Сотовая полимеризация композиционных пломбировочных материалов.

Важным моментом в истории развития композитов явилось изготовление материалов, полимеризующихся под воздействием энергии световых лучей. В 1970 г. опубликовано сообщение Buonocore о заливке фиссур материалом, полимеризующимся под воздействием ультрафиолетовых лучей, а в 1977г.

началось производство светотвердеющих композитов, полимеризующихся под воздействием видимого света (голубого 450 нм).

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

— в отсутствии воздушной пористости, возникающей при смешивании двух паст химически отверждаемых композитов. Светоотверждаемые композиты представлены одной пастой;

— полимеризация происходит по команде, рабочее время не ограничено;

— не изменяется вязкость в процессе формирования;

— не изменяют цвета вследствие отсутствия третичного амина;

— возможно послойное нанесение, что значительно компенсирует усадку (у фотополимеров усадка минимальная среди композитов);

— эстетичность (поверхность гладкая за счет однородности, отсутствия воздушной пористости, не изменяют цвет, послойное нанесение позволяет комбинировать материал различных оттенков).

— неоднородность полимеризации;

— полимеризационная усадка;

Что касается полимеризационной усадки, то на этот недостаток, может быть, специалисты и не обратили бы внимания (тем более, что его величины сравнительно малы), если бы не высокая цена 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 мономера 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. Проявляя доверие, надёжности адгезивных систем, появилась «щадящая» — эмалесберегающая методика формирования полостей, так сказать – разумного удаления поражённых тканей. (Однако, следует заметить, что полемика на эту тему началась ещё в 1756 году, когда немецкий зубной врач Пфаф, впервые стал формировать кариозную полость и подгонять к ней фарфоровую заготовку.)

Толчок реакции полимеризации дает тепло, химическая или фотохимическая реакция, в результате которой образуются свободные радикалы. Полимеризация происходит в 3 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 происходить без остатка, однако часть мономера не вступает в реакцию (Иоффе Е., 1999). Максимально, при полном соблюдении режима полимеризации, мономер вступает в реакцию на 85% (Радлинский С.В., 1996). На процесс полимеризации влияют ряд факторов: интенсивность источника света, время полимеризации, толщина слоя материала и его цвет, расстояние от кончика световода до поверхности материала, температура окружающей среды (Николишин А. К., 2001; Петрикас А. Ж., 1997).

Кроме типа и количества фотоинициатора во всём процессе полимеризации важным является еще один фактор. Это – скорость полимеризации! Исследования последних лет показывают, что путем уменьшения скорости процесса полимеризации можно добиться значительного снижения усадки и внутренних напряжений в пломбе (Dr. Ludek Perinka «Новый взгляд на полимеризацию композитных материалов»).

Справедливо. Но, эти обстоятельства известны производителям светополимеров, уже лет 40, (а то и больше.). Дело в том, что светополимеры появились раньше, нежели 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 не приемлемо для работы врача, поэтому, и было изменено количественное соотношение фотоинициатора к общей массе композита, а за одно и мощность светового потока. Эти изменения изначально заложили «фундамент» полимеризационному стрессу.

В итоге, стоматолог получил необходимый ему материал, а за одно и «головную боль», с добротной темой для дискуссий на тему оптимальных методов полимеризации и способах реставрации. Как говорится: трудно найти чёрную кошку в тёмной комнате, тем более, если её там НЕТ.

Выходит что 35 лет назад, сами производители выпустили кошку, пустив слух, что она всё ещё в комнате?! «Неугомонное» стремление врачей к поиску новых материалов и технологических решений, с энтузиазмом подхватили производители светокомпозитов, адгезивных систем и полимеризационных приборов. И, стоматологический рынок наводнили разнорежимные полимеризационные лампы, композиты и всевозможные модификации адгезивных систем по цене за 1 гр., адекватной 1 гр. золота! Стучится в двери седьмое поколение адгезивных систем!

Возвращаясь к теме, мы предлагаем ещё раз обратить внимание на очень «выгодное» обстоятельство, а именно – полимеризационную лампу в руках стоматолога, от которой зависит провоцирование и динамика процесса полимеризации, в рамках ограниченного временного отрезка, (т.е. попытаемся найти кошку там, где её 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.

Рис. 1.

Изменяя состав светополимера неорганическими наполнителями (кварцевой «мукой», стекловолокнами, разнодисперсными кристаллическими наполнителями и т.д.), совершенствуя технику реставрации (послойное нанесение, ламинирование, трансдентальное освещение и т.п.), используя различные по мощности и режиму работы лампы (с «мягким» стартом, импульсные и т.д.), существенно избавиться от усадки не удаётся. И это естественно, т.к., помимо режима полимеризации и объема внесённого материала, необходимо избавиться от режима радикальной полимеризации. Одномоментность полимеризации всей массы, даже с применением плавного пуска, не решает всех выше перечисленных 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 ещё одна проблема – перегрев пульпы из за увеличения времени экспозиции света (а это проблема серьёзнее, чем краевой отрыв композита. Хотя, следует отметить, что появление светодиодных полимеризаторов, сняло эту проблему). Выходит, что подобная стратегия – не выход. Есть более интересное решение этой проблематики.

Представьте, что на поверхности композита сфокусировано с десяток параллельных микролучиков, с зонами светового пробела (рис.2).

Своеобразное ингибирование процесса полимеризации не за счёт снижения мощности светового потока или времени его экспозиции, а за счёт 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), причём пассивные зоны, где эластичное состояние (или Pre-gel состояние) материала сохраняется дольше (рис.4), выполняют роль буфера для поглощения усадки композита в активных зонах, за счёт 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, производится общая полимеризация всей массы композита, смещением сотовой проекции света, на поверхности композита, в оставшийся временной отрезок полимеризационного цикла (рис.5). (Либо осуществив полимеризацию без насадки.)

Подобная дифференциация основного луча, на микролучи, с зонами светового пробела, (Рис3) формирует в композите жесткую, сполимеризованную конструкцию («каркас»), по всей глубине полости, в первые 10−15 секунд, (полного полимеризационного цикла в 40 сек.), что не позволяет композиту (по завершении полного цикла полимеризации) изменить свою геометрию, спровоцировав причины краевого отрыва. Можно сказать, что сотовая полимеризация принудительно «гасит» 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 3−4мм слой композита, формируя там оптимальный светоэнергетический режим полимеризации. Вследствие чего, теряется смысл послойного нанесения дентинных масс т. к. микролучи переносят зону активной полимеризации, с поверхности композита в глубь реставрируемой полости зуба. Говорить о неоднородности полимеризации и остаточном мономере в данном случае, так же лишено оснований, т.к. «неоднородность полимеризации» подразумевает недостаточное светоэнергетическое присутствие в глубинных слоях композита, а сотовая полимеризация исключает это (рис.1, 3).

Посредством установленной на хоботок световода цилиндрической насадки (по типу телескопа), на поверхность композита проецируется соответствующая проекция – «соты» (причём, с возможностью фокусировки, в зависимости от оптимального расстояния), в результате чего и формируются зоны активной и пассивной полимеризации. В насадке компонуются 10−50 микросветоводов (по типу шахматной доски) чередуясь с световыми заглушками. Диаметр отдельного микросветовода может быть различным, от 0,2 мм до 0,8мм.

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 сохраняется по оси микролучей , также 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 (см. фото.) В момент проецирования необходимо, чтобы полимеризационная лампа находилась в неподвижности, относительно композита первые 10−15 секунд экспозиции.

Следует отметить, так же, возможность применения однолучевой насадки (см. фото).

Направив микролуч на центральный участок композита, не затрагивая краевые зоны, формируется центральный очаг полимеризации – активная зона, усадка которой поглощается периферийными зонами – пассивной полимеризации, за счёт отличного модуля эластичности, без ущерба краевого контакта композита с адгезивом. С учётом 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, ну, 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 приведён в соответствие своему названию, т. к. 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, следует учесть очень важную деталь: трансдентальную полимеризацию контактным способом, проводить не более 20 сек., во избежание перегрева пульпы (при использовании светодиодной лампы – рекомендация снимается), а также 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 25Мпа до 15Мпа.

Технологическая эффективность сотовой (и «очаговой») полимеризации, была проверена в Институте кристаллографии:

Изготовлялись две заготовки: полоски алюминиевой фольги (длина 3см, ширина 1см.) с нанесённым на них слоем композита, толщиной в 1мм.

Обе пластины (до полимеризации), установленные 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!