PODSTAWY ADHEZJI W PROTETYCE STOMATOLOGICZNEJ

Transkrypt

1 ROZDZIAŁ 2 PODSTAWY ADHEZJI W PROTETYCE STOMATOLOGICZNEJ Honarata Shaw Adhezja jest zjawiskiem powodującym przyleganie do siebie dwóch różnych substancji na zasadzie bezpośredniego przyciągania pomiędzy atomami i cząsteczkami tych substancji. Może być spowodowana chemicznym wiązaniem jonów znajdujących się na powierzchniach obydwu substancji lub wzajemnym fizycznym przyciąganiem cząsteczek brzeżnych przez siły Van der Waalsa. Wiązanie chemiczne, noszące również nazwę wiązania pierwotnego, jest dość mocnym i bardzo pożądanym w adhezji typem wiązania, określanym również mianem chemisorpcji. Najczęściej jednak występujący rodzaj adhezji wykorzystuje głównie przyciąganie fizyczne spowodowane siłami Van der Waalsa, powstającymi w wyniku przemieszczenia się elektronów wewnątrz atomu. W odróżnieniu od pierwotnego, czyli chemicznego wiązania, to przyciąganie fizyczne, zwane także wiązaniem wtórnym, nie jest tak mocne jak połączenie chemiczne. Zjawisko adhezji zachodzi w wielu sytuacjach w jamie ustnej. Przykładem może być przyleganie płytki nazębnej, które w dużym stopniu jest spowodowane adhezją. Jest ono także umiejętnie wykorzystywane w stomatologii, jak to ma miejsce w leczeniu protetycznym, gdzie adhezja pomiędzy śliną i tkankami miękkimi oraz śliną i płytą protezy wydatnie pomaga w retencji protez całkowitych. Innym aspektem zajmującym uwagę badaczy jest uzyskanie dobrej adhezyjności materiałów dentystycznych stosowanych do odbudowy twardych tkanek zęba. Materiały o takiej zdolności pozwoliłyby na zlikwidowanie szczeliny brzeżnej, istniejącej pomiędzy tkankami zęba a wypełnieniem. Uzyskanie trwałego połączenia tkanek twardych z wypełnieniem byłoby ogromnym postępem w stomatologii, gdyż jak wiadomo przez szczelinę brzeżną przenikają w głąb ubytku kwasy, drobnoustroje, a także substancje barwiące. W opinii wielu autorów mikroprzeciekanie jest w znacznie większym stopniu odpowiedzialne za powikłania w leczeniu próchnicy w postaci późniejszego zapalenia i martwicy miazgi aniżeli szkodliwy wpływ mate- 17

2 Mosty adhezyjne oparte na wkładach koronowych riałów wypełniających czy próchnica wtórna. Klinicznymi objawami mikroprzeciekania wokół wypełnienia są: długotrwała nadwrażliwość po wypełnieniu wywołana podrażnieniem miazgi, przebarwienie brzegów wypełnienia oraz próchnica wtórna. Próby zlikwidowania mikroszczeliny istniejącej pomiędzy wypełnieniem a ścianą ubytku za pomocą lakierów dentystycznych, a następnie trawienie kwasem przy zakładaniu żywic kompozytowych zredukowały mikroprzeciekanie, ale nie wyeliminowały go zupełnie. Lakiery są naturalnymi żywicami rozpuszczonymi w rozpuszczalnikach organicznych, które po wyparowaniu rozpuszczalnika pozostawiają na powierzchni ubytku cienką błonkę żywicy, blokującą kanaliki zębinowe i wypełniającą mechanicznie przestrzeń pomiędzy tkankami zęba i wypełnieniem. Nie mają one jednak zdolności adhezji do tkanek zęba ani do materiału wypełniającego i dlatego jedynie zmniejszają mikroprzeciekanie. Ponadto po pewnym czasie ulegają częściowo rozpuszczeniu. Z kolei wytrawienie kwasami ma na celu wytworzenie w szkliwie mikrozaczepów dla płynnej lub półpłynnej żywicy, która po stwardnieniu zapewnia mocne mechaniczne połączenie z materiałem wypełniającym, redukując tym samym mikroprzeciekanie. Zablokowanie szczeliny brzeżnej zachodzi tutaj jednak tylko w obrębie szkliwa. Jeżeli warstwa szkliwa jest bardzo cienka jak to ma miejsce w okolicy przyszyjkowej bariera utworzona przez mikromechaniczne połączenie z żywicą kompozytową może z łatwością ulec przerwaniu, odsłaniając szczelinę pomiędzy wypełnieniem a zębiną. Badania laboratoryjne wykazały, że płynna żywica stosowana do wypełnienia mikrozaczepów w szkliwie może także zostać użyta w zębinie i wniknąć do kanalików zębinowych po uprzednim usunięciu warstwy zanieczyszczeń powstających na powierzchni zębiny w wyniku opracowania. Uzyskane połączenie nie jest jednak tak mocne jak w szkliwie. Dalsze badania nad mikroprzeciekaniem doprowadziły do odkrycia, że mikroszczelina pomiędzy materiałem wypełniającym a zębiną może być wyeliminowana przez zastosowanie materiałów wykazujących adhezję do zębiny z jednej strony i żywicy kompozytowej z drugiej. Materiały te określane są wspólną nazwą Dentine Adhe sives lub Dentine Bonding Agents i znane są pod handlowymi nazwami: Clearfil, Scotchbond, Pyrofil, Tenure, Dentin Adhesit i Gluma. Większość z nich zawiera estry fosforanowe żywic akrylanowych lub ich pochodne, które, wykazując duże zdolności adhezyjne, wnikają do mikroskopijnych zagłębień w zębinie. Nie mają one jednak dostatecznej odporności mechanicznej i dlatego stosowane są w postaci cienkiej warstwy pokrywającej zębinę. Cząsteczka takiego materiału posiada dwie grupy czynne, związane grupą pośrednią. Dzięki takiej budowie jedna z grup aktywnych wiąże się z wapniem części nieorganicznej lub grupą hydroksylową albo aminową części organicznej zębiny, podczas gdy druga grupa czynna, metakrylowa, reaguje z żywicą kompozytową wypełniającą ubytek. Powstaje w ten sposób ciągłe połączenie zębiny z materiałem wypełniającym. 18

3 ROZDZIAŁ 2 Ryc Schemat przedstawiający różne kąty zwilżania pomiędzy płynem a ciałem stałym Inną możliwością wyeliminowania szczeliny brzeżnej jest wprowadzenie do praktyki dentystycznej cementów glass-jonomerowych, które mają zdolność chemicznej adhezji do zębiny. Jednakże ich niedostateczna odporność mechaniczna i ciągle jeszcze nie dość dobra transparentność ograniczają ich zastosowanie w wielu przypadkach do roli podkładu. Problemem w tej sytuacji staje się połączenie glassjonomeru z żywicą kompozytową, które jak dotychczas jest czysto mechaniczne, wykorzystujące jedynie nierówności na powierzchni obydwu materiałów. Aby właściwie wykorzystać adhezję materiałów dentystycznych do tkanek zęba, konieczne jest dokładniejsze poznanie czynników wpływających na jej uzyskanie, spośród których najważniejszym jest zdolność do zwilżania, która z kolei jest zależna od energii zwilżanej powierzchni. Zjawisko adhezji może zachodzić między substancjami znajdującymi się w bezpośrednim kontakcie. Jeżeli odległość pomiędzy nimi jest większa aniżeli 0,0007 mikrona, zarówno przyciąganie fizyczne, jak i wiązanie chemiczne nie będą miały miejsca. W przypadku dwóch powierzchni sztywnych uzyskanie adhezji jest praktycznie niemożliwe, gdyż odległość między nimi jest zbyt duża. Powierzchnia ciała stałego, nawet po najdoskonalszym wypolerowaniu, jest raczej szorstka, jeśli rozpatrywać ją na poziomie atomowym lub cząsteczkowym. Po przyłożeniu do siebie dwóch idealnie gładkich powierzchni kontaktują się one mikroskopowo tylko wystającymi cząsteczkami, co uniemożliwia bezpośredni kontakt pozostałych cząsteczek, a tym samym trwałą adhezję. Jeżeli jednak pomiędzy te powierzchnie zostanie wprowadzona cieniutka warstwa substancji płynnej, wypełni ona istniejące nierówności i spowoduje silne przyleganie tych powierzchni do siebie. Substancja ta powinna mieć łatwość wpływania do istniejących mikrozagłębień, jak gdyby rozpełzania się po powierzchni. Cecha ta nosi nazwę zdolności do zwilżania i im jest ona większa, tym adhezja pomiędzy zwilżoną powierzchnią a substancją jest silniejsza. Zdolność płynu do zwilżania można mierzyć za pomocą kąta zwilżania (kąta kontaktu), którym jest kąt utworzony pomiędzy kroplą substancji zwilżającej a zwilżaną powierzchnią (ryc. 2.1). Jeżeli przyciąganie pomiędzy 19

4 Mosty adhezyjne oparte na wkładach koronowych cząsteczkami płynu zwilżającego a powierzchnią, na której się znajduje, jest niewielkie, płyn ma tendencję do tworzenia kropli, a tworzący się pomiędzy płynem a powierzchnią kąt jest bardzo duży. Gdy wzajemne przyciąganie jest duże, płyn z łatwością rozpływa się po powierzchni, a kąt zwilżania ulega zmniejszeniu. Substancja o idealnych zdolnościach adhezyjnych powinna tworzyć tak cienką warstwę, że kąt zwilżania powinien być bliski zera. Wiele cech powierzchni wpływa na zdolność jej zwilżania przez substancję zwilżającą. Jedną z najważniejszych jest energia powierzchni. Jest ona spowodowana różnicą pomiędzy siłami przyciągania atomów wewnątrz ciała stałego, gdzie to przyciąganie jest wzajemne i w ten sposób zrównoważone we wszystkich kierunkach, a siłami przyciągania atomów znajdujących się na powierzchni, które są przyciągane tylko przez atomy z nimi sąsiadujące i znajdujące się pod nimi. Nic nie równoważy ich sił przyciągania skierowanych na zewnątrz, i ta niezrównoważona energia tworzy energię powierzchni. Na energię powierzchni wpływają także obecność grup czynnych chemicznie oraz budowa kryształów tworzących siatkę przestrzenną danego ciała stałego. Im energia ta jest wyższa, tym zwilżanie powierzchni, a tym samym uzyskanie adhezji, jest łatwiejsze. Metale, mając wysoką energię powierzchni, są stosunkowo łatwe do zwilżania przez substancję o dostatecznych zdolnościach zwilżających, natomiast polimery mają niską energię powierzchni i są często stosowane tam, gdzie chcemy zapobiec przyczepianiu się jakiejkolwiek substancji do powierzchni. Znanym przykładem takiej sytuacji jest pokrywanie powierzchni metalowych żywicą, znaną pod handlową nazwą teflon. Skuteczność zwilżania zależy także od czystości zwilżanej powierzchni. Jeżeli na przykład jest ona warstwą wody o grubości jednej cząsteczki, czyli tak zwanym filmem wody, jej energia powierzchni zostaje tak zredukowana, że zwilżenie, czyli wniknięcie substancji zwilżającej do mikrozagłębień znajdujących się na tej powierzchni, nie nastąpi nawet wtedy, kiedy substancja ta charakteryzuje się dobrą zwilżalnością. Także lepkość i napięcie powierzchniowe substancji zwilżającej wpływają na jej zdolność do wypełnienia mikrozagłębień powierzchni, którą mają zwilżyć. Ponadto znajdujące się w tych mikrozagłębieniach pęcherzyki powietrza mogą zostać pokryte warstwą substancji zwilżającej. Podczas działania sił mechanicznych i zmian temperatury tworzące się naprężenia wewnętrzne koncentrują się wokół tych pęcherzyków, doprowadzając do przerwania połączenia pomiędzy obydwoma materiałami. W stomatologicznym piśmiennictwie naukowym dotyczącym materiałów dentystycznych często pojawiały się głosy krytyczne, że naukowcy nie są w stanie zaopatrzyć lekarza dentysty w materiał prawdziwie adhezyjny do tkanek zęba. Przedstawiona jednak złożoność zjawiska adhezji oraz wieloprzyczynowość warunkująca jej 20

5 ROZDZIAŁ 2 występowanie pozwalają lepiej zrozumieć przyczynę tego stanu rzeczy. Dodatkowym utrudnieniem jest skomplikowana budowa tkanek zęba. Równoczesna obecność w tkankach twardych zęba składników organicznych i nieorganicznych, które ponadto znajdują się w szkliwie i zębinie w różnych proporcjach, jest przyczyną tego, że materiał wykazujący adhezję do części organicznej tkanki może jej nie mieć w stosunku do części nieorganicznej i odwrotnie: materiał adhezyjny w stosunku do szkliwa może nie przylegać do zębiny. Innym problemem jest obecność na ścianach ubytku lepkiej, niedającej się usunąć strumieniem wody warstwy zanieczyszczeń, powstającej w czasie opracowywania ubytku. Obecność tej warstwy uniemożliwia zwilżenie tkanek zęba materiałem adhezyjnym. Poza tym wiertła stosowane do opracowywania tkanek twardych pozostawiają nierówności na ich powierzchni, które skupiają naprężenia mechaniczne, działające na wypełnienie podczas żucia. Również stresy termiczne, nieodmiennie występujące w jamie ustnej, przyczyniają się do przerwania połączenia pomiędzy tkankami zęba a materiałem adhezyjnym. Najtrudniejszą barierą do pokonania jest jednak obecność wody w tkankach zęba. Nieorganiczne składniki tkanek twardych zęba mają silne powinowactwo do wody i aby ją całkowicie usunąć, należałoby osuszyć ubytek do temperatury nierealnej dla jamy ustnej. Po najlepszym osuszeniu tkanek zęba pojedyncza warstwa cząsteczek wody jest zawsze na ich powierzchni obecna, co w oczywisty sposób obniża energię powierzchni tych tkanek, a tym samym ich zdolność przyciągania adhezyjnego materiału wypełniającego. Poza tym pomiędzy miazgą a tkankami twardymi ma miejsce ciągła wymiana płynu. Aby zachować adhezję w tych warunkach, materiał wypełniający powinien mieć zatem zdolność wyparcia tej wody, reagowania z nią lub powinien wykazywać lepszą zdolność zwilżania aniżeli woda. Powierzchnia wypełnienia jest ponadto w stałym kontakcie ze środowiskiem wodnym, jakim jest ślina. Materiał wypełniający musi więc poza tym zachować zdolność adhezji w wilgotnym środowisku. Przedstawione aspekty zjawiska adhezji, złożoność struktury twardych tkanek zęba oraz wilgotne, o stale zmieniających się warunkach temperatury i ph, środowisko jamy ustnej dają obraz trudności, jakie należy pokonać, aby otrzymać odporny mechanicznie i jednocześnie adhezyjny materiał dentystyczny. Mimo całej złożoności zagadnienia postęp w tej dziedzinie jest duży, a trudne do przecenienia korzyści płynące z uzyskania materiału adhezyjnego do tkanek zęba stanowią wystarczający bodziec do intensywnych poszukiwań w tym kierunku. Uzyskanie trwale adhezyjnego materiału wypełniającego pozwoliłoby na znacznie oszczędniejsze opracowywanie ubytków, w których retencję mechaniczną zastąpiłaby adhezja. Taką sytuację możemy już obserwować w leczeniu próchnicy zębów, gdzie opracowanie ubytku ogranicza się w zasadzie do usunięcia nieodwracalnie uszkodzonych tkanek twardych z pominięciem tworzenia zaczepów retencyjnych. 21

6 Podobnie w protetyce od dłuższego już czasu stosuje się odbudowę utraconych zębów za pomocą mostów adhezyjnych. Także w leczeniu ortodontycznym zakładanie stałych aparatów jest możliwe przy użyciu jedynie niewielkich klamer przytwierdzonych do powierzchni zęba materiałami adhezyjnymi. Badania prowadzone nad zdolnością do zwilżania szkliwa i zębiny wykazały, że zostaje ona wydatnie zredukowana po miejscowym stosowaniu wodnych roztworów związków fluorowych. W odniesieniu do warunków klinicznych informacja ta potwierdziła znany fakt, że szkliwo poddane działaniu fluorków ma obniżoną zdolność do kumulowania płytki na swej powierzchni. Jest to prawdopodobnie wywołane zredukowaniem przez fluorki energii powierzchni szkliwa. Można więc przyjąć, że profilaktyczne działanie fluorków polega nie tylko na zmniejszeniu rozpuszczalności szkliwa przez kwasy, ale również na zmniejszeniu jego zdolności do zwilżania, a tym samym uniemożliwieniu adhezji płytki bakteryjnej do powierzchni szkliwa. Taka powierzchnia szkliwa pozostaje czysta przez czas znacznie dłuższy aniżeli szkliwo pozbawione obecności związków fluorowych. Odkrycie to stało się bodźcem do poszukiwania materiału adhezyjnego o zdolności tworzenia filmu na nietkniętej powierzchni szkliwa, który, mając niską energię powierzchni, mógłby stanowić barierę do odkładania płytki nazębnej, rozwoju próchnicy, a nawet odkładania kamienia nazębnego. Dostępne są już wypełniacze szczelin o zdolności adhezji do szkliwa. Opisana złożoność zjawiska adhezji ułatwia rozumienie trudności uzyskania dobrej adhezji do tkanek zęba. Jednocześnie dokładniejsze poznanie zagadnienia pozwala na uniknięcie błędów w klinicznym stosowaniu materiałów adhezyjnych. Piśmiennictwo [1] Anusavice K.: Skinner s science of dental materials. 9 th ed., PA, W.B. Saunders, Philadelphia [2] Craig R.G.: Materiały stomatologiczne. Elsevier Urban & Partner, Wrocław [3] Jaroszyk F.: Biofi zyka. PZWL, Warszawa [4] Limanowska H.: Adhezja tkanek zęba i materiałów dentystycznych oraz warunki jej uzyskania. Pozn. Stom. 1991, [5] Newman G.E.: Adhesion and orthodontic plastic attachments. Am. J. Orthod., 1969, 56, [6] Phillips R.W.: Science of Dental Materials. W.B. Saunders, Philadelphia [7] Pashley D.H., Carvalho R.M.: Dentine permeability and dentine adhesion. J. Dent., 1997, 25, [8] Powers J.M., Kim H.B., Turner D.S.: Orthodontic adhesives and bond strength testing. Sem. Orthod., 1997, 3, [9] Rix D., Foley T.F., Mamandras A.: Comparison of bond strength of three adhesives: composite resin, hybrid GIC, and glass-fi lled GIC. Am. J. Orthod. Dentofac. Orthop., 2001, 119, [10] Settembrini L., Gultz J.P., Scherer W., Kaim J.A.: A single-component bonding system microleakage study. Gen. Dent., 1997, 45,