Rheology

Rhea, the mother of gods. sumber: https://www.timelessmyths.com/gods/greek/rhea/

Reologi adalah ilmu yang mempelajari deformasi dan aliran materi, yang menggambarkan interaksi antara gaya, waktu dan deformasi. Istilah reologi berasal dari kata Yunani ‘rheo’ dan ‘logia’ yang masing-masing berarti ‘aliran’ dan ‘studi tentang’.

Dalam mitologi Yunani, Rhea adalah ibu dari para dewa, bersama Cronus suaminya melahirkan enam dewa asli Yunani. Dewa-dewa tersebut adalah Zeus, Poseidon, Hades, Hera, Hestia, dan Demeter. Sebagian besar dewa dan dewi lainnya adalah anak Zeus dan dewa lainnya.¹

Ilmu mengenai sifat reologi dari ophthalmic viscoelastic devices (OVDs) membuat ahli bedah dapat lebih memahami dan memilih  OVD yang ideal selama operasi katarak. Berdasarkan sifat reologinya, OVD diklasifikasikan menjadi dua kelompok besar: kohesif atau dispersif.

Kohesi adalah kecenderungan molekul-molekul yang menyusun suatu bahan tertentu untuk melekat satu sama lain dan bukannya menyebar. Menurut jenis hialuronat, polimer dengan berat molekul tinggi dengan konsentrasi rendah dalam suatu larutan akan berfungsi sebagai zat kohesif, sedangkan polimer dengan konsentrasi polimer tinggi akan lebih dispersif.

Penggunaan OVD mempunyai pengaruh yang sangat besar dalam perkembangan teknik operasi katarak karena mereka memberikan perlindungan pada endotel kornea, mengurangi hingga 70% kehilangan sel endotel, serta membentuk ruang bilik mata depan yang memadai untuk manipulasi selama prosedur tersebut.²

Sifat reologi OVD menentukan perilaku dan potensi manfaat menggunakannya dalam situasi tertentu. Sifat-sifat berikut yang bertindak secara sinergis yang digunakan untuk mengkarakterisasi setiap OVD:

1.      Viskositas: menggambarkan hambatan aliran OVD. Viskositas berubah dengan aliran yang berbeda. Semakin cepat OVD mengalir, semakin menurun viskositasnya. Hal ini diukur dalam kemudahan injeksi material dan penting untuk efek mobilisasi OVD selama operasi. Besarnya viskositas berbandung lurus dengan berat molekul. Semakin besar berat molekul, semakin besar viskositasnya. Materi viskoelastik dengan viskositas yang tinggi akan sangat baik membentuk ruang bilik mata depan saat kapsuloreksis ataupun memasukan lensa intraokular.

2.       Viskoelastisitas: menggambarkan komponen elastis OVD. Viskoelastisitas merupakan kemampuan untuk kembali ke bentuk aslinya setelahnya menjadi sasaran kekuatan eksternal. Sifat elastis ini penting saat materti viskoelastik dimasukkan ke dalam bilik mata depan, kedalaman bilik mata depan dapat berubah akibat penekanan, tetapi dapat Kembali ke bentuk semula jika tekanan berkurang. Sifat elastis juga melindungi endotel kornea saat fakoemulsifikasi.

3.  Pseudoplastisitas: merupakan sifat OVD untuk berubah dari keadaan yang sangat kental saat istirahat ke keadaan cair pada tingkat gesekan yang lebih tinggi. Natrium hialuronat (healon) memiliki pseudoplastisitas yang tinggi, karena meskipun mempunyai viskositas yang tinggi saat tidak ada gaya akan mudah disuntikan melalui jarum 30G. Natrium hialuronat plus kondroitin sultaf (viscoat) kurang pseudoelastis dibandingkan healon. Materi yang paling tidak pseudoelastis adalah HPMC.^{3, 4}

1.      Kohesivitas: merupakan sifat tarik menarik antarsesama molekul sehingga sulit dipisahkan. Viskoelastik yang memiliki rantai yang panjang dan berat molekul yang tinggi akan bersifat lebih kohesif. Viskoelastik yang kohesif lebih mudah dibersihkan dari bilik mata depan.⁴

2.      Kemampuan melapisi (coatability): merupakan sifat suatu larutan berdasarkan pengukuran tegangan permukaan yang terbentuk jika diteteskan ke permukaan datar. Semakin rendah tegangan permukaan daya kemampuan melapisinya semakin baik. Viskoelastik yang memiliki kemampuan melapisi yang baik dapat melindungi endotel kornea. HPMC dan kondroitin sulfat memiliki kemampuan melapisi lebih baik dibandingkan dengan natrium hialuronat.⁴

OVD yang kohesif memiliki viskositas yang tinggi dan berperan seperti gel. OVD kohesif melindungi jaringan intraokular dari invasi instrumen bedah dan lensa intraokular selama operasi dengan mempertahankan kedalaman bilik mata depan. Kegunaan lainnya, OVD ini bermanfaat saat membuat kapsuloreksis dan melebarkan pupil. Selain itu, mereka dengan cepat dapat dibersihkan. Contoh komersial OVD kohesif diantaranya: Provisc (Alcon), Healon/Healon GV (Johnson & Johnson Vision), Healon GV (Johnson & Johnson Vision), Pe-Ha-Luron F (Albomed GmbH), Ophteis Bio/FR/ + /MAX (Rayner), Provisc (Medline Industries, Inc.), ArtiVisc/ArtiVisc plus (Ophtec), Biolon (Amring Pharmaceuticals Inc.), Opegan Hi (Santen), HyVisc (MicroVisc), AJL Visc (AJL Ophtalmic), or Amvisc/Amvisc Plus (Bausch & Lomb).^3,5

OVD dispersif, karena viskositasnya yang lebih rendah dan kemampuan pelapisan yang tinggi, dapat melapisi struktur intraokular dan lebih menempel membentuk lapisan. Molekul-molekulnya terpisah-pisah dan membentuk larutan dengan pseudoplastisitas dan tegangan permukaan rendah, rantai pendek, dan berat molekul rendah, yang mirip seperti madu. Oleh sebab itu OVD dispersif cenderung terletak berdekatan ke endotel kornea dan bertahan di mata selama fakoemulsifikasi dan aspirasi, dan lebih sulit untuk membersihkannya. Keuntungan lainnyapada saat mengalami komplikasi robekan kapsul posterior atau prolaps vitreus, OVD dispersif ini sangat baik digunakan untuk mendorong vitreus. Contoh komersial OVD dispersive diantaranya: Viscoat (Alcon), Healon D (Johnson & Johnson), Pe-Ha-Visco (Albomed GmbH), Opelead (Shisheido), Opegan (Santen), DisCoVisc (Alcon), Biovisc (Sophia Lab), Methylvisc (Rayner), Cellugel (Alcon), Vitrax (Johnson & Johnson), AJL Cell (AJL Ophthalmic), Celoftal (Alcon), Adatocel (Bausch & Lomb), Ocuvis (Vistamex), and OcuCoat (Bausch & Lomb)^3,5

Untuk mengambil keuntungan dari sifat positifnya, yaitu soft shell technique dispersif-kohesif viskoelastik telah berevolusi untuk operasi katarak, yang melibatkan penggunaan OVD dispersif dan kohesif bersama-sama secara berurutan. OVD dispersif akan terdorong ke endotel untuk melindungi endotel dari panas dan turbulensi saat fakoemulsifikasi, sedangkan OVD kohesif akan menjaga kedalamanan bilik mata depan dengan baik.^{4, 5}

1.      https://www.worldhistory.org/Rhea/

2.      Pastrana CP, Villegas PM, Dorantes FD, et al. Evaluation of the Rheological Properties, Preclinical Safety, and Clinical Effectiveness of a New Dispersive Ophthalmic Viscoelastic Device for Cataract Surgery. Med Devices (Auckl). 2022; 15: 293–305.

3.      Borkenstein AF, Borkenstein EM, Malyugin B. Ophthalmic Viscosurgical Devices (OVDs) in Challenging Cases: a Review. Ophthalmol Ther (2021) 10:831–843

4.      Hutauruk. JA, Suhardjo, Triwiyono B, Siregar SR. Viskoelastik, in Katarak dan Fakoemulsifikasi. ed 2. 2018. hlm 35-40

5.      Watanabe I, Hoshi H, Sato M, Suzuki K. Rheological and Adhesive Properties to Identify Cohesive and Dispersive Ophthalmic Viscosurgical Devices. Chem. Pharm. Bull. 67, 277–283 (2019)