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본 연구에서는 HEMA를 기본 재질로 하는 투명렌즈인 nelfilcon A(CIBA Vision, Germany), hilafilcon B(Bausch & Lomb, Ireland), etafilcon A(Johnson & Johnson Inc., Ireland)와 하여 동일한 재질 및 파라미터를 가지고 있으나 착색 여부만이 다른 써클렌즈인 nelfilcon A-tinted(CIBA Vision, Germany), hilafilcon B-tinted(Bausch & Lomb, Ireland), etafilcon A-tinted(Johnson & Johnson Inc., Ireland)를 대상으로 하였다. 실험에 사용된 렌즈는 모두 –3.00 D의 굴절력을 가진 렌즈였다(Table 1).

0.2 M dibasic sodium phosphate와 0.2 M monobasic sodium phosphate, 0.15 M NaCl를 사용하여 pH 6.6, 7.4, 7.8인 인산완충식염수(phosphate buffer saline, PBS)를 제조하였다. 실험에 사용된 pH값은 눈에 자극감을 유발하지 않은 범위인 6.6~7.8의 경계값과 눈물의 평균 pH인 7.4를 선택하였다.^[13,14] 투명렌즈 3종, 써클렌즈 3종을 각각 4개씩 각기 다른 pH의 용액에 담궈 24시간 동안 노출시켰다.

전자 두께 측정 장치(Model ET-3, Chreatch, USA)를 이용하여 두께를 측정하였으며, 오차를 줄이기 위해 각각의 렌즈의 중심 및 주변부 두께는 4회씩 측정하여 평균을 내었다. 주변부 두께는 소프트렌즈 가장자리로부터 1 mm 안쪽 부위를 역시 4회 측정하여 평균값을 취하였으며 써클렌즈의 경우 착색 부분에 속하는 위치였다.

SPSS 통계 프로그램을 사용하였으며 렌즈 파라미터의 측정값은 평균±표준편차로 나타내었다. 각각의 다른 pH에서 재질별 투명렌즈와 써클렌즈에 따른 두께 차이는 three-way ANOVA를 사용하였고 p<0.05일 때 통계적으로 유의하다고 판단하였다.

Nelfilcon A 재질에서는 pH 6.6일 때, 투명렌즈와 써클렌즈의 중심부 두께는 각각 0.092±0.001 mm, 0.095±0.001 mm, pH 7.4에서는 0.095±0.001 mm, 0.092±0001 mm, pH 7.8에서는 0.090±0.001 mm, 0.096±0.001 mm이었다(Fig. 1). pH값이 커짐에 따라 중심두께 변화가 허용오차 범위 내에서 감소 또는 증가하였다. 식품의약품안전처 및 ISO의 중심 두께 허용 오차 범위는 ±{0.010+(표시치×0.10)}이다. Nelfilcon A의 경우는 제조사에서 제시한 중심 두께가 0.10 mm이므로 ±0.02 mm이 허용 오차 범위이다. 따라서 본 연구에서의 pH에 따른 중심 두께의 변화는 모두 허용 가능한 값에 해당한다. 투명렌즈와 써클렌즈의 중심 두께를 통계적으로 분석하였을 때 눈물의 pH와 가장 유사한 pH 7.4에서는 투명렌즈의 중심 두께가 써클렌즈의 중심 두께보다 더 두꺼운 것으로 나타났으나(p<0.001), pH 6.6과 7.8에서는 통계적으로 유의하게 써클렌즈에서 더 두꺼웠다(모두 p<0.001).

Fig. 1. 
Central thickness of clear and circular lenses made of nelfilcon A depending on pH.

Hilafilcon B 재질에서는 투명렌즈와 써클렌즈의 중심 두께가 pH 6.6일 때 각각 0.088±0.002 mm, 0.086±0.001 mm, pH 7.4일 때 0.086±0.001 mm, 0.083±0.001 mm, pH 7.8일 때 0.086±0.001 mm, 0.083±0.001 mm이었다. 모든 pH 조건에서 투명렌즈가 써클렌즈보다 더 두꺼웠으며, pH 7.4와 7.8일 때 통계적으로 유의한 차이를 보였다(각각 p<0.001, p<0.01)(Fig. 2). Hilafilcon B 재질의 투명렌즈와 써클렌즈 모두 pH 7.4와 비교하여 pH 7.8에서의 중심 두께는 차이가 없었으며 약산성인 pH 6.6에서는 상대적으로 다소 두꺼웠으나 그 값의 변화가 미미하였다. 이 모든 중심 두께는 제조사에서 제시한 중심 두께인 0.09 mm의 허용 오차인 ±0.019 mm 범위 안에 해당하는 변화였다.

Fig. 2. 
Central thickness of clear and circular lenses made of hilafilcon B depending on pH.

Etafilcon A 재질에서는 투명렌즈와 써클렌즈의 중심 두께가 pH 6.6일 때 각각 0.076±0.001 mm, 0.064±0.001 mm, pH 7.4일 때 0.076±0.001 mm, 0.064±0.001 mm, pH 7.8일 때 0.074±0.003 mm, 0.063±0.001 mm이었다. Etafilcon A 재질 투명렌즈와 써클렌즈 모두 약산성인 pH 6.6과 눈물의 pH인 7.4에서는 동일한 중심 두께값을 보였으며 pH 7.8에서는 다소 두꺼워졌으나 그 차이는 미미하였다. 제조사에서 제시한 값을 기준으로 한 투명렌즈와 써클렌즈의 중심 두께 차이는 nelfilcon A와 hilafilcon B에 비해 더 큰 차이를 보였다. Etafilcon A 재질 투명렌즈의 중심 두께는 써클렌즈보다 통계적으로 유의하게 더 두꺼웠다(모두 p<0.001)(Fig. 3). 제조사에서 제시한 중심두께인 0.084 mm를 기준으로 하여 허용가능한 오차범위는 ±0.0184 mm인데 써클렌즈의 경우는 모두 이 범위를 벗어나는 값이었다.

Fig. 3. 
Central thickness of clear and circular lenses made of etafilcon A depending on pH.

본 연구에서는 대부분의 렌즈에서 약알칼리 조건일 때 렌즈의 중심 두께가 약산성이나 중성일 때 보다 더 얇았으며, 이는 pH가 콘택트렌즈 파라미터에 미치는 효과에 대해 규명한 Qian Garrett 등^[15]의 연구에서 높은 pH값에서 렌즈 직경의 변화가 나타났다는 연구결과와 유사한 양상을 보였다. 또한, Qian Garrett 등^[15]의 연구에서 사용한 실험대상 구성 렌즈가 본 연구와 다소 다른 telfilcon, vifilcon A, etafilcon A 재질 렌즈였지만 그 중에서 etafilcon A의 변화가 가장 컸다는 점에서는 본 연구 결과와는 동일한 양상을 보여 IV군에 속하는 렌즈의 변화가 가장 큼을 확인할 수 있었다.

Nelfilcon A와 hilafilcon B렌즈는 소프트렌즈 분류 기준으로 II군에 속하는 고함수 비이온성의 렌즈이다. 두 렌즈의 차이는 nelfilcon A의 함수율이 69%로 hilafilcon B렌즈의 59%보다 10%가 더 높고, 함유된 습윤성 물질의 종류가 PVA(polyvinyl alcohol)이냐 NVP(N-vinyl pyrrolidone)이냐의 차이가 있어 pH 변화에 따른 중심두께의 변화 차이가 나타날 수 있으리라 생각되었으나 두 렌즈간 차이는 크지 않았다. 반면에 etafilcon A 재질 렌즈는 IV군에 속하는 고함수 이온성 특성을 가지고 있다는 것에서 두 렌즈와 차이가 있다. IV군 렌즈는 다른 군의 렌즈에 비해 환경의 영향을 크게 받는 것으로 알려져 있다. 즉, 최 등^[16]은 안구세안액에 써클렌즈를 노출시켰을 때 etafilcon A, nelfilcon A 재질 렌즈에서 베이스커브, 직경, 중심 두께가 감소하였으며, 고함수 이온성인 etafilcon A 재질 렌즈에서 파라미터가 변화 정도가 가장 크다고 한 바 있다. Lee 등^[10]은 다른 렌즈들에 비해 고함수 이온성 재질 렌즈의 산소투과율이 pH가 변화될 때 더 크게 영향을 받는다고 하였다. 또한 Lum 등^[17]은 packing 용액의 삼투압이나 구성 성분 차이로 소프트렌즈의 파라미터가 달라지며 다른 렌즈들과 비교하였을 때 etafilcon A에서 가장 큰 변화를 보였다고 하였다.

본 연구에서도 고함수 이온성 렌즈에서의 변화가 가장 컸으며, 동일하게 고함수 이온성이지만 투명렌즈보다 써클렌즈의 중심 두께 변화가 더 큰 것을 볼 수 있다. 이것은 본 연구에서 사용한 pH 조정 인산생리식염수가 제조사에서 측정 시 사용한 용액과 삼투압과 같은 다른 물성에서 다소 차이가 있어서 나타난 결과로 보인다. 실제로 Lee 등^[10]은 인산완충계에서의 산소투과율이 붕산완충계에서의 산소투과율과 차이가 있음을 밝힌 바 있으며, 이러한 차이는 고함수 이온성렌즈에서 더 크게 나타난다고 하였다. 이러한 것을 감안하더라도 본 연구에서 etafilcon A 재질의 써클렌즈가 투명렌즈에 비해 통계적으로 유의하며 허용 오차 범위를 벗어나는 중심 두께를 가지는 것은 착색과 관련된 제조공정 과정 중에 중심부의 투명한 부분에서도 표면 혹은 내부의 폴리머의 미세한 변화가 유발되어 생리적인 변화에 반응하는 정도에 차이가 있을 수 있다는 것을 보여주는 결과로 보인다.

Nelfilcon A 재질 투명렌즈의 주변부 두께는 pH 6.6, 7.4, 7.8에서 모두 0.151±0.000 mm이었으며, 써클렌즈는 pH 6.6에서 0.148±0.000 mm, pH 7.4에서 0.146±0.000 mm, pH 7.8에서 0.147±0.001 mm이었다(Fig. 4). Nelfilcon A에서는 모든 pH에서 투명렌즈의 주변부 두께가 써클렌즈보다 두꺼웠으며, pH 7.4와 pH 7.8에서는 통계적으로 유의한 차이였다(모두 p<0.001).

Fig. 4. 
Peripheral thickness of clear and circular lenses made of nelfilcon A depending on pH.

Hilafilcon B 재질 투명렌즈와 써클렌즈의 경우 pH 6.6에서 각각 0.150±0.000 mm, 0.157±0.001 mm, pH 7.4에서 각각 0.149±0.001 mm, 0.156±0.002 mm, pH 7.8에서 각각 0.150±0.000 mm, 0.158±0.000 mm이었으며, nelfilcon A와 다르게 모든 pH에서 써클렌즈의 주변부 두께가 투명렌즈보다 두꺼웠다(Fig. 5). pH 6.6에서는 투명렌즈와 써클렌즈의 주변부 두께가 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.001).

Fig. 5. 
Peripheral thickness of clear and circular lenses made of hilafilcon B depending on pH.

Etafilcon A 재질 투명렌즈와 써클렌즈는 pH 6.6에서 각각 0.137±0.000 mm, 0.149±0.000 mm, pH 7.4에서 각각 0.138±0.000 mm, 0.152±0.000 mm, pH 7.8에서 각각 0.140±0.000 mm, 0.152±0.000 mm로 모든 pH에서 투명렌즈의 주변부 두께가 써클렌즈보다 얇았다(Fig. 6). pH 6.6과 pH 7.4에서는 통계적으로 유의한 차이를 보였다(모두 p<0.001). 또한 투명렌즈에서 pH가 증가함에 따라 주변부 두께가 다소 증가하는 경향을 보였다.

Fig. 6. 
Peripheral thickness of clear and circular lenses made of etafilcon A depending on pH.

착색 부분의 pH에 대한 반응의 차이는 써클렌즈의 투명 부위인 중심 두께와 착색부위인 주변부 두께의 변화 정도가 균일하지 않은 결과를 초래하였다. Hilafilcon B 재질 투명렌즈의 중심부와 주변부의 중심두께 차이는 pH 6.6, 7.4, 7.8 일 때 0.062, 0.063, 0.064 mm였으며, 써클렌즈의 경우는 각각 0.071, 0.073, 0.075 mm로 투명렌즈보다 써클렌즈에서의 중심부와 주변부 두께 차이가 더 컸으며 알칼리성으로 갈수록 차이가 좀 더 커졌다. Etafilcon A 재질 투명렌즈는 각각의 pH에서 투명한 중심부와 착색된 주변부 두께의 차이가 0.061, 0.062, 0.066 mm이었고, 써클렌즈는 각각 0.085, 0.088, 0.089 mm로 투명렌즈와 써클렌즈 모두 알칼리성으로 갈수록 중심부와 주변부의 두께 차이가 커지는 경향을 보였으며 써클렌즈의 경우 차이값이 hilafilcon B 재질 써클렌즈에 비해 더 컸다. Nelfilcon A는 투명렌즈와 써클렌즈 간의 두께 변화의 차이가 존재하지 않기 때문에 pH에 따른 영향을 비교할 수 없었다.

중심 두께와 주변부 두께의 차이가 써클렌즈에서 더 크다는 것은 주변부의 착색 부분과 관련이 있을 것으로 사료된다. Hilafilcon B 재질의 써클렌즈는 제조사에서 micro-incapsulation방법으로 착색 염료를 표면에 입힌 것으로 이 등^[18]의 연구에서처럼 주사전자현미경으로 관찰하였을 때 선명하게 염료의 전면 요철이 확인된다. 반면에 nelfilcon A나 etafilcon A 재질 써클렌즈는 샌드위치 공법을 사용하여 전자현미경 상에서의 두드러진 요철은 관찰되지 않는다.^[18,19] 비록 샌드위치 공법으로 착색되어 요철이 관찰되지 않더라도 내부에 포함되어 있는 착색 성분이 pH 변화에 따라 폴리머와 다르게 상호 작용하였을 가능성이 있으며 이로 인해 써클렌즈의 주변부 두께가 투명렌즈와 다르게 나타난 것으로 보인다.

시중에 판매되고 있는 콘택트렌즈는 제조사마다 다른 완충 식염수에 수화상태로 보관이 되고, 중심 두께, 함수율, 직경 등과 같은 렌즈의 파라미터가 영향을 받는다. 여러 선행 연구들 중 포장용액의 삼투압 및 완충제로 인한 렌즈 파라미터 변화를 확인한 연구에서, 고함수 이온성 렌즈에서 통계적으로 유의하게 가장 큰 정도의 변화를 보였고 이는 본 연구결과와 일치하는 양상이었다.^[12] 또한 반복적인 온도 변화로 인한 렌즈의 파라미터의 변화를 분석한 조 등^[20]은 고함수 이온성 재질 렌즈에서 변화량이 더 크지만 packing 용액이 렌즈별로 차이가 있으므로 이에 대한 영향에 대해서 추가적인 연구의 필요성을 제시한 바 있다.

본 연구에서는 렌즈 파라미터에 영향을 미칠 수 있는 다른 요인을 제외하고 pH 변화에 따른 중심두께의 변화와 착색 유무에 따라 중심부와 주변부 두께의 변화를 살펴보았고, 이에 따라 약산성과 약알칼리 조건에서 렌즈의 중심부 두께와 주변부 두께의 변화를 확인하였다. Norn은 건성각결막염 환자의 눈물이 정상보다 알칼리성이라고 보고한 바 있으며,^[7] 만성 안검염 환자의 눈물성분 변화를 알아본 한 선행연구에서 안검염에 대한 비 치료군인 경우에도 눈물의 pH가 약알칼리성으로 나타났다는 결과를 보고하였다.^[6] 이에 따라 눈물의 pH 변화가 있는 사람이 고함수 이온성 렌즈를 착용하였을 때 렌즈의 두께 변화가 발생할 수 있고, 더 나아가 생리적 변화와 자각적 증상에 영향을 미칠 수 있을 것으로 보인다. 실리콘 하이드로겔 렌즈의 건조수화 과정에서 두께변화에 따라 불규칙적인 변화가 나타났고 착용감 저하 및 시력 교정 효과에 영향을 미칠 가능성을 제기하였다.^[21] 또한 반복적인 온도 변화로 인한 렌즈 파라미터의 변화를 분석한 조 등의 연구에서도 가장 많은 변화를 보였던 etafilcon A 재질에 있어 착용감 저하나 불편감을 유발할 가능성을 제시하였다.^[20] 또한, 소프트렌즈 관리를 위해 사용되는 다목적용액의 pH가 개봉 직후에도 눈물과 동일한 7.4가 아니라 7.1~8.2 범위에 있으며 개봉 후에는 점차 산성화되어 24주 후에는 6.6~7.7로 상당히 넓은 pH 범위에 소프트렌즈가 노출될 수 있으므로^[22] 본 연구에서의 pH 변화에 따른 두께의 변화는 임상에서 야기될 수 있는 문제에 대한 원인 분석 및 해결책 마련에 도움이 될 것으로 보인다.