zone with an addition of 1.5 D preset at 30° from central axis. Designed using the Atchison eye model, this lens obtained a triple "A" Spanish patent under the number: ES 2406381B1. An initial pilot study of ten subjects was conducted to assess the soft and gas permeable materials (GP) peripheral refractive changes, as well as subjective and objective changes in the optical axis. In view of the results, the addition was increased to 2 D and two studies on 52 and 59 subjects were conducted to measure changes in the peripheral refraction (PR), optical aberrations, contrast sensitivity (CS), visual acuity and accommodative Lag. The GP material resulted in a myopic shift of the peripheral image beyond 10 degrees of eccentricity at nasal and temporal visual field, enough to place the focus in front of the peripheral retina in most of the evaluated myopic patients. With the hydrophilic material, the relative peripheral refraction showed significant changes in the spherical equivalent from 30th to 15th nasal temporal and 30 degrees. There was also a significant increase in higher order aberrations, a loss of contrast sensitivity and a decrease in the accommodative lag. All these aspects had been suggested in the literature as contributing elements to slow down myopia. A longitudinal study to investigate the effects of experimental GP lens material suffered a great loss of follow-up and only one case was finally analyzed. However, due to the trial design of intra-subject crossover study, we could compare the eye wearing the experimental lens in each of the two periods of eight months with its contralateral. Since myopia increased less with experimental GP lens, this suggests a high potential to be evaluated in a longitudinal future study. Moreover, after two years of a longitudinal experimental soft lenses study it was showed a control effect of 43% on refractive outcome and a 27% less in axial length increase compared with a group with monofocal glasses. In addition, the experimental group displayed no differences with an orthokeratology control group. This work represents the first controlled clinical trial that provides information on the progression of myopia 12 months before entering into a myopia control study, compares the efficacy of two different contact lenses treatments and shows a comprehensive view of the potential causes of myopia control by analyzing PR, ocular aberrations and lag of accomodation. In the light of the results, the new experimental lenses showed a promising effect in myopia control, and other potential designs based on the knowledge provided in this thesis may increase their effectiveness.

La miopía es el principal problema de visión en el mundo, con riesgos asociados cuanto mayor es su magnitud. Por ello, resultan de gran importancia las intervenciones que puedan limitar o prevenir la progresión de la miopía, disminuyendo los riesgos de patologías oculares y potencial ceguera. Las investigaciones en primates han mostrado que el proceso de crecimiento ocular es dependiente de la imagen, actúa localmente en el ojo y que la fóvea no es esencial. En concreto, la periferia, de modo aislado, puede mediar el desarrollo normal de la refracción y cuando hay un conflicto entre las señales visuales de la fóvea y la periferia, estas últimas dominan sobre las centrales en el desarrollo ocular. Estudios recientes, con lentes de ortoqueratología y multifocales, han mostrado que su óptica, que incluye el movimiento de adelantamiento de la imagen periférica, reduce el crecimiento del ojo. En este sentido, el principal objetivo fue determinar si un lente de contacto diseñado para producir desenfoque periférico miope podía ralentizar el avance de la miopía. Esta tesis, que describe 6 estudios principales, es el resultado de los esfuerzos para diseñar, patentar, validar la óptica de la lente experimental y realizar dos ensayos longitudinales. El primer capítulo incluye la descripción del proceso para diseñar y patentar la lente. Esta, de diseño innovador, dispone una zona óptica, única, progresiva y continua, con una adición prefijada en 1,5 D a 30º respecto al eje. Diseñada utilizando el modelo de ojo de Atchison, obtuvo una patente Española de triple "A" con el número: ES 2406381B1. Se condujo un estudio piloto inicial con diez sujetos para constatar su validez óptica y evaluar en materiales hidrofílicos y permeables a los gases (GP) los cambios refractivos periféricos inducidos, al igual que los ópticos. En función de los resultados, se condujeron dos estudios con 52 y 59 sujetos para medir los cambios en refracción periférica, aberraciones ópticas, sensibilidad al contraste (CS), agudeza visual y Lag acomodativo. El material GP resultó en un cambio miópico de la imagen periférica más allá de los 10 grados de excentricidad nasal y temporal del campo visual, suficientes para adelantar la imágen en la mayor parte de los miopes evaluados. Con lente blanda, la refracción relativa periférica mostró cambios significativos desde 30º nasal a 15º temporal y a 30º grados en el equivalente esférico. También hubo un aumento significativo de las aberraciones de alto orden, así como una disminución de la sensibilidad al contraste y del Lag acomodativo. Elementos contribuyentes a frenar la miopía. Los estudios longitudinales investigaron el efecto de control de la lente experimental. El grupo de lente GP sufrió una gran pérdida de seguimiento y sólo un caso fue finalmente analizado. Sin embargo, gracias al diseño del estudio intrasujeto cruzado, se pudo valorar que el ojo que llevaba la lente experimental, en cada uno de los dos periodos de que constaba el estudio, aumentó menos la miopía que en el contralateral. Sugiriendo un potencial a ser evaluado en un estudio longitudinal futuro. Adicionalmente, las lentes experimentales blandas, tras 2 años de estudio longitudinal frenaron un 43% y un 27% el incremento refractivo y axial respectivamente, en comparación con un grupo de gafas monofocales. Además, el grupo experimental no mostró diferencias respecto un grupo control de ortoqueratología. Este es el primer ensayo clínico controlado que proporciona información sobre la progresión de la miopía 12 meses antes de entrar en el estudio, se compara la eficacia de dos tratamientos con diferentes lentes de contacto y presenta una visión completa de las causas potenciales de control de la miopía mediante el análisis de la refracción periférica. Las lentes experimentales evidencian un efecto de control de la miopía prometedor. Otros potenciales diseños basados en el conocimiento proporcionado en este trabajo podrían incrementar su efectividad.