FULL TEXT

2008, tom IX, nr 1 (30)
s. Ries, j. wolz, d. leising, e.j. richter
AR T Y K U Ł
S P O N S O R O W A N Y
Implanty Bego–Semados® – prospektywne,
randomizowane badanie wpływu różnych parametrów
na poziom tkanki kostnej wokół wszczepu
Najważniejszym kryterium, warunkującym prawidłową i trwałą
osseointergrację implantu jest zachowanie odpowiedniej ilości tkanki kostnej. Celem badania była analiza wpływu różnych
parametrów na poziom kości otaczającej wszczep. Oprócz
poszukiwania odpowiedzi na pytanie dotyczące wpływu wysokości przejścia porowatej i opracowanej mechanicznie powierzchni implantu na poziom kości badano również stosunek
wysokości implantu do wysokości osadzonego na nim uzupełnienia protetycznego oraz zależność pomiędzy poziomem
okołowszczepowej tkanki kostnej a liczbą implantów osadzonych w danym odcinku. Z wszczepionych 100 implantów
w fazie gojenia utracono jeden. Wszystkie pozostałe zostały
poddane obserwacji przez okres do 36 miesięcy. Uzyskane
wyniki wskazują, że na poziom kości otaczającej wszczep nie
ma wpływu ani wysokość przejścia porowatej i opracowanej
mechanicznie powierzchni implantu, ani też stosunek długości
implantu do długości osadzonego na nim uzupełnienia protetycznego. W odcinkach, w których osadzono kilka implantów,
zauważono większy zanik kości niż w przypadku insercji implantów pojedynczych.
-
-
-
-
-
Wprowadzenie
Oprócz prawidłowej osseointegracji o długotrwałym sukcesie leczenia implantologicznego decyduje również zachowanie łoża kostnego wokół wszczepu. Utrata brzeżnej
blaszki wyrostka zębodołowego w przypadku implantów dwufazowych występuje z reguły po założeniu łącznika, najczęściej
w okresie roku – zanik ten wynosi średnio 1,2 do 1,6 mm
(1, 7, 9, 18, 27). Po tym czasie wielkość zaniku zmniejsza się do
poziomu 0,1 do 0,2 mm na rok (22, 30) i mieści się w granicach fizjologicznych. Do najczęściej dyskutowanych przyczyn
pierwotnego zaniku tkanki kostnej należą: odpreparowanie
płata śluzówkowo–okostnowego od kości, uraz łoża implantu
podczas zabiegu, kompresja kości spowodowana osadzeniem
implantu (2, 16), a także inne przyczyny, związane z budową
samego implantu, jak na przykład makrostruktura jego szyjki
(19, 27), konfiguracja gwintu w obszarze kołnierza implantu
(24), mikrostruktura w obrębie szyjki (24, 13, 14). Ponadto na
podstawie badań histologicznych oraz prób wykręcenia wykazano, że konfiguracja powierzchni implantów ma bezpośredni
wpływ na kontakt implantu z kością (8, 10, 12): powierzchnie
porowate znacznie bardziej sprzyjają tworzeniu kości niż powierzchnie gładkie.
Ta pozytywna cecha powierzchni porowatych może stać się
jednak również czynnikiem negatywnym, kiedy – ze względu
na zanik kości w obszarze szyjki implantu – dochodzi do ekspozycji części porowatej na działanie środowiska jamy ustnej.
Wówczas powierzchnia taka może stać się siedliskiem mikroflory i doprowadzić do zapalenia okołowszczepowej tkanki
28
miękkiej, które z kolei może powodować zanik kości. Zalety
różnych konfiguracji powierzchni implantu – porowatej, sprzyjającej tworzeniu kości i gładkiej, opracowanej mechanicznie
w obszarze przejścia przez błonę śluzową i niesprzyjającej
odkładaniu płytki bakteryjnej – można połączyć, wykorzystując implanty o tak zwanej powierzchni hybrydowej, czyli gładkiej w części przyszyjkowej i porowatej w części środkowej
i wierzchołkowej. Nie wiadomo jednak, jaki wpływ wywiera
gładka powierzchnia implantu w obrębie grzbietu wyrostka na
zanik kości wokół wszczepu.
Celem prezentowanego badania była analiza wpływu morfologii powierzchni implantu w obszarze szyjki na wielkość zaniku
okołowszczepowej tkanki kostnej. Ponadto badano również
zależność pomiędzy wysokością „korony i korzenia”, czyli pomiędzy wysokością implantu osadzonego w kości a wysokością osadzonej na nim nadbudowy protetycznej oraz wpływ
braku zblokowania uzupełnień protetycznych osadzonych na
kilku pojedynczych implantach w odcinku bocznym na poziom
brzeżnej blaszki kostnej wyrostka.
Materiał i metoda
Spośród pacjentów Kliniki Protetyki Stomatologicznej Uniwersytetu im. Juliusa–Maximiliana w Würzburgu wybrano 59 osób
(w tym 33 kobiety w wieku od 18 do 69 lat), które zaproszono do wzięcia udziału w badaniu. W sumie wszczepiono 100
implantów z zastosowaniem ogólnie przyjętych procedur. 50
z nich stanowiły dostępne na rynku implanty Bego–Semados®
o regularnej mikroporowatości w obszarze szyjki (implanty
kontrolne), natomiast 50 pozostałych to implanty testowe
o mechanicznie opracowanej powierzchni w obszarze kołnierza, do wysokości trzeciego zwoju gwintu (ryc. 1). Implanty
testowe i kontrolne różniły się między sobą tylko konfiguracją
w obszarze szyjki.
Ryc. 1. Implanty: kontrolny (po lewej) i testowy (po prawej) różnią się tylko konfiguracją w obszarze szyjki: powierzchnia implantu testowego jest opracowana mechanicznie na odcinku dwóch pierwszych zwojów gwintu.
Implanty pojedyncze
Razem
Żuchwa
Szczęka
Implanty umieszczone
obok siebie
2008, tom IX, nr 1 (30)
31
27
18
24
49
51
taktu z kością. Podczas mierzenia poziomu kości uwzględniano zmierzoną podczas zabiegu insercji, początkową relację
kołnierza implantu i kości brzeżnej. Pomiary wykorzystywano
w każdym przypadku zarówno od strony mezjalnej, jak i dystalnej, a jako wartość referencyjną brano pod uwagę również
długość implantu. Z uzyskanych pomiarów od strony mezjalnej i dystalnej wyliczano wartość średnią dla danego czasu pomiaru. Aby uzyskać dane statystyczne dotyczące zaniku kości
w przypadku kilku implantów osadzonych obok siebie, ocenie poddawano tylko jeden implant z takiej grupy u każdego
pacjenta, żeby wykluczyć w ten sposób wpływ wrażeń subiektywnych. Wykluczenie pozostałych implantów z badania
następowało w sposób przypadkowy.
Test Kolmogorowa–Smirnowa nie wykazał rozkładu normalnego, wobec czego statystycznej analizy danych dokonano
na podstawie dwóch niezależnych próbek, z wykorzystaniem
testu U Manna–Whitneya, korzystając z programu komputerowego SPSS 11.5 dla systemu Windows, uzyskując wartość znaczącą na poziomie p≤0,05. Uzyskane dane statystyczne przedstawiono na podstawie wykresu skrzynkowego
(box plot).
Tab. I. Liczba i rozmieszczenie implantów.
Liczba implantów/pacjent
Żuchwa
Szczęka
2
6
10
3
3
3
4
1
1
Wyboru konkretnego typu implantu dokonywano w sposób
przypadkowy. Długość implantów wynosiła 11,5, 13 i 15 mm,
średnica natomiast 3,75, 4,5 i 5,5. Na czas gojenia implanty
pokryto błoną śluzową. Czas gojenia wynosił sześć miesięcy
(szczęki) i trzy miesiące (żuchwy). Implanty osadzono w istniejącą tkankę kostną – nie wolno było przeprowadzać jednoczesnej augmentacji w obszarze szyjki implantu. Podczas zabiegu
zmierzono i zapisano początkową odległość przestrzenną pomiędzy kołnierzem implantu i kością. 58 implantów spośród
100 osadzono jako „implanty seryjne” (czyli dwa lub więcej
implantów obok siebie) (tab. I i II). Implanty zaopatrzono
w cementowane lub przykręcane pojedyncze korony protetyczne (korony metalowe licowane ceramiką). Korony osadzone na sąsiadujących ze sobą implantach nie były zblokowane
(ryc. 2 do 10). Implanty pojedyncze były osadzone pomiędzy
zębami i jako ostatni ząb w łuku. Konstrukcje poddano obserwacji okresie trzech lat (od założenia uzupełnienia protetycznego) (tab. III).
Po założeniu uzupełnień protetycznych wykonano, przy założonym, indywidualnym dla każdego pacjenta kęsku zwarciowym,
standaryzowane zdjęcia rentgenowskie pod kątem prostym,
przy użyciu długiego tubusu. Kolejne kontrole przeprowadzano po 6, 12, 24 i 36 miesiącach od założenia koron. Trzeba
zaznaczyć, że nie wszyscy pacjenci zgłaszali się regularnie na
wszystkie wizyty kontrolne.
Analizy pomiarowej zdjęć rentgenowskich dokonano wykorzystując program komputerowy Digora dla systemu Windows
2.0 Rev 2 (Orion Corporation Soredex). Osoba dokonująca
tej oceny nie wiedziała, które implanty należały do grupy testowej, a które do grupy kontrolnej. Na podstawie obrazu radiologicznego odróżnienie tych dwóch grup nie jest możliwe.
Jako punkty referencyjne dla obliczania wielkości zaniku kości
przyjęto kołnierz implantu oraz punkt jego pierwszego kon-
Wyniki
Z wyjątkiem jednego implantu, który został usunięty w fazie
gojenia ze względu na infekcję pooperacyjną, wszystkie implanty z grupy testowej uległy prawidłowemu wgojeniu.
W czasie obserwacji nie doszło do utraty żadnego z nich.
Na podstawie analizy przeżycia Kaplana–Meiera uzyskano
średni odsetek prawdopodobnej żywotności wielkości 98,2 %
w grupie testowej i 100 % w grupie kontrolnej w okresie trzyletniej obserwacji. Odsetek żywotności w obu grupach wyniósł 100 % po zaopatrzeniu protetycznym. Podczas trwania
obserwacji nie odnotowano żadnych komplikacji protetycznych w postaci poluzowania śruby łącznika lub odcementowania korony metalowej licowanej ceramiką.
Na rycinie 11 i w tabeli IV przedstawiono wartości dotyczące zaniku kości w obrębie dwóch różnych grup w czasie
6 miesięcy od momentu osadzenia uzupełnienia protetycznego.
W momencie osadzania koron protetycznych zanik kości wynosił w grupie testowej średnio 1,75 mm, a w grupie kontrolnej około 1,60 mm. Po 12 miesiącach wartości
te wynosiły średnio 1,60 w grupie testowej i 1,42 w grupie
kontrolnej. Na końcu okresu obserwacji zanik tkanki kostnej w grupie testowej wynosił średnio 1,49 mm, a w grupie
kontrolnej 1,15 mm. Wynika z tego, że zanik kości w obu
grupach zmniejszał się wraz z upływem czasu. Szczególnie
jest to widoczne w grupie implantów kontrolnych, jednak nie
ma żadnego znaczenia statystycznego.
Wpływ długości implantu i osadzonej na nim korony protetycznej na zanik kości w obszarze brzeżnym zaprezentowano
w tabeli V i na rycinie 12.W opisywanym badaniu nie wykazano istotnego wpływu tego parametru na wynik leczenia.
-
-
-
-
Tab. II. Liczba implantów umieszczonych obok siebie na jednego pacjenta.
Lata
Żuchwa
Szczęka
Implanty umieszczone obok siebie
0,5
1
2
31
28
34
12
15
14
3
25
8
0,5
20
11
Implanty pojedyncze
1
2
24
21
17
13
3
11
7
-
Tab. III. Czas i ryzyko.
29
2008, tom IX, nr 1 (30)
Ryc. 4. Stan po podniesieniu dna zatoki szczękowej w pierwszym kwadrancie
i implantacji 4/2002.
Ryc. 2. Pojedyncze korony osadzone na implantach 15, 16 i 17 (widok z boku).
Ryc. 5. Implanty 15, 16 i 17 są zaopatrzone nie zblokowanymi koronami (ortopantomograf wykonany 11/2002).
Ryc. 6. Stan uzupełnień 09/2004.
-
-
-
-
-
Dyskusja
Ryc. 3. Nie zblokowane korony pojedyncze osadzone na implantach 15, 16 i 17
(widok na powierzchnię okluzyjną).
Zanik kości w przypadku kilku implantów osadzonych obok
siebie był podczas całego okresu obserwacji większy niż
w przypadku implantów osadzonych pojedynczo, a więc takich, których zadaniem była rekonstrukcja tylko jednego zęba.
Różnica ta miała znaczenie statystyczne – zarówno w okresie
bezpośrednio po założeniu uzupełnienia protetycznego, jak
i 24 miesiące po tym zdarzeniu (tab. VI, ryc. 13).
30
Odsetek przetrwania implantów Semados w grupie testowej
wynosił 98,2 % i w grupie kontrolnej – 100 % (okres obserwacji 3 lata). Wartości te odpowiadają wynikom w innych badaniach żywotności nowoczesnych systemów implantologicznych w granicach od 95,5 % do 99,1 % (5, 15, 17, 21, 29, 31).
Średni zanik kości wyrostka około 1,7 mm w momencie osadzania uzupełnienia protetycznego znajduje się co prawda
w obrębie górnej granicy resorpcji okołowszczepowej tkanki
kostnej, jednak wartość ta traktowana jest w piśmiennictwie
jeszcze jako norma w pierwszym roku od implantacji (1, 7, 9,
8, 27).W badanych grupach nie stwierdzono natomiast dalszego zaniku kości od 0,1 do 0,2 mm w okresie roku. Taka wielkość przyjmowana jest w piśmiennictwie jako „fizjologiczna”
dla większości systemów implantologicznych (22, 30). Mieliśmy
w naszym badaniu raczej do czynienia z apozycją kości.
Implanty o mechanicznie opracowanej strefie przyszyjkowej
do trzeciego zwoju gwintu charakteryzowały się nieznacznie
-
-
-
-
-
2008, tom IX, nr 1 (30)
Ryc. 7. Korony pojedyncze zębów 34, 35, 36 i 37 osadzone na implantach (widok
na powierzchnię okluzyjną).
Ryc. 9. Stan po implantacji zębów 34, 35, 36 i 37 na zdjęciu rentgenowskim
(05/2003).
Ryc. 8. Nie zblokowane korony pojedyncze (widok z boku).
Ryc. 10. Na zdjęciu rentgenowskim wykonanym 07/2004 nie widać postępującego
zaniku kości – pomimo niekorzystnych osi obciążenia.
większym zanikiem kości. Mimo tego średnia wartość resorpcji kostnej również i w tej grupie wynosiła po trzech latach
nieco mniej niż bezpośrednio po osadzeniu uzupełnienia
protetycznego.
We wcześniejszych badaniach zakładano istnienie zależności
pomiędzy długością implantu i jego nadbudowy a zanikiem
tkanki kostnej w obszarze brzeżnym (6). Badanie jednak nie
potwierdziło tych przypuszczeń. Nie stwierdzono zmian poziomu kości w obszarze brzeżnym w zależności od stosunku
długości implantu i jego nadbudowy – zarówno w przypadku implantów osadzanych pojedynczo, jak i tych osadzonych
w większej liczbie obok siebie.
Od lat uważano, że zblokowanie uzupełnień protetycznych
osadzonych na pojedynczych implantach jest bardziej korzystne oraz sprzyja dłuższej żywotności i zapobiega komplikacjom czynnościowym podczas użytkowania takich uzupełnień.
Dotyczyło to przede wszystkim sanacji w odcinku bocznym
(28). Nowsze doniesienia pozwalają jednak wysnuć tezę, że
również nie zblokowadzania uzupełnienia protetycznego znajduje się co prawda w obrębie górnej granicy resorpcji okołowszczepowej tkanki kostnej, jednak wartość ta traktowana
jest w piśmiennictwie jeszcze jako norma w pierwszym roku
od implantacji (1, 7, 9, 18, 27). W badanych grupach nie stwier-
dzono natomiast dalszego zaniku kości od 0,1 do 0,2 mm
w okresie roku.Taka wielkość przyjmowana jest w piśmiennictwie jako „fizjologiczna” dla większości systemów implantologicznych (22, 30). Mieliśmy w naszym badaniu raczej do czynienia
z apozycją kości. Implanty o mechanicznie opracowanej strefie
przyszyjkowej do trzeciego zwoju gwintu charakteryzowały
się nieznacznie większym zanikiem kości. Mimo tego średnia
wartość resorpcji kostnej również i w tej grupie wynosiła po
trzech latach nieco mniej niż bezpośrednio po osadzeniu uzupełnienia protetycznego.
We wcześniejszych badaniach zakładano istnienie zależności
pomiędzy długością implantu i jego nadbudowy a zanikiem
tkanki kostnej w obszarze brzeżnym (6). Badanie jednak nie
potwierdziło tych przypuszczeń. Nie stwierdzono zmian poziomu kości w obszarze brzeżnym w zależności od stosunku
długości implantu i jego nadbudowy – zarówno w przypadku implantów osadzanych pojedynczo, jak i tych osadzonych
w większej liczbie obok siebie.
Od lat uważano, że zblokowanie uzupełnień protetycznych
osadzonych na pojedynczych implantach jest bardziej korzystne oraz sprzyja dłuższej żywotności i zapobiega komplikacjom czynnościowym podczas użytkowania takich uzupełnień.
Dotyczyło to przede wszystkim sanacji w odcinku bocznym (28).
31
2008, tom IX, nr 1 (30)
Czas
Założenie nadbudowy
protetycznej
Po 6 miesiącach
Po 12 miesiącach
Po 24 miesiącach
Po 36 miesiącach
Rodzaj implantu
testowy
kontrolny
testowy
kontrolny
testowy
kontrolny
testowy
kontrolny
testowy
kontrolny
n
46
36
45
33
48
35
43
36
25
27
Wartość średnia (mm)
1,75
1,60
1,59
1,53
1,60
1,42
1,55
1,28
1,49
1,15
Wartość - p
0,283
0,585
0,268
0,108
0,097
Tab. IV. Odległość poziomu kości w obszarze brzeżnym od kołnierza implantu w różnym czasie w zależności od rodzaju implantu.
Ryc. 11. Wykres skrzynkowy (box plot) zaniku kości wokół wszczepu w zależności
od mikroporowatości w obszarze szyjki implantu i czasu.
Nowsze doniesienia pozwalają jednak wysnuć tezę, że również
nie zblokowane korony protetyczne, osadzone na umieszczonych obok siebie implantach w odcinku bocznym – odpowiadające warunkom naturalnym – mają pozytywny wpływ na
powodzenie leczenia (11, 20, 23, 26).
Nie zblokowane korony, osadzone na pojedynczych, sąsiadujących ze sobą implantach, mają również pewną zaletę: łatwość
Czas
-
Po 6 miesiącach
-
Po 12 miesiącach
-
Po 24 miesiącach
-
Założenie nadbudowy
protetycznej
Po 36 miesiącach
Stosunek długości
implant - korona
testowy
kontrolny
testowy
kontrolny
testowy
kontrolny
testowy
kontrolny
testowy
kontrolny
utrzymania higieny w przestrzeniach międzyzębowych (czyli
pomiędzy implantami) dzięki możliwości zastosowania nici dentystycznych. Ponadto korony pojedyncze można łatwiej i dokładniej wykonać, ich szczelność jest zazwyczaj lepsza niż szczelność bardziej rozległych uzupełnień protetycznych. Poza imitacją
naturalnych warunków w jamie ustnej (poszczególne implanty
rekonstruują pojedyncze braki zębowe), brak zblokowania koron gwarantuje zachowanie naturalnej ruchomości żuchwy.
Najczęściej występującymi komplikacjami w przypadku zastosowania koron pojedynczych na implancie są: poluzowanie
śruby łącznika, odpryśnięcie ceramiki licującej, odcementowanie uzupełnienia protetycznego czy nawet złamanie implantu
(3, 11, 25).
Najczęściej wymieniane jest przez różnych autorów poluzowanie śruby łącznika, które w niektórych badaniach stwierdzono nawet w 38 % przypadków (4, 5, 17). Na podstawie tych
wyników i opisywanego badania brak jakichkolwiek komplikacji wymaga szczególnego podkreślenia. Stabilność połączenia
śrubowego zależy z jednej strony od naprężenia śruby podczas montażu (uzyskiwanego dzięki zastosowaniu momentu
obrotowego wielkości 30 Ncm), z drugiej zaś wydaje się, że
stożkowe podparcie filaru protetycznego we wnętrzu implantu skutecznie zapobiega wszelkim mikroodkszatłceniom, bez
konieczności stosowania tak zwanego „głębokiego połączenia
wewnętrznego”.
W badaniu zauważono uzależnione czasowo, znaczne różnice
w zakresie poziomu kości wokół wszczepu w przypadku implantów pojedynczych i osadzonych obok siebie. Poziom tkanki kostnej w przypadku implantów pojedynczych był zawsze
znacznie wyższy niż w przypadku kilku sąsiadujących ze sobą
n
Wartość średnia (mm)
68
14
64
14
66
17
65
14
44
8
1,73
1,48
1,69
0,98
1,64
1,08
1,55
0,86
1,44
0,58
-
Tab.V. Średni zanik kości wokół wszczepu w zależności od stosunku długości implant - korona.
32
Wartość - p
0,693
0,397
0,391
0,362
0,148
2008, tom IX, nr 1 (30)
implantów. Zanik kości w przypadku sąsiadujących implantów
wynosił jednak średnio 1,7 mm po 36 miesiącach, co dowodzi,
że i w tej grupie obserwowanych nie doszło do pogorszenia
warunków pierwotnych (2,12 mm). Nie można jednak przyjmować, że wpływ na ten parametr miał brak zblokowania konstrukcji protetycznych. Już w momencie osadzania uzupełnień
protetycznych różnica w zakresie poziomu kości pomiędzy
poszczególnymi grupami była znacząca (zob. tab. VI). Można
zatem wykluczyć jakikolwiek wpływ nadbudowy protetycznej
na zaistniałą sytuację.Tym samym nie można przypisać brakowi
zblokowania żadnego innego negatywnego wpływu, na przykład na postępujący zanik tkanki kostnej.
Wnioski
Ryc. 12. Wykres skrzynkowy (box plot) zaniku kości wokół wszczepu w zależności
od stosunku długości implant–korona (stosunek wielkości implantu śródkostnego do
wysokości osadzonej na nim nadbudowy protetycznej).
Czas
Założenie nadbudowy
protetycznej
Po 6 miesiącach
Po 12 miesiącach
Po 24 miesiącach
Po 36 miesiącach
Rodzaj implantu
implant pojedynczy
kilka implantów obok siebie
implant pojedynczy
kilka implantów obok siebie
implant pojedynczy
kilka implantów obok siebie
implant pojedynczy
kilka implantów obok siebie
implant pojedynczy
kilka implantów obok siebie
Z przeprowadzonych badań wynika, że prawdopodobieństwo przetrwania implantów Bego–Semados®, zastosowanych
w przypadku rekonstrukcji (kilku) pojedynczych zębów
w okresie trzech lat jest bardzo wysokie (100 % w przypadku
implantów regularnych). Zakres początkowego zaniku kości
w obszarze przyszyjkowym implantów jest porównywalny
z innymi systemami implantologicznymi.Ponadto w późniejszym
czasie dochodzi do apozycji kości. Opracowana mechanicznie
n
36
19
32
19
40
17
33
19
19
14
Wartość średnia (mm)
1,43
2,12
1,11
2,12
1,15
2,25
0,94
1,93
0,68
1,70
Wartość - p
0,046
0,125
0,088
0,035
0,177
Tab.VI. Zanik kości wokół wszczepu w zależności od parametru „Implant pojedynczy” lub „Kilka implantów pojedynczych osadzonych obok siebie”.
powierzchnia implantu do wysokości trzeciego zwoju gwintu
wpływa raczej negatywnie na poziom kości. Podczas obserwacji trwającej do trzech lat nie zauważono postępowania
zaniku kości – ani w grupie testowej, ani w grupie kontrolnej.
Zanik kości był większy w przypadku rekonstrukcji implantologicznej dwóch lub większej liczby zębów. Nie zauważono
wpływu relacji pomiędzy długością implantu i jego nadbudową na zakres zaniku lub większej liczby brakujących kości
w obszarze szyjki implantu.
-
-
-
-
-
Przekład: Marta Szumińska-Mrówka
Ryc. 13.Wykres skrzynkowy zaniku kości wokół wszczepu w zależności od parametru
„Implant pojedynczy“ lub „Kilka implantów pojedynczych osadzonych obok siebie“.
Adres do korespondecji:
DENON DENTAL Sp. z o.o.
ul. Kolejowa 49, 05-520 Konstancin-Jeziorna
33
2008, tom IX, nr 1 (30)
Krzysztof Gończowski, Jerzy Krupiński
Analiza rozkładu naprężeń i odkształceń
w tkankach zęba oraz wewnątrz wypełnień
kompozytowych wykonanych metodą
konwencjonalną oraz z dodatkiem insertów
kompozytowych
Finite Element Method analysis of the reduced stress and of main deformations
in the tooth tissue and composite restorations applied with the conventional technique
and with the admixture of the composite inserts
Streszczenie
Skurcz polimeryzacyjny materiałów złożonych nadal pozostaje nierozwiązanym problemem. Jedną z technik umożliwiających zmniejszenie tego niekorzystnego zjawiska jest
zastosowanie insertów kompozytowych. Metoda ta ogranicza całkowitą objętość kompozytu poddawanego procesowi
utwardzania, co w konsekwencji zapewnia mniejszy skurcz
polimeryzacyjny i mniejszy mikroprzeciek brzeżny. Celem
pracy była Analiza Metodą Elementów Skończonych rozkładu naprężeń i odkształceń w tkankach zęba oraz wewnątrz
wypełnień kompozytowych wykonanych metodą konwencjonalną oraz z dodatkiem insertów kompozytowych.
Modele numeryczne zbudowano w programie CADFEMAP. Wykonano 8 modeli wypełnień w pierwszym, górnym zębie trzonowym w zwarciu prawidłowym, odpowiadających 8 grupom badawczym – wypełnienia I i II klasy
wg Blacka wykonane metodą konwencjonalną oraz insertową
z kompozytu mikrohybrydowego Filtek Z250 (3MESPE)
oraz z domieszką prepolimeryzowanego wypełniacza
Gradia (GC). Przeprowadzono analizę rozkładu naprężeń zredukowanych według hipotezy wytrzymałościowej
Hubera-Misesa-Hencky’ego oraz odkształceń głównych.
Wprowadzenie insertów do żywicy kompozytowej, niezależnie od rodzaju zastosowanego materiału, spowodowało
zmniejszenie naprężeń zredukowanych w obu klasach wypełnień oraz zwiększenie odkształceń głównych w wypełnieniach II klasy i zmniejszenie w wypełnieniach I klasy.
-
-
-
-
-
Summary
A problem which still remains unsolved is the polymerization shrinkage of composite materials. One of the techniques which reduce the polymerization shrinkage is the
use of composite inserts. This method reduces the total
quantity of resin to be cured and thus results in less polymerization shrinkage and limited marginal microleakage.
The goal of this study was to perform Finite Element
Method analysis of the reduced stress and of main deformations in the tooth tissue and composite restorations
applied with the conventional technique and with the admixture of the composite inserts. the numerical models were
34
made using the CAD-FEMAP programme. The model comprised 8 different kinds of fillings in the first upper molar in
normal occlusion each corresponding to one of the 8 study
groups – class I and II defects according to Black with composite Filtek Z250 (3MESPE) and Gradia (GC), either with
the conventional or with the inserting method. Analysis of
reduced stress distribution according to the strength hypothesis of Huber-Mises-Hencky and of main deformations was
performed. Addition of pre-polymerized composite inserts,
regardless the type of the composite material, resulted in
the reduction of reduced stresses in both classes of fillings,
in the increase of main deformations in class II fillings and in
the decrease of main deformations in class I fillings.
Instytut Stomatologii UJ CM
Dyrektor: prof. dr hab. n. med. Stanisław W. Majewski
Słowa kluczowe:Key words:
Skurcz polimeryzacyjny, Polymerization shrinkage,
Metoda Elementów Skończonych, Finite Element Method,
inserty kompozytowe
composite inserts
Wstęp
Skurcz polimeryzacyjny materiałów złożonych nadal pozostaje
nierozwiązanym problemem [1,2]. Jedną z technik umożliwiających zmniejszenie tego niekorzystnego zjawiska jest zastosowanie insertów. Metoda ta ogranicza całkowitą objętość
kompozytu poddawanego procesowi utwardzania, co w konsekwencji zapewnia mniejszy skurcz polimeryzacyjny i mniejszy mikroprzeciek brzeżny.
Metoda stosowania insertów w stomatologii jest bardzo stara,
gdyż sięga VI wieku naszej ery, kiedy to wykorzystywano tę
technikę w celach zdobniczych np. w górnych zębach siecznych. Na początku XIX stulecia metoda insertowa stała się
już procedurą leczniczą. Stosowano inserty wykonane z porcelany lub kości słoniowej jako wypełnienia ubytków próchnicowych [3]. Gwałtowny rozwój tej metody wypełniania ubytków nastąpił w chwili opanowania technologii wykonywania
precyzyjnych odlewów z metali szlachetnych, co umożliwiło
zastosowanie złota do produkcji wkładów oraz nakładów.
2008, tom IX, nr 1 (30)
Tkanka zęba
Szkliwo
Zębina
Miazga
Moduł Younga
E [MPa]
Współczynnik Poissona
υ
84 100
18 600
2,06
0,33
0,31
0,45
Tab. I. Wartości modułów Younga [MPa] oraz współczynników Poissona, wykorzystanych do symulacji numerycznych, dla poszczególnych rodzajów tkanek zęba.
Ponownego „odkrycia” metody insertowej w czasach nowożytnych dokonał Bowen w latach 80-tych XX wieku. W roku
1987 został opublikowany pierwszy raport dotyczący wykorzystania prefabrykowanych insertów szklano-ceramicznych
jako tzw. megawypełniacza w materiałach kompozytowych [3].
Rok później inserty te zostały zastrzeżone patentem. W 1991
roku po raz pierwszy dopuszczono do powszechnego zastosowania klinicznego gotowe, prefabrykowane inserty szklanoceramiczne [4,5]. Dzięki tej modyfikacji uzyskano ograniczenie skurczu polimeryzacyjnego od 50% do 75% pierwotnej
wartości [6]. Z techniką insertową wiązało się jednak wiele
problemów, między innymi poddawano w wątpliwość jakość
połączenia między insertami a kompozytem oraz estetykę
takich wypełnień [7].
W 1998 roku w Zakładzie Propedeutyki Stomatologii Zachowawczej CMUJ podjęto badania nad wykorzystaniem insertów kompozytowych a nie, jak pierwotnie zalecano, szklanoceramicznych [8]. Początkowo badano inserty wykonane
w postaci pojedynczego makrobloku, lecz wyniki prac laboratoryjnych wskazywały na nieskuteczność tej metody [9].
Dopiero zastosowanie w 1999 roku insertów w formie wcześniej spolimeryzowanych granulek o średnicy 0,5-0,7 mm, wykonywanych z tego samego materiału co wypełnienie i nakładanych warstwowo w maksymalnej ilości, umożliwiło osiągnięcie
lepszych wyników niż przy metodzie konwencjonalnej [10-13].
Cel pracy
-
-
-
-
Celem pracy była analiza Metodą Elementów Skończonych naprężeń zredukowanych według hipotezy wytrzymałościowej
Hubera-Misesa-Hencky’ego (HMH) oraz odkształceń głównych w tkankach zęba oraz wewnątrz wypełnień kompozytowych wykonanych metodą konwencjonalną oraz z dodatkiem
insertów kompozytowych.
Numer grupy
Rodzaj materiału
Klasa ubytku
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
Filtek Z250
Gradia
Filtek Z250
Gradia
Filtek Z250
Gradia
Filtek Z250
Gradia
I
I
II
II
I
I
II
II
Materiał i metody
Niezbędne do przeprowadzenia analizy MES dane fizyczne, moduły Younga (E) oraz liczby Poissona (u) określające
cechy sprężyste poszczególnych tkanek zęba, zaczerpnięto
z literatury przedmiotu (Tab. I) [14,15]. W przypadku kompozytów (Filtek Z250 - 3MESPE, St. Paul, USA oraz Gradia GC, Aichi, Japonia) wartości stałych materiałowych wyznaczono doświadczalnie. Wykonano 4 rodzaje próbek w kształcie
cylindrów (po 10 w grupie) o wymiarach: 15 mm wysokość
oraz 10 mm średnica. Grupa I – kompozyt Filtek Z250 bez
insertów, grupa II – kompozyt Filtek Z250 z insertami, grupa
III – kompozyt Gradia bez insertów oraz grupa IV - kompozyt Gradia z insertami. Próbki zostały wykonane w szklanych,
cylindrycznych formach. Każdej warstwie nadano kształt klina na przekroju poprzecznym, a jej grubość nie przekraczała
2 mm. W przypadku zastosowania insertów w każdej warstwie zatopiono 10 sztuk o wymiarach 0,5-0,7 mm. Kolejne
warstwy były polimeryzowane osobno za pomocą halogenowej lampy polimeryzacyjnej Poly Lux II (161008271219 – KaVo,
Biberach, Niemcy) z odległości 1 mm przez 40 s.Wykonano po
8 warstw w każdej próbce. Po utwardzeniu ostatniej warstwy
próbki umieszczono w laboratoryjnej lampie polimeryzacyjnej
Visio Beta Vario (3MESPE, Seefeld, Niemcy) w celu przeprowadzenia pełnej polimeryzacji w próżni przez okres 15min.
Następnie szklaną formę rozbito oraz skontrolowano jakość
wykonanej próbki za pomocą stereoskopowego mikroskopu świetlnego Karr Dental KLQ-M034 (Horgen, Szwajcaria,
powiększenie 12x). Poszukiwano także obszarów nieciągłych
wewnątrz próbek (puste przestrzenie powietrzne) za pomocą radiowizjografii Sens-A-Ray 2000 (AFP Imaging Corporation, Elmsford, USA). Tylko próbki wykazujące litą strukturę
zewnętrzną oraz wewnętrzną zostały zakwalifikowane do
dalszych badań. Tak przygotowane cylindry przechowywano przez okres 24 godzin w roztworze soli fizjologicznej
w temperaturze 37°C. Następnie próbki przekazano do
laboratorium Katedry Mechaniki Doświadczalnej i Biomechaniki Politechniki Krakowskiej, gdzie dokonano pomiaru stałych
Poissona oraz modułów Younga dla poszczególnych grup za
pomocą urządzenia INSTRON 4465 wraz z wielokanałowym
tensometrycznym układem mostkowym UPM 40 z zestawem
DMClab (Hottinger, Darmstadt, Niemcy). Na próbki w kształcie cylindrów naklejono po 4 tensometry foliowe typu TF-3
o stałej tensometrycznej k = 2,15 oraz oporności R = 129,7Ω
Metoda wypełniania
Moduł Younga
E [GPa]
Konwencjonalna
7,9
Konwencjonalna
6,5
Konwencjonalna
7,9
Konwencjonalna
6,5
Insertowa
6,6
Insertowa
5,43
Insertowa
6,6
Insertowa
5,43
Grupa kontrolna – zdrowe zęby
Współczynnik Poissona
υ
0,135
0,18
0,135
0,18
0,26
0,34
0,26
0,34
-
Tab. II. Wartości modułów Younga [MPa] oraz współczynników Poissona, wykorzystanych do symulacji numerycznych, w zależności od rodzaju zastosowanego materiału,
klasy ubytku oraz metody wypełniania – z insertami lub bez.
35
2008, tom IX, nr 1 (30)
Ryc. 2. Model korony zęba z podziałem na elementy skończone oraz sposobem
obciążenia i utwierdzenia do podłoża.
-
-
-
-
-
Ryc. 1. Etapy tworzenia geometrii zęba w programie CAD-FEMAP:
a) wyznaczenie krzywych przestrzennych na podstawie pomiarów współrzędnościowych,
b) zarys bryły korony zęba powstały przez rozpięcie powierzchni pomiędzy krzywymi,
c) podział na bryły szkliwa, zębiny i komory miazgi.
(TENMEX, Łódź, Polska) - wykorzystano klej firmy Hottinger
typ X60. Dzięki tym pomiarom uzyskano wartości sił oraz
odpowiadające im przemieszczenia. Na podstawie otrzymanych danych wyliczono stałe materiałowe korzystając z analitycznych wzorów wytrzymałościowych. Analizę numeryczną
przeprowadzono dla średnich wartości stałych materiałowych
wyznaczonych doświadczalnie (Tab. II).
Modele numeryczne zbudowano w programie FEMAP v.8.2
(Finite Element Modeling And Postprocessing) - Electronic
Data System Corp. Jest to program typu CAD (Komputerowego Wspomagania Projektowania) z możliwością przygotowania pliku do obliczeń numerycznych, które przeprowadzano w programie ANSYS 5.3.
Z pomiarów współrzędnościowych otrzymano współrzędne
punktów, na bazie których wygenerowano krzywe w przestrzeni (3-D). Pomiędzy krzywymi rozpięto powierzchnie budując w ten sposób zarys bryły korony zęba. Opierając się
36
na doniesieniach z literatury [15] dotyczących wymiarów
przestrzennych korony zęba 16, przeskalowano obszar zewnętrzny tworząc bryłę szkliwa, zębiny oraz miazgi (ryc.1).
Dla wszystkich struktur zęba przyjęto cechy materiałów izotropowych. Zdefiniowano stałe materiałowe tj. moduły Younga
oraz współczynniki Poissona dla wszystkich wyodrębnionych
obszarów korony zęba.
Do budowy modelu numerycznego (nałożenie siatki elementów skończonych dyskretyzujących model na części elementarne) wykorzystano element typu tetrahedral - czworościan,
którego ścianami są trójkąty. Ustalono warunki zgryzowe,
przyjmując obciążenie o wartości 100 N (średnie obciążenie zgryzowe w przypadku zęba 16 na podstawie literatury)
(ryc. 2). Wartość ta jest niższa od maksymalnych obciążeń dla
zębów trzonowych, gdyż celem badania było wyznaczenie rozkładu naprężeń powstających w twardych tkankach zęba oraz
w materiale kompozytowym, a nie ustalenie wartości krytycznych powstających w koronie zęba. Obciążenia zgryzowe przykładano pionowo tak, aby punkty przyłożenia sił nie znajdowały
się na granicy preparacji tkanek zęba oraz wypełnienia.
Zamocowanie zęba zasymulowano odbierając stopnie swobody w trzech kierunkach X,Y, Z, na wysokości szyjki anatomicznej zęba. Wykorzystano w tym celu zasadę wytrzymałościową
De Saint-Venanta. Do wykonania modelu korony zęba nie jest
potrzebny obszar korzenia zęba, gdyż strefa ta ma niewielki wpływ na wytężenie twardych tkanek części koronowej.
W związku z tym korzeń można pominąć, zastępując go sztywnym umocowaniem na wysokości anatomicznej szyjki zęba.
Tak przygotowane zadanie zdefiniowano jako grupę kontrolną,
do której odnoszono wyniki późniejszych analiz.
Wykonano modele 8 rodzajów wypełnień w pierwszym, górnym zębie trzonowym w zwarciu prawidłowym, odpowiadających 8 grupom badawczym. Do projektowania trójwymiarowych modeli przestrzennych ubytków I i II klasy wg Blacka,
z insertami oraz bez, wykonanych z Filteku Z250 lub Gradii
wykorzystano następujące wymiary wypełnień: I klasa – 4 mm
długość, 2,5 mm szerokości, 2,5 mm głębokość, II klasa – 6 mm
długość, 3 mm szerokości, 3 mm głębokość. Kąt rozbieżności
ubytku wynosił 15°, a promienie zaokrąglenia 0,25 mm, co odpowiada zaokrągleniu wierteł używanych do preparacji pod
wypełnienia kompozytowe (ryc. 3, 4).
2008, tom IX, nr 1 (30)
-
-
-
-
-
Ryci. 3. Korona zęba trzonowego z zamodelowanym ubytkiem I klasy wg Blacka:
a) przekrój mezjalno-dystalny, b) przekrój policzkowo-językowy.
Analizę naprężeń oraz odkształceń przeprowadzono dla następujących zadań:
Zadanie 1: Dotyczyło analizy bezpośrednich wypełnień kompozytowych I klasy wg Blacka wykonanych z kompozytu Filtek
Z250. W tym zadaniu analizowano 2 przypadki w zależności
od zastosowanej metody wypełniania: z insertami lub bez
(grupa I i V).
Zadanie 2: Dotyczyło analizy bezpośrednich wypełnień kompozytowych II klasy wg Blacka wykonanych z kompozytu Filtek Z250. W tym zadaniu analizowano 2 przypadki w zależności od zastosowanej metody wypełniania: z insertami lub bez
(grupa III i VII).
Zadanie 3 oraz zadanie 4: Dotyczyło analizy w przypadku zastosowania kompozytu Gradia, przy analogicznych założeniach jak
w zadaniu 1 oraz 2 (odpowiednio: grupa II i VI oraz grupa IV i VIII).
Zadanie 5: Dotyczyło analizy zdrowego zęba – grupa kontrolna (IX).
Jako wynik końcowy symulacji numerycznych metodą MES
uzyskano modele przestrzenne zębów zdrowych oraz
z ośmioma typami wypełnień, gdzie kolorem oznaczono wielkość naprężeń oraz odkształceń w danym obszarze wewnątrz
wypełnienia i tkankach zęba. Obrazowanie to umożliwia analizę obszarów wytężenia konstrukcji, czyli wskazania miejsc
potencjalnie najbardziej narażonych na wystąpienie pęknięć.
Dla wszystkich pięciu zadań wykonano następujące analizy:
1. naprężeń zredukowanych według hipotezy wytrzymałościowej Hubera-Misesa-Hencky’ego (HMH) - dHMH [MPa],
2. odkształceń głównych - e1 [wartość bezwymiarowa].
Ryc. 4. Korona zęba trzonowego z zamodelowanym ubytkiem II klasy wg Blacka: a)
przekrój mezjalno-dystalny; b) przekrój w płaszczyźnie zgryzowej.
Wyniki
W badaniach laboratoryjnych metodą MES uzyskano następujące
wyniki naprężeń zredukowanych wg hipotezy wytrzymałościowej
Hubera-Misesa-Hencky’ego (dHMH) oraz odkształceń głównych
(e1) (Tab. III, IV, ryc. 5-7).
W zadaniu pierwszym, w przypadku wypełnienia I klasy wg Blacka
z kompozytu Filtek Z250 wykonanego metodą konwencjonalną
(grupa I), maksymalna wartość naprężeń wynosiła 25,029 MPa
i była zlokalizowana poza obrębem wypełnienia, na powierzchni zgryzowej, w okolicy bruzd międzyguzkowych. Maksymalna
wartość odkształcenia głównego wynosiła 0,000480 i była umiejscowiona poza obrębem wypełnienia, w okolicy rogów miazgi.
Natomiast w przypadku metody insertowej (grupa V) maksymalna wartość naprężeń, którą również zlokalizowano poza obrębem
wypełnienia, na powierzchni zgryzowej, w okolicy bruzd międzyguzkowych, zmniejszyła się do 24,991 MPa. Maksymalna wartość
odkształcenia głównego dla tej samej lokalizacji, jak w metodzie
konwencjonalnej, także uległa zmniejszeniu i wynosiła 0,000475.
37
Ryc. 5. Wartości oraz lokalizacja w zębie trzonowym z wypełnieniem I klasy (kompozyt Gradia, metoda konwencjonalna) naprężeń zredukowanych wg hipotezy
wytrzymałościowej HMH (δHMH) [MPa]: a) widok ogólny, b) przekrój policzkowojęzykowy oraz odkształceń głównych (e1) [wartość bezwymiarowa], c) widok ogólny,
d) przekrój policzkowo-językowy.
-
-
-
-
-
2008, tom IX, nr 1 (30)
38
Ryci. 6. Wartości oraz lokalizacja w zębie trzonowym z wypełnieniem I klasy
(kompozyt Gradia, metoda insertowa) naprężeń zredukowanych wg hipotezy
wytrzymałościowej HMH (δHMH) [MPa]: a) widok ogólny, b) przekrój policzkowojęzykowy oraz odkształceń głównych (e1) [wartość bezwymiarowa], c) widok ogólny,
d) przekrój policzkowo-językowy
2008, tom IX, nr 1 (30)
W zadaniu drugim, w przypadku wypełnienia II klasy wg Blacka
z kompozytu Filtek Z250 wykonanego metodą konwencjonalną (grupa III), maksymalna wartość naprężeń wynosiła 22,410
MPa i była zlokalizowana na granicy faz ząb – wypełnienie, na
powierzchni zgryzowej, w okolicy bruzd międzyguzkowych.
Maksymalna wartość odkształcenia głównego wynosiła
0,00100 i była umiejscowiona na granicy faz ząb – wypełnienie, na powierzchni zgryzowej, w okolicy szczytów guzków.
Natomiast w przypadku metody insertowej (grupa VII) maksymalna wartość naprężeń zmniejszyła się do 22,377 MPa, a maksymalna wartość odkształcenia głównego wzrosła do 0,00126.
W grupie tej lokalizacja dHMH oraz e1 była analogiczna jak
w metodzie konwencjonalnej.
W zadaniu trzecim - I klasa wg Blacka, kompozyt Gradia, metoda konwencjonalna (grupa II) - maksymalna wartość naprężeń wynosiła 25,016 MPa i była zlokalizowana na granicy faz
ząb – wypełnienie, na powierzchni zgryzowej, w okolicy bruzd
międzyguzkowych. Maksymalna wartość odkształcenia głównego wynosiła 0,000479 i była umiejscowiona na granicy faz
ząb – wypełnienie, w głębi ubytku, w okolicy bruzd międzyguzkowych (ryc. 5). Natomiast w przypadku metody insertowej (grupa VI) maksymalna wartość naprężeń zmniejszyła się
do 24,960 MPa i była zlokalizowano na granicy faz ząb –
wypełnienie, na powierzchni zgryzowej, w okolicy bruzd międzyguzkowych. Maksymalna wartość odkształcenia głównego
dla tej samej lokalizacji, jak w metodzie konwencjonalnej, również uległa zmniejszeniu i wynosiła 0,000471 (ryc. 6).
W zadaniu czwartym - II klasa wg Blacka, kompozyt Gradia,
metoda konwencjonalna (grupa IV) - maksymalna wartość naprężeń wynosiła 22,378 MPa i była zlokalizowana na granicy
faz ząb – wypełnienie, na powierzchni zgryzowej, w okolicy
bruzd międzyguzkowych. Maksymalna wartość odkształcenia
głównego wynosiła 0,00130 i była umiejscowiona na granicy
faz ząb – wypełnienie, na powierzchni zgryzowej, w okolicy
szczytów guzków. Natomiast w przypadku metody insertowej
(grupa VIII) maksymalna wartość naprężeń zmniejszyła się do
22,345 MPa, a maksymalna wartość odkształcenia głównego
wzrosła do 0,00157. W grupie tej lokalizacja dHMH oraz e1 była
analogiczna jak w metodzie konwencjonalnej.
W zadaniu piątym - kontrola, zdrowe zęby (grupa IX) - maksymalna wartość naprężeń wynosiła 9,431 MPa i była zlokalizowana w okolicy szyjki zęba. Maksymalna wartość odkształcenia
głównego wynosiła 0,00252 i była umiejscowiona w okolicy
rogów miazgi (ryc. 7).
-
-
-
-
-
Dyskusja
Ryci. 7. Wartości oraz lokalizacja w zdrowym zębie trzonowym naprężeń zredukowanych wg hipotezy wytrzymałościowej HMH (δHMH) [MPa], a) widok ogólny,
b) przekrój policzkowo-językowy oraz odkształceń głównych (e1) [wartość bezwymiarowa], c) widok ogólny, d) przekrój policzkowo-językowy].
Za pomocą analizy Metodą Elementów Skończonych odnotowano zmniejszenie naprężeń zredukowanych wg hipotezy wytrzymałościowej Hubera-Misesa-Hencky’ego (dHMH) wewnątrz
wypełnień i w tkankach zęba po dodaniu insertów kompozytowych - niezależnie od klasy ubytku oraz rodzaju zastosowanego materiału. Oznacza to, że wypełnienia wykonane techniką insertową pod względem rozkładu naprężeń były mniej
wytężone i przez to mniej narażone na uszkodzenia. Znalazło
to potwierdzenie w obserwacjach klinicznych jakości wypełnień – statystycznie więcej wypełnień było akceptowalnych po
2 latach z insertami niż bez (odpowiednio: 97,66% oraz 90,97%)
[16]. Przyczyną mniejszych wartości naprężeń zredukowanych
HMH w rekonstrukcjach z dodatkiem insertów kompozytowych
jest mniejsza wartość skurczu polimeryzacyjnego tych wypełnień.
39
2008, tom IX, nr 1 (30)
Numer grupy
Rodzaj materiału Klasa ubytku Metoda wypełniania
δHMH
[MPa]
I
Filtek Z250
I
Konwencjonalna
25,029
II
III
IV
Gradia
Filtek Z250
Gradia
I
II
II
Konwencjonalna
Konwencjonalna
Konwencjonalna
25,016
22,410
22,378
V
Filtek Z250
I
Insertowa
24,991
Gradia
I
Insertowa
Filtek Z250
II
Insertowa
Gradia
II
Insertowa
Grupa kontrolna – zdrowe zęby
24,960
22,377
22,345
9,431
VI
VII
VIII
IX
Lokalizacja δHMH
poza obrębem wypełnienia,
pow. zgryzowa, w okolicy bruzd
międzyguzkowych
na granicy faz ząb - wypełnienie,
pow. zgryzowa, w okolicy bruzd
międzyguzkowych
poza obrębem wypełnienia,
pow. zgryzowa, w okolicy bruzd
międzyguzkowych
na granicy faz ząb-wypełnienie,
pow. zgryzowa, w okolicy bruzd
międzyguzkowych
okolica szyjki anat. zęba
Tab. III. Wartość maksymalna oraz lokalizacja naprężeń zredukowanych wg hipotezy wytrzymałościowej HMH (δHMH) [MPa] w zależności od rodzaju zastosowanego
materiału, klasy ubytku oraz metody wypełniania – z insertami lub bez.
Podobnie jak w badaniach Kunzelmanna i wsp. nie odnotowano zmiany lokalizacji naprężeń po dodaniu insertów [17].
Jest to bardzo istotne, gdyż przed przeprowadzeniem analizy
MES powszechnie sądzono, że wzrost sztywności wypełnienia kompozytowego po dodaniu megawypełniacza spowoduje
przemieszczenie maksymalnych naprężeń do obszarów potencjalnie bardziej niekorzystnych dla utrzymania wypełnienia
[7,18-21]. W prezentowanych badaniach stwierdzono inną
lokalizację maksymalnych naprężeń zredukowanych dla wypełnień I klasy wg Blacka z kompozytu Filtek Z250 (metoda
konwencjonalna oraz insertowa) w stosunku do pozostałych
grup. Siły były skoncentrowane poza obrębem wypełnienia, na
powierzchni zgryzowej, w okolicy bruzd międzyguzkowych.
Podczas gdy w pozostałych grupach wartości maksymalne naprężeń były zlokalizowane na powierzchni zgryzowej, w okoli-
Rodzaj materiału Klasa ubytku Metoda wypełniania
-
e1
Lokalizacja e1
poza obrębem wypełnienia, w okolicy
rogów miazgi
I
Filtek Z250
I
Konwencjonalna
0,000480
II
Gradia
I
Konwencjonalna
na granicy faz ząb-wypełnienie,
0,000479 w głębi ubytku, w okolicy bruzd
międzyguzkowych
III
Filtek Z250
II
Konwencjonalna
0,00100
IV
Gradia
II
Konwencjonalna
0,00130
V
Filtek Z250
I
Insertowa
VI
Gradia
I
Insertowa
VII
Filtek Z250
II
Insertowa
VIII
Gradia
II
Insertowa
-
-
Numer grupy
cy bruzd międzyguzkowych, ale na granicy faz ząb-wypełnienie.
Obserwacje te mogą posłużyć jako wyjaśnienie różnicy
w parametrach wytrzymałościowych dla ubytków I klasy wypełnionych Filtekiem Z250 oraz Gradią (obie metody:
konwencjonalna i insertowa). Większa akumulacja naprężeń
na granicy faz w przypadku kompozytu Gradia i ubytków I klasy prawdopodobnie była przyczyną gorszych wyników analizy
wytrzymałościowej względem Filteku Z250, gdzie naprężenia
maksymalne były generowane poza obrębem wypełnienia.
Analizując wartości odkształceń głównych (e1) zaobserwowano różnice pomiędzy klasami ubytków. Dla klasy I, niezależnie
od zastosowanego materiału, dodatek insertów kompozytowych powodował zmniejszenie wartości odkształceń głównych, co można interpretować – analogicznie jak w badaniach
Kunzelmanna i wsp. – jako efekt anizotropowej charaktery-
Grupa kontrolna – zdrowe zęby
poza obrębem wypełnienia, w okolicy
0,000475 rogów miazgi
na granicy faz ząb-wypełnienie,
0,000471 w głębi ubytku, w okolicy bruzd
międzyguzkowych
0,00126 na granicy faz ząb-wypełnienie,
pow. zgryzowa, w okolicy szczytów
0,00157 guzków
0,00252
okolica rogów miazgi
-
-
IX
na granicy faz ząb-wypełnienie, pow.
zgryzowa, w okolicy szczytów guzków
Tab. IV. Wartość maksymalna oraz lokalizacja odkształceń głównych (e1) [wartość bezwymiarowa] w zależności od rodzaju zastosowanego materiału, klasy ubytku oraz
metody wypełniania – z insertami lub bez.
40
2008, tom IX, nr 1 (30)
styki wypełnienia [17]. Dodanie insertów do żywicy kompozytowej powoduje rozproszenie sił okluzyjnych na większy
obszar powierzchni wypełnienia oraz zmniejszenie odkształceń głównych. Jest to korzystne dla wypełnienia, gdyż wartości sił potencjalnie zagrażających integralności rekonstrukcji
są mniejsze. Natomiast w ubytkach klasy II, w przypadku zastosowania obu materiałów, stwierdzono wzrost odkształceń głównych, co jest sytuacją niekorzystną dla wypełnienia.
Było to spowodowane prawdopodobnie efektem tzw. przesztywnienia konstrukcji, która po dodaniu insertów stała się
bardziej krucha i mniej podatna na kompensowanie działających sił. Analogicznie jak w przypadku naprężeń zredukowanych, nie zaobserwowano zmiany lokalizacji maksymalnych
odkształceń głównych po dodaniu insertów oraz stwierdzono
różnicę w miejscu generowania największych sił między wypełnieniami I klasy z Filteku Z250 i Gradii.
Podsumowując wyniki analizy MES można stwierdzić, że dodanie insertów kompozytowych powoduje zmniejszenie wartości naprężeń zredukowanych HMH (niezależnie od klasy
ubytku i rodzaju materiału) oraz zmniejszenie odkształceń
głównych w ubytkach I klasy i zwiększenie w ubytkach II klasy.
Obserwacje te są zgodne z wynikami analizy wytrzymałościowej oraz częściowo potwierdzają wyniki badań klinicznych
(lepszą jakość wypełnień insertowych) [16,22].
Wnioski
Wprowadzenie insertów do żywicy kompozytowej, niezależnie od rodzaju zastosowanego materiału, spowodowało
zmniejszenie naprężeń zredukowanych w obu klasach wypełnień oraz zwiększenie odkształceń głównych w wypełnieniach
II klasy i zmniejszenie w wypełnieniach I klasy.
-
-
-
-
-
Piśmiennictwo
1. Yap A., Shah K., Chew C. Marginal gap formation of composites in dentine: effect of water storage. J. Oral Rehabil. 2003;
30: 236-242.
2. Dauvillier B., Feilzer A., Gee A., Davidson C. Visco-elastic
parameters of dental restorative materials during setting.
J. Dent. Res. 2000; 3: 818-823.
3. Federlin M., Thonemann B., Schmalz G. Inserts – megafillers
in composite restorations: a literature review. Clin. Oral Invest.
2000; 4: 1-8.
4. Applequist E., Meiers J. Effect of bulk insertion, prepolymerized resin composite balls, and beta-quartz inserts on microleakage of class V resin composite restorations. Quintessence
Int. 1996; 4: 253-258.
5. Yoshikawa T., Burrow M,. Tagami J., Sichmiller F.,
Marjeenhoff W. Glass-ceramic inserts anticipated for ‘megafilled’ composite restorations. Research moves into the office.
JADA 1991; 3: 71-75.
6. Bowen R., Eichmiller F., Marjenchoff W. Glass-ceramic inserts anticipated for „megafilled” composite restorations. Research moves into office. JADA 1991; 122: 71-75.
7. Worm D., Meiers J. Effect of various types of contamination
on microleakage between beta-quartz inserts and resin composite. Quintessence Int 1996; 4: 271-277.
8. Krupiński J., Krupińska A., Słowik J. Inserty – nowa metoda
wypełniania ubytków kompozytami. Stomat. Współcz. 1999;
4: 20-23.
9. Krupiński J., Żarow M., Gończowski K., Dyląg M. Laboratoryjna ocena szczelności brzeżnej wypełnień z materiałów
złożonych wykonanych metodą konwencjonalną i zmodyfikowaną. Stomat. Współcz. 1999; 3: 51-56.
10.Krupiński J., Dyląg M., Gończowski K., Słowik J. Ocena
szczelności brzeżnej wypełnień z kompozytu Valux Plus (3M) –
wykonanych metodą konwencjonalną oraz CIMM (Composite
Insert Microfill Method). Badania laboratoryjne. Quintessence 2000; 6: 367-374.
11.Krupiński J., Gończowski K., Dyląg M., Słowik J. Szczelność
brzeżna wypełnień z materiału złożonego Pertac II (ESPE)
zakładanych in vitro metodą konwencjonalną oraz zmodyfikowaną z użyciem insertów. Czas. Stomat. 2002; 2: 83-88.
12.Gończowski K., Krupiński J. Analiza porównawcza szczelności brzeżnej wypełnień z materiałów złożonych Charisma
(Heraeus Kulzer) i Gradia (GC) wykonanych technika konwencjonalną oraz metodą zmodyfikowaną z zastosowaniem
insertów – badania laboratoryjne. Stomat. Współcz. 2002; 5:
63-70.
13.Gończowski K., Krupiński J. Analysis of the mechanical properties of two composites with and without the composite
inserts. Joint Meeting of Pan European Federation, Cardif,
Walia 2002; abstract nr. 390.
14.Craig R., Peyton F. Elastic and mechanical properties of
human dentin. J. Dent. Res. 1958; 4: 710-718.
15.Tronstad L. Clinical Endodontics. Georg Thiem Verlag, Stuttgart, Germany 1991.
16.Gończowski K., Krupiński J. Wypełnienia kompozytowe
z zastosowaniem insertów – ocena kliniczna. Implantoprotetyka 2008. W druku.
17.Kunzelmann K., Obermeier T., Mehl A., Hickel R. Finie
element analysis of megafillers/inserts to optimize shape and
material properties. J. Dent. Res. 1995; 74: 187 (abstrakt nr
1402).
18.Donly K., Wild,. Bowen R., Jensen M. An In vitro investigation
of the effects of glass inserts on the effective composite resin
polymerization shrinkage. J. Dent. Res. 1989; 8: 1234-1237.
19.Bott B., Hanning M. Optimizing class II composite resin restorations by the use of ceramic inserts. J. Esthetic. Dent. 1995;
7: 110-117.
20.Harada K., Caputo A., Mito R. Evaluation of microleakage of
composite. restorations with glass insert megafillers. J. Esthet.
Dent. 1997; 9:306-310.
21.Hahn P., Schaller H., Mullner U,. Hellwig E. Marginal leakage
in class II restorations after use of ceramic inserts luted with
different materials. J. Oral. Rehabil. 1998; 25: 567-574.
22.Gończowski K., Krupiński J. Badania wytrzymałościowe in
vitro wypełnień kompozytowych wykonanych metodą konwencjonalną oraz z dodatkiem insertów kompozytowych. Poradnik
Stomatologiczny 2008. W druku.
Artykuł nadesłano: 12. 01. 2008
Artykuł przyjęto do druku: 18. 03. 2008
Adres do korespondencji:
Zakład Propedeutyki Stomatologicznej i Stomatologii Zintegrowanej
Instytutu Stomatologii UJ CM
ul. Montelupich 4, 31-155 Kraków
41