Основные группы свойств стоматологических материалов: адгезия и адгезионные свойства, эстетические свойства, биосовместимость стоматологических материалов. Контроль качества стоматологических материалов.

      Адгезия - это явление, возникающее при соединении разнородных материалов, приведенных в близкий контакт, для разделения которых следует приложить усилие. Адгезия встречается во многих случаях применения восстановительных  материалов в стоматологии. Например, при соединении пломбировочного материала с тканями зуба, герметика и лака с зубной эмалью, при фиксации несъемных зубных протезов цементами. В ортодонтии на принципе  адгезии крепятся брекеты на поверхности зуба. Адгезия присутствует и в комбинированных протезах: в металлокерамических протезах - между фарфором и металлом; в металлопластмассовых - между пластмассой и металлом и др.

      Материал или слой, который наносят чтобы получить адгезионное соединение, называют адгезивом. Материал, на который наносят адгезив, называется субстратом.

Рис. 1. Классификация видов адгезионных соединений в стоматологии

      Существуют существенные различия между адгезивами восстановительных материалов с тканями живого организма и соединениями разнородных материалов, которые применяются в зубных протезах.

      Различают несколько механизмов образования адгезионного соединения за счет различных типов адгезионных связей.

Рис. 2. Классификация типов адгезионных связей

      Механическая адгезия заключается в заклинивании адгезива в порах или поверхностях субстрата. Оно может происходить на микроскопическом уровне (соединение полимера с протравленной эмалью) или на макроуровне (нанесение пластмассовой облицовки на поверхность металлического каркаса, фиксация съемных зубных протезов  неорганическим цементом – цинк-фосфатным цементом).

      Химическая адгезия более прочная и надежная. Она основана на химическом взаимодействии двух материалов, которое присуще водным цементам на полиакриловой кислоте, в которой присутствуют функциональные группы, способные образовывать химические соединения с твердыми тканями зуба – с кальцием гидроксиапатита.

      Диффузное соединение образуется в результате проникновения компонентов одного материала в поверхность другого с образованием «гибридного» слоя, в котором содержатся оба материала.

      На практике в чистом виде адгезионные соединения найти трудно. В большинстве случаев при использовании различной химической природы для восстановления зубов имеет место адгезионное взаимодействие и механического, и диффузного, и химического характера.

      Условия создания прочного адгезионного соединения.

1.       Чистота поверхности, на которую наносится адгезив.
2.       Проникновение жидкого адгезива в поверхность субстрата, которая зависит от способности адгезива смачивать поверхность субстрата.

      Смачиваемость характеризуется способностью капли жидкости растекаться по поверхности субстрата. Мерой смачивания является контактный угол смачивания (θ - (греч.) тета), который образуется между поверхностями жидкого и твердого тел на границе их раздела (рис.3).

Рис. 3. Контактный угол смачивания – критерий адгезии

      При полном смачивании контактный угол равен 0°. Малые значения контактного угла характеризуют хорошее смачивание. При плохом смачивании контактный угол больше 90°. Хорошее смачивание способствует капиллярному проникновению и говорит о сильном взаимном притяжении молекул на поверхностях жидкого адгезива и твердого тела – субстрата.

      3.      Минимальная усадка и минимальное напряжение при твердении адгезива на поверхности субстрата.

      4.      Минимальное термическое напряжение. Если адгезив и субстрат имеют различные коэффициенты термического расширения, то при нагревании клеевой шов будет испытывать напряжение (нанесение на металлический каркас фарфоровой облицовки, обжиг изделия при высоких температурах, затем охлаждение до комнатной температуры). Если близки коэффициенты материалов, напряжение будет минимальным.

      5.      Влияние коррозионной среды. Присутствие влажности в полости рта значительно ухудшает адгезионные связи, способствуя образованию коррозионных жидкостей.

      Адгезионная прочность

      Об адгезии судят по величине адгезионной прочности, т.е. по сопротивлению разрушения адгезионного соединения. Как следует из определения адгезии, достаточно измерить приложенные усилия для разделения адгезионного соединения. Предложено много методов для измерения различных адгезионных соединений, но у всех методов присутствуют только три механизма разрушения: растяжение, сдвиг и неравномерный отрыв. Поверхность разрушения при испытании проходит по наиболее слабому звену соединения.

      Эстетические свойства стоматологических восстановительных материалов

      Другой важной задачей восстановительной стоматологии является воспроизведение внешнего вида натуральных зубов, их эстетических показателей.

      К показателям, характеризующим эстетические свойства стоматологических материалов, относятся цвет, полупрозрачность, блеск поверхности, флуоресценция.

      Собственный цвет любого предмета (зуба) представляет собой результат взаимодействия данного объекта (зуба) со светом от источника освещения. Материал предмета (зуба) приобретает цвет в результате отражения одной части и поглощения другой части спектра падающего на него света.

Рис. 4. Схема определения внешнего вида искусственной коронки наблюдателем

      Свет - форма электромагнитной энергии, которую может воспринимать глаз человека, длиной волны от 400 нм (фиолетовый) до 700 нм (темно-красный) - его называют «видимым светом». Комбинация длин волн, содержащихся в луче света, отраженном от поверхности предмета, определяет свойство, которое мы называем цвет. Поверхность синего цвета отражает только синюю часть и поглощает все остальные цвета спектра освещающего света; поверхность белого цвета отражает все длины волн спектра падающего на неё света; поверхность чёрного цвета полностью поглощает весь световой спектр и не отражает ничего.

      Полупрозрачность, или просвечиваемость, зависит от количества света, которое может пропускать предмет. Предметы с высокой прозрачностью кажутся более светлыми, но чем прозрачнее материал, тем больше на его цвет влияет фон или ниже лежащий материал.

      Блеск поверхности - оптическое свойство, придающее поверхности глянцевый зеркальный вид. Неблестящая и глянцевая поверхности отличаются соотношением зеркального и рассеянного отражения света. Блеск характеризуется количеством зеркально отраженного света, который падает на поверхность в виде пучка параллельных лучей. Для зеркального отражения соблюдается закон: угол падения света равен углу его отражения. Когда падающий луч света рассеивается, поверхность предмета воспринимается как матовая, неблестящая или шероховатая. Блеск поверхности уменьшается с увеличением  рассеянности падающего света. Яркий блеск связан с совершенной гладкостью поверхности, которую называют зеркальной.

      Флюоресценцией называется излучение или эмиссия предметом света длиной волны, отличающейся от длины волны света, падающего или освещающего данный предмет. Флуоресцентное излучение заканчивается сразу после прекращения освещения способного к флуоресценции предмета. Естественные зубы флуоресцируют в диапазоне голубого света под воздействием ультрафиолетового облучения.

      На каждый из показателей эстетики с точки зрения стоматолога, зубного техника и пациента, влияют:

1.       Источник света;
2.       Собственные оптические свойства восстановительного материала;
3.       Восприятие полученного результата наблюдателем.

      Характеристика источника света чрезвычайно важна. В восстановительной стоматологии лучше применять источник света дневной или близкий к дневному. Именно в таких условиях пломбы и протезы будут выглядеть, как естественные.

      Человеческий глаз - самый чувствительный прибор для восприятия света и сравнения цветовых различий, но оно индивидуально (восприятие цвета художником и человеком с нарушением цветового зрения или полным отсутствием восприятия цвета - цветовая слепота). Определение цвета глазом происходит в результате цветового стимула, получающего информацию от клеток сетчатки глаза.

      Для объективной оценки света, а также других эстетических характеристик восстановительных материалов используют стандартные условия с помощью спектрофотометров и колориметров. Предложено несколько систем измерения для применения в восстановительной стоматологии, например, цветовая система Манселла, которая включает в себя 3 координаты:

•       цвет, основная характеристика, определяющая наблюдаемый цвет предмета, связанный со спектром света  отраженного предмета;
•       светлота - характеризует свет как светлый или темный, если показатель низкий, цвет восстанавливаемого зуба кажется серым и неживым;
•       насыщенность - мера интенсивности цвета (более светлые или более темные тона одного цвета).

      Цветовые системы Х, У, Z и СIE L*a*b* основаны на спектральных характеристиках величины коэффициента отражения на определенной длине волны, но они громоздки и не удобны для практического использования в оценке цвета стоматологических материалов.

      Международная система СIE L*a*b* для аппаратурного измерения цвета, где L*  определяет степень белизны от черного (0) до белого (100); a* определяет зеленый и красный цвета; b*  определяет синий и желтый цвета. Образцы расцветок определяются с учетом природы восстановительного материала, для которого они предназначены.

      В практике для определения цвета зубов и подбора восстановительного материала применяют стандартные шкалы цветов. Эта шкала расцветок должна охватывать все возможные оттенки натуральных зубов. Наибольшую популярность приобрела шкала расцветки фирмы «VITA», в которой буквой А обозначены красно-оранжевые оттенки, буквой В - желтоватые, С - серовато - зеленые, Д - коричневатые. Цифрами обозначают степень светлости и насыщенности данного цвета (например, цвет А1 менее насыщен и более светлый, чем А3,5).

      Биосовместимость стоматологических материалов и методы ее оценки

      Каким бы прочным и эстетичным по своим свойствам ни был материал, если его применение может вызвать отрицательные реакции в организме, от применения этого материала следует отказаться. До сих пор мы говорили просто о материалах различной химической природы и их свойствах без учета их взаимодействия с тканями организма пациента на местном и системном уровне. Следовательно, стоматологический материал - не просто материал определенной химической природы, а «биологический» материал (биоматериал).

      Биоматериал - любой инородный материал, который помещается в ткани организма на любое время для того, чтобы устранить деформации или дефекты, заместить поврежденные или утраченные в результате травм или заболеваний натуральные ткани организма.

      Биоматериал должен обладать свойствами биосовместимости. Этот термин появился в 1960 году. До этого было принято говорить о биоинертном материале по отношению к окружающим его тканям: не оказывает никакого вредного воздействия на них и никак с ними не взаимодействует. В настоящее время от материала, например, для восстановления коронки зуба ожидают не только образования прочной связи с тканями зуба, но и их оздоровление и регенерацию. Называть такой материал инертным неверно. Поэтому применяется термин биоприемлемый, биосовместимый.

      Основные требования к биосовместимым и биоинертным материалам:

      Биоинертный материал:

•       не повреждает пульпу и мягкие ткани полости рта;
•       не содержит веществ повреждающего действия;
•       не содержит сенсибилизирующих веществ, вызывающих аллергические реакции;
•       не обладает канцерогенностью;
•       образует адгезионное соединение с твердыми тканями зуба.

      Биосовместимый материал:

•       обладает теми же свойствами, что и биоинертный, а также оказывает оздоравливающее регенерирующее действие.

      При оценке биосовместимости материалы различают по типам воздействия на организм:

•       общее: токсическое, аллергическое, психологическое;
•       местное: механическое, токсическое местное, температурное.

      Для определения биосовместимости материала до его клинического применения проводят испытания на соответствие материала нормам и требованиям,  согласно стандартам ГОСТ Р ИСО 10993 на биосовместимость и токсичность. Программа составляется, исходя из конкретного назначения материала.

      Для стандартизированного подхода все стоматологические биоматериалы  поделены на категории в зависимости от тканей организма, с которыми должны контактировать материалы, и времени контакта.

      Категории по характеру контакта материала с организмом:

•       со слизистыми оболочками полости рта;
•       с костной тканью, твердыми тканями зуба;
•       с тканями периодонта, кровью;
•       с кожей;
•       с пульпой зуба.

      Категории по продолжительности контакта материала с организмом:

•       однократно или многократно, но не менее 24 часов;
•       одно- или многократно - более 24 часов, но не менее 30 суток;
•       постоянный контакт - более 30 суток.

      Определив эти параметры, приступают к составлению программы испытаний, включающей ряд методов или тестов, которые подразделяют на 3 уровня:

•       1 уровень: начальные экспресс-тесты;
•       2 уровень: экспериментальные тесты на животных;
•       3 уровень - доклинические тесты назначения (на животных).

      Токсикологические испытания на экспериментальных животных длительные и дорогостоящие. Поэтому для предварительной оценки часто применяют «0» уровень - это санитарно-химические испытания, которые широко используются в нашей стране. Этот уровень актуален для определения содержания в стоматологических материалах химических веществ, для которых известны предельно допустимые концентрации при контакте с организмом.

      Контроль качества стоматологических материалов

      Основные группы свойств материалов для доклинической оценки их качества:

      Биологические:

•       показатели биосовместимости,
•       гигиенические свойства,
•       органолептические.

      Важными для безопасности применения материала в клинике являются токсикологические испытания, определяющие комплекс свойств материала, оценивающий его биосовместимость.

      Гигиенические свойства - способность стоматологических материалов очищаться обычными средствами гигиенической чистки зубов и не изменять своих свойств под действием различных средств гигиены.

      К биологическим требованиям примыкают органолептические - восстановительный материал не должен обладать неприятным вкусом и запахом.

      Технические:

•       физико-химические и физико-механические свойства;
•       эстетические: цвет и цветостойкость, полупрозрачность, гладкость поверхности, флуоресценция.
•       технологические: время смешивания компонентов, время твердения, консистенция и текучесть.

      Технические свойства материалов определяют в лабораториях на стандартных образцах. Выбор показателей качества зависит от его назначения и химической природы (эстетические качества амальгамы определять бессмысленно и т.п.). В России существует порядок разработки стоматологических материалов до получения разрешения на их применение в клинической практике (ГОСТ Р 15013-94).

      Структура стандарта (ГОСТ Р):

•       I. Область применения стандарта.
•       II. Термины и определения.
•       III. Классификация.
•       IV. Требования (нормы) показателей свойств.
•       V. Методы испытаний.
•       VI. Требования к упаковке и инструкции.

      Эти нормы (как и методики их определения) являются основным содержанием стандартов стоматологических материалов. Любой вновь разработанный материал обязательно проходит испытания на соответствие требованиям согласно классификации стоматологических материалов.

      Международная федерация стоматологов (Federation Dentaire Internationale - FDI) и Международная организация по стандартизации (International Organization for Standardization ISO) работают над новыми усовершенствованными стандартами.

Рис. 5. Международные и национальные организации по стандартизации стоматологических материалов

      Окончательным критерием качества стоматологического материала является его поведение в условиях полости рта пациента. Это может оценить только клиницист на основании своих наблюдений, анализа успешных результатов и неудач.

Рис. 6. Схема ориентировочной основы действия