Способ фотоингибирования радикальной полимеризации. «Сотовая» полимеризация

«ДентАрт» №2, 2007 год

Сергей Данелян,
частная стоматологическая практика
(г. Тбилиси, Грузия)
sergeydanelyan@mail.ru





Роман Абовян,
ГУВД, медицинский отдел ОМОНа
(г. Москва, Российская Федерация)

Важным моментом в истории развития композитов явилось изготовление материалов, полимеризующихся под воздействием энергии световых лучей. В 1970 году опубликовано сообщение Буонокоре о герметизации фиссур материалом, полимеризующимся под воздействием ультрафиолетовых лучей,1 а в 1977 году началось производство светоотверждаемых композитов, полимеризующихся под воздействием видимого голубого света (450 нм).

Преимущества светоотверждаемых композитов, можно сказать, определились мгновенно, а именно:

  • отсутствие воздушных пор, возникающих при смешивании двух паст в композитах химического отверждения. Светоотверждаемые композиты представлены одной пастой;
  • запуск процесса полимеризации по команде, неограниченное рабочее время;
  • стабильная вязкость в процессе формирования;
  • цветостабильность из-за отсутствия третичного амина;
  • возможность послойного нанесения, что значительно компенсирует усадку (у светоотверждаемых композитов среди композитов других типов усадка минимальная);
  • эстетичность (поверхность гладкая за счет однородности, отсутствия воздушной пористости, цветостабильности, а послойность нанесения позволяет комбинировать материал различных оттенков).

Недостатками фотоотверждаемых композитов являются:

  • высокая стоимость;
  • неоднородность полимеризации;
  • полимеризационная усадка.

Что касается полимеризационной усадки, то на этот недостаток, может быть, специалисты и не обратили бы внимания (тем более, что ее величина сравнительно мала), если бы не высокая стоимость материала, полимеризационного прибора и самой реставрации. Недостаток всех композитов — это полимеризационная усадка, составляющая примерно от 2 до 5%. Причиной усадки является уменьшение расстояния между молекулами мономеров по мере образования полимерной цепочки. Межмолекулярное расстояние до полимеризации около 3-4 ангстрем, а после нее — 1,54. Эти обстоятельства повлияли на появление различных модификаций адгезивных систем и различных методик препарирования кариозных полостей. Благодаря доверию надежности адгезивных систем появилась щадящая эмалесберегающая методика формирования полостей, иными словами, методика разумного удаления пораженных тканей. Однако следует заметить, что полемика на эту тему началась еще в 1756 году, когда немецкий зубной врач Пфаф впервые стал формировать кариозную полость и припасовывать к ней фарфоровую заготовку.

Толчок реакции полимеризации дает тепло, химическая или фотохимическая реакция, в результате которой образуются свободные радикалы. Полимеризация происходит в три этапа: начало, распространение и окончание. Фаза распространения продолжается до тех пор, пока все свободные радикалы не соединятся. В процессе полимеризации возникает усадка и выделяется тепло, как при любой экзотермической реакции. Как известно, композиты создаются на основе бифункционального мономера, который по своей химической сути является токсичным компонентом. Реакция полимеризации теоретически должна проходить без остатка, однако часть мономера не вступает в реакцию.2 Максимально, при полном соблюдении режима полимеризации, мономер вступает в реакцию на 85%.3 На процесс полимеризации влияет ряд факторов: интенсивность источника света, время полимеризации, толщина слоя материала и его цвет, расстояние от кончика световода до поверхности материала, температура окружающей среды.4,5

«Кроме типа и количества фотоинициатора, во всем процессе полимеризации важным является еще один фактор. Это — скорость полимеризации! Исследования последних лет показывают, что путем уменьшения скорости полимеризации можно добиться значительного снижения усадки и внутренних напряжений в пломбе», считает Лудек Перинка.6 Справедливо, но эти обстоятельства известны производителям фотополимеров уже лет 40 (а то и больше). Дело в том, что фотополимеры появились раньше, чем о них узнали стоматологи, к тому же нормальное, оптимальное время полимеризации подобных материалов исчислялось не секундами, а минутами! Но, как вы понимаете, подобное время полимеризации абсолютно неприемлемо для работы врача, поэтому и было изменено количественное соотношение фотоинициатора к общей массе композита, а заодно и мощность светового потока. Эти изменения изначально заложили «фундамент» полимеризационного стресса.

В итоге стоматолог получил необходимый ему материал, а заодно и «головную боль» — с добротной темой для дискуссий об оптимальных методах полимеризации и способах реставрации. Как говорится, «трудно найти черную кошку в темной комнате, тем более, если ее там нет». Выходит, что 35 лет назад сами производители выпустили «кошку», пустив слух, что «она все еще в комнате»! Неугомонное стремление врачей к поиску новых материалов и технологических решений с энтузиазмом подхватили производители фотокомпозитов, адгезивных систем и полимеризационных приборов. И стоматологический рынок наводнили разнорежимные полимеризационные лампы, композиты и всевозможные модификации адгезивных систем по цене, адекватной одному грамму золота за один грамм композита. Стучится в двери седьмое поколение адгезивных систем!

Возвращаясь к теме, мы предлагаем еще раз обратить внимание на очень «выгодное» обстоятельство, а именно — полимеризационную лампу в руках стоматолога, от которой зависит инициация и динамика полимеризации в рамках ограниченного временного отрезка (т.е. попытаемся найти кошку там, где ее не должно быть). Мы предлагаем перевести режим радикальной полимеризации в режим поэтапной, локальной «сотовой» полимеризации. Тем более, что современные способы полимеризации ставят композит в такие условия, когда количество поглощаемых квантов света превышает возможность их фотохимической утилизации, а в результате — полимеризационный стресс, усадка материала, остаточный мономер и краевой отрыв.

Изменяя состав фотополимера неорганическими наполнителями (кварцевой «мукой», стекловолокнами, полидисперсными кристаллическими наполнителями и т.д.), совершенствуя технику реставрации (послойное нанесение, ламинирование, трансдентальное засвечивание и т.п.), используя различные по мощности и режиму работы лампы (с мягким стартом, импульсные и т.д.), существенно избавиться от усадки не удается. И это естественно, т.к. помимо режима полимеризации и объема внесенного материала, необходимо избавиться от режима радикальной полимеризации. Одномоментность полимеризации всей массы, даже с применением плавного старта, не решает всех перечисленных выше проблем. Энергия оптимальной полимеризации — это самый важный параметр в процессе полимеризации. Но, уменьшая энергию света, мы фактически увеличиваем время общей полимеризации, к тому же при этом всплывает еще одна проблема — перегрев пульпы из-за увеличения экспозиции света (а это проблема серьезнее, чем краевой отрыв композита, хотя следует отметить, что появление светодиодных источников голубого света сняло эту проблему). Выходит, что подобная стратегия — не выход. Есть более интересное решение этой проблемы.

Представьте, что на поверхности композита сфокусировано с десяток параллельных микролучиков с зонами светового пробела (рис. 2) и происходит своеобразное ингибирование процесса полимеризации не за счет снижения мощности светового потока или времени его экспозиции, а за счет светового пробела на поверхности композита и формирования локальных зон активной полимеризации. В композите формируются зоны активной и пассивной полимеризации (в первой трети временного цикла облучения), причем пассивные зоны, где эластичное состояние, или состояние прегеля, материала сохраняется дольше (рис. 4), играют роль буфера для поглощения усадки композита в активных зонах за счет разности модуля эластичности.

Тем самым основной вектор усадки, направленный от периферии к центру (по направлению к свету), будет разнонаправлено раздроблен по всей поверхности и массе пломбы (рис. 2). После первого этапа — «сотовой» полимеризации — проводится общая полимеризация всей массы композита — смещением «сотовой» проекции света на поверхности композита в оставшийся временной отрезок полимеризационного цикла (рис. 5) либо путем проведения полимеризации без насадки. Подобная дифференциация основного луча на микролучи с зонами светового пробела формирует в композите жесткую заполимеризованную конструкцию (каркас) по всей глубине полости в первые 10-15 секунд полного полимеризационного цикла 40 секунд, что не позволяет композиту (по завершении полного цикла полимеризации) изменить свою геометрию, спровоцировав краевой отрыв. Можно сказать, что «сотовая» полимеризация принудительно снижает общую усадку композита и дезориентирует основной вектор усадки в «теле» самого композита, не затрагивая краевой зоны, в силу эластичности материала в зонах пассивной полимеризации.

Проникающая способность сфокусированного микролуча на порядок выше рассеянного потока света, поэтому микролучи достигают дна полости сквозь слой композита 3-4 мм, формируя там оптимальный светоэнергетический режим полимеризации. Вследствие чего теряется смысл послойного нанесения дентинных масс, так как микролучи переносят зону активной полимеризации с поверхности композита вглубь реставрируемой полости зуба. Говорить о неоднородности полимеризации и остаточном мономере в данном случае также нет оснований, так как «неоднородность полимеризации» подразумевает недостаточное светоэнергетическое присутствие в глубинных слоях композита, а сотовая полимеризация это исключает (рис. 1, рис. 3). Посредством установленной на световод цилиндрической насадки (по типу телескопа) на поверхность композита переносится соответствующая проекция — «соты» (причем с возможностью фокусировки в зависимости от оптимального расстояния), в результате чего и формируются зоны активной и пассивной полимеризации. В насадке сконцентрированы 1050 микросветоводов (по типу шахматной доски), чередуясь со световыми заглушками. Диаметр отдельного микросветовода может быть различным — от 0,2 мм до 0,8 мм.

Микролучики, проникая в массу композита, в силу его оптических свойств рассеиваются, меняя свою геометрию на расклешенный к основанию цилиндр, при этом направленность и активность реакции полимеризации сохраняются по оси микролучей, так же как и тенденциозность формирования зон активной и пассивной полимеризации (рис. 3). Диаметр световодов, зону светового пробела и кучность сотовых ячеек меняют, подбирая насадку в зависимости от общей площади, массы и индивидуальных свойств композита. В момент проецирования необходимо, чтобы полимеризационная лампа первые 10-15 секунд экспозиции находилась в неподвижном состоянии относительно композита. Следует отметить также возможность применения однолучевой насадки.

Направив микролуч на центральный участок композита, не затрагивая краевые зоны, формируем центральный очаг полимеризации — активную зону, усадка которой поглощается периферическими зонами пассивной полимеризации за счет другого модуля эластичности без ущерба краевого контакта композита с адгезивом. С учетом того факта, что чем больше масса композита, тем больше его общая усадка, способом «очаговой» полимеризации мы фактически исключаем до 2/3 пломбировочной массы или 2/3 числовой величины от предполагаемой общей усадки данной порции композита (в конце цикла «очаговой» полимеризации следует провести общую или «сотовую» полимеризацию). Однолучевую насадку удобно использовать и при трансдентальной полимеризации, а если световод привести в непосредственный контакт с эмалью (с тыльной или боковой сторон полости), то ткани зуба, благодаря своим оптическим свойствам и структурированности эмали, станут проводниками света, оставляя в относительной тени поверхность композита. Таким образом, принцип трансдентального освещения будет приведен в соответствие своему названию, так как полимеризация композита, контактирующего с адгезивом, будет эффективно инициирована в первую очередь. Используя однолучевую микронасадку, можно увеличить первичную порцию вносимого в полость композита, осуществляя трансдентальную полимеризацию контактным способом, с переходом на «сотовую» полимеризацию. Однако надо учесть очень важные детали: трансдентальную полимеризацию контактным способом следует проводить не более 20 секунд во избежание перегрева пульпы (при использовании светодиодной лампы рекомендация снимается); а при внесении первого слоя («сырого») композита его контакт с адгезивом провоцирует химическую реакцию нейтрализации «активного» заряда его химических групп, и если не осуществить своевременно полимеризацию, то адгезивные свойства могут снизиться от 25 МПа до 15 МПа.

Технологическая эффективность сотовой (и «очаговой») полимеризации была проверена в Институте кристаллографии. Изготавливались две заготовки — полоски алюминиевой фольги длиной 3 см, шириной 1 см с нанесенным на них слоем композита толщиной 1 мм. Обе пластины, установленные до полимеризации на подложке, сканировались дефектоскопом и лазерным сканером. После этого осуществлялась «сотовая» полимеризация на первой пластине и обычная на второй. Повторное сканирование пластин после полимеризации показало расхождение параметров на второй пластине, т.е. вторая пластина, на которой была осуществлена обычная радикальная полимеризация всей массы, деформировалась под воздействием усадки композита.

Кстати, подобным образом можно легко проверить качество маргинальных, пришеечных фарфоровых масс, используя золотую фольгу. Качественные пришеечные массы должны иметь сравнительно малую усадку, но, увы, это не всегда так!

Литература

  1. История развития современных реставрационных материалов // www.zub.su/stomatolog/page/estetika/istoriya.html
  2. Ананикян Д.Ю. Влияние режима полимеризации на токсичность современных светоотверждаемых композитных материалов // www.praesto.ru. —2007.
  3. Радлинский С.В. Реставрация зубов материалами «Дентсплай»: адгезивная техника // ДентАрт. —1996. —№2. —С26-31.
  4. Николишин А. К. Восстановление (реставрация) и пломбирование зубов современными материалами и технологиями. —Полтава, 2001.
  5. Петрикас А.Ж. Оперативная и восстановительная дентистрия. —Тверь: Тверская медико-инновационная компания «ВВВ», ЛТД. —1994. —285 с. —Второе издание, 1997.
  6. Perinka L. Polymerization of composite materials // Materials of Dental Trade Fair and Conference in Ostrava —2007.
Наверх