Pobierz PDF - Dental and Medical Problems

Pobierz PDF - Dental and Medical Problems

Prace poglądowe
Dent. Med. Probl. 2012, 49, 1, 103–109
ISSN 1644-387X
© Copyright by Wroclaw Medical University
and Polish Dental Society
Elżbieta Jodkowska
Kontrola oddziaływań skurczu polimeryzacyjnego
i napięcia skurczowego materiałów złożonych
Control of Impact of Shrinkage and Stresses Occurring
in Composite Materials
Zakład Stomatologii Zachowawczej Instytutu Stomatologii Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego
Streszczenie
Zjawisko skurczu polimeryzacyjnego w powszechnie stosowanych w stomatologii zachowawczej materiałach złożonych wpływa na większość niepowodzeń w leczeniu odtwórczym zębów. Wysiłki badaczy oraz producentów stomatologicznych materiałów do wypełnień dążą do poprawy zarówno właściwości mechanicznych, jak i skuteczności
klinicznej materiałów złożonych. Oczekiwany sukces w dużej mierze jest uzależniony od ciągłych zmian komponentów wchodzących w skład materiałów złożonych. W artykule przedstawiono wyniki badań nad kontrolą skurczu
polimeryzacyjnego i naprężeń występujących w modyfikowanych nanożelem monomerach i materiałach złożonych
oraz nad ekspansją higroskopijną skurczu polimeryzacyjnego. Dodanie reaktywnego nanożelu do monomerów
materiałów złożonych nie miało ujemnego wpływu na kinetykę reakcji konwersji i właściwości mechanicznych.
Redukcja skurczu polimeryzacyjnego i poziom naprężeń była proporcjonalna do zawartości nanożeli, a materiały
złożone wykazywały dużą wytrzymałość i mały skurcz polimeryzacyjny. Deformacje spowodowane skurczem polimeryzacyjnym zostały skompensowane przez higroskopijną ekspansję w ciągu 4 tygodni w zębach odbudowywanych z użyciem hydrofobowego materiału złożonego, podczas gdy materiał hydrofilowy skompensował ten skurcz
w nadmiarze w ciągu tygodnia, powodując dalszą ekspansję zęba (Dent. Med. Probl. 2012, 49, 1, 103–109).
Słowa kluczowe: skurcz polimeryzacyjny, materiały utwardzane światłem, nanożele, wchłanianie wody, deformacje zębów.
Abstract
The shrinkage of the dental restoratives, commonly used in conservative dentistry, is the reason of the majority of
failures in reconstruction of dental tissue. The continuous efforts of both researchers and producers in the field of
dental restorative materials are made to improve their mechanical properties as well as their clinical effectiveness.
The article demonstrates the results connected with control of polymerization shrinkage and stress in nanogelmodified monomer and composite materials and if hygroscopic expansion can compensate polymerization shrinkage. The addition of reactive nanogel to monomer and composite materials did not compromise kinetics reaction
conversion or mechanical properties. A reduction in polymerization shrinkage and stress was achieved in proportion to nanogel content. Polymerization shrinkage deformation was compensated by hydroscopic expansion in
teeth restored with a hydrophobic resin composite within 4 weeks, while a hydrophilic restorative over-compensated polymerization shrinkage within 1 week causing tooth expansion (Dent. Med. Probl. 2012, 49, 1, 103–109).
Key words: polymerization contraction stress, light cured materials, nanogel, water absorption, tooth deformation.
Obecnie wszystkie materiały złożone służące do odbudowy twardych tkanek zęba twardnieją w wyniku polimeryzacji. Polimeryzacja jest
łańcuchową reakcją łączenia się cząsteczek monomeru, który jest substancją małocząsteczkową,
zawierającą co najmniej jedno wiązanie podwójne lub ugrupowania cykliczne zdolne do polime-
ryzacji. Jeśli monomer zawiera jedno wiązanie podwójne lub ugrupowanie cykliczne, powstaje polimer liniowy. W przypadku większej ich liczby
jest to monomer wielofunkcyjny i tworzy polimer
usieciowany. Istnieją dwa podstawowe typy żywic
(półprodukty do otrzymywania polimerów usieciowanych, zwykle są to ciecze o dużych lepko-
104
ściach) fotoutwardzalnych, które różnią się głównie mechanizmem polimeryzacji:
–  fotoinicjowana polimeryzacja rodnikowa
monomerów wielofunkcyjnych, głównie metakrylanów i nienasyconych polimerów;
–  fotoinicjowana polimeryzacja kationowa
wielofunkcyjnych epoksydów i estrów winylowych.
Żywice stosowane w stomatologii twardnieją
w wyniku polimeryzacji rodnikowej, która zachodzi w trzech fazach.
Faza I – przed utworzeniem żelu, w trakcie
której matryca pozostaje plastyczna, a materiał
jest zdolny do płynięcia.
Faza II – w punkcie żelu materiał złożony
zaczyna zmieniać swoją konsystencję z płynnej
w stałą. Dyfuzja cząsteczek w matrycy nie jest zahamowana, materiał na skutek utraty płynności
nie może już dalej przeciwdziałać skurczowi polimeryzacyjnemu.
Faza III – powstaje po utworzeniu żelu, materiał jest sztywny, choć jeszcze zdolny do kurczenia
się. Jeżeli skurcz jest uniemożliwiony przez materiał łączący, dochodzi do powstania napięcia skurczowego. Fotoinicjowana polimeryzacja kationowa zyskuje obecnie coraz większe zainteresowanie ze względu na występowanie inicjacji tlenowej
oraz możliwości uzyskania dużego przyrostu konwersji po wyłączeniu źródła energii [1].
Fotopolimeryzacja stała się podstawową metodą stosowaną w nowoczesnej stomatologii do
utwardzania in vivo polimerowych wypełnień
odtwarzających utracone twarde tkanki zęba. Po
wprowadzeniu do ubytku fotoczułego monomerowego materiału złożonego, utwardza się warstwy materiału za pomocą światła. Polimerowe
materiały złożone stosowane do wypełnień składają się z mieszaniny: monomerów jedno- i wielofunkcyjnych, systemów aktywator–inicjator (przy
aktywacji chemicznej – nadtlenku benzoilu, benzoina i jej pochodne lub kwas sulfinowy) przy aktywacji promieniami UV-eter benzoinowo-metylenowy, przy aktywacji światłem widzialnym, np.
kamforochinon. Grupa ketonowa cząsteczek kamforochinonu jest aktywowana światłem o długości
fali 468 nm. Światło aktywuje atom C w grupie ketonowej kamforochinonu do wysokoenergetycznego poziomu tripletowego, umożliwiając kamforochinonowi wejść w reakcję z dwiema cząsteczkami
2-metyloamino-etylo-metakrylanu, dwa atomy wodoru są przenoszone na kamforochinon, tworząc
wolne rodniki i zapoczątkowując reakcję polimeryzacji oraz koinicjatora (często amin aromatycznych np. N,N-dimetylo-p-toluidyny), metylodietanoloaminy benzoesan i metakrylan N,N-dimetyloaminoetylowy, wypełniaczy wzmacniających
(kwarcu, szkła krzemianowego, azotków krzemu
E. Jodkowska
itp. pokrytych akrylanem 3-(trimetoksy-silanylo)
propan-1-olu. Dodatek wypełniaczy wzmacniających poprawia adhezję wypełniacza do matrycy
polimeru, a dodatek monomerów fluorowanych
zwiększa przyczepność materiału do tkanek zęba.
Oprócz wypełniaczy do mieszaniny polimeryzującej żywicy czasami wprowadza się inne dodatki, takie jak przeciwutleniacze, fotostabilizatory,
barwniki. Mogą one znacząco wpływać na przebieg polimeryzacji, gdyż większość z nich (z wyjątkiem kwarcu) absorbuje promieniowanie UV
lub światło widzialne. Następuje też rozproszenie
i ograniczenie penetracji promieniowania w głąb
mieszaniny polimeryzującej, stąd też fotopolimeryzację sieciującą prowadzi się zazwyczaj w cienkich warstwach od 0,1 µm do 1–5 mm.
W czasie fotopolimeryzacji obserwuje się
skurcz polimeryzacyjny, który jest spowodowany
przez dwa zasadnicze czynniki [2]:
1) cząsteczki monomerów są umiejscowione
względem siebie w odległościach van der Waalsa (3–4 Å), podczas gdy w polimerze następuje zmniejszenie odległości między nimi do
około 1/3 promienia van der Waalsa (1,34 Å).
Z tego wynika, że skurcz zależy od liczby jednostek merów w jednostce objętości przekształconej w polimer;
2) objętości swobodnej przy przejściu z monomeru w usieciowany polimer.
W zależności od grubości fotopolimeryzowanej warstwy skurcz może zachodzić tylko w płaszczyźnie x,y lub we wszystkich trzech kierunkach
x,y,z (grubość > 0,1 mm). Wielkość skurczu zależy od rodzaju monomeru i składu mieszaniny polimeryzującej i może dochodzić nawet do 20%.
Zmniejszenie objętości masy polimeryzacyjnej
można ograniczyć nawet do 1% przez dodatek odpowiednich wypełniaczy. Skurcz polimeryzacyjny
może powodować: niepożądane zmiany wymiarów, tworzenie się defektów pustych przestrzeni,
pęknięć wywołanych naprężeniem, złą przyczepnością (adhezją) polimerów do podłoża, delaminację (rozwarstwienia), fałdowanie powierzchni,
deformację symetrii kształtów. Może także prowadzić do tworzenia szczeliny brzeżnej między wypełnieniem a tkanką zęba, w następstwie do mikroprzecieku.
Ponadto skurcz polimeryzacyjny powoduje
powstanie naprężeń mechanicznych w wypełnieniu, co znacznie ogranicza jego wytrzymałość mechaniczną. Stosowanie wypełniaczy z jednej strony zmniejsza skurcz polimeryzacyjny do 1–3%.
Z drugiej strony, obecność dużej ilości wypełniacza do 70% ogranicza głębokość penetracji światła w głąb warstwy polimeryzacyjnej i wówczas
nie dochodzi do całkowitej konwersji monomeru
w polimer. Nierównomierna i niecałkowita poli-
Kontrola oddziaływań skurczu polimeryzacyjnego i napięcia skurczowego materiałów złożonych
meryzacja prowadzi do zatrzymania nieskonwertowanego monomeru, który z biegiem czasu dyfunduje z wypełnienia na zewnątrz i za pośrednictwem śliny dostaje się do przewodu pokarmowego
i dalej do krwioobiegu.
Dużym problemem w procesie polimeryzacji
jest kontrola stopnia konwersji monomeru w polimer [3, 4]. W zależności od składu mieszaniny polimeryzującej, ilości fotoinicjatora, natężenia promieniowania UV lub światła widzialnego czy temperatury stopień konwersji może wynosić 70–99%.
Zwykle w końcowym produkcie pozostaje
pewna ilość nieskonwertowanego monomeru, który z czasem wypełza z matrycy polimeru, tworząc
cienką warstwę na powierzchni końcowego produktu. Nieskonwertowane monomery mogą powodować silne reakcje alergiczne, toksyczne, cytostatyczne lub nawet karcynogenne. Monomery
akrylowe powodują odczyny alergiczne, a aminy
aromatyczne używane jako koinicjatory wywołują
reakcje karcynogenne i mutagenne. Amin aromatycznych nie można wykluczyć z materiałów polimerowych, gdyż są bardzo ważnym składnikiem
(koinicjatorem) procesu fotoinicjowania i przyspieszania polimeryzacji.
W piśmiennictwie są opisy wielu badań dotyczących modyfikacji składu materiałów złożonych.
Stosowanie materiałów złożonych o płynnej konsystencji służące jako elastomery zabezpieczające przed skurczem polimeryzacyjnym teoretycznie
eliminuje deformację guzków oraz tworzenie przestrzeni i mikroprzecieku. Z powodu niższego modułu elastyczności w porównaniu z materiałem złożonym o standardowej konsystencji materiały typu flow mogą ulegać większemu napięciu podczas
kurczenia się. W szczególności gdy materiały złożone leżące powyżej ulegają skurczowi polimeryzacyjnemu, a nacisk przez nie wywołany oddziałuje na leżący poniżej materiał flow. Gdy moduł
elastyczności jest niski, materiały złożone ulegną
rozciągnięciu w celu dopasowania się do elastyczności zęba i wewnętrzna warstwa może ograniczyć
skurcz materiału poprzez jej rozciągnięcie, powoduje to, że materiał nie będzie oderwany od powierzchni zęba. W celu zredukowania naprężeń
w materiałach złożonych powstających podczas polimeryzacji modyfikuje się jej przebieg. Stosowane
są także różne innowacyjne monomery, które mają
ograniczyć skurcz w porównaniu z konwencjonalnymi 2-metakrylami [5, 6]. Stosuje się różne podkłady (linery) pod wypełnieniem [7, 8] oraz różne
systemy aktywacji światłem, które zmieniają kinetykę reakcji fotopolimeryzacji [9–11]. Szybkość polimeryzacji jest proporcjonalna do stężenia monomeru oraz stężenia centrów aktywnych, takich jak
stężenie inicjatora natężenia światła absorbowanego. W krótkim czasie po rozpoczęciu polimeryza-
105
cji, zwykle już po kilku sekundach, stężenie rodników osiąga wartość stałą.
Kiedy materiał złożony jest związany między
dwoma ścianami ubytku, to w momencie skurczu polimeryzacyjnego powstaje napięcie skurczowe. W fazie przed powstaniem żelu zmniejszanie objętości materiału może być jeszcze kompensowane przez zdolność materiału do płynięcia
od wolnych powierzchni do powierzchni związanych i dlatego napięcie skurczowe rośnie w sposób
istotny. W momencie osiągnięcia punktu żelu dalsza kompensacja jest już niemożliwa i powstające
napięcie skurczowe wymusza odciąganie materiału od ścian i w konsekwencji w fazie po powstaniu żelu może dojść do powstania szczeliny brzeżnej między zębem a materiałem. Szczelina powstaje, gdy siła napięcia skurczowego przewyższa siłę
wiązania materiału ze ścianami ubytku. Jeśli zaś
siła wiązania materiału jest większa niż siła napięcia skurczowego, szczególnie przy cienkich ścianach ubytku, dochodzi do deformacji ścian zęba.
W przypadku, gdy materiał złożony jest związany
z jedną powierzchnią, skurcz nie będzie przebiegał
do środka masy materiału, gdyż jest to niemożliwe od strony powierzchni związanej, zatem napięcie skurczowe nie powstanie. W przypadku, gdy
materiał nie będzie związany z żadną powierzchnią, a zatem nic nie wpłynie na kierunek skurczu,
gdyż skurcz przebiega do środka materiału, to nie
powstaje napięcie skurczowe, bo nic nie przeciwdziała skurczowi polimeryzacyjnemu. Siła skurczu polimeryzacyjnego szacowana jest na 13–17
MPa i odgrywa istotną rolę w szczelności brzeżnej
materiału złożonego do ścian zębiny [12, 13].
Na wartość skurczu polimeryzacyjnego wpływa wiele czynników, m.in. geometria ubytku, czynnik konfiguracyjny, wielkość i głębokość ubytku,
rodzaj materiału złożonego, generacja systemu
wiążącego i jego właściwości, zastosowana technika polimeryzacji. Geometria ubytku określana
jest przez współczynnik konfiguracji (C-factor).
W 1987 r. Felizer et al. [14] wyraził go wzorem:
powierzchnia związana
,
C=
powierzchnia wolna
gdzie C współczynnik konfiguracji wyraża stosunek powierzchni ubytku materiału związanej
z tkankami zęba do powierzchni wolnej materiału.
Zgodne z badaniami połączenie z zębiną za pomocą systemów wiążących będzie trwałe, jeśli współczynnik C < 1, ale trudne do przewidzenia będą
sytuacje, gdy wartość C > 1. Ogólnie przyjmuje się,
że im większa wartość współczynnika konfiguracji, tym bardziej narasta napięcie skurczowe i spada zdolność materiału do jego kompensacji. Najbardziej są narażone ubytki klasy I oraz V. Współczynnik ten jest bardziej korzystny w ubytkach
106
w kształcie spodka niż w standardowych ubytkach w kształcie skrzyni. W ubytkach w kształcie
skrzyni siły wewnętrzne mogą częściowo wzajemnie sobie przeciwdziałać, tworząc duże napięcie
wewnętrzne, w ubytkach opracowanych w kształcie spodka natomiast siły są skierowane bardziej
w kierunku wolnej powierzchni, ułatwiając kompensacyjne płynięcie materiału. Wzrost współczynnika powierzchniowego z 1 do 3 spowodował
spadek siły adhezji o 21–35%, czyli im mniejsza była powierzchnia wolna materiału, tym słabiej przyklejał się do tkanek zęba. Dlatego ważne jest, aby
podczas wypełniania głębokich ubytków klasy I i II stosować tradycyjne cementy szkłojonomerowe. Cement tworzy kolejną wolną powierzchnię, która kompensuje skurcz polimeryzacyjny nie
tylko od strony powierzchni żującej, ale także od
dna ubytku. Stąd mniejsze napięcie będzie przekazywane do ścian bocznych (pionowych) i brzegu
ubytku. W praktyce klinicznej w ubytkach klasy
V w celu zmniejszenia napięcia skurczowego jest
zalecane zaokrąglenie kątów ubytku i zukośnienie
brzegów szkliwa powodujące redukcję nadmiernych obciążeń tej okolicy na skutek kurczenia się
materiału złożonego. Maccora i Gomez-Fernandez [15] obliczyli wartość współczynnika konfiguracyjnego dla ubytków klasy I, II i V. Wynoszą one
odpowiednio: dla klasy I – 4,03 ± 0,33, klasy II –
1,85 ± 0,59, klasy V – 1,10 ± 0,09. Napięcie skurczowe jest zdecydowanie małe, gdy czynnik konfiguracyjny jest mniejszy od 1 i gwałtownie rośnie
po przekroczeniu wartości 3. W praktyce klinicznej współczynnik jest najczęściej większy od 2.
Istotna jest również technika nakładania materiału złożonego, kierunek i intensywność światła.
Współczynnik konfiguracyjny w przypadku płaskich warstw jest zminimalizowany, obniża napięcie skurczowe i ogranicza wielkość szczeliny brzeżnej. Biorąc pod uwagę wpływ współczynnika konfiguracyjnego i objętość nakładanego materiału na
napięcie skurczowe, wydaje się logiczne nakładanie
materiału małymi porcjami w cienkich warstwach.
Występuje wtedy mniejszy współczynnik konfiguracyjny niż w przypadku materiału nakładanego w jednej porcji. Ale ponieważ każda warstwa
jest polimeryzowana oddzielnie, w rzeczywistości
wielkość napięcia skurczowego jest tylko pozornie mniejsza. Bezpośrednio po polimeryzacji całkowity skurcz wynosi 70–85% [16]. Po 5 minutach
wartość wzrasta do 92–95%, co oznacza, że podczas polimeryzacji ostatniej warstwy materiału
skurcz pierwszej warstwy ciągle nie jest zakończony, a zatem w końcowej fazie wypełnienia ubytku
skurcz występuje w całej masie materiału. Technika warstwowego nakładania nie jest metodą doskonałą, ale ciągle jest najskuteczniejszym sposobem zmniejszania napięcia skurczowego [17].
E. Jodkowska
Badania nad kierunkiem naświetlania wykazały, że światłoutwardzalne materiały kurczą
się w kierunku padającego światła, gdyż energia w warstwach bliżej źródła światła jest większa
niż w warstwach głębokich, czyli pierwsza zostaje utwardzona warstwa najbliższa źródła światła,
a warstwy głębiej są położone jeszcze w fazie płynnej. Dzisiaj wiadomo, że nie kierunek naświetlania jest najważniejszy, ale intensywność światła.
Wykazano, że stosowanie mniejszego natężenia
światła w początkowej fazie polimeryzacji wprawdzie wydłuża proces utwardzania materiałów złożonych, ale obniża poziom napięcia skurczowego.
Zmniejszenie natężenia światła do 250 mW/cm 2
nie pozwala na zmniejszenie skurczu i powstania
mikroprzecieku, zatem sugeruje się stosowanie
światła o natężeniu niższym niż 250 mW/cm2 [18].
Zastosowanie nanocząsteczek o dużej masie
cząsteczkowej (nanożele) użytych jako potencjalne składowe zwiększające swoją objętość w celu
zmniejszenia całkowitej koncentracji grup reakcyjnych pozwoliło na zredukowanie skurczu bez
ograniczenia innych krytycznych właściwości polimeru [19].
Nanożele to cykliczne i wewnętrznie usieciowane pojedyńcze lub wielołańcuchowe polimerowe cząsteczki o rozmiarach poniżej µm [20, 21]. Do
standardowej matrycy monomerowej TEGDMA
2-metakrylat trójetylenu glikolu/reaktywnego nanożelu dodano wypełniacze ze szkła barowego (średnia cząsteczek 0,4 µm) w ilości 70% ww.
(wagowo). Dodatek 10%, 20% (wagowo) lub więcej nanożelu do TEGDMA zmniejszył maksymalnie tempo polimeryzacji. Ponadto dodatek nanożelu sprzyjał większemu tempu reakcji w stanie zeszklonym (vitrified), proces przebiegający
w wysokiej temperaturze, w której substancje nieorganiczne ulegają stopnieniu i rozpuszczeniu
w stopionej masie, a substancje organiczne ulegają pirolizie i spaleniu. Ciekła stopiona masa po
szybkim ochłodzeniu tworzy bardzo odporny chemicznie materiał. Należy to tłumaczyć małą gęstością sieciowania dzięki zawartości nanożelu w porównaniu do TEGDMA homopolimeru [19].
Spośród materiałów złożonych mających standardowe wypełniacze ze szkła barowego (70% wagowo) i zróżnicowaną zawartością nanożeli, ostatecznie konwersja nie została w istotny sposób
ograniczona przez ich obecność. Domieszka reaktywnych i niereaktywnych nanożeli do TEGDMA
zmniejsza skurcz polimeryzacyjny odpowiednio
o 37 i 43%. Nie zauważono istotnych różnic
w skurczu między reaktywnymi i niereaktywnymi cząsteczkami prepolimeru w materiale złożonym z podwójnym wypełniaczem. Zawartość 40%
(wagowo) nanożelu w fazie żywicowej stanowi
12% (wagowo) i około 21% objętościowych mate-
Kontrola oddziaływań skurczu polimeryzacyjnego i napięcia skurczowego materiałów złożonych
riału złożonego i zapewnia redukcję skurczu objętościowego o 24% w porównaniu do grupy kontrolnej z TEGDMA [20, 21]. Wykazano, że domieszka
nanożelu nie tylko zmniejsza skurcz objętościowy,
ale również naprężenia z nim związane. Skurcz
objętościowy zależy od zawartości wypełniaczy.
Duża zawartość wypełniaczy zmniejsza skurcz
objętościowy. Jest to zrozumiałe, gdyż skurcz objętościowy zależy od wiązań podwójnych, czyli stosunku liczby cząsteczek wypełniaczy do liczby podwójnych wiązań w monomerze. Ponieważ ilościowy wzrost wypełniaczy wpływa niekorzystnie na
wartość modułu elastyczności, nie można zwiększać tej zawartości w sposób nieograniczony. Problem ten można częściowo rozwiązać, tzn. zmniejszyć skurcz objętościowy, poprzez wprowadzenie
do matrycy wcześniej spolimeryzowanych cząstek,
jak to ma miejsce np. w ormocerach (organicznie
modyfikowane materiały ceramiczne) lub w monomerach cyklicznych, w których otwarciu pierścienia podczas polimeryzacji towarzyszy rozszerzalność liniowa. Domieszka 20 lub 40% (wagowo)
reaktywnego nanożelu do monomeru TEGDMA
pozwoliła na uzyskanie materiałów złożonych ze
zmniejszeniem końcowego skurczu odpowiednio o 26 i 45% w porównaniu z grupą kontrolną
(TEGDMA bez dodatku nanożelu).
Zastosowanie nanożelowych prepolimerów
do monomerów 2-metakrylanowych w znacznych
ilościach nie ma istotnego wpływu na kinetykę reakcji i ostateczną konwersję osiąganą podczas fotopolimeryzacji. Przy średnich stężeniach nanożelu lepkość monomeru wzrasta nieznacznie. Duże
domieszki nanożelu podnoszą lepkość monomeru
i materiału złożonego. Nanożel o wysokiej temperaturze przemiany szkła nie zmienił modułu polimerów. Wprowadzenie cząsteczek nanożelu skutecznie ogranicza skurcz polimeryzacyjny i napięcie skurczowe, co może być wykorzystane w celu
zmiany współczynnika refrakcji fazy żywicowej,
nadal umożliwiając użycie dużej ilości nieorganicznych cząsteczek wypełniaczy w stomatologicznych materiałach złożonych.
Materiały służące do odbudowy twardych tkanek zęba podczas polimeryzacji ulegają kurczeniu
się i rozszerzaniu [22–24]. Nasuwa się pytanie, czy
w wilgotnym środowisku jamy ustnej skurcz ten
może być zrekompensowany przez absorbcję wody? Wykazano, że 97% odkształceń guzków spowodowanych skurczem polimeryzacyjnym w wypełnieniu z materiału złożonego odzyskuje swój
pierwotny kształt po 6 miesiącach kąpieli wodnej [25]. Szerokość szczeliny brzeżnej również jest
ograniczana przez ekspansję higroskopijną materiałów złożonych, kompomerów, a także cementów szkłojonomerowych modyfikowanych żywicą
[26, 27]. Stopień ekspansji higroskopijnej może
107
przekroczyć wielkość skurczu polimeryzacyjnego w materiale łatwo pobierającym wodę i doprowadzić do powstania naprężeń wewnętrznych [28].
Trzyletnie badania van Dijkena [29], sugerują, że
przyczyną odłamania guzków w 13 z 67 badanych
zębów odbudowanych materiałem złożonym uwalniającym jony fluoru była ekspansja higroskopijna.
Przeprowadzono badania in vitro w usuniętych zębach trzonowych, w których preparowano
duże ubytki typu MOD i odbudowywano je materiałami o różnej absorbcji wody hydrofobowym
materiałem złożonym (Filtek Supreme) i hydrofilowym cementem szkłojonomerowym (Ketac Nano) [30]. Oceniano deformację zębów spowodowaną skurczem polimeryzacyjnym kompensowane
przez ekspansję higroskopijną w ciągu 4 tygodni.
Powierzchnie policzkowe i językowe zębów przesunęły się dowewnętrznie o 13–14 µm po założeniu
wypełnienia. Po przechowywaniu w wodzie deformacja guzków w grupie zębów wypełnionych materiałem złożonym stopniowo zmniejszyła się, rekompensując zniekształcenie spowodowane skurczem w ciągu 4 tygodni. W grupie odbudowywanej
cementem szkłojonomerowym modyfikowanym
żywicą kompensacja nastąpiła w ciągu 1 tygodnia, a ząb podlegał ekspansji o dalsze 28 µm po
24 tygodniach. W pierwszym przypadku przyczyną może być zmniejszenie odkształcenia guzków
przez uszkodzenie żywicy łączącej między ścianą zęba a wypełnieniem lub wynikać z lepkości
i elastyczności materiału odbudowującego [30].
W drugim przypadku cement szkłojonomerowy
wykazywał szybszą absorbcję wody przypisywaną
hydrofilnym poliHEMA fazy żywicowej i ich hydrożelowej strukturze w porównaniu z powolnym
procesem kontrolowanej dyfuzji przez żywicę matrycy materiału złożonego.
Podsumowanie
Naprężenia powstające w tkankach zęba na
skutek skurczu polimeryzacyjnego można zmniejszyć, nadając ubytkowi kształt spodka. Wypełnienie ubytków głębokich kl. I i II powinno odbywać
się z użyciem tradycyjnych cementów szkłojonomerowych, które kompensują skurcz polimeryzacyjny nie tylko od strony powierzchni żującej, ale
także od dna ubytku. W ubytkach klasy V w celu zmniejszenia napięcia skurczowego jest zalecane zaokrąglenie kątów ubytku i zukośnienie brzegów szkliwa.
Dodatek reaktywnego nanożelu do TEGDMA
nie wywołał ujemnych efektów w kinetyce reakcji konwersji i właściwościach mechanicznych materiału. Ograniczenie skurczu polimeryzacyjnego
i poziom naprężeń było proporcjonalne do zawar-
108
E. Jodkowska
tości nanożeli, a materiał wykazywał mały skurcz
polimeryzacyjny.
Deformacja guzków spowodowana skurczem
polimeryzacyjnym została skompensowana przez
ekspansję higroskopijną w ciągu 4 tygodni w zę-
bach odbudowywanych z użyciem materiału złożonego, podczas gdy cement szkłojonomerowy
skompensował skurcz w nadmiarze w ciągu 1 tygodnia, powodując dalszą ekspansję zęba.
Piśmiennictwo
  [1]Andrzejewska E.: Fotopolimeryzacja. Fotochemia polimerów. Teoria i zastosowanie. Red.: J. Pączkowski. Wydawnictwo Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń 2003, 107–168.
  [2] Jakubiak J., Linden L.Å.: Polimery 2001, 46 część I–II, 522, 590.
  [3]Dickens S.H., Stansbury J.W., Choć K.M., Floyd C.J.E.: Photopolymerization kinetics of methacrylate dental
resin. Macromol. 2003, 36, 6043–6053.
  [4] Floyd C.J.E., Dickens S.H.: Network structure of bis-GMA-and UDMA-based resin systems. Dent. Mater. 2006,
22, 1143–1149.
  [5]Atai M., Ahmadi M., Babazadeh S., Watts D.C.: Syntesis, characterization, shrinkage and curing kinetics of
a new low-shrinkage urethane dimethacrylate monomer for dental application. Dent. Mater. 2007, 23, 1030–1041.
  [6] Stansbury J.W., Dickens B., Lin D.W.: Preparation and characterization of cyclopolymerizable resin formulations. J. Dent. Res. 1995, 74, 1110–1115.
  [7]Almori Q.D., Reinhardt J.W., Boyer D.B.: Effect of liners on cusp deflection and gap formation in composite
restorations. Oper. Dent. 2001, 26, 406–411.
  [8]Alonso R.C.B., Cunha L.G.,Correr G.M., De Goes M.F., Correr-Sobrinho L., Puppin-Rontani R.M.: Association of photoactivation methods and low modulus liners on marginal adaptation of composites restorations. Acta
Odont. Scand. 2004, 62, 298–304.
  [9] Sakaguchi R.L., Berge H.X.: Reduced light energy density decreases post-gel contraction while maintaining degree of conversion in composites. J. Dent. 1998, 26, 695–700.
[10] Brandt C., de Moraes R.R., Correr L., Sinhoreti M.A.C., Consani S.: Effect of different photo-activation
methods on push aut force, hardness and cross-link density of resin composite restorations. Dent. Mater. 2008, 24,
846–850.
[11] Sakaguchi R.L.,Wiltbank B.D.,Murchison C.F.: Contraction force rate of polymer composites is linearly correlated with irradiance. Dent. Mater. 2004, 20, 402–407.
[12] Uno S., Asmussen E.: Marginal adaptation of a restorative resin polymerized at reduced rate. Eur. J. Oral Sci. 2007,
99, 5, 440–444.
[13]Eick J.D., Gwinnett A.J., Pashley D.H., Robinson S.J.: Current concepts on adhesion to dentin. Crit. Rev. Oral
Biol. Med. 1997, 8, 306–335.
[14] Feilzer A.J.,De Gee A.J.,Davidson C.L.: Setting stress in composite resin in relation to configuration of the restoration. J. Dent. Res. 1987, 66, 1636–1639.
[15] Maccora J.C.,Gomez-Fernandez S.: Quantification of configuration factor in class I and class II cavities and
stimulated cervical erosion. Eur. J. Prost. Res. Dent. 1996, 1, 29–33.
[16] Sakaguchi R.L., Peters M.C.R.B., Nelson S.R., Douglas W.H., Poort H.W.: Effects of polymerization contraction in
composite restorations. J. Dent. 1992, 20, 178–182.
[17]Cunha L.G., Bruschi Alonso R.C.,Carvalho de Souza-Junior E.J.,Neves A.C.E.C., Correr-Sobrinhp L.,
Coelho Sinhoreti M.A.: Influence of the curing method on the post-polymerization shrinkage stress of a composite resin. J. Appl. Oral Sci. 2008, 16, 266–270.
[18] Santos G.O., Poskus L.T., Guimarães J.G.A., Silva E.M.: Influence of light-curing mode on the sealing of resin
composte restorations. Rev. Odont. 2006, 35, 269–273.
[19] Moraes R.R., Garcia J.W., Barros M.D., Lewis S.H., Pfeifer C.S., Lin J.CH., Stansbury J.W.: Control of polymerization shrinkage and stress in nanogel-modified monomer and composite materials. Dent. Mater. 2011, 27,
509–519.
[20] Funke W., Okay O., Joos-Muller B.: Microgels: Intramolecularly crosslinked macromolecules with a globular
structure in microencapsulation. Microgels-Iniferters, 1998, 139–234.
[21]Graham N.B., Cameron A.: Nanogel and microgels: the new polymeric materials play-ground. Pure Appl. Chem.
1998, 70, 1271–1275.
[22] Bowen R.L., Rapson J.E., Dickson G.: Hardening shrinkage and hygroscopic expansion of composite resin. J. Dent.
Res. 1982, 61, 654–658.
[23] Smith D.L., Schoonover I.C.: Direct filling resins: dimensional changes resulting from polymerization shrinkage
and water sorption. J. Am. Dent. Assoc. 1993, 46, 540–544.
[24] Tantbirojn D., Versluis A., Pintado M.R., De Long R., Douglass W.H.: Tooth deformation patterns in molar after composite restoration. Dent. Mater. 2004, 20, 535–542.
[25] Sequra A., Donly K.J.: In vitro posterior composite polymerization recovery following hygroscopic expansion.
J. Oral. Rehabil. 1993, 20, 495–499.
[26] Thonemann B.M., Federlin M., Schmalz G., Hille K.A.: SEM analysis of marginal expansion and gap formation in class II composite restorations. Dent. Mater. 1997, 13, 192–197.
Kontrola oddziaływań skurczu polimeryzacyjnego i napięcia skurczowego materiałów złożonych
109
[27] Huang G., Kei L.M., Wei S.H., Cheung G.S., Tay F.R.,Pashley D.H.: The influence of hygroscopic expansion of
resin-based restorative materials on artificial gap reduction. J. Adhes. Dent. 2002, 4, 61–71.
[28] Sindel J., Frankenberger R., Krämer N., Petschelt A.: Crack formation of all-ceramic crowns dependent on
different core build-up and luting materials. J. Dent. 1999, 27, 175–181.
[29] Van Dijken J.W.V.: Three-year performance of a calcium fluoride de-, and hydroxyl-ions-releasing resin composite. Acta Odontol. Scand. 2002, 60, 155–159.
[30] Versluis A., Tantbirojn D., Lee M.S.,Tu L.S.,De Long R.: Can hygroscopic expansion compensate polymerization shrinkage? Part I. Deformation of restorated teeth. Dent. Mater. 2011, 27, 126–133.
Adres do korespondencji:
Elżbieta Jodkowska
Zakład Stomatologii Zachowawczej IS WUM
ul. Miodowa 18
00-246 Warszawa
tel.: +48 22 502 20 32
e-mail: [email protected]
Praca wpłynęła do Redakcji: 7.11.2011 r.
Po recenzji: 10.01.2012 r.
Zaakceptowano do druku: 30.01.2012 r.
Received: 7.11.2011
Revised: 10.01.2012
Accepted: 30.01.2012