Materiały termoplastyczne w protetyce stomatologicznej

Justyna Mamczur¹, Elżbieta Czelej-Piszcz², Aneta Kamińska², Leszek Szalewski², Janusz Borowicz², Arkadiusz Rutkowski³

Thermoplastic materials in dental prosthetics

Praca recenzowana

¹Pracownia protetyczna Prodent w Tomaszowie Lubelskim
Lic. tech. dent. Justyna Mamczur

²Zakład Protetyki Stomatologicznej Uniwersytetu Medycznego w Lublinie
P.o. kierownik: dr hab. n. med. Janusz Borowicz

³Wyższa Szkoła Edukacji i Terapii w Poznaniu

Adres do korespondencji: mgr Aneta Kamińska, Zakład Protetyki Stomatologicznej UM w Lublinie
ul. Karmelicka 7, 20‑081 Lublin
e-mail: ana.kaminska@gmail.com

Streszczenie
W pracy przedstawiono najważniejsze materiały termoplastyczne używane współcześnie w wykonawstwie prac protetycznych: acetale, nylony, tworzywo winylowe oraz żywice akrylopolimerowe. Korzystne technologiczne właściwości termoplastów, a także wysoka odporność na działanie substancji korodujących spowodowały szybki rozwój ich produkcji i szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Znajdują one swoje miejsce również w medycynie. W protetyce stomatologicznej w wybranych przypadkach klinicznych są stosowane jako alternatywa dla tradycyjnych materiałów.

Summary

The study describes the most important thermoplastic materials currently used in the construction of prostheses: acetals, nylons, vinyl resin and auto-polymerising acrylic resins. The useful technological properties and the high resistance to corroding substances have given rise to a fast development in their production and widespread use in many branches of industry. They also find their place in medicine. In dental prosthetics, in selected clinical cases, they are used as an alternative to traditional materials.

Hasła indeksowe: nylon, acetal, materiały dentystyczne, związki winylowe, akrylany

Key words: nylon, acetal, dental materials, vinyl compounds, akrylates

Wstęp

Technologia tworzyw sztucznych jest jedną z najszybciej rozwijających się dziedzin przemysłu na świecie. Postęp w dziedzinie materiałoznawstwa oraz stale rosnące wymagania lekarzy i pacjentów zmuszają producentów do poszukiwania materiałów, które potrafią im sprostać. W ostatnich latach pojawiły się materiały termoplastyczne, które są alternatywą dla tradycyjnie używanego tworzywa akrylowego oraz stopów metali w wykonawstwie ruchomych prac protetycznych.

Materiałami termoplastycznymi nazywa się te tworzywa sztuczne, które w temperaturze pokojowej występują w stanie zeszklenia lub odznaczają się wysoką elastycznością, a w podwyższonej temperaturze przechodzą w formę lepkiego płynu (1). W wykonawstwie ruchomych protez częściowych tworzywom tym nadaje się kształt w trakcie obróbki przez tłoczenie bądź wtryskiwanie w wysokiej temperaturze, a obrabia się je po schłodzeniu do temperatury pokojowej (2).

Współczesna protetyka stomatologiczna dysponuje szeroką gamą materiałów, które można wykorzystać w rehabilitacji układu stomatognatycznego (3, 4). Do stosowanych w protetyce tworzyw termoplastycznych zalicza się: acetale (POM), nylony (PA), żywice winylowe oraz tworzywa akrylopolimerowe (PMMA).

Tworzywo acetalowe (ryc. 1) to termoplastyczny polimer o strukturze krystalicznej, pozbawiony monomeru resztkowego i stanowiący produkt polimeryzacji formaldehydu. Odznacza się wysoką odpornością na ścieranie, wytrzymałością mechaniczną, doskonałą rozciągliwością i sprężystością, a także niskim przewodnictwem cieplnym oraz odpowiednią sztywnością trzonów wykonywanych protez (5). Materiał ten występuje w wielu kolorach i odcieniach.

Ryc. 1. Klamry i podparcia w protezie częściowej z żywicy acetalowej.

Tworzywo nylonowe jest kolejnym materiałem z grupy termoplastów (ryc. 2). Jest to syntetyczny poliamid, powstający na drodze polikondensacji kwasu adypinowego i heksametylenodiaminy (6). Ma on formę włókien. Związki na bazie nylonów nie przechodzą procesu polimeryzacji, gdyż nie mają w swoim składzie żywic polimetakrylanowych, dzięki czemu nie występuje zjawisko uwalniania monomeru resztkowego – produktu niekompletnej polimeryzacji. Nie zawierają też toksycznych substancji, które mogłyby działać alergizująco lub drażniąco na tkanki jamy ustnej (7).

Materiały2

Ryc. 2. Gotowa proteza częściowa z nylonu o zwiększonej sztywności (możliwość wykonania podparć ozębnowych).

Żywica poliwinylowa (polimer winylowy) (ryc. 3) jest substancją wielkocząsteczkową, mieszanką kopolimerów octanu winylu i etylenu, otrzymywaną przez polimeryzację monomerów winylowych. Polimery te są zaliczane do materiałów termoplastycznych, przetwarzanych metodą wtrysku bądź tłoczenia na gorąco (2). W zależności od proporcji składników winylu można otrzymać materiał lekko przezroczysty bądź nieprzezroczysty. Żywica ta występuje w wielu kolorach. Cechuje ją bardzo niska absorpcja wody, co wpływa korzystnie na stabilność koloru, a także zapobiega kumulacji drobnoustrojów. Zaletą materiału winylowego jest również doskonała odporność na działanie kwasów, dzięki czemu nie ulega szybkiemu uszkodzeniu.

Materiały3

Ryc. 3. Corflex tworzywo winylowo-etylenowe.

Akrylopolimer (PMMA), zwany też szkłem akrylowym, jest polimerem, którego głównym składnikiem jest polimetakrylan metylu. Jego główną zaletą jest ograniczenie występującego podczas polimeryzacji skurczu do 0,02%, dzięki czemu proteza idealnie odwzorowuje pole protetyczne oraz wpływa na utrzymanie uzupełnienia na podłożu (3). Materiał ten jest biozgodny, a jego zastosowanie w medycynie było następstwem przypadku. W czasie II wojny światowej materiał ten wykorzystywano do budowy kokpitów samolotowych. Stwierdzono, że odłamki tego materiału znalezione w gałkach ocznych pilotów, którzy doznali urazów, nie spowodowały u nich żadnych zmian zapalnych. Doświadczenia te były impulsem do późniejszych prac nad tym materiałem i jego obecnym zastosowaniem w medycynie i stomatologii.

Materiały termoplastyczne wymagają odmiennego spojrzenia na projektowanie i zasady działania protez ruchomych. Mają ograniczenia związane z warunkami w jamie ustnej pacjenta. Protez acetalowych i nylonowych nie można stosować u pacjentów bezzębnych, w których przypadku za utrzymanie protezy odpowiada głównie siła adhezji (2).

Ważnym aspektem, na który należy zwrócić szczególną uwagę, jest adhezja, będąca siłą przyciągania, która działa między cząsteczkami różnych ciał (5), a jest niemożliwa do uzyskania w przypadku uzupełnień elastycznych. Poza tym, aby zapewnić odpowiednią okluzję, artykulację oraz stabilizację protez całkowitych, jest konieczne zastosowanie sztywnej płyty podstawowej, dlatego w wykonawstwie uzupełnień odbudowujących całkowite braki zębowe z wyboru używa się tradycyjnej żywicy akrylowej.

Idealnym polem protetycznym dla uzupełnień elastycznych są mieszane braki zębowe (zwłaszcza braki międzyzębowe), dobrze zachowany wyrostek zębodołowy oraz liczne przestrzenie międzyzębowe.

Podczas projektowania konstrukcji protezy elastycznej należy znaleźć jak najwięcej punktów dla elementów retencyjnych. Mogą to być nawet wąskie przestrzenie międzyzębowe, w których proteza elastyczna wykorzystuje siłę wklinowania (2).

Projekt klamer elastycznych opiera się na innych zasadach konstrukcji niż w przypadku klamer metalowych, co jest wynikiem właściwości używanych materiałów. Elementy te muszą być wymodelowane grubiej niż w tradycyjnej protezie szkieletowej, gdyż zbytnie wycienienie klamer zmniejsza siłę ich retencji (ryc. 4). Należy pamiętać, że klamry krótkie i grube są mniej elastyczne, lecz mają większą siłę utrzymania, natomiast klamry długie i cienkie są bardzo elastyczne, ale charakteryzuje je niska retencja. Klamry elastyczne natomiast można umieścić w bardzo głębokich podcieniach, w których zastosowanie tradycyjnych klamer metalowych jest trudne lub niemożliwe.

Materiały4

Ryc. 4. Klamra z żywicy acetalowej w kolorze zębowym w protezie częściowej.

Konstrukcja klamry elastycznej wyklucza jej kontakt z przyzębiem. Klamra nie kontaktuje się z przyzębiem brzeżnym (8). W przypadku protez nylonowych ramię właściwe peloty kontaktuje się liniowo z koroną zęba w miejscu jego największej wypukłości. Natomiast w uzupełnieniach acetalowych leży w podcieniu zęba (ryc. 5a, b), poniżej jego największej wypukłości (7). Należy jednak zaznaczyć, że w wyniku osiadania protez elastycznych może dochodzić do ucisku na przyzębie i recesji dziąsła w miejscu zastosowanej klamry.

Materiały5a

Ryc. 5a. Zasięg płyty protezy akrylowej.

Materiały5b

Ryc. 5b. Zasięg płyty protezy z tworzywa termoplastycznego.

W zależności od przypadku podcienie zębów oraz podcienie wyrostka zębodołowego można zablokować lub wykorzystać do zwiększenia retencji protezy (2). W tradycyjnych uzupełnieniach szkieletowych płyta jest zawsze odsunięta od przyzębia. Takie rozwiązanie wykorzystuje się również w protezach elastycznych (ryc. 1), chociaż nie w każdym przypadku. Niekiedy (rozległe braki zębowe, braki skrzydłowe) konstrukcja płyty protezy jest zbliżona do konstrukcji protezy osiadającej, z wszelkimi tego niekorzystnymi konsekwencjami (osiadanie, destrukcyjny wpływ na przyzębie). Jeżeli nie ma potrzeby zwiększenia siły utrzymania, podcienie należy zablokować, gdyż materiał elastyczny przylegający ściśle w okolicach brzegu dziąsła ma działanie traumatyzujące i sprzyja powstawaniu stanów zapalnych. Niemniej jednak wykorzystanie miejsc retencyjnych wzmacnia umocowanie protezy.

Elastyczność materiałów termoformowanych powoduje, iż płyta protezy jest podatna na odkształcenia, a co za tym idzie – występuje inny rodzaj przenoszenia sił nacisku niż w przypadku uzupełnień o sztywnej budowie. Nie istnieją siły dźwigni między stronami protezy, proteza więc nie jest wyważana podczas żucia. Daje to dużo lepszy komfort użytkowania, a także wpływa na dużą elastyczność protez termoplastycznych, co powoduje, że są one odporne na większość typowych uszkodzeń losowych (pęknięcia, złamania). W przypadku takiego materiału jak nylon uszkodzenia takie są wręcz niemożliwe.

Jedną z najważniejszych zalet materiałów termoplastycznych jest brak uwalniania szkodliwego monomeru, co jest często czynnikiem drażniącym podczas użytkowania uzupełnień akrylowych. Tworzywo termoplastyczne w jamie ustnej zachowuje się obojętnie, nie powodując reakcji chemicznych typu ogniwo galwaniczne, jak w przypadku uzupełnień opartych na stopach metali, które mogą być przyczyną elektrometaloz. Badania Sobolewskiej przeprowadzone na szczurach dowiodły jednak, że kontakt tworzyw termoplastycznych z tkankami błony śluzowej może powodować występowanie nieznacznych odczynów zapalnych (9).

Tworzywa termoplastyczne charakteryzuje jednorodność i gęsta, nieporowata struktura wewnętrzna, która ogranicza wchłanianie płynów oraz tendencję do namnażania i tworzenia kolonii drobnoustrojów (2, 3), co potwierdzają badania Sobolewskiej (5). Niemniej jednak przy niewłaściwej higienie i użytkowaniu protezy elastyczne szybko tracą swoje właściwości, przez co sorpcja płynów oraz osadzanie mikroorganizmów się zwiększają.

Wśród zalet protez elastycznych wymienia się przede wszystkim zadowalającą estetykę uzupełnień. Protezy wykonane z materiałów termoplastycznych mają kolory klamer zbliżone do naturalnych tkanek jamy ustnej (ryc. 6, 7), dlatego budzą zainteresowanie pacjentów, dla których estetyka metalu (protezy szkieletowe) jest nie do przyjęcia. Jednak estetyka klamer elastycznych jest dyskusyjna. W przypadku pelot nylonowych dochodzi do optycznego skrócenia koron zębów, na których są one umiejscowione, a klamry wykonane z acetali dają efekt nienaturalnego zgrubienia na zębach co potocznie określa się jako efekt „makaronu na zębach”.

Materiały6

Ryc. 6. Utrzymywacz przestrzeni osadzony na modelu za pomocą klamer z żywicy acetalowej.

Materiały7

Ryc. 7. Klamry z żywicy acetalowej w kolorze dziąsła w protezie częściowej.

Wielką wadą materiałów termoelastycznych jest trudność ich obróbki końcowej. Wymaga ona użycia odpowiedniej techniki, która polega na ścieraniu, a nie na skrawaniu. Zastosowanie nieodpowiednich narzędzi podczas obróbki doprowadza do powstania mikrorys na powierzchni materiału, co uniemożliwia właściwe wykończenie. Proces polerowania jest utrudniony z powodu dużej wrażliwości tych materiałów na podwyższoną temperaturę, która powoduje, że materiał zaczyna się topić i ciągnąć, szczególnie w przypadku pracy z nylonem. Niewłaściwe wykonanie laboratoryjne uzupełnienia, a także jego niewłaściwe użytkowanie sprzyja odkładaniu się płytki bakteryjnej na płycie, a także znacznie obniża jego estetykę.

Również w przypadku nieodpowiedniej preparacji sztucznego zęba, podczas osadzania zęba w siodle protezy, wskutek naturalnej elastyczności materiału i braku chemicznego połączenia między zębem akrylowym a tworzywem termoplastycznym, powstaje miejsce retencyjne dla płytki bakteryjnej.

Wymienione tworzywa mają właściwości fizyczne odróżniające je od tradycyjnych materiałów; ich zastosowanie zebrano w tabeli I.

Podsumowanie

Ze względu na niewątpliwe zalety, zwłaszcza z punktu widzenia pacjentów, materiały termoplastyczne zdobywają coraz większą popularność na rynku usług stomatologicznych. Wiedza na temat właściwości tych tworzyw, właściwe zakwalifikowanie przypadku, poprawne zaplanowanie i wykonawstwo protez elastycznych, a także ich prawidłowe użytkowanie na pewno wpływają na satysfakcję zarówno lekarza, jak i pacjenta z przeprowadzonego leczenia protetycznego.

TABELA I. Właściwości materiałów termoplastycznych

Kryterium podziału

Acetal

Nylon

Żywica poliwinylowa

Żywica akrylopolimerowa

Rodzaj materiału

produkt polimeryzacji formaldehydu

syntetyczny poliamid powstający na drodze polikondensacji kwasu adypinowego i heksametylenodiaminy

mieszanka kopolimerów octanu winylu i etylenu

główny składnik to polimetakrylan metylu

Zastosowanie

protezy szkieletowe, ruchome protezy częściowe, nakładki typu snap on, licówki, mosty, wkłady koronowo‍‑korzeniowe, utrzymywacze przestrzeni, inlay, onlay, protezy natychmiastowe

ruchome protezy osiadające, mikroprotezy, protezy dziecięce, obturatory

ochraniacze dla sportowców, szyny relaksacyjne, szyny wybielające, szyny do przebudowy warunków zwarciowych

protezy całkowite i częściowe osiadające, mikroprotezy, utrzymywacze przestrzeni

Technologia wytwarzania

wtrysk termiczno‍‑ciśnieniowy

Skurcz polimeryzacyjny

brak

minimalny – 0,02%

Połączenie z akrylem

mechaniczne

chemiczne

i mechaniczne

Zawartość monomeru resztkowego

brak

Kolor materiału

17 odcieni zębowych, 3 odcienie dziąsłowe

od transparentnego do różowego, przez typowe kolory zębów do bezbarwnego

lekko przezroczysty/przezroczysty w wielu kolorach

przezroczysty w kolorach: biały, różowy, czerwony,

efekt żyłkowania

Absorpcja wody

brak

niska

b. niska

Stabilność koloru

dostateczna, zależna od pH śliny

dobra przy odpowiedniej higienie

wysoka

Odporność na działanie kwasów

zależna od pH śliny

doskonała

zależna od pH śliny

Wytrzymałość mechaniczna

doskonała

zależy od udziału fazy krystalicznej i grubości płyty protezy

zależy od grubości warstwy żywicy

duża, nawet przy cienkich elementach

Łatwość obróbki mechanicznej

łatwa

trudna

łatwa

Piśmiennictwo

Rutkowski A.: Tworzywo winylowe jako materiał termoplastyczny. Nowocz. Tech. Dent., 2009, 6, 45‑47.
Rutkowski A.: Acetal – estetyczna alternatywa rozwiązań protetycznych. Nowocz. Tech. Dent., 2007, 4, 35‑39.
Pihut M., Wiśniewska G.: Zagadnienia biokompatybilności i osteointegracji we współczesnej protetyce. Protet. Stomatol., 1996, 46, 1, 28‑32.
Sobolewska E.: Wpływ materiałów nowej generacji stosowanych w protetyce odtwórczej na środowisko jamy ustnej. Ann. Acad. Med. Stetin., 2010, 56, 3, 66‑80.
Körholz K-H., Mikuš M.: Rewolucja w tworzywach akrylowych. Nowa generacja sztucznych żywic na bazie PMMA. Nowocz. Tech. Dent., 2009, 2, 37.
Łojszczyk R.: Praca z materiałem termoplastycznym. Nowocz. Tech. Dent., 2012, 4, 40‑48.
http://www.pressing-dental.com/pdf/resine/j100/manuale%20inglese.pdf (dostęp 05.05.2013)
Kochanek-Karpińska M., Karpiński A.: Estetyczne i elastyczne klamry acetalowe jako alternatywa dla tradycyjnych metod utrzymania częściowych protez ruchomych. Nowocz. Tech. Dent., 2011, 1, 46‑49.
Rutkowski A., Połczyńska M.: Ruchomy utrzymywacz przestrzeni wykonany z zastosowaniem żywicy acetalowej – cz. II. Nowocz. Tech. Dent., 2012, 3, 50‑56.

Artykuł ukazał się w nr. 7-8/2015 MS