Стоматологические материалы

Общеизвестно, что стоматологические материалы используются для восстановления как формы, так и функции зубов, заменяя естественные минерализованные ткани, которые были повреждены в результате патологического процесса, травмы или оперативного вмешательства. Любой материал, помещенный в полость рта, должен быть биологически нейтральным, легко поддаваться моделированию и быть экономически выгодным, должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать внутриротовые нагрузки и максимально возможно повторять эстетику естественного зуба.

Металлы, полимеры и керамика — сами по себе или в сочетании друг с другом — составляют спектр восстановительных стоматологических материалов, каждая группа которых имеет свои определенные достоинства. Металлы могут отливаться и обрабатываться в точные и сложные формы, что позволяет производить воссоздание анатомической формы и биологической функции. Металлы в общем имеют высокий предел прочности на разрыв, позволяющий перекрывать промежутки лишенные зубов в качестве несъемного или съемного мостовидного протеза без деформации или поломок под давлением. С другой стороны; металлическим протезам не хватает эстетики естественного зуба, и в ряде случаев они вызывают у пациентов аллергическую реакцию.

Полимеры оказались очень полезными в качестве альтернативы металлам за последние 40 лет. Они также могут изготовляться в очень сложных формах и имеют естественный внешний вид. Их можно полимеризовать непосредственно в полости рта, что позволяет врачу сделать непосредственное изменение цвета или формы зубов. Однако, «продолжительность жизни» полимерных протезов меньше, чем у керамических, так как полимеры со временем разрушаются под влиянием физических и химических процессов, протекающих в полости рта. Полимеры менее прочны по сравнению с металлом, или керамикой и более эластичны, что позволяет их использовать в ограниченном времени и только при небольших нагрузках. Способность полимеров к химическому соединению друг с другом и к химико-механическому соединению с дентином, эмалью и другими зубными субстратами дает этому классу материалов громадное преимущество перед неорганическими материалами.
Керамика наиболее всего соответствует эмали зубов как по косметическим, так и физическим свойствам, и является бесспорно биологически нейтральной. Керамические восстановительные материалы конкурируют только лишь со сплавами золота, как с наиболее старыми материалами, использующимися в стоматологии.

Ретроспектива применения стоматологической керамики. Зубные протезы. Точно проследить историю использования керамики в стоматологии очень сложно. Физическое сходство керамических материалов с зубами человека очевидно, и вначале керамику использовали в съемных зубных протезах. Белый фарфоровый порошок наносили слоями по форме естественных зубов с избытком для компенсации усадки и обжигали при высоких температурах, при обжиге масса уменьшалась и принимала характерный вид искусственных фарфоровых зубов, которые затем помещали на оазис из каучука и вулканизировали (позже каучук заменил метакрилат).

Иногда эти зубы обрабатывали абразивным инструментом, придавая форму фасетки, которую затем цементировали в литую металлическую коронку для получения эстетического восстановления зуба. Сегодня фарфоровые зубы выходят из употребления, их вытесняют полимерные зубы.

Силикатный цемент. Уникальное использование керамики, как пломбировочного материала началось в начале 20 века с разработкой силикатного цемента или «пломбировочного фарфора», как он рекламировался. Стекло, состоящее из алюмосиликата натрия, расплавленное с криолитом (NaAlF6) реагирует с фосфорной кислотой, рекристаллизируясь в сложные фосфаты. Этот материал смешивается как порошки, жидкость на смесительном блокноте, и вносится врачом в препарированную полость зуба, и через несколько минут твердеет, приобретая цвет зубного цемента, который, благодаря своей длительно низкой растворимости, может служить в течение нескольких лет. Однако, через некоторое время происходит медленное разрушение материала. Внутриротовое разрушение ускоряется, если во время наложения материала врач был недостаточно аккуратен.

Композиционные материалы на основе полимеров. Поиски нерастворимых пломбировочных материалов привели к развитию зубных полимеров в 1950гг. Эти первые материалы, 100% полимеры, отвечали требованиям эстетики, легкости использования и нерастворимости, но оказались пространственно и эстетически неустойчивы при длительном использовании. В начале 1960-х годов д-р Рафаэл Боуэн запатентовал 1 -и композиционный восстановительный материал, состоящий из смеси частиц (изначально кварца, затем стекла) и диметакрилатовых полимеров. Полученные в результате материалы, известные, как композиционные материалы, открыли новую эру прямого и косвенного использования керамики в стоматологии. Композиты имеют высокий уровень нерастворимости, могут производиться в различных цветах и оттенках для большего сходства с естественными зубами. По физическим свойствам они близки к твердым тканям зубов, и (с открытием в 1955 Буонокоре способности травления эмали зубов кислотой), они могут соединяться с эмалью, формируя однородный уплотняющий слой с твердыми тканями зубов. Композиционные пластмассы за последние 35 лет были улучшены в основном благодаря изменениям керамических наполнителей. Получающиеся в результате этого микрофильные композиты были легко полируемы и более долговечными. В конце 1970-х годов к аэрозоль-кварцу (размер одной частицы = 0,04 микрона) были добавлены более крупные частицы стекла или керамики так родились гибридные материалы. Рентгеноконтрастные стекла в сочетании с аэрозоль-кварцем используются в качестве наполнителей современных пломбировочных материалов, которые еще больше улучшают физические и оптические свойства композиционных пластмасс; и сегодня композитов, являющихся основной альтернативой металлам, как восстановительные материалы.

Цельнокерамические восстановительные материалы. Чистая керамика не использовалась как зубной восстановительный материал из-за технических сложностей, точного изготовления так же, как и из-за сравнительно низкого предела прочности керамики на разрыв. Ее твердость (высокая абразивность), ее склонность к трещинам (хрупкость), и сложность внутриротового восстановления препятствуют ее широкому применению в стоматологии. Однако, в настоящее время эта тенденция меняется, и в будущем использование этого вида керамики будет гораздо шире.

Фарфоровые жакетные коронки. Фарфоровая коронка десятилетиями считалась наиболее эстетическим восстановлением. Исторически развитие фарфоровых жа-кетных коронок следовало за развитием оттискных материалов, которые необходимы для точного отображения культей и зубных рядов. Платиновая фольга применялась для обтягивания гипсовых зуоотехнических штампов, полученных по этим оттискным материалам, и тщательно перемешанные фарфоровые порошки (схожие с порошками, используемыми в протезных зубах), наносили слоями, моделировали, обжигали и покрывали глазурью. После обжига фольгу механически удаляли, а коронку цементировали на культю ранее обработанного зуба с помощью фосфатного цемента. Коронки часто трескались, если они были не точно припасованы, из-за растворения цемента и сооственной хрупкости. Полностью фарфоровые коронки после 1960 г. стали применяться реже, но в 1990-х годах произошло их возрождение, так как была разработана более новая/точная медицинская технология, также был разработан новый полимерный цемент.

Металлокерамические восстановительные материалы. Первое «новое» основное использование керамики в стоматологии в конце 1950-х годов было связано с применением концепции покрытия эмалью. Был разработан мало растворимый с высоким коэффициентом расширения «фарфор» (растертый в порошок стеклокристаллический материал), который можно печь на окисленных поверхностях новых сплавов золота и других сплавов с низким коэффициентом расширения. Технология литья металлов позволяет точно выполнить металлический каркас, на котором один за другим располагаются слои фарфоровой массы вначале светонепроницаемые (опаковые) слои, затем прозрачные — (транспарентные) слои, затем заготовка протеза обжигается, обрабатывается и покрывается глазурью. Результат — высоко эстетичный функциональный протез одного или нескольких отсутствующих зубов, используемый как несъемная (цементированная) коронка или мостовидный протез. Зубной техник может производить такие восстановительные работы, воспроизводя при этом эстетику естественного зуба.

Химическое соединение фарфора с металлической частью протеза позволяет создать почти идеальный протез целого зуба, где значение имеют как прочность, так и эстетика. Хотя металлокерамическое восстановление в общем эстетически приемлимо, цельнофарфоровые протезы намного эстетичнее. К тому же в ряде случаев у пациентов возникают аллергические реакции на металлы. В век осознания экологической ситуации (оборачивающейся, увы иногда истерией по поводу всяческих рисков, оправданных или нет) многие пациенты требуют зубные протезы без металла. В частности, это происходит из за неуверенности пациентов в безвредности серебряной амальгамы. Эти осознанные риски продолжают иметь место, несмотря на изобилующие доказательства обратного. Неприязнь к эстетике золотых или металлических протезов при косметической «чувствительности» требует развития надежных и эффективных альтернатив для разнообразного использования стоматологических материалов.

Керамические материалы бесспорно биосовместимы. Большинство керамических протезов поглощают и отражают свет почти так, как естественные зубы. К тому же флуоресцентные оксиды могут быть добавлены к стоматологическому фарфору, как имитирующие оптические свойства эмали зуба. Металлокерамические протезы зрительно отражают свет в присутствии слоев светонепроницаемого фарфора, ограничивают распространение света только в сверх лежащих светопроницаемых слоях. Хотя кристаллическая структура натуральной эмали не была воспроизведена в этих протезах, добавление отражающих свет оксидов размером с частицу, равной приблизительно длине волны видимой части спектра, может придать зубному фарфору естественный опаловый эффект, что повышает его косметическую ценность.

Современные цельнокерамические протезы. Необходимость повышения эстетического уровня искуственных керамических протезов очевидна на протяжении последних десятилетий. Первоначальная цель создания современных полностью керамических протезов — это практическое производство сложных форм, которые бы максимально и наиболее точно соответствовали внутренней и внешней поверхности зуба (примерно в диапазону 50 микрон или меньше). Керамические протезы должны прочно крепиться цементом, который не только уплотняет внутреннюю поверхность, но и переносит внешнюю нагрузку через керамику на расположенный под ней зуб без концентрации напряжения на внутренней поверхности. Внутриповерхностная концентрация нагрузки провоцирует повреждения, результатом которых во многих случаях может быть внезапное разрушение пломбы.

Другая желаемая цель — уменьшение твердости керамической поверхности и ее абразивного воздействия. Керамические вкладыши (протезы) могут быстро разрушать естественные зубы, нанося ущерб зубным рядам и их смыканию. Способность устранить неровность поверхности с помощью глазуровки, полировки и воздействия внутренних включений уменьшает вероятность стирания твердых тканей зубов подавляющим большинством керамических материалов. Керамика без пористости лучше полируется, чем пористая, а также более подходит для внутриротового использования. Керамика, изначально более мягкая — более желательна. Разработки высоко-фтористого стекла гарантируют достижение этой цели. Эти разработки еще до конца не прошли клинические испытания.

Прогресс в производстве и технологии. В течение всей истории стоматологии керамические восстановительные материалы формировались с помощью обжига стекловидного фарфоравого порошка — как на платиновых матрицах или литых металлических каркасах,. так и внутри них. Разнообразие инновационных технологий для моделирования очень точных цельно керамических протезов с улучшенными оптическими и механическими свойствами достигнуто в последние 10-15 лет.

Спеченные стеклокристаллические материалы. Основная используемая в настоящее время технология — это вакуумное спекание стекловидного порошка на-, внутри матрицы платиновой фольги или рефракторного паковочного материала. Необходимость использования рефрактерных материалов для литья составов с высокой температурой плавления привела к развитию фосфатных паковочных масс, которые могут применяться для изготовления очень точных зуботехнических штампиков, на которые может накладываться и спекаться стекло с высокой степенью точности, без использования при этом платиновой фольги. Это позволяет изготовить быстро и экономично очень сложные и точные формы. Эта технология впервые была использована для изготовления фарфоровых облицовок (виниров), которые прочно укреплялись на протравленной поверхности зуба с использованием адгезивной системы и полимерного цемента. Эта технология установила эстетические стандарты большинства современных цельнокерамических протезов. Включение чрезвычайно маленьких частиц нерастворимых оксидов (размер частиц равен приблизительно длине волны света) в стекловидные материалы приводит к тому, что зубной фарфор рассеивает свет с опаловым эффектом, повторяя внешний вид, производимый призматической зубной эмалью. Достигнутое улучшение эстетики в технологии и процедурах цементирования полностью керамических протезов сложных форм вызвали интерес практиков-ортопедов, расширяя их использование от традиционных коронок до внутрикоронковых протезов.

Керамические подпояски, покрытые стеклом.Для того, чтобы обеспечить большую сопротивляемость разрушениям, ученые-стоматологи и зубные техники попытались соединить стеклокристаллические материалы с керамикой из оксида аллюминия и шпинелей. Одна из трудноразрешаемых задачах состояла в относительно большой разнице в коэффициенте теплового расширения керамик Al2O3 и большинства использовавшихся коронок с фасеткой стеклокристаллических материалов. Непреодолена недостаточная химическая связь AI2O3 керамик и материалов. Стекло с высоким содержанием окиси алюминия было создано, чтобы минимизировать эту разницу, но ранние попытки в этом направлении не демонстрировали экономического успеха из-за сложных процедур. Такие протезы прочнее, чем традиционно полностью керамические коронки, но не настолько, чтобы экономически оправдать технические затраты. Влияние таких материалов на состояние ротовой полости не однозначно. Их сравнительно неровная поверхность может привести к образованию зубного налета, вызывающему раздражение мягких тканей. Керамика для протезов одного или нескольких зубов в настоящее время продается под маркой In-Ceram®. В этой системе керамическая структура протеза из пористой окиси алюминия, дополняется расплавленным наполнителем.

Конструкцию можно формировать очень точно, и спекать с минимальной усадкой, так как конструкция переводится в стеклянную фазу при очень высокой температуре и в результате получаем удивительно прочный и жесткий керамический протез, который можно облицовывать керамической массой традиционным способом. Клинические исследования на сопротивляемость поломкам одной коронки показали 100% успех в течение 2 лет, и почти 100% — для небольших мостовидных протезов в области жевательных зубов. Недостатки этой системы: сравнительно долгое время, требующееся на создание одного протеза (несколько часов, включая продолжающийся всю ночь отжиг); относительно большой объем необходимых материалов (при достаточно серьезном восстановлении зуба для придания ему прочности и эстетики), сложности при точном производстве очень сложных форм. Будущее развитие цельноли-тых протезов на основе шпинелей, оксида магния, и оксида циркония должно привести к большей эстетичности и прочности зубов протезов при меньшей их массе. Это будет перспективная область будущих исследований.

Литая керамика. Приемы отливки стекла в форму (как это делается при процессе выплавления воска металлом) не новы. В 20-х годах в стоматологических журналах рекламировались системы для отливки расплавленных стеклянных коронок и для отливки стекла в платиновые формы, но они не стали популярны из-за плохого соответствия, высокой частоты поломок и технических сложностей. Для того, чтобы новая технология стала успешной, она и должна предлагать варианты, модернизации технологии, и разрешить трудности ранних попыток отливки стекла.

В 1980-х годах Адер и Гроссман предложили новую систему литой керамики под маркой Dicor® (Caulk/Dentsply). Это был прорыв в стеклокерамической технологии, которая раньше использовалась фирмой «Кернинг» для производства прочной, с низким коэффициентом расширения, кухонной посуды (Coming-wars ТМ). Расплавленное слюдяное стекло отливалось в рефракторные формы с помощью центрифуг. Протез из этого стекла извлекается из формы, затем снова вставляется в рефракторную форму и на длительное время (на всю ночь) подвергается контролируемому действию высоких температур, во время которого происходит направленная кристаллизация стекла, которая трансформируя прозрачное исходное стекло в более прочный полупрозрачный стеклокристаллический материал, изменения в размерах компенсируются обратными изменениями параметров формы при изначальной отливке. После извлечения из рефракторной формы, стеклокристаллический материал покрывается большим количеством слоев светонепроницаемой и цветной глазури, чтобы протез стал похож на естественный зуб. Эстетичность этих протезов может быть наивысшей, и присущая прочность фарфора в этом случае гораздо выше, чем у фарфора, используемого для металлических коронок с фарфоровой фасеткой. Стеклокристаллический материал в основном не имеет пустот в структуре (в отличие от обожженного керамического порошка) и хорошо полируется, что делает его совместимым с естественной эмалью зуба, включая окрашивание эмали.

Цветная глазурь однако лишает его этого преимущества и ограничивает возможность наносить контур на коронку без ущерба для внешнего вида или дальнейшей глазуровки, Этот материал недостаточно прочен для изготовления мостовидных зубных протезов.

Прессованная керамика. Многообещающая разновидность литого стеклокристаллического сейчас выпускается под маркой IFS EMPRESS® (IVOCLAR). Согласно этой системе, создается восковая модель протеза зубов (пломбы, виниры, коронки, мостовидные протезы) и материалы пакуются в рефракторную форму. Затем воск выплавляют, и вязко-текучий стеклокристаллический материал плавят и прессуют в форму в вакууме под давлением. Конструкция осторожно распаковывается, и полнившаяся основа корректируется с помощью стеклянной массы традиционным методом, если это необходимо. Наличие широкого спектра оттенков полупрозрачной и прочной стеклокерамики позволяет произвести «внутреннее» окрашивание протезов (по сравнению с внешним окрашиванием Dicor®) и точное воспроизведение эстетики естественного зуба. Высокая температура плавления стеклокерамики (намного выше, чем нанесенный поверх «порошковый» фарфор) позволяет делать успешный повторный обжиг протезов без ослабления или деформации при добавлении глазурующие компоненты. Прочность стеклокерамики уступает лишь протезам, выполненным по технологии ln-Ceram@, и сравнима с современным фарфором полностью керамических протезов. Использование в дальнейшем улучшенного современного цемента повышает прочность в естественных условиях,

Механически обрабатываемая стеклокерамика. Развитие компьютерного дизайна и обработки привело к другой производственной технологии, которая, несмотря на то, что она находится в стадии разработки, подает надежды на быстрое и точное производство зубных протезов оез необходимости делать оттиски зубных рядов для создания полностью керамических протезов. Выпускаемый под маркой Cerec® (Siemens), объемный оптический «оттиск» зуба может быть сделан с помощью компьютера. Изображение передается для контроля над действиями машины, которая делает точный негатив обработанной полости зуба, или формы культи в блоке стеклокерамики специального состава. Форма керамического протеза в дальнейшем может быть изменена в небольших пределах вручную стоматологом или техником, а цветная глазурь используется для того, чтобы обеспечить эстетичный внешний вид подобно другим керамическим протезам. Использование компьютерной обработки и дизайна в настоящее время ограничивается высокой стоимостью производственного оборудования и невозможностью смоделировать все поверхности протеза одновременно.

Другой менее технологичный, но также разумный подход к использованию механически обрабатываемой стеклокерамики — система Celay®, предложенная Vident. Согласно этой технологии делается обычный оттиск и гипсовый штамп зуба, формируется акрило-вая модель протеза. Акриловый протез затем монтируется в копировальную машину (подобно оборудованию для дублирования ключей), и заготовка стеклокерамики фрезеруется вращающимися инструментами с алмазным напылением, в соответствии с аналогом (акриловым протезом). Эта система использует механическую технологию обработки в отличие от компьютерной фрезеровки, но имеет свое преимущество, позволяя почти полностью воспроизвести 3-х мерное моделирование протеза. Стеклокерамический материал схож по составу с тем, который используется в литьевой, механически обработанной керамике; также он может глазуроваться и окрашиваться с помощью поверхностно накладываемого слоя стекла.