Ваш город: Москва
Выбрать другой город

Усадка и усадочный стресс при полимеризации композитных материалов

Anton J. de GEE, Cees J. KLEVERLAAN, 

АСТА, Научный департамент по стоматологическим материалам, Амстердамский университет и Свободный университет, Нидерланды.

Напряжения, возникающие при полимеризации композитных материалов 

Когда композитный пломбировочный материал плотно прилегает к стенкам полости, усадка при полимеризации, которая происходит во время отверждения материала, приводит к возникновению напряжений в полости. В зависимости от интенсивности, эти напряжения могут быть причиной разрушения соединений реставрации (рис. 1а) или даже структуры зуба из-за появления трещин (рис. 1б).

Рис. 1. Клинические последствия, которые могут быть связаны с усадкой, возникающей при полимеризации композитных материалов, или с напряжениями, вызванными ей:
а. Нарушение краевой герметичности реставрации из композитных материалов;
б. Фрактуры эмали зубов (указано стрелкой).

Факторами, которые способствуют возникновению этих напряжений, являются:

  • Геометрия полости, в основном характеризующаяся тем, что называют «фактором конфигурации», или «С-фактором»;
  • Состав композитного материала;
  • Процент преобразования мономеров, то есть более или менее полная реакция полимеризации;
  • То, что связано с предыдущим фактором, — способ светового облучения.

Фактор конфигурации (С-фактор) 

С-фактор, который является одним из главных параметров напряжений, вызванных полимеризацией, соответствует отношению числа поверхностей композитного материала, приклеенных к стенкам полости, к числу свободных поверхностей (которые не находятся в контакте с зубом). 

Чем выше С-фактор, тем существеннее напряжения на границе контакта «зуб-биоматериал». Схема 1 иллюстрирует оценку С-фактора для наиболее часто встречающихся геометрий полостей.

Схема 1. Пять классических типов полостей и их С-факторов, оцененных посредством диагонального направления их моделирования в форме кубов. Цилиндры внизу схематически представляют различные типы образцов, соответствующих различным С-факторам (отношение приклеенных поверхностей к свободным поверхностям). Верхние края каждого цилиндра приклеены к стальным дискам. Их основание приклеено к стеклянной пластинке, боковые поверхности соответствуют свободным поверхностям.

Таким образом, для полостей класса V, где С-фактор равен 5, напряжение, связанное с усадкой от полимеризации, является основной причиной неудачи этого типа реставраций. 

Многочисленные клинические исследования реставраций класса V показывают, что композитные материалы, порождающие высокую степень напряжений, повышают риск образования маргинальных зазоров [1, 7, 9]. 

Для того чтобы уменьшить риск образования зазоров в полостях, где невозможно перераспределение возникающих напряжений (или возможно лишь в малой степени) окружающими тканями — как в полостях класса V — рекомендуется использовать композиты, которые вызывают слабые напряжения при полимеризации.

При более низких значениях С-фактора (в диапазоне от 1 до 2), как в случае мезио-, дисто-окклюзионных и МОД-полостей, происходит перераспределение напряжений окружающими тканями. Однако в случае широких проксимо-окклюзионных полостей изгибы выступов, которые возникают вследствие этих напряжений, могут быть достаточно существенными и вызывать послеоперационную чувствительность, трещины и даже разломы эмали.

В этих конфигурациях даже слабые напряжения могут вызвать деформацию выступов. Композитные материалы, которые дают повышенную усадку при полимеризации, имеют, таким образом, тенденцию больше деформировать выступы, чем композитные материалы со слабой усадкой.

Как выбрать композитный материал в зависимости от геометрии полости?

Как показано выше, в тех ситуациях, когда стенки полости имеют незначительную степень изгибаемости, необходимо подбирать композитный материал с низким усадочным стрессом. К сожалению, значения усадки и напряжений от полимеризации не всегда известны. 

Хотя изготовители указывают в основном значения усадки своих композитных материалов, сравнение этих величин с данными других материалов, имеющихся на рынке, оказывается трудным, так как они получены с помощью разных методов измерения. К сожалению, производители не публикуют значения напряжений, вызванных усадкой от полимеризации. Тем не менее, базы данных, объединяющие значения усадки и напряжений, возникающих при отверждении большого числа композитных материалов, оцененных одними и теми же методами, были бы полезны практикующим врачам.

Взаимосвязь между усадкой и усадочным стрессом

Значение усадки композитного материала, возникающей в процессе полимеризации, в основном связано с количеством наполнителей, которые он содержит. Чем больше наполнителей, тем меньшее количество материала участвует в реакции полимеризации, и тем меньше усадка. 

Однако увеличение содержания наполнителей влечет за собой возрастание твердости композитного материала и как следствие — напряжений, возникающих при отверждении в определенных ситуациях— например, в полостях класса V. В недавней публикации, посвященной изучению усадки и напряжений от полимеризации 17 коммерческих композитных материалов, 13 из них отвечают ожидаемой связи между усадкой и возникающим напряжением с высоким коэффициентом корреляции r2 = 0,88 (напомним, что полная корреляция соответствует r2=1, т.е. 100%). Только четыре материала явились исключением. Три из них — Filtek Z100, Aelite Flo и Flow-It — имеют степень напряжения выше той, которую можно ожидать в зависимости от значения их усадки. Наоборот, Heliomolar показывал более низкие значения напряжения, возникающие при усадке.

Цель исследования

Композитные материалы, которые не подчиняются общему закону «усадка-напряжение» и имеют одновременно слабую усадку при полимеризации и низкую степень напряжений (как Heliomolar), представляют интерес для практика, который может надеяться с их помощью улучшить краевое прилегание реставраций, избегая деформации выступов. Это является причиной, по которой данное исследование было расширено до 30 композитных материалов — чтобы выяснить, могут ли и другие материалы иметь слабую усадку и низкие напряжения при отверждении.

Измерение усадки и напряжений

Усадка, возникающая при полимеризации, была оценена с помощью ртутного дилатометра, а напряжения от полимеризации (при значении С-фактора, равном 2) были замерены датчиком усилий.

Измерения проводились на протяжении временного отрезка, равного 30 минутам.

На схемах 2-3 представлены два экспериментальных устройства — там же приведено краткое описание методики измерений.

Схема 2.

Схема 3.

Результаты и обсуждение

В таблицах представлены значения усадки (объемные %) и напряжений (выраженные в МПа) для 30 композитных материалов. Эта таблица объединяет данные, зарегистрированные в рамках этой работы, и данные, полученные в идентичном протоколе наблюдений в исследовании Клеверлаана и Файльзера [10]. 

Первая таблица (табл. 1) объединяет 21 композитный материал, которые имеют хорошую корреляцию «усадка-напряжение» (r2 = 0,81). Вторая таблица (табл. 2) включает 9 материалов, которые отклоняются от этой линейной зависимости.

Таблица 1а.
Значения объемной полимеризационной усадки и усадочного стресса, зарегистрированные за 30 минут, — 21 исследованный материал имеет хорошую корреляцию между этими параметрами (r2 =0,81)

Таблица 1б.
Значения объемной полимеризационной усадки и усадочного стресса, зарегистрированные за 30 минут, — 9 исследованных материалов 
отклоняются от линии корреляции

На графике 1 — материалы, которые располагаются ниже линии корреляции, имеют слабую усадку (или вызывают слабую степень напряжений), что является благоприятным признаком по сравнению с материалами, расположенными на линии или выше нее.

График 1. 

Помимо Heliomolar, обнаружено еще 5 композитных материалов, имеющих либо малую усадку, либо низкий усадочный стресс.
ELS продемонстрировал очень низкие значения обоих параметров. Tetric Evo Ceram, Gradia Direct и In-Ten S имеют достаточно низкие усадку и степень напряжений.

Таким образом, эти данные являются информацией, которая может помочь практикующему специалисту при выборе композита. Материалы, обладающие низким усадочным стрессом, подходят для твердых геометрий полостей. В свою очередь, материалы с низкими значениями усадки показаны для использования в полостях с потенциально гибкими стенками.

Заключение

Большая часть исследованных композитных материалов (21 из 30) подчиняется правилу, согласно которому низкая усадка сопровождается высоким усадочным стрессом (и наоборот).

В рамках исследования 9 материалов составляют исключение из этого правила. 

Материалы, которые сочетают слабую усадку и слабые напряжения на стенках полостей, являются теми, которые, по всей вероятности, создают меньше проблем, связанных с образованием маргинальных зазоров и фрактур эмали.

Наиболее низкие значения усадки и усадочного стресса зарегистрированы для композитных материалов ELS (Saremco) и Heliomolar (Vivadent).

Anton J. de Gee, Cees J. Kleverlaan, ACTA, Department of Dental Materials Science, University of Amsterdam and Free University, Louwesweg 1, 1066 EA Amsterdam, Netherlands.

Cписок литературы:

  1. Calheiros F. C., Sadek F. T., Braga R. R., Cardoso P. E. Polymerization contraction stress of low-shrinkage composites and its correlation with microleakagein class V restorations. J Dent. 2004; 32: 407-12.
  2. Causton B. E., Miller B., Sefton J. The deformation of cusps by bonded pos-terior composite restorations: an in vitro study. Brit Dent J. 1985; 159: 397-400.
  3. Christensen G. J. Curing restorative resin. A significant controversy. J Am Dent Assoc. 2000; 131: 1067-9.
  4. Condon J. R., Ferracane J. L. Assessing the effect of composite formulation on polymerization stress. J Am Dent Assoc. 2000; 131: 497-503.
  5. De Gee A. J., Davidson C. L., Smith A. A modified dilatometer for continuous recording of volumetric polymerization shrinkage of composite restorative materials. J Dent. 1998; 9: 36-42.
  6. 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: 1636-9.
  7. Ferracane J. L., Mitchem J. C. Relationship between composite contraction stress and leakage in Class V cavities. Am J Dent. 2003; 16: 239-43.
  8. Ferracane J. L. Developing a more complete understanding of stresses produced in dental composites during polymerization. Dent Mater. 2005; 21: 36-42.
  9. Ferrari M., Yamamoto K., Vichi A., Finger W. J. Clinical and laboratory evaluation of adhesive restorative systems. Am J Dent. 1994; 7: 217-9.
  10. Kleverlaan C. J., Feilzer A. J. Polymerization shrinkage and сontraction stress of dental resin composites. Dent Mater. 2005; 21: 1150-7.
  11. Lim B. S., Ferracane J. L., Sakaguchi R. L., Condon J. R. Reduction of polymerization contraction stress for dental composites by two-step light-activation. Dent Mater. 2002; 18: 436-44.
  12. Sakaguchi R. L., Wiltbank B. D., Murchison C. F. Contraction force rate of polymer composites is linearly orrelated with irradiance. Dent Mater. 2004; 20: 402-7.
  13. Stansbury J. W., Trujillo-Lemon M., Lu H., Ding X., Lin Y., Ge J. Conversion dependent shrinkage stress and strain in dental resins and composites. Dent Mater. 2005; 21: 56-67.

Регулярно читаете статьи по специальности? Подпишитесь на нашу рассылку.

Похожие статьи

Фотоотчёт
Клинический случай
Композитный блич
Клинический случай
Перелечивание резорцин-формалинового зуба
No comments yet