Е. Н. Жулев, д.м.н., профессор, зав. кафедрой;
Д. Н. Яковлев, аспирант.
Кафедра ортопедической стоматологии
НижГМА, г. Нижний Новгород.
Керамические зубные протезы можно получать самыми разнообразными методами, начиная от литья и заканчивая фрезерной обработкой керамических блоков по компьютерной программе. С помощью одних методов можно изготовить только микропротезы (вкладки, накладки, виниры) и одиночные коронки, другие позволяют создать зубные протезы большей протяженности, в частности, мостовидные.
Изготовление зубных протезов методом литья
Зубные протезы, полученные методом литья, обладают высокой прочностью по сравнению с обычной керамикой, используемой для облицовки металлических каркасов зубных протезов. В работах Malament А. с соавторами и Grossman D. G. (1987) приведены сведения о препарировании зубов под ситалловую коронку из материала Dicor. Согласно этим данным, при подготовке зуба под ситалловую коронку парирование по окклюзии должно составлять от 1,5 до 2,0 мм. С апроксимальных поверхностей препарирование зависит от морфологии зуба, но обязательно должно находиться в пределах от 1,0 до 1,5 мм. В области десневого края должен быть сформирован пришеечный уступ с закруглением под углом 135° или прямой уступ с закругленным внутренним углом в 90°. Ширина уступа должна составлять 1,00 мм или больше, если это возможно. Степень конусности, рекомендованная для осевых поверхностей, должно находиться в пределах от 6 до 8°. Препарированная поверхность должна быть сглаженной и не иметь острых линейных углов [Grossman D. G, 1985; Malament A., Grossman D. G, 1987]. После препарирования зубов, снятия оттиска и подбора расцветки начинают изготовление протеза.
Литая керамика Dicor («Dentsply») была предложена в 80-х годах [Adair P. J., Grossman D. G., 1984]. Отливка этой поликристаллической стеклокерамики производилась с помощью центрифуги в огнеупорные формы. В отличие от обожженного фарфорокерамического порошка стеклокристаллический материал выгодно отличается тем, что не имеет пор, хорошо полируется, делая совмещение с зубом более точным [Stenberg R., Matsson L, 1993]. В системе Dicor изготовление жакетных коронок производят в следующей последовательности: изготавливают рабочую гипсовую модель, по которой формируют восковую модель. Рекомендованная толщина стенок восковой модели составляет 1 мм или больше, если это возможно. Восковую модель соединяют с литником и заформовывают с использованием формовочного материала на фосфатной связке. После того, как форма приобретает твердость, ее помещают в прокалочную печь и нагревают до 900 °С, после чего дают тридцатиминутную выдержку.
Материал CeraPeorl («Куосеrа», Япония) является литьевой керамикой на основе апатита, обладающей идеальной совместимостью с тканями полости рта. Протез изготавливается путем заформовывания восковой модели и последующего литья. На завершающем этапе изготовления протеза производится его подкрашивание. Недостатком керамики является невозможность полной передачи специфических эффектов и характерных особенностей зубов, в частности, у пожилых пациентов [Hobo S., Iwata T., 1985]. Недостатками литых керамических коронок является хрупкость в области тонкого пришеечного края, а также слишком высокая прозрачность, или слишком сильная заглушенность, не соответствующая виду натуральных зубов. Из-за высокой прозрачности керамики искусственные коронки могут казаться слишком темными или серыми [Chiche J., Aoshima H, Bruggers K., 1997].
Изготовление зубных протезов по компьютерной программе
В настоящее время на рынке представлено несколько цельнокерамических систем, про которые заявлено, что они полностью соответствуют требованиям профессиональных стоматологов. Эти системы основаны на применении высокой технологии, названной CAD/CAM (computer aided design/computer aided manufacturing — компьютерное моделирование/компьютерное управление процессом изготовления).
Существуют технологии изготовления цельнокерамических зубных протезов, где одни авторы используют матрицы, которые по своим физико-химическим свойствам близки к фарфору [Худоногов Г. Н, Федотов В. А, Иванов С. И., 1992; Перзашкевич Л. М., Сидоренко И. Б., Коваль П. Н, 1989; Novotny M., Urban L, 1988]. Другие применяют метод микрофрезерования [Duret F., Blouin I.-L., Duret В., 1988; Crawford R., 1988]. Известны технологии, основанные на методе прессования керамической массы с последующим литьем ее под давлением [Abert Ch., Lange K.-P., Grisse St.,Vagel F., 1988; Shortall A. C, Fayyad A, Williams I. D., 1989].
Большинство из этих технологий значительно менее трудоемки, более экономичны, чем те, которые основаны на изготовлении металлического каркаса. Однако их возможности ограничены лишь изготовлением вкладок, одиночных коронок, фасеток и мостовидных протезов, состоящих из не более чем трех керамических единиц.
Достаточно широко известна проблема, заключающаяся в том, что при помещении керамики в среду полости рта в присутствии влаги наблюдается появление статической коррозионной усталости материала, приводящей к снижению прочности образцов. Водяной пар из слюны вызывает медленный рост трещин, образовавшихся в процессе изготовления керамики. Hоrnberger N. и Marquis R. (1994) сообщили о 25% уменьшении прочности керамики In-Ceram Alumina («Vident») после ее хранения в воде в течение одной недели. Статистически значимого уменьшения прочности образцов из керамики Empress 2 после их недельного нахождения в воде авторы не обнаружили.
Коэффициент термического расширения (KTP) стеклокерамики на основе дисиликата лития значительно отличается от KTP керамики Empress ранее использовавшегося состава. Поэтому потребовалась разработка нового материала для облицовки керамического каркаса зубного протеза. Новая керамика для облицовки была изготовлена на основе фторапатита. При нанесении этой керамики на керамический каркас и последующем обжиге происходит образование кристаллов апатита, аналогичных таковым твердых тканей естественного зуба [Ciche. С. J., Pinaull. A, 1994]. Керамика на основе фторапатита по структуре больше похожа на естественные зубы, чем на полевошпатную керамику, используемую для изготовления металлокерамических протезов.
В результате клинических исследований износа твердых тканей зубов-антагонистов было сделано несколько новых и интересных выводов [Libman. W. J., Nicholls. J. I., 1995]. У пациентов были сняты оттиски керамических несъемных протезов из 3 единиц и зубов антагонистов сразу после изготовления протеза, через 6 и 12 месяцев; оттиски были залиты эпоксидной смолой для изготовления эпоксидных реплик, по которым были сняты профилограммы на установке MTS Tooth Profiling System и с применением программы AnSur (составленной в Университете штата Миннесота) и проведено сравнение реплик с целью определения участков наибольшего разрушения и количественной оценки in vivo износа как керамики, так и зубов-антагонистов [Sorensen J. A, Serge H. X., 1998].
Через 6 месяцев почти у половины зубов-антагонистов не было обнаружено заметной абразии [Sorensen J. A, Berge H. X, 1999]. Однако у 40% керамических протезов, находившихся в окклюзионном контакте с естественными зубами, отмечен износ контактных поверхностей. Средний объемный износ (в мм3) твердых тканей зуба составил 0,0701±0,121; керамических поверхностей — 0,0268±0,370. Эти предварительные результаты свидетельствуют о том, что керамика Empress 2 вызывает значительно меньший износ естественных зубов, чем все ранее известные керамические материалы.
Были разработаны и внедрены новые усовершенствованные керамические системы на основе компьютерных технологий — CAD/CAM, Procera, In-Ceram, Vollceram, Galvano (гальванотехника) и т.д. Первым, направленным на снижение затрат, было предложение использовать сканирующий блок с целью последующего компьютерного моделирования будущего протеза.
По словам известного немецкого зубного техника Хегенбарта Э. (2002), лимит возможностей, которые можно реализовать вручную, почти исчерпан. Сегодня с помощью CAD/CAM-технологий можно получить гарантированную точность наложения каркаса при минимальных затратах времени зубного техника. При этом процесс сканирования и автоматического фрезерования мостовидного протеза из трех звеньев занимает 65-80 мин., а погрешность не превышает 20-40 микрон [Volkl L., 2001].
В последние годы стремительно набирают темпы компьютерные технологии машинной обработки керамики. Современные CAD/САМ системы состоят из:
- трехмерного сканера, представленного либо внутриротовой камерой (клинический вариант), либо лабораторным (стационарным) аппаратом для сканирования моделей;
- компьютерного моделирования, программное обеспечение которого позволяет либо простое моделирование виртуальной конструкции, либо использование базы данных о среднеанатомическом строении зубов и зубных рядов, либо моделирование жевательной поверхности с учетом зубов-антагонистов конкретного пациента, либо создание протеза в программе виртуального артикулятора;
- фрезеровального аппарата, который может быть представлен настольным блоком с двумя фрезами, способным фрезеровать одну вкладку или искусственную коронку, либо стационарным аппаратом с более чем 20 фрезами, способным изготовить мостовидный протез до 14 единиц.
По характеру обрабатываемых материалов эти аппараты можно разделить на: фрезеровальные устройства для обычной керамики, фрезеровальные устройства для твердой керамики и универсальные, способные с очень высокой точностью изготавливать протезы из пластика, металла и всех видов керамических материалов.
Первая CAD/САМ система (Сегес 1) была разработана Mormann W., Brandestini M. (1989) и применялась для компьютерного моделирования керамических вкладок. Эта система была основана на получении оптического оттиска. Препарированная полость отображается на мониторе компьютера, где и моделируется вкладка.
Система Сегес 2 имеет улучшенное фрезеровальное устройство (шесть осей вместо трех) и камеру с более высоким разрешением, что позволяет улучшить прецизионность изделия. Краевое прилегание вкладок in vitro снизилось с 84+38 мкм до 56+27 мкм, что свидетельствует о высоком качестве работы Сегес [Schlug, Mormann W., 1995]. Система Сегес 2 также позволяет проводить автоматическую коррекцию окклюзионных контактов.
Как утверждают производители, достоинствами керамических систем, полученных по компьютерным программам, являются [Razzoog M. E., Oden A., Hegenbarth E. A., Lang B. R, 1998]:
- натуральный цвет зубного протеза,
- оптические свойства, близкие к естественным зубам (прозрачность, опалесценция, флюоресценция),
- идеальная биосовместимость с тканями полости рта,
- высокие прочностные свойства,
- высокая точность.
Изготовление зубных протезов методом прессования
В клиническую практику была внедрена прессуемая полевошпатная керамика Empress, которая оказалась непригодной для получения мостовидных протезов большой протяженности. При ее обработке нередко возникали сколы керамического края. Созданная позже прессуемая керамика Optimal-OPC обладает всеми преимуществами керамики с увеличенной прочностью за счет прессования. Эта технология позволяет получить крепкие керамические протезы (до 3 единиц) без металлического каркаса с более высоким уровнем прочности, эстетики и биосовместимости. Системы IPS-Empress 1 и Empress 2 («Ivoclar Vivadent»), а также Optimal Press-able Ceramic — OPC («Jeneric/Pentron») — это комплексы материалов и оборудования для изготовления зубных протезов методом горячего прессования. Для изготовления протезов в начале 90-х годов фирма «Ivoclar» предложила использовать керамические заготовки, прошедшие обжиг в промышленных условиях. Система IPS-Empress предназначена для изготовления вкладок, накладок, виниров, одиночных коронок и мостовидных протезов протяженностью не более 3-4 искусственных зубов. Прочность Dicor, Optec HSP, Cera-press, OPC и IPS Empress составляет 110-150 МПа. Одной из современных систем прессованной керамики является керамика Profi Press фирмы «Klema Dentalprodukte» (Австрия), которая имеет достаточно высокую прочность — 150 МПа.
Недостатком всех зубных протезов, полученных методом прессования, является их светопропускаемость. Sorensen J. А. (1999) отмечает, что иногда приходится сталкиваться с клиническими ситуациями, когда зуб под коронкой имеет слишком темную окраску, которую не в состоянии заблокировать даже заглушённая керамика Empress 2, не говоря уже о более прозрачной Empress [Sorensen J. A, 1999]. Одно из основных достоинств керамических покрытий цельнокерамических каркасов в системах IPS Empress и OPC заключается в том, что они изготовлены на основе фторапатита, благодаря чему вызывают значительно меньшее стирание эмали естественных зубов-антагонистов, чем все ранее известные керамические материалы.
Другим недостатком этой керамики является ограниченная прочность. В работе Campbell S. D., Sozio R. В. (1988) сообщается о результатах сравнительного исследования прочности и краевого прилегания искусственных коронок мостовидных протезов. Керамические протезы обладали несколько лучшим краевым прилеганием, однако прочность металлокерамических протезов оказалась значительно более высокой. Расчет нагрузок на керамический протез показал, что одиночные коронки и небольшие мостовидные протезы достаточно прочны и могут выдержать воздействие жевательных усилий в полости рта. Однако, как отмечают авторы, увеличение протяженности протеза ведет к увеличению числа поломок.
Инфильтрованная стеклом керамика (шликерная)
Система In-Ceram («Vita Zahnfabrik», Bad-Sackingen, Германия) была представлена Sadoun О. в 1984 году. В настоящее время существует в двух модификациях: In-Ceram Alumina и In-Ceram Spinell. Последняя (In-Ceram Spinell) появилась на рынке в 1994 году, т.е. через 10 лет после создания первой (In-Ceram Alumina). Импрегнированная или инфильтрированная керамика представлена маркой In-Ceram, которая с конца 80-х годов держит первенство по прочности на изгиб и вязкости среди всех других керамических систем. Добавление окиси алюминия к полевошпатному стеклу перед спеканием не позволяет увеличить содержание А12Оэ больше, чем на 40-50% [van R Noort, 2002].
Альтернативный подход, позволивший повысить содержание окиси алюминия до 85%, был предложен в 80-е годы французом Sadoun О. (1987). Пористый каркас из окиси алюминия (имеющий очень низкую прочность) пропитывается расплавом лантанового стекла низкой вязкости, в результате чего прочность полученного стеклокристаллического композита повышается в 20 раз [Claus H., 1990]. Позднее появились материалы, в которых окись алюминия была заменена шпинелью (MgAl204) или окисью циркония. Например, в керамике In-Ceram-Zirconia содержится 33% окиси циркония, за счет которого прочность керамики увеличилась до 700 МПа [van R Noort, 2002].
Зубной протез из керамики In-Ceram представляет собой каркас из спеченного оксида алюминия (А1203) (In-Ceram Alumina) или магнезиальной шпинели (MgAl204) (In-Ceram Spinell), насыщенных лантановым стеклом [Хайнеиберг Б. Й., 2002]. Гипсовую модель культи зуба покрывают порошком из корунда или шпинели, образующим каркас зубного протеза, а затем мелкодисперсной стекломассой. При температуре 1100 °С расплавленное стекло адсорбируется каркасом, в результате чего вся структура заполняется стеклом и после охлаждения представляет собой монолит с необходимым оптическим эффектом. Толщина каркаса составляет не более 5 мм [Иноземцева А. А, 1997].
Керамические каркасы In-Ceram Alu-mina или In-Ceram Spinell облицовывают фарфором Vitadur Alpha или Vitadur N. В некоторых случаях, в частности, при восстановлении девитальных зубов или зубов с дисколорацией, для усиления яркости и оптимального распределения светового потока в пришеечной области используют керамический порошок Luminary*. Хотя прочность керамики In-Ceram Spinell является несколько более низкой по сравнению с In-Ceram Alumina (In-Ceram — 450 МПа, In-Ceram Spinell — 350 МПа), этот недостаток успешно компенсируется лучшей эстетикой. Применение керамики In-Ceram Spinell показано для восстановления передних зубов. По эстетическим соображениям для фиксации зубных протезов из In-Ceram Spinell не следует использовать цинкофосфатный цемент. Возможно использование стеклоиономерных цементов, но лучше всего для этой цели подходят полимерные композиты. Хорошие результаты были получены при использовании композиционного полимерного цемента Panavia ТС [Sieber С, Thiel N, 1996].
В последнее время стала внедряться так называемая шликерная технология керамических каркасов (система Turkom-Cera, Top-Ceram) на основе оксида алюминия как наиболее эффективного, широко распространенного и доступного материала, используемого для изготовления технической керамики. Керамика на основе оксида алюминия позиционируется достаточно прочной (450 МПа) и жесткой из всех видов оксидной керамики (по данным производителя) и позволила создавать как одиночные коронки, так и мостовидные протезы средней и большой протяженности, вкладки, виниры, абатменты, мерилендские конструкции.
Преимуществами стеклоинфильтрированной керамики являются [Edward A. McLaren с соавт., 2002]:
- высокая прочность,
- большая точность прилегания.
Система имеет следующие недостатки [Scotti R., Catapano S., Delia A, 1996]:
- опаковость каркаса протеза может негативно отразиться на ее эстетических качествах,
- каркас устойчив к действию кислоты, поэтому не поддается обычному травлению,
- для изготовлении реставраций необходимо специальное лабораторное оборудование.
Стабилизированная иттрием окись циркония
Стабилизированная иттрием окись циркония с начала 70-х годов успешно применялась для изготовления искусственных головок тазобедренных суставов [Rinke S., 2003]. Использование этого материала в стоматологии было затруднено из-за его чрезвычайной твердости (до 1300 МПа), которая приводила к быстрому износу дорогостоящего алмазного инструмента. Однако сочетание высокой прочности с удвоенной, по сравнению с окисью алюминия, вязкостью при изломе делает окись циркония востребованной в тех областях, где необходима высокая стабильность в течение долгого времени при высоких нагрузках [Хегенбарт Э. А., 2002]. В настоящее время многие керамические системы используют циркониевые материалы, однако, по мнению Э. Хегенбарта, лидерство остается за методом фрезерования предварительно спеченных блоков (например, в системе Сеrсоп), который сокращает не только износ инструмента, но и время изготовления протеза.
Требования для выбора керамической системы зависят от локализации дефекта и интенсивности динамических окклюзионных и химических воздействий. Как свидетельствуют многочисленные данные литературы, наибольший эффект достигается при протезировании резцов, где механическое воздействие на зубы меньше. По данным J. McLean и М. Kedge (1987), прочность на изгиб для керамики, используемой в протезах жевательных зубов, должна быть не ниже 300 МПа. J. McLean (1987) указывает, что если толщина каркаса InCeram® Alumina снижается с 1 до 0,5 мм, а сверху накладывается слой облицовочной керамики в 1 мм, то прочность на изгиб снижается до 225 МПа, что достаточно для резцов, но не для моляров. Проведенный автором анализ поломок керамических коронок показал, что толщина каркаса должна быть не ниже 0,7 мм с окклюзионной и лингвальной стороны, тогда как с вестибулярной допустима толщина каркаса в 0,5 мм. Площадь соединения искусственных зубов в протезе In-Ceram® Alumina в вертикальном направлении должна быть не менее 4 мм, в вестибуло-лингвальном - 3 мм [McLaren E., 1998].
Для циркониевых каркасов (Сеrсоп) минимальная окклюзионная и осевая толщина стенок каркаса по рекомендациям производителей должна быть не менее 0,4 мм, а соединительные поверхности у каркасов мостовидных протезов должны иметь площадь поперечного сечения не менее 9 мм2 [Rinke S., 2003].
Разработчики прессованной керамики IPS Empress 2 указывают, что минимальная толщина материала на окклюзионной поверхности должна быть равна 2 мм, площадь соединения искусственных зубов в мостовидном протезе должна быть не менее 16 мм2 (4 х 4) для боковых зубов и 12 мм2 для передних, а высота культи опорного зуба — не менее 5 мм [Хайнеиберг Б. Й., 2002].
Другим условием для успешного протезирования является правильный выбор фиксирующего агента. Если керамический материал с высоким модулем упругости крепится на минимальный остаточный слой препарированного дентина или на более эластичный композит, вся конструкция может под нагрузкой подвергаться изгибу. При этом нагрузка будет концентрироваться на материале с большим модулем упругости, что приведет к ускоренному разрушению конструкции. Анализ механических свойств многослойных материалов показывает, что на их надежность влияют соотношение толщины слоев материала и соотношение их механических свойств [Kelly J. R., 1995]. Тестируя малые мостовидные протезы из In-Ceram® Alumina, Kelly J. R. и соавт. (1995) обнаружили, что результаты расчетов по модели МКЭ (метод конечных элементов) совпадают с результатами лабораторных испытаний, если при математическом моделировании допускается разница в модулях упругости керамических слоев и небольшая подвижность опоры.
В работе Scherrer S. с соавт. (1993) изучена устойчивость к нагрузкам керамических коронок из прессованной керамики, фиксированных на опорах различной высоты и выполненных из материалов с различным модулем упругости. Оказалось, что нагрузка, вызывающая разрушение материала, пропорциональна упругости опоры. Таким образом, при тонкой или низкой культе опорного зуба использовать керамику с невысокими или средними показателями прочности не рекомендуется, особенно в боковых отделах зубных рядов [McLaren E., 1998].
Таким образом, несмотря на достигнутые успехи в разработке систем керамических конструкций остаются открытыми вопросы сравнительной оценки различных керамических систем. Кроме того, недостаточно изучена биомеханика керамических конструкций, поведение их под воздействием жевательной нагрузки. Кроме того остаются открытыми показания для выбора вида керамической системы, некоторые особенности технологии и проведение клинических приемов протезирования.