Понятие биоматериала, биоинертности и биосовместимости, основные требования к данным категориям. Порядок и правила проведения испытаний на биосовместимость. Клинические требования к пломбировочным материалам. Анализ влияния протравливания на эмаль.
Аннотация к работе
Конец ХХ века и начало нынешнего ознаменовались бурным развитием восстановительных материалов для стоматологии, и, чтобы не отстать, стоматолог должен уметь оценить возможности новых разработок и новых методов применения материалов в клинике. Очевидно, каким бы прочным и привлекательным по своим эстетическим свойствам не был материал, если его применение может вызвать серьезные отрицательные реакции в организме, от применения этого материала придется отказаться. До сих пор мы рассматривали свойства стоматологических материалов без учета его взаимодействия с тканями организма пациента, которому с помощью этого материала восстанавливают зубы или зубочелюстную систему. Сейчас, например, от материала для восстановления коронки зуба ожидают образования прочной и постоянной связи с тканями зуба, их оздоровления и регенерации. Для того, чтобы определить, является ли материал, предназначенный для применения в стоматологии, биосовместимым, до его клинического применения проводят испытания, которые позволяют оценить его биологическое действие согласно стандартам ГОСТ Р ИСО 10993.
Введение
В настоящее время большинство практикующих стоматологов понимает, что без глубокого знания свойств материалов стоматологического назначения невозможно достигнуть функциональной полноценности, эстетичности и долговечности восстановления зубов, следовательно, невозможно оказать пациентам эффективную стоматологическую помощь. Намечая план оказания стоматологической помощи, стоматолог всегда стоит перед выбором наиболее подходящего материала для восстановления зубов конкретному пациенту. За последние 10-15 лет в нашей стране многократно возрос рынок стоматологической техники и материалов. Поэтому осуществить правильный выбор материала для стоматолога, пользуясь только своим опытом и интуицией, очень непросто. [1]
Конец ХХ века и начало нынешнего ознаменовались бурным развитием восстановительных материалов для стоматологии, и, чтобы не отстать, стоматолог должен уметь оценить возможности новых разработок и новых методов применения материалов в клинике. Это потребует от него не просто поверхностных представлений о материалах стоматологического назначения, а глубокого понимания взаимосвязи их химической основы и свойств.
Знание основ материаловедения, различий свойств материалов в зависимости от химической природы и технологии применения позволит использовать в стоматологической практике научно-обоснованные критерии выбора материала. [8]
1. Понятие биоматериала, биоинертности и биосовместимости
Очевидно, каким бы прочным и привлекательным по своим эстетическим свойствам не был материал, если его применение может вызвать серьезные отрицательные реакции в организме, от применения этого материала придется отказаться. До сих пор мы рассматривали свойства стоматологических материалов без учета его взаимодействия с тканями организма пациента, которому с помощью этого материала восстанавливают зубы или зубочелюстную систему. Мы говорили просто о материалах различной химической природы и их свойствах. Однако любой стоматологический материал взаимодействует на местном и системном уровнях с организмом пациента. Следовательно, стоматологический материал - не просто материал определенной химической природы. К нему применимо понятие биологический материал или биоматериал. Биоматериал - любой инородный материал, который помещается в ткани организма на любое время для того, чтобы устранить деформации или дефекты, заместить поврежденные или утраченные в результате травм или заболеваний натуральные ткани организма. [9]
Биоматериал любого назначения должен обладать свойствами биосовместимости. Что означает этот термин? Надо сказать, что он появился относительно недавно, приблизительно в 1960-х годах. Раньше было принято говорить о биоинертном материале, т.е. материале, который инертен по отношению к окружающим его тканям, не оказывает никакого вредного воздействия на них и никак с ними не взаимодействует. Сейчас, например, от материала для восстановления коронки зуба ожидают образования прочной и постоянной связи с тканями зуба, их оздоровления и регенерации. Называть такой материал инертным неверно.
Поэтому стали использовать термины биоприемлемый, биосовместимый материал. На рисунке 1 приведены основные требования к биоинертным и биосовместимым материалам стоматологического назначения.
Основные требования к биоинертному и биосовместимому материалам
При оценке биосовместимости материалы различают по типам их воздействия на организм: • общее - токсическое, аллергическое, психологическое;
Для того, чтобы определить, является ли материал, предназначенный для применения в стоматологии, биосовместимым, до его клинического применения проводят испытания, которые позволяют оценить его биологическое действие согласно стандартам ГОСТ Р ИСО 10993. Их называют испытаниями на соответствие материала нормам и требованиям биосовместимости или токсикологическими испытаниями. Программа испытаний составляется исходя из конкретного назначения материала. Для стандартизованного подхода при составлении программы все стоматологические биоматериалы поделены на категории в зависимости от вида тканей организма, с которыми должен контактировать материал, и времени контакта (Рисунок 2).
Определив, к какой категории относится стоматологический материал, предложенный для токсикологических испытаний, приступают непосредственно к составлению программы испытаний, включающей ряд методов или тестов, которые подразделяют на три основные группы или три уровня (Рисунок 3).
Следует отметить, что токсикологические испытания, особенно на экспериментальных животных, длительные и дорогостоящие. Поэтому для предварительной оценки часто применяют еще одну группу испытаний, назовем ее группой испытаний 0 уровня. Это санитарно-химические испытания, которые широко используются в материаловедческой практике нашей страны. Испытания 0 уровня особенно полезны, когда в составах испытуемых стоматологических материалов содержатся химические вещества, для которых известны предельно допустимые концентрации при контакте с организмом. [11]
3. Основные клинические требования к пломбировочным материалам
- не оказывать токсического воздействия на пульпу, ткани полости рта, твердые ткани зуба;
- быть безвредными для организма в целом;
- обладать противовоспалительным и антисептическим действием;
- препятствовать проникновению микробов и токсинов в пульпу; [8]
- обладать противокариозным действием;
- обладать малой теплопроводностью и не растворяться в слюне;
- быть химически инертными, т.е. устойчивыми к агрессивным агентам (кислоты, щелочи); [6]
- не изменять цвет зуба, быть цветостойким, т.е. не изменять цвет с течением времени;
- не вызывать появление гальванических токов в полости рта;
- не изменять форму и объем в процессе твердения, быстро затвердевать, обладать высокой адгезией к тканям зуба;
- быть рентгенконтрастными. [8]
4. Влияние процесса протравливания на эмаль эмаль пломбировочный биосовместимость
Поверхность эмали имеет неоднородную структуру, которую можно видоизменить при нанесении на нее кислотных агентов. Это было впервые обнаружено Buonocore в 1955 году. Он пришел к выводу, что при нанесении раствора фосфорной кислоты на поверхность эмали она становится более способна к адгезионному соединению с другими материалами. Именно в это время и была разработана техника кислотного травления для обеспечения связи композитных пломбировочных материалов с эмалью. Результатом кислотного травления является увеличение шероховатости поверхности эмали на микроскопическом уровне и повышение поверхностной энергии, улучшающей ее смачиваемость.
Основной недостаток композитов заключается в том, что сами они не обладают адгезионными свойствами по отношению к тканям зуба, поскольку полимеры неполярны. [19] Модификация поверхности эмали кислотным протравливанием позволяет образоваться настолько тесной микромеханической связи между эмалью и полимерным компонентом композита, насколько удается достичь межмолекулярного взаимодействия между ними.
1. Процесс травления увеличивает шероховатость поверхности эмали. При нанесении на нее фосфорной кислоты инициируется кислотно-основная реакция, при которой гидроксилапатит переходит в раствор и, при этом могут развиваться различные изменения локального характера. В частности, отмечается растворение призм по периферии (Рисунок 4) и в их центральной части. Кроме того, образуются участки беспризменной структуры эмали.
2. Кислота обладает эффектом повышения поверхностной энергии эмали путем удаления загрязнений с ее поверхности. Это обеспечивает лучшую смачиваемость эмали адгезивом. Типичная величина поверхностного натяжения полимерного адгезива составляет 34-38 МДЖ/м. Необработанная эмаль имеет более низкую энергию по сравнению с этими значениями, и, таким образом, не создаются условия для хорошего смачивания. Обычно поверхность эмали покрыта слоем пелликулы, которая имеет крайне низкое значение поверхностной энергии (28 МДЖ/м). Этот слой удаляют кислотой, и в результате, открывается подлежащая поверхность эмали с ее высокой энергией поверхности (42 МДЖ/м). Пока эта поверхность, обладающая высокой энергией, будет оставаться сухой, полимер сможет хорошо соединяться с ней. Микромеханическое взаимное сцепление обеспечит прочную связь полимера с эмалью. Таким образом, по своей сути адгезия полимера к эмали, после ее кислотного травления, носит механический характер. [7]
5. Адгезия к дентину
Адгезия к дентину представляет более сложную проблему. В 1979 г. японский ученый Фузаяма предложил для улучшения адгезии травление дентина кислотой. Стоматологи США и нашей страны традиционно отвергали методику тотального травления кислотой эмали и дентина, считая, что кислота неблагоприятно воздействует на пульпу. Позднее было доказано, что эмалевые бонд-агенты не могут фиксироваться на дентине. Это связано с тем, что поверхность дентина всегда влажная изза наличия в дентинных трубочках жидкости, поступающей из пульпы. После нанесения на дентин эмалевых гидрофобных адгезивов происходит дебондинг - рассоединение материала и дентина, и как следствие возникают послеоперационная чувствительность и изменения в пульпе. Поэтому большое значение для дентинных адгезивов имеет содержание в них гидрофильных веществ, способных проникать в дентинные канальцы (трубочки). [5]
Для глубокого проникновения гидрофильных мономеров в дентин созданы особые композиции - праймеры, которые состоят из гидрофильных мономеров, растворенных в ацетоне или спирте. В праймер могут входить и другие компоненты. Праймер проникает в протравленные коллагеновые волокна, дентинные трубочки и образует после затвердения гибридный слой. Таким образом, праймер подготавливает дентин и благодаря образованию гибридного слоя обеспечивает прочное сцепление с дентинным адгезивом и гидрофобным композитом. Гибридный слой не только обеспечивает надежную фиксацию композита, но и служит эффективным защитным барьером против проникновения микроорганизмов и химических веществ в дентинные канальцы и пульпу.
Немаловажной проблемой для адгезии к дентину является наличие смазанного слоя - аморфного слоя (smear layer). Этот слой образуется после препарирования кариозной полости. Он состоит из смеси кристаллов гидроксилапатита, обрывков коллагеновых волокон, частиц слюны, клеток крови и микроорганизмов, его толщина 0,5-5 мкм. [15]
6. Основные пломбировочные материалы
Рассмотрим влияние основных пломбировочных материалов на ткани зуба и окружающие ткани.
Свойства СИЦ
СИЦ малотоксичны для пульпы, так как в их состав входит слабая органическая кислота. При толщине дентина более 0,5 мм не наблюдается раздражающего действия на пульпу зуба. В случае значительного истончения дентина он покрывается лечебной прокладкой на основе гидроокиси кальция в определенном участке.
СИЦ оказывают противокариозное действие за счет выделения ионов фтора в течение нескольких месяцев, кроме того, они способны аккумулировать фтор, выделяющийся из зубных паст при их использовании, СИЦ, содержащие серебро, дополнительно выделяют ионы серебра.
Эстетические свойства высоки у СИЦ для косметических работ, у цементов повышенной прочности и прокладочных цементов они невысокие изза значительного содержания порошка и ионов фтора. [12]
Свойства предшествующих стоматологических цементов во многом комбинируются в классе стеклоиономерных цементов. Но при этом появляются новые уникальные характеристики, присущие только этой группе материалов. Прежде всего, это понятие биосовместимости, которое имеется только у СИЦ и включает в себя ряд моментов.
Химическая связь или истинная адгезия СИЦ к эмали и дентину зуба. Химическая связь заключается в комплексном ионном обмене, который вытесняет ионы кальция и фосфата в гидроксиапатите. Карбоксильные группы полиакриловой кислоты способны образовывать хелатные связи с кальцием в эмали и дентине. Полиакрилатные ионы реагируют со структурой апатита, перемещая кальциевые и фосфатные ионы и создавая промежуточный слой полиакрилатных, фосфатных и кальциевых ионов или связываясь непосредственно с кальцием апатита (рисунок 5). []
Предполагалось также наличие водородных связей с коллагеном, но этого доказать не удалось. Сила химической адгезии составляет 2-7 МПА. Адгезивными свойствами материала объясняется хорошая краевая стабильность за счет низкого микроподтекания между пломбировочным материалом и стенками кариозной полости.
2) Полиакриловая кислота не может проникать в дентинные канальцы изза высокого молекулярного веса и не обладает раздражающим действием на пульпу зуба.
3) В то же время СИЦ биологически инертен для организма в целом.
4) Не возникают реакции сенсибилизации, которые встречаются в случае применения композитных пломб, где непрореагировавшие мономеры могут выделяться в полость рта.
Следовательно, СИЦ - материал выбора для пациентов со сложным аллергологическим статусом.
Еще одним аспектом влияния СИЦ является его гидрофильность. Сразу после внесения материала в полость высокая концентрация кислоты и свободных ионов может привести к усиленному движению зубного ликвора из пульпы к цементу по дентинным канальцам. Это может вызвать появления гиперчувствительности пульпы, а при пересушивании дентина и нарушении соотношения порошок / жидкость в сторону порошка - к ее сильной дегидратации. Однако, точное соблюдение инструкции по работе с СИЦ практически устраняет риск этих осложнений.
Кариесстатический эффект за счет выделения ионов фтора в ткани зуба в течение длительного времени после постановки пломбы. Фтор диссоциирует в ткани зуба и выделяется в ротовую жидкость, оказывая кариесстатический и антибактериальный эффект. Происходит укрепление структуры дентина и эмали, снижается риск возникновения рецидива кариеса.
Механизм действия фтора в полости рта состоит из нескольких слагаемых: 1.образование более устойчивого фтораппатита, 2.стимуляция минерализации тканей зуба, 3.образование на поверхности эмали малорастворимого фторида кальция, 4.снижение выработки кислоты микроорганизмами, 5.блокировка синтеза полисахаридов декстрана и левана, необходимых для прикрепления зубной бляшки, 6.изменение электрического потенциала эмали и препятствие оседанию на ней микробных частиц.
Нельзя говорить, что все эти механизмы реализуются теми малыми количествами фтора, которые выделяются из СИЦ, но, возможно, кариесстатический эффект отчасти связан с этими процессами. Интересно, что СИЦ называют материалами SMART, то есть выделение ионов фтора из них усиливается, когда идет снижение уровня PH (накапливается мягкий зубной налет, прием в пищу кислых продуктов). В то же время предполагают, что СИЦ способен пополнять содержание фтора, а также кальциевых и фосфатных ионов из лечебно-профилактических зубных паст и пищевых продуктов.
Поскольку СИЦ является гидрофильным материалом, пересушенная поверхность дентина кариозной полости может привести к вытягиванию зубного ликвора из дентинных канальцев и появлению постоперационной чувствительности. [12]
Свойства материалов на основе цинк-оксид эвгенола (ЦОЭ)
Соединения ЦОЭ используются в стоматологии в течение многих лет в составе силеров, прокладочных материалов, цементов, материалов для временных повязок. В состав цемента входит оксид цинка (также могут быть введены различные добавки для ускорения затвердевания) и очищенный эвгенол, или гвоздичное масло. При смешивании компонентов происходит химическая реакция с образованием эвгенолята цинка. [17]
Положительными свойствами ЦОЭ являются его антисептическое действие, а также герметизирующая способность.
Однако его использование в качестве агента для прямого покрытия пульпы дискутабельно, т.к. эвгенол сам по себе очень цитотоксичен, а цинк-оксид эвгеноловые материалы высвобождают эвгенол в цитотоксичных концентрациях. Кроме этого, было доказано краевое микроподтекание и слабый герметизм ЦОЭ, а также его способность ингибировать реакцию полимеризации композитных материалов.
Известны результаты клинического исследования, в котором в качестве материала для прямого покрытия пульпы использовался материал на основе ЦОЭ. Согласно этому исследованию, в зубах развивалось хроническое воспаление, не происходило заживления пульпы и по истечении 12 недель после лечения не образовывался дентинный мостик. [7]
Свойства композиционных материалов химического отверждения
Отрицательные свойства: 1. требуют смешивания компонентов, вследствие этого возможна пористость материала;
2. сложны в приготовлении и в работе - сложно рассчитать количество материала, необходимое на реставрацию, меняют вязкость в процессе работы;
3. реставрация с течением времени темнеет («аминовое окрашивание» изза остающихся в материале непрореагировавших активаторов);
4. низкая износостойкость;
5. невысокие эстетические качества.
Композиционные материалы светового отверждения
Положительные свойства: 1. высокая степень готовности к использованию, не требуют замешивания;
2. хорошие рабочие характеристики: • не меняют вязкости в процессе работы;
• возможность послойного внесения пломбировочного материала и моделирования пломбы длительное время;
• контролируемое отверждение;
• надежная полимеризация;
3. более прочные и эстетичные по сравнению с композитами химического отверждения;
4. высокая цветостабильность (на характеристику влияет качество полирования).
Отрицательные свойства: 1. увеличение времени реставрации;
2. при недостаточной плотности мощности светового потока фотополимеризатора возможность увеличения полимеризационной усадки пломбировочного материала, возникновение полимеризационного стресса - появление напряжений на границе пломбы с зубом в процессе полимеризации, возникновения эффекта «дебондинга» (нарушения связи между пломбой и зубом);
3. высокая стоимость пломбировочного материала и фотополимеризационных устройств. [20]
Лечебные пломбировочные материалы
Лечебные прокладочные материалы должны обладать противовоспалительными, антимикробными, пластикостимулирующими свойствами, не должны раздражать пульпу. Современные лечебные прокладки могут выполнять и изолирующую функцию. [2]
Лечебные прокладки биологические обладают антимикробными, противовоспалительными свойствами.
Лечебные прокладки комбинированные, оказывающие одонтотропное действие, содержат препараты гидроокиси кальция в водном или полимерном носителе и называются кальцийгидроокисными цементами. [3]
При наложении прокладки на дно сформированной полости водный носитель испаряется, оставляя тонкий слой гидроокиси кальция. Образующаяся пленка непрочная и должна быть закрыта герметизирующим материалом.
При наличии полимерного носителя прокладка является более прочной и не требует герметизирующего слоя. Накладывают эти материалы на срок не менее 1 мес. Их можно оставлять под постоянную пломбу.
Содержание гидроокиси кальция способствует образованию заместительного дентина. За счет высокого РН (до 12,0) проявляется длительное интенсивное антисептическое действие и создается барьер кислотам. При наличии воспалительного процесса в пульпе нейтрализуется ацидоз, т.е. лечебная прокладка оказывает противовоспалительное воздействие. [1]
Цинк-фосфатные цементы
Положительные свойства: • пластичность;
• хорошая прилипаемость;
• малая теплопроводность;
• безвредность для пульпы;
• рентгеноконтрастность.
Отрицательные свойства: • пористость;
• химическая неустойчивость к слюне;
• невысокая механическая прочность;
• отличается от цвета эмали;
Следует помнить, что применение прокладок из цинк-фосфатного цемента в глубоких полостях противопоказано. Это связано с их раздражающим действием на пульпу за счет свободной фосфорной кислоты и выделением тепла в процессе твердения. Даже при среднем кариесе многие авторы рекомендуют для уменьшения вредного воздействия цинк-фосфатного цемента перед наложением прокладки покрывать дентин изолирующим лаком. [3]
Свойства полимерных материалов
Успехи химии высокомолекулярных соединений привели к созданию синтетических пластмасс (полимеров). В основе их образования лежит реакция полимеризации - последовательное соединение низкомолекулярных веществ мономеров в крупные - полимеры. [10]
В 40-х годах XX столетия были созданы акриловые пластмассы, мономером в которых является метилметакрилат, а полимером - полиметилметакрилат.
Они состояли из жидкости - метилметакрилата и порошка - полиметилметакрилата. Их полимеризация осуществлялась благодаря смешиванию порошка с жидкостью под действием катализатора и активатора - перекиси бензоила и третичных аминов.
Наиболее распространенными были отечественные материалы норакрил, сокриз, бутакриз, из зарубежных - Sevriton (Англия), Duracryl (Чехия) и др. [14]
Эти материалы обладали существенными недостатками: неудовлетворительной прочностью, значительной усадкой (около 21%), несоответствием коэффициента термического расширения и тканей зуба, раздражением пульпы остаточным мономером и избыточным водопоглощением и др. Устранение этих недостатков привело к созданию материалов на основе эпоксидных смол. Отечественный материал дентоксид состоял из порошка - фарфоровой муки, эпоксидной смолы и отвердителя. Дентоксид обладал большой твердостью, пластичностью, хорошей адгезией, но был сложен в приготовлении (его приходилось замешивать на разогретом стекле), он плохо полировался, изменялся в цвете и др.
Для улучшения свойств данного вида материалов в их состав пытались вводить различные неорганические наполнители. Были созданы такие материалы, как норакрил 100, акрилоксид, карбодент, которые содержали менее 50% неорганического наполнителя.
Изза отрицательных свойств пришлось отказаться от применения этих материалов в стоматологической практике. В дальнейшем были созданы новые современные наполненные полимерные пломбировочные материалы: композиты, компомеры, ормокеры. [17]
Список литературы
1. Базикян Э.А. Пропедевтическая стоматология. Учебник для медицинских вузов. - М.: Издательство «ГЭОТАР-Медиа», 2008. - С. 482-489, 518-527
2. Баум Л., Филипс Р.В., Лунд М.Р. Руководство по практической стоматологии / Пер. с англ. - М.: Медицина, 2005. - 680 с.
3. Боровский Е.В., Иванов В.С. и др. Терапевтическая стоматология: Учебник. - М.: Медицинское информационное агентство, 2009. - С. 272-289.
4. Боровский Е.В, Машкиллейсон А.Л. Заболевания слизистой оболочки полости рта и губ - М.: МЕДПРЕСС, 2005. - 320 с.
5. Дмитриева Л.А., Алимский А.В., и др. Терапевтическая стоматология: Учебник. - М.: Медпрессинформ, 2003. - С. 269-275.
6. Луцкая И.К. Практическая стоматология: справочное пособие. - Минск: Беларуская навука, 2009. - 360 с
7. Манак Т.Н., к.м.н., доцент кафедры общей стоматологии БГМУ
Чернышева Т.В., врач-стоматолог Стоматологический журнал», 2012, №4, С. 274-281 МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ЗАЩИТЫ
ПУЛЬПЫ И СТИМУЛЯЦИИ РЕПАРАТИВНОГО ДЕНТИНОГЕНЕЗА
УЗ «7-я городская стоматологическая поликлиника» г. Минска, клинический ординатор кафедры общей стоматологии БГМУ
8. Максимовский Ю.М. Фантомный курс терапевтической стоматологии: Учеб. пособие. - М.: ОАО «Издательство «Медицина», 2005. - С. 206-208.
9. Максимовский Ю.М., Максимовская Л.Н., Орехова Л.Ю. Терапевтическая стоматология: Учебник. - М.: Медицина, 2003. - С. 213-215.
10. Попков В.А., Нестерова О.В., Решетняк В.Ю., Аверцева И.Н. Стоматологическое материаловедение. - М.: Издательство «Медиапресс-информ», 2006, - С. 5-19.
11. Поюровская И.Я. Стоматологическое материаловедение: учебное пособие. - Гэотар Медицина, 2007 (2008). - 192 с.
12. Н.В. Рубежова, А.Л. Рубежов, Н.Е. Абрамова, С.А. Туманова, И.А. Киброцашвили. СЗГМУ им. И.И. Мечникова, Кафедра стоматологии общей практики. Санкт-Петербург 2013