Adhezja materiałów kompozytowych jest dzisiaj

Transkrypt

1 lek. stom. Krzysztof Polanowski 1, lek. stom. Iwona Polanowska-Zbijewska 2 Wpływ polimeryzacji światłem na jakość i skurcz materiału kompozytowego Adhezja materiałów kompozytowych jest dzisiaj wykorzystywana w wielu dziedzinach stomatologii. Rezultaty rekonstrukcji zębów z wykorzystaniem kompozytu są uwarunkowane wieloma czynnikami. Rezultat końcowy pracy lekarza stomatologa zależy od: jego wiedzy i techniki pracy, izolacji pola zabiegowego, odpowiedniego doboru materiałów, jakości tworzywa i systemów adhezyjnych oraz od sposobu polimeryzacji, a tym samym od rodzaju i techniki użycia lampy polimeryzacyjnej. Do negatywnych następstw nieodpowiedniej polimeryzacji zaliczamy: zwiększoną kumulację osadów i płytki bakteryjnej na powierzchni kompozytu, niskie parametry fizykochemiczne spolimeryzowanego tworzywa, szybkie zużycie materiału kompozytowego, osłabienie adhezji, obecność toksycznego monomeru, uwalnianie się niedostatecznie spolimeryzowanych frakcji polimeru, nadwrażliwość zębiny, zwiększoną sorpcję wody, zmiany parametru skurczu polimerów, a w następstwie szereg komplikacji klinicznych dotyczących całego układu stomatognatycznego jamy ustnej. Obecnie najczęściej stosujemy materiały kompozytowe polimeryzowane światłem. Pierwszy materiał utwardzany światłem pojawił się w 1970 roku. Firma L.D.CAULK wyprodukowała tworzywo o nazwie Nuva-fill. Pomimo wielu lat rozwoju i udoskonalania techniki pracy klinicznej, chemii materiałów kompozytowych, środków adhezyjnych do dzisiaj trudno pokonać rezultaty rekonstrukcji zębów przy wykorzystaniu amalgamatów. Przeciętna trwałość wypełnienia amalgamatowego to 16 lat, natomiast wypełnienia kompozytowego 6 lat (1, 2, 3). Wg badań Bayna i in. trwałość wypełnienia wykonywanego w gabinecie prywatnym jest o 35% mniejsza od danych prezentowanych w raportach badawczych. Jednym z powodów jest m.in. nieodpowiednia polimeryzacja. Materiał kompozytowy utwardza się pod wpływem światła dzięki zawartości fotoinicjatorów. Najbardziej popularnym fotoinicjatorem jest CQ kamforchinon, który reaguje na spektrum fali nm przy maksymalnej absorpcji określonej na 470 nm. Mniej popularne fotoinicjatory, jak PPD (1-phenyl-1,2-propanedione), wymagają wiązki światła o fali w zakresie nm, podobnie Lucirin (TPO) oraz BAPO (Bis acylphosphine oxide). Mechanizm polimeryzacji materiałów kompozytowych można podzielić na 3 etapy: inicjację, propagację i terminację. Reakcja rozpoczyna się po wzbudzeniu zawartego w kompozycie fotoinicjatora. Fotoinicjator pochłania kwant światła i ulega rozpadowi na rodniki. Reakcja ta uwarunkowana jest wieloma czynnikami i przebieg tego etapu może skutkować w negatywny sposób, chociażby poprzez zbyt słabą inicjację, kiedy fotoinicjator powraca do stanu podstawowego, emitując zaabsorbowaną energię w postaci ciepła. Również zbyt mała ilość rodników może wpłynąć negatywnie na kinetykę reakcji chemicznej. Aktywne rodniki przenoszone są do monomerów, tworząc makrorodniki, które przyłączają kolejne cząstki monomerów. Jest to tzw. faza propagacji. Faza ta ma istotne znaczenie, również jej kinetyka może mieć bardzo różny przebieg w zależności od budowy kompozytu. Zmianie ulegają konfiguracja i aktywność układu oraz gęstość (efekt Trommsdorffa), szczególne znaczenie ma tzw. punkt żelowania moment przejścia mikrożeli w makrożele. Odroczenie powstania punktu żelowania jest jedną z metod zmniejszania skurczu polimeryzacyjnego. Faza terminacji może polegać na łączeniu dwóch makrocząstek jako etap nieodwracalny lub też polegać na zamknięciu aktywnej cząstki makrorodnika w układzie polimeru i ten układ może być modyfikowalny np. poprzez podwyższenie temperatury. Ogólnie polimeryzację można również podzielić na fazę ciemną i jasną. Faza jasna zachodzi w momencie zaaplikowa- TITLE: The effect of light polymerization on the quality and shrinkage of a composite material STRESZCZENIE: Artykuł opisuje metody polimeryzacji światłem oraz rodzaje lamp stosowane do tego rodzaju zabiegów. SŁOWA KLUCZOWE: lampa, polimeryzacja, amalgamat SUMMARY: The article describes methods of light polymerization and types of lamps used during such an intervention. KEYWORDS: lamp, polymerization, amalgam 69

2 Fot. 1. Lampy polimeryzujące mogą mieć różną konstrukcję. Lampa halogenowa typu pistoletowego, w środku ergonomiczna lampa LED z diodą zlokalizowaną w główce lampy oraz po lewej lampa LED z diodą zlokalizowaną w korpusie pistoletu Fot. 2. Kompozyt o grubości 5 mm umiejscowiony w cylindrze i naświetlony lampą o dużej mocy z odległości 1 mm wykazywał pełną polimeryzację Fot. 3. Ten sam kompozyt o grubości warstwy 5 mm umiejscowiony w cylindrze i naświetlony tą samą lampą, ale pod kątem 45 stopni i przy zwiększonej odległości o 2 mm wykazywał brak pełnej polimeryzacji Fot Rozpraszanie światła jest jednym z podstawowych zjawisk o negatywnym wpływie na efekt polimeryzacji nia kwantu światła i kończy się wraz z wyłączeniem lampy polimeryzacyjnej. Nie oznacza to końca reakcji polimeryzacji, gdyż układ polimeru, a w zasadzie jego kinetyka, przechodzi wtedy w fazę ciemną. W celu polimeryzacji gabinety stomatologiczne używają najczęściej następujących źródeł światła (fot. 1): 1. lampy PAC, zwanej popularnie łukiem plazmowym, emitującej światło w wyniku wyładowania w środowisku gazu szlachetnego ksenonu; lampa została wprowadzona w 1998 roku; jej podstawowa zaleta to krótki czas naświetlania; problemami PAC są: brak zgodności długości fali z częścią fotoinicjatorów zawartych w żywicach, wyższy koszt oraz raporty wskazujące na gorsze efekty polimeryzacji materiałów w porównaniu do innych alternatywnych źródeł światła; 2. lasera argonowego, który jest bardzo dobrym źródłem światła z możliwością regulowania zakresu długości fali oraz światłem niewymagającym filtra ze względu na monochromatyczność; wadami lasera argonowego poza wysokim kosztem są gabaryty oraz wąski światłowód; 3. lampy halogenowej działanie tej lampy oparte jest na emisji światła przez żarnik wolframowy umieszczony w środowisku gazu obojętnego w postaci żarówki ; ze względu na dużą ilość emitowanego promieniowania elektromagnetycznego oraz promieniowania podczerwonego wymaga ona filtra oraz systemu chłodzenia; lampa ma duży zakres fali kompatybilny z fotoinicjatorami, niewielkie gabaryty i niski koszt eksploatacji; wadami tego źródła światła są m.in.: brak stabilności i trwałości emitowanego światła, lampa jest wrażliwa na spadki zasilania, konieczność częstej wymiany żarówek, większa dyspersja i emisja ciepła; lampy LED obecne lampy oparte na diodach LED wykorzystują diody 3 generacji o dużej trwałości i stabilności światła; dobrej klasy lampa wystarcza na ok. 5 lat pracy klinicznej; dioda LED zbudowana jest z 2 półprzewodzących kryształów typu N i P o różnej gęstości elektronów; pod wpływem prądu, który płynie w jednym kierunku w układzie NP., wytwarzana jest energia, która emitowana jest w postaci światła. Lampy polimeryzacyjne różnią się między sobą konstrukcją oraz parametrami emitowanego światła. Najważniejsze cechy światła to: zakres długości fali podawany w nm, moc lampy, moc natężenia, moc gęstości (irradiance) podawana w mw/cm 2. Najważ- 70

3 niejszy z nich to irradiance pokazujący wskaźnik mocy światła na jednostkę powierzchni. Wg badań Price a et al. okazuje się, że rozbieżności pomiędzy ilością energii dostarczanej przez lekarzy w tych samych warunkach przy użyciu tego samego źródła światła sięga 20%, co wskazuje jednoznacznie na duże rozbieżności techniki pracy lampą. Ilość energii, która powinna być dostarczana w celu odpowiedniej polimeryzacji, waha się między 6 J/cm2 a 36 J/ cm2 przy 2-milimetrowej grubości warstwy kompozytu wg średniej statystycznej 20 J/cm2 na 2-milimetrową warstwę kompozytu. Taka ilość energii powinna wystarczyć, aby zapewnić prawidłową polimeryzację (5). Odpowiada to naświetlaniu przez 20 sekund lampą o natężeniu 1000 mw/cm 2. Wartość głębokości polimeryzacji określa równanie logarytmiczne, które wykorzystywane jest przez wielu badaczy. Meyer i in. wykazali spadek natężenia emitowanego światła w zakresie od 33% do 83% (13) na 10 mm głębokości w zależności od rodzaju lampy. Wg danych ADA z 2009 r. wartość ta zmieniała się od 16% do 68% (14) w zakresie głębokości od 2 mm do 9 mm. Innymi słowy stopień konwersji kompozytu DC spada wraz z głębokością ubytku/ze wzrostem grubości warstwy kompozytu. W warunkach klinicznych nie sposób jest określić jakość polimeryzacji, dlatego istotne jest przestrzeganie wielu elementów składających się na rezultat finalny. Poza tym sytuacja może być o wiele trudniejsza niż w warunkach in vitro ze względu na barwę kompozytu i geometrię ubytku. Moc lampy podawana przy specyfikacji, tzw. light output możemy zmierzyć za pomocą radiometru. Miernik tego typu nie wskazuje parametru mocy światła dostarczanego do materiału. Radiometr wskazuje moc światła w momencie zetknięcia z sensorem miernika, a to nie oddaje w pełni jakości i efektywności działania lampy polimeryzacyjnej. Początkowa wartość rozpoczęcia emisji w większości lamp drastycznie spada, związane jest to z konstrukcją źródła światła, ze sposobem zasilania lampy, z rodzajem użytych baterii oraz budowy soczewki. Emitowane światło ulega zjawisku dyspersji (rozpraszania), wiązka emitowanego światła może dostarczać niewystarczającą dawkę energii nawet przy dużej mocy ze względu na rozproszenie czy też zbyt małą szerokość końcówki emitującej światło (6, 9). Nie bez znaczenia jest konstrukcja lampy. Pomimo że diody LED mają teoretycznie wiele godzin trwałości, to jednak mogą ulec zniszczeniu w krótkim czasie na skutek tego, że do ich działania wymagana jest wysoka gęstość prądu. Może to skutkować przegrzaniem chipa LED i żółknięciem żywicy epoxy wokół LED, tym samym zmieniają się parametry emitowanego Fot Nieprawidłowo założona folia ochronna lampy i fałdy osłonki spowodują zmianę kierunku wiązki światła i zwiększą zjawisko dyspersji Fot. 8. Prawidłowo założona folia chroniąca optykę lampy. Brak załamań folii i fałdów Fot. 9. Zabrudzenie światłowodu wpływa negatywnie na jakość emisji światła 71

4 światła. Końcówki światłowodów oraz optyka lamp polimeryzacyjnych powinny być regularnie sprawdzane. Uszkodzenia mechaniczne, zabrudzenia, źle zamontowane elementy chroniące układ optyczny lampy (kapturki ochronne, rękawy foliowe) mogą negatywnie wpłynąć na efekty polimeryzacji. Wg raportów CRA prowadzonych przez dr. Gordona Christensena (10) lepiej używać lamp o większej mocy. Oczywiście użycie modułów typu turbo lub plazma w nieodpowiedni sposób wpływa negatywnie na rekonstrukcję i zachowanie się utwardzanego tworzywa, może również powodować przegrzanie tkanek zęba, dlatego najistotniejsze znaczenie mają wiedza i technika wykonującego zabieg. Popularne lampy halogenowe emitują świtało w przedziale nm, większość lamp LED ma zakres nm, ale są na rynku lampy LED oparte na diodach 3 generacji emitujące światło w zakresie od 380 nm do 490 nm. Stosując lampy polimeryzacyjne w warunkach klinicznych, możemy stosować różne metody/techniki naświetlania. Ich zastosowanie zależy głównie od rodzaju polimeryzowanego materiału oraz od jego aplikacji, jak też geometrii ubytku. Lampy techniczne mają ponadto możliwość zwiększania efektywności poprzez wzrost temperatury czy też przeprowadzenia polimeryzacji w środowisku gazowym (N 2 ) czy beztlenowym. Najpopularniejsze opcje naświetlania stosowane w klinice to: 1. światło ciągłe (continuous cure) naświetlania niskim lub średnim natężeniem mocy poprzez pewien okres, podawany najczęściej w sekundach; sugerowany czas naświetlania opcją continuous cure zawarty jest najczęściej w instrukcjach obsługi lamp polimeryzacyjnych, jak też w protokołach stosowania materiałów kompozytowych; dane te podawane są najczęściej przez producenta i nie zawsze potwierdzone są badaniami naukowymi; 2. światło tzw. miękkiego startu soft start (step cure), które polega na naświetlaniu początkowym o małym natężeniu, które następnie wzrasta; miało ono na celu opóźnienie uzyskania fazy żelowania polimeryzowanego materiału i zminimalizowanie skurczu polimeryzacyjnego, jednak wg nowszych doniesień soft start ma więcej wad niż zalet; laser argonowy oraz PAC nie mają tej opcji, aczkolwiek aby uzyskać efekt soft startu, wystarczy użyć techniki zbliżania włączonej lampy do punktu polimeryzacji; 3. ramp cured emisja światła polegająca na wzrostach i spadkach intensywności emisji w pewnych przedziałach czasu powtarzających się periodycznie; 4. światło pulsacyjne o wysokiej energii (high energy pulse cure) krótkotrwała emisja pulsacyjna światła o zwiększonej intensywności stosowana głównie przy mocowaniu zamków ortodontycznych i naświetlaniu sealantów; Fot. 10. Prawidłowo umiejscowiona końcówka lampy w odległości 1 mm od powierzchni kompozytu przed ekspozycją światła 10 72

5 5. światło pulsacyjne opóźnione (pulse delay cure) emisja światła pulsacyjnego o następujących po sobie cyklach o zmiennym, najczęściej wzrastającym natężeniu światła. Powstaje pytanie, który z tych programów daje najlepsze efekty. Nie ma na to jednoznacznej odpowiedzi. Użycie danego programu i techniki naświetlania zależy głównie od konfiguracji i umiejscowienia ubytku oraz od rodzaju kompozytu. Aby poprawić efekty polimeryzacji, a tym samym jakość rekonstrukcji i jej parametry, lekarz powinien zwrócić uwagę na: 1. rodzaj użytkowanej lampy polimeryzacyjnej; 2. jakość końcówki emitującej światło: brak zabrudzeń, czystość soczewek lub światłowodu (4, 5); 3. odpowiednie zamontowanie osłonek jednorazowych i kapturków ochronnych elementów optycznych lampy; 4. odpowiednie umieszczenie lampy podczas naświetlania: odległość i kąt ustawienia końcówki roboczej; 5. stabilizację lampy podczas naświetlania kompozytu; 6. dobór szerokości światłowodu względem wielkości rekonstrukcji; 7. modyfikacje czasu eskpozycji lampy wobec koloru rekonstrukcji; 8. używanie okularów ochronnych umożliwia precyzyjną ocenę własnej techniki lub sposobu pracy asysty; światło emitowane przez lampy nie jest zdrowe, jednak nie jest możliwe przeprowadzenie prawidłowej polimeryzacji bez patrzenia na pole zabiegowe; 9. zalecane są przerwy między ekspozycjami, w szczególności przy naświetlaniu z użyciem lamp o dużej mocy; 10. końcówka lampy powinna być umieszczona w odległości 1 mm od naświetlanego materiału i po uruchomieniu ekspozycji światła zbliżona do niego w czasie 1 s (11, 12); 11. typ i konfigurację naświetlanego ubytku; 12. rodzaj i właściwości polimeryzowanego materiału (8); 13. materiały o podwójnym systemie polimeryzacji typu dual cured mogą wymagać odmiennej techniki naświetlania wynikającej ze specyfiki składu chemicznego. Obecnie najlepszymi lampami na rynku są Valo Grand i Fusion 5 (9, 10). Obie lampy oferują najwyższe parametry światła i doskonałą ergonomię. Oparte są na diodach najnowszej generacji oraz mają szereg dodatkowych udoskonaleń zastrzeżonych patentami. Zapewniają najlepsze parametry naświetlania potwierdzone wieloma badaniami. Lampa Fusion 5 to w zasadzie cały system pracy światłem (fot. 14). Konstrukcja lampy pozwala na wykorzystanie kilku odmiennych końcówek roboczych umożliwiających zastosowanie odmiennych zakresów fal światła w ce- 11 Fot. 11. Nieprawidłowo umiejscowiona końcówka lampy, zbyt duża odległość od miejsca naświetlania 73

6 Fot. 12. Nieprawidłowa, zbyt duża odległość od miejsca naświetlania oraz zły kąt ustawienia lampy spowoduje znaczny spadek ilości dostarczanej energii Fot. 13. Zbyt mała średnica światłowodu oraz zbyt duża odległość od miejsca naświetlania. W tym przypadku nastąpią znaczne rozproszenie emitowanego światła, niski współczynnik konwersji DC, a tym samym szereg niepożądanych następstw związanych z błędną techniką pracy lampy Fot. 14. Lampa Fusion 5. Jej konstrukcja pozwala na wykorzystanie kilku odmiennych końcówek roboczych umożliwiających zastosowanie odmiennych zakresów fal światła w celach zabiegowych i diagnostycznych Fot. 15. Transluminescencja pozwala na wykrycie zmian próchniczych, uszkodzeń tkanek twardych zęba, uzupełnień protetycznych, wykrywanie ujść kanałów korzeniowych Fot. 16. Cold laser opcja zimnego lasera ipad Fot. 17. Detekcja zmian nowotworowych przy użyciu zjawiska fluorscencji Fot. 18. Fusion 5 ma szerokość głowicy 13 mm i doskonałą ergonomię pozwalającą na precyzyjne umiejscowienie głowicy roboczej przy minimalnym rozwarciu ust pacjenta Fot. 19. Kształt wiązki emitowanego światła oparty jest na technologii focused beam. Pozwala to na najbardziej efektywne naświetlanie w głębokich ubytkach klasy II Blacka i ma to ogromne znaczenie przy kompozytach klasy bulk-fill

7 lach zabiegowych i diagnostycznych. Tym samym lekarz pracujący nawet w jednofotelowym gabinecie jest w stanie wykonywać wiele dodatkowych zabiegów, posiadając wszechstronne narzędzie diagnostyczne bez konieczności inwestowania w kilka odmiennych i kosztownych urządzeń. Lampa Fusion 5 daje nam dodatkowo następujące opcje: transluminescencji pozwalającej na wykrycie ognisk próchnicy, złamań, pęknięć tkanki zęba, materiałów rekonstrukcyjnych, detekcji ujść kanałów korzeniowych (fot. 15); cold laser opcja zimnego lasera ipad pozwala na zastosowanie światła w celu: przyspieszenia gojenia tkanek i ich regeneracji w periodontologii, leczenia stanów zapalnych, przyspieszenia gojenia po zabiegach chirurgicznych, dezynfekcji tkanek miękkich i tkanek zęba, leczenia perioimplantitis, uśmierzania bólu, w tym bólu związanego z TMJ (fot. 16); diagnostyka zmian nowotworowych (veloscope) opcja diagnostyki światłem polegająca na wykorzystaniu zjawiska fluorescencji; stomatolog jest w stanie wykryć wczesne zmiany nowotworowe w obrębie jamy ustnej; detekcja zmian nowotworowych przy użyciu zjawiska fluorescencji (fot. 17); system opcji wybielania: możliwość zastosowania końcówki pozwalającej na aktywowanie żelu do wybielania. Poza tym Fusion 5 ma szerokość głowicy 13 mm i doskonałą ergonomię pozwalającą na precyzyjne umiejscowienie głowicy roboczej przy minimalnym rozwarciu ust pacjenta (fot. 18). Moc światła może sięgać 4000 nw/cm 2 bez ryzyka przegrzania tkanek zęba i konieczności wykonywania przerw między kolejnymi ekspozycjami poprzez specjalną technologię niwelującą emisję ciepła. Kształt wiązki emitowanego światła oparty jest na technologii focused beam (11), dzięki czemu lampa ma najmniejszą dyspersję strumienia światła przy głębokości 10 mm. Pozwala to na najbardziej efektywne naświetlanie w głębokich ubytkach klasy II Blacka i ma to ogromne znaczenie przy kompozytach klasy bulk-fill (fot. 19). Opcją ekonomiczną dającą dobre parametry przy minimalnych kosztach jest lampa ART-5 firmy Bonartmed. Wg CRA jest to najlepszy kompromis pomiędzy kosztami urządzenia a jego jakością. Obecnie dzięki wynalazkowi prof. Price a, który opracował system MARC The Managing Accurate Resin Curing-Patient Simulator (MARC-PS ), istnieje możliwość badania ilości dostarczanej energii światła oraz opracowania optymalnej techniki pracy lampą. Rezultaty takiej symulacji podawane są w czasie rzeczywistym. Jednocześnie system MARC umożliwił opracowanie dokładniejszych zaleceń ochronnych dla studentów, lekarzy i pacjentów w związku z niwelowaniem szkodliwego wpływu światła na narząd wzroku. Piśmiennictwo 1. Kovarik R.E.: Restoration of posterior teeth in clinical practice: evidence base for choosing amalgam versus composite. Dent. Clin. North Am., 2009, 1, 53, Simecek J.W., Diefenderfer K.E., Cohen M.E.: An evaluation of replacement rates for posterior resin-based composite and amalgam restorations in U.S. Navy and marine corps recruits. J Am Dent Assoc., 2009 Feb, 140 (2), Sunnegårdh-Grönberg K, van Dijken J.W., Funegård U., Lindberg A., Nilsson M.: Selection of dental materials and longevity of replaced restorations in Public Dental Health clinics in northern Sweden. J Dent., 2009 Sep, 37 (9), Strassler H.E.: Cure depths compared with LED and other curing lights. J Dent Res, 2003, 82, Duke E.S.: Light-emitting diodes in composite resin polymerization. Compend Contin Educ Dent., 2001, 22, D Alpino P.H., Wang L., Rueggeberg F.A. et al.: Bond strength of resin-based restorations polymerized with different light-curing sources. J Adhes Dent., 2006, 8 (5), Price R.B., Felix C.A., Andreou P.: Third-generation vs a second-generation LED curing light: effect on Knoop microhardness. Compend Contin Educ Dent., 2006, 27 (9), Swift Jr E.J.: Critical appraisal: light curing. J Esthet Restor Dent., 2011, 23 (3), Felix C.A., Price R.: The effect of distance from light source on light intensity from curing lights. J Adhes Dent., 2003, 5 (4), Christensen G.J.: Save time, effort and money with fast, new LED curing lights. Clinicians Report., 2010, 3 (10), Price R.B., Rueggeberg F.A., Labrie D., Felix C.M.: Irradiance uniformity and distribution from light curing units. J Esthet Restor Dent., 2010, 22 (2), Pires J.A., Cvitko E., Denehy G.E., Swift E.J. Jr.: Effects of curing tip distance on light intensity and composite resin microhardness. Quintessence Int., 1993, 24 (7), Strassler H.E., Massey W.L.: Cure depths using different curing lights. J Dent Res., 2002, 81, Yap A.U., Wong N.Y., Siow K.S.: Composite cure and shrinkage associated with high intensity curing light. Oper Dent., 2003, 28 (4), STOMAPOL, Warszawa, ul. Myśliborska 18/44, 2 MCS Poradnia Stomatologii Dziecięcej, Warszawa, ul. Nowy Zjazd 1 kierownik poradni: lek. dent. Regina Ćwik, specjalista stomatologii dziecięcej 75