Comparative assessment of composites landing adaptation for dental restoration in experiments

Full Text

Введение

В современной стоматологии композитные реставрации приобретают все большую популярность по сравнению с цементными и амальгамовыми пломбами, что связано как с высокими эстетическими требованиями пациентов, так и с возможными токсичными воздействиями амальгамовых пломб [1–3]. Однако качество и долгосрочные результаты композитной реставрации зависят не только от состава композитного пломбировочного материала, но и от способа его адаптации в сформированной полости зуба. Одними из наиболее важных факторов, от которых зависит успех композитной реставрации, является его полимеризационное напряжение и доля конверсии в процессе полимеризации.

Во время полимеризации абсолютно все светоотверждаемые композиты и композиты с химическим и смешанным типом отверждения проходят две фазы преобразования (предгелевую и постгелевую), во время которых композит претерпевает объемную усадку. Во время реакции полимеризации за счет инициаторов полимеризации происходит высвобождение свободных радикалов, они запускают цепную реакцию превращения мономерных углеродистых связей С=С в полимерные С–С. Превращение данных связей выражается в степени конверсии и указывает на объем полимеризации. Увеличение количества конверсии связей делает поверхность композита более твердой, увеличивает прочность на изгиб и модуль упругости, повышает устойчивость к перелому, увеличивает предел диаметральной прочности на разрыв, глубину отверждения и устойчивость к износу. Таким образом возрастают прочностные свойства композита [4].

Одно из свойств материала, напрямую влияющего на выраженность этих факторов, — вязкость композита.

Композиты с высокой степенью вязкости имеют в своем составе большую долю неорганического наполнителя, а значит, более высокие показатели твердости, устойчивости к истиранию, сопротивления на излом. Однако при классическом методе работы — при комнатной температуре — из-за низкой текучести зачастую возникают сложности в процессе адаптации каждой порции композитного материала к стенкам зуба или другим порциям композита. С такой степенью вязкости сложно избежать образования пор внутри каждой порции композита во время его моделировки.

В связи с этим было предложено использовать жидкотекучие композиты с низкой вязкостью, имевшие более высокие показатели текучести, а значит простоту точной адаптации без пор к подготовленным стенкам зуба. Однако этот физический параметр достигался за счет снижения доли неорганического наполнителя в композите, также неизбежно уменьшались твердость материала, его устойчивость к истиранию, сопротивлению на изгиб и резко повышалась объемная усадка при полимеризации. По этой причине область применения таких композитов ограничена [5, 6].

Одним из способов уменьшения вязкости и увеличения текучести наполненных композитов является их нагрев и вибрационное воздействие. Научно доказано, что нагрев композита перед фотополимеризацией снижает его вязкость и повышает текучесть за счет увеличения подвижности молекул материала, увеличивая степень конверсии при полимеризации и, как следствие, улучшая долговечность реставрации [7]. При этом снижается до минимума уровень непрореагировавших мономеров и, как следствие, уменьшается вероятность возможных аллергических реакций у пациента.

Следует отметить, что не при любом предварительном нагреве композитного материала происходит улучшение его физических свойств. При различных температурах происходят разные изменения материала [8].

Доказано, что светоотверждаемые композиты способны уменьшать свою вязкость и становиться текучими при повышении температуры до 50–60 °С. Нагревая светоотверждаемый композит до полимеризации, можно повысить пластичные свойства материала, что улучшает физико-механические характеристики светоотверждаемого композита и обеспечивает эффективную адаптацию к адгезивно подготовленной поверхности. Вместе с фактором качественной адаптации к адгезивному слою при нагревании композит получает ряд важных преимуществ для длительного сохранения высокого качества реставрации [4]. Однако научно доказано, что при нагреве композитного пломбировочного материала до 55–60 °C происходит резкое ухудшение других физических свойств. При такой температуре идет резкое повышение показателей объемной усадки при полимеризации, что приводит к отрыву пломбировочного материала от стенок зуба и, соответственно, к значительному нарушению краевого прилегания [8].

По данным исследований, при нагреве пломбировочного материала до 60 °C и помещении его в полость витального зуба температура пульпы зуба повышается максимум до 0,8 °C, таким образом, не происходит никаких необратимых изменений со стороны пульпы зуба [9].

Можно сделать вывод, что работа с нагретым композитным пломбировочным материалом до 55 °C включительно приводит к улучшению физико-химических свойств композита и при этом не оказывает разрушающего или травмирующего влияния на состояние твердых и мягких тканей зуба.

Наиболее распространенным методом нагрева композитных пломбировочных материалов является использование специализированных композитных печей для предварительного разогрева композита, таких как Calset Tri Tray (AdDent, США) и Ena Heat (Micerium, Италия).

Данный метод имеет один общий недостаток: с момента извлечения порции композита из шприца или канюли до момента внесения в сформированную полость зуба и последующего отсвечивания фотополимерной лампой происходит частичная потеря преимуществ предварительно нагретого композита вплоть до полного отсутствия эффекта нагрева из-за остывания. По данным исследований, около 50% достигнутой температуры будет потеряно в первые 2 мин и близко к 90% потерям через 5 мин удаления композитного материала из нагревательного устройства [10].

Другим способом изменения физических свойств неполимеризованного композитного материала является вибрационное воздействие. Колебательные движения приводят к более плотному и однородному перераспределению композитного материала внутри порции. При этом происходит снижение вязкости материала и повышение текучести, что приводит к лучшему качеству краевого прилегания пломбировочного материала к стенкам зуба и к другим порциям композитного материала [11].

Существующим способом вибрационного воздействия на композит является инструмент Compothixo™ (Kerr, США).

Учитывая все эти данные нами был разработан способ термовибрационного воздействия на композитный пломбировочный материал (заявка на патент РФ № 2019119059).

Сущностью и новизной способа является то, что происходит одновременное термическое и вибрационное воздействие ультразвуковой гигиенической или ортопедической насадкой с гладкой рабочей поверхностью на порцию композитного материала непосредственно в сформированной полости зуба в течении 10 сек на максимальном уровне мощности с частотой колебания от 25 до 35 кГц ультразвуковым аппаратом для достижения температуры порции композита 48–50 °С. Подбор времени нагревания проводили опытным путем при помощи измерения температуры композита тепловизором Seek Thermal (Seek Thermal, США) непосредственно в сформированной полости зуба перед полимеризацией.

Основными преимуществами разработанного нами способа являются: одновременное термическое и вибрационное воздействие на композитный пломбировочный материал, нагрев композитного пломбировочного материала происходит непосредственно в сформированной полости зуба с последующей полимеризацией; экономия времени лечения пациента; совокупные улучшения свойств композита от температурного и вибрационного воздействия, не требует приобретения дополнительного оборудования и инструментов (ультразвуковые насадки многофункционального назначения).

Цель исследования — определение влияния на композит таких физических методов воздействия, как нагрев и вибрация при помощи ультразвука с целью улучшения качества адгезивной фиксации композитного пломбировочного материала к стенкам зуба.

Материал и методы

Исследование проводилось на базе стоматологической поликлиники ФГБОУ ВО КубГМУ Минздрава России в г. Краснодар. Всего было использовано 60 удаленных зубов моляров пациентов, удаленных по показаниям, без кариозных поражений. Произвольным образом зубы были разделены на три равные группы. В каждой группе жевательная поверхность была подготовлена одинаковым способом. На жевательной поверхности были сформированы полости по I классу по Блэку глубиной 3 мм шириной в мезио-дистальном направлении 3–4 мм с помощью алмазного бора с использованием повышающего наконечника с воздушно-водяным охлаждением с последующей финишной обработкой поверхности зуба. Антисептическая обработка полости зуба 2% водным раствором хлоргексидина биглюканата. После этого проведено изолированное селективное протравливание эмали и дентина зуба 30 и 15 сек соответственно 37% ортофосфорной кислотой «Травекс 37» и адгезивная подготовка поверхности зуба при помощи праймера и адгезива OptiBond FL (Kerr, США) с последующей полимеризацией в течение 20 сек при помощи светодиодной полимеризационной лампы Bluephase Style (IvoclarVivadent, Германия). После этого проводилось послойное внесение композитного пломбировочного материала Estelite sigma quick (Tokuyama Dental, Япония) толщиной каждого слоя не более 1 мм с последующей полимеризацией каждой порции композита полимеризационной лампой. В контрольной группе (1-я, n = 20) использовался композит комнатной температуры. В группе сравнения (2-я, n = 20) использовался предварительно нагретый композит в печи для разогрева композита Ena Heat с выставленным режимом нагрева печи 54 °С. В основной группе (3-я, n = 20) использовался разработанный нами способ термо-вибрационного воздействия на композитный пломбировочный материал непосредственно в сформированной полости зуба перед полимеризацией ультразвуковой насадкой PM3 (Satelec Acteon Group, Франция) в течение 10 сек.

Далее зубы были помещены в физиологический раствор на 14 дней, после чего модели зубов были распилены алмазным сепарационным двусторонним диском («ВладМиВА», Россия) в мезио-дистальном направлении через середину композитной реставрации с воздушно-водяным охлаждением.

Сравнение результатов краевого прилегания было проведено с использованием автоэмиссионного растрового электронно-сканирующего микроскопа JSM-7500F (JEOL, Япония).

Статистический анализ был выполнен с использованием статистического однофакторного дисперсионного анализа ANalysis Of VAriance (ANOVA).

В 1-й группе при исследовании микропрепаратов было выявлено нарушение прилегания пломба — ткани зуба по максимальным значениям размера щели в поле зрения от 6,245 до 12,178 мкм (рис. 1–4, см. таблицу).

 

Анализ влияния нагрева и вибрационного воздействия на качество адгезии композита к тканям зуба

Способ работы с композитом	Среднее арифметическое значение размера щели, мкм	Среднеквадратичное отклонение по выборке, Sx	Уровень значимости, a	Значение р	F-распределение (распределение Фишера)	Критическое значение F
Композит комнатной температуры	9,4052	2,503
Предварительно разогретый композит	6,605	2,462	0,05	0,012	6,548	3,8853
Способ термо-вибрационного воздействия на композит	3,8356	2,333

 

Во 2-й группе при таком же исследовании размер щели составил от 3,250 до 9,621 мкм (рис. 5–8; см. таблицу).

В 3-й группе были получены результаты от 0 до 5,785 мкм (рис. 9–12; см. таблицу). Стоит отметить, что это единственная группа, в образцах которых были срезы с полным отсутствием щели в зоне соединения пломба-ткани зуба в поле зрения микроскопа.

В 1-й и 2-й группах образцы микропрепаратов показали разнонаправленную динамику расширения щели между композитным материалом и тканями зуба (см. таблицу), в клинических условиях это может привести к различным осложнениям, таким как постоперационная чувствительность, развитие вторичного кариеса и бессимптомное возникновение осложненного кариеса.

В 3-й группе средний размер щели был меньше, а в некоторых образцах они вовсе отсутствовали (см. рис. 11, 12; см. таблицу), что свидетельствует о том, что физическое воздействие на неполимеризованный композит, такое как нагрев и вибрационное воздействие, влияет на качество краевого прилегания.

Полученные образцы зубов были исследованы с помощью растрового электронного микроскопа в области соединения композитного материала с боковыми стенками и дном сформированной полости зуба под 100-кратным увеличением (см. рис. 1, 2, 5, 6, 9, 10 с условными обозначениями на рисунках, где а — композитный пломбировочный материал, б — стенки зуба, в — зона соединения композитного пломбировочного материала со стенками зуба, которая могла быть представлена либо в виде щели, как на рис. 1, 2, 5, 6, либо в виде плотного соединения с отсутствием зазора, как на рис. 9, 10). Так же эти зоны были исследованы под 1500 кратном увеличением (см. рис. 3, 4, 7, 8, 11, 12 с условными обозначениями, где а — композитный пломбировочный материал, б — стенки зуба, в — зона соединения композитного пломбировочного материала со стенками зуба, которая могла быть представлена либо в виде щели, как на рис. 3, 4, 7, 8, либо в виде плотного соединения с отсутствием зазора, как на рис. 11, 12). При таком увеличении при наличии щели проводилось измерение ее ширины между композитным материалом и стенками зуба в местах с максимальным размером в пределах поля зрения с точностью 0,001 мкм (рис. 3, 4, 7, 8). Эти данные вносились в сводную таблицу для проведения статистического анализа.

Результаты

После статистического однофакторного дисперсионного анализа ANOVA были получены следующие результаты (см. таблицу).

В статистических расчетах был принят уровень значимости a = 0,05. Полученное распределение Фишера F = 6,548 значительно превышает критическое значение F, равное 3,8853. В связи с тем, что значение р = 0,012 значительно меньше a = 0,05, можно сказать о том, что нулевая гипотеза отклонена, то есть различие средних значений выборок не может быть объяснено лишь случайностью, что говорит о статистически значимом влиянии проверяемых способов воздействия на композит для улучшения краевого прилегания композитного материала к стенкам зуба.

Исходя из результатов исследования образцы из основной 3-й группы с использованием разработанного способа термо-вибрационного воздействия на композитный пломбировочный материал непосредственно в полости зуба получили наименьшее количество и размер щелей между композитным материалом и стенками зуба, а также это была единственная группа с полным отсутствием щели в нескольких образцах по сравнению с группой сравнения 2 и контрольной группой 1. А образцы из группы сравнения 2 с предварительным нагревом композита в печи для разогрева композита получили лучшие результаты по размеру щелей в сравнении с контрольной группой, где реставрации проводились композитом комнатной температуры.

Обсуждение

В клиническом сценарии композиты могут быть нагреты для имитации текучих композитов для достижения лучшей адаптируемости к стенкам полости за счет снижения вязкости и, тем самым, уменьшения нарушения краевого прилегания без потери механических свойств относительно текучего композита, который имеет меньшее количество частиц наполнителя. Предварительно нагретыми композитами легко манипулировать за счет их большей пластичности и низкой вязкости. Однако в процессе их изъятия из шприца и адаптации в сформированной полости зуба происходит рассеивание тепла, что приводит к потере преимуществ разогретого композита перед полимеризацией. В связи с этим использование термо-вибрационного воздействия на композитный пломбировочный материал непосредственно в сформированной полости зуба (заявка на патент РФ № 2019119059) и соответственно нагрев композита одновременно с воздействием ультразвуковой вибрации инструмента кроме того, что повышает прочностные свойства композита, а именно увеличивает твердость поверхности композита, увеличивает прочность на изгиб и модуль упругости, повышает устойчивость к перелому, увеличивает предел диаметральной прочности на разрыв, глубину отверждения и устойчивость к износу [12], также за счет снижения вязкости пломбировочного композитного материла повышает качество краевого прилегания к стенкам зуба, что способствует увеличению срока службы реставрации.

Участие авторов: концепция и дизайн исследования — А.А. Адамчик; сбор и обработка материала — А.А. Гущин; статистическая обработка — А.А. Гущин; написание текста — А.А. Гущин; редактирование — А.А. Адамчик.

About the authors

A. A. Gushchin

Kuban State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: doctor-stomatolog@yandex.ru

Graduate student

Russian Federation, 4, Mitrofan Sedina Street, Krasnodar, 350063

A. A. Adamchik

Kuban State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: doctor-stomatolog@yandex.ru
Russian Federation, 4, Mitrofan Sedina Street, Krasnodar, 350063

References

Supplementary files