Классификация композитов в стоматологии

Стоматологические композиты – это полимерные многофазные составы различной степени вязкости, используемые для лечения и реставрации зубов.

В их состав входит органическая матрица, неорганический наполнитель (его должно быть не менее 50% по массе) и силан (гидрид кремния, выполняющий роль связующего между наполнителем и матрицей).

Матрица – это основа композита, его каркас, в котором размещены все остальные компоненты. Она определяет основные свойства – биосовместимость, адгезивные характеристики, пластичность. Влияет на цветостабильность, прочность, полимеризационную усадку.

Основу матрицы составляют полимерные смолы – декандиолметакрилат, бисфенолглицидилметакрилат, урентандиметилметакрилат и другие. Для придания необходимых свойств в смолу вводятся добавки.

1. Ингибиторы полимеризации. Увеличивают время работы, повышают срок его хранения.
2. Катализаторы. Запускают процесс полимеризации. Ко-катализаторы обеспечивают химическое отверждение. Фотоинициаторы отвечают за полимеризацию составов, отверждаемых светом.
3. Поглотители УФЛ (ультрафиолетовые стабилизаторы). Препятствуют изменению цвета под действием солнечных лучей.

Наполнитель присутствует в субстанции в виде частиц, равномерно распределенных в смоле. Их тип, размеры и форма определяют водопоглощение, рентгеноконтрастность, прочность, усадку, сопротивление истиранию.

Наполнитель производят из следующих материалов:

• стекло;
• диоксид кремния;
• полимеризованный дробленый;
• силикат титана и циркония;
• кварц;
• тяжелые соли;
• оксиды некоторых металлов.

Силан является бифункциональным веществом, обеспечивающим связь органической матрицы с неорганическим наполнителем. Его наличие составляет особенность стоматологических субстанций, отличающих их от пластмасс.

Классификация композитов

Сложность и разветвленность классификации стоматологических материалов объясняется широким ассортиментом, постоянным обновлением, разнообразием типов и форм его компонентов.

При классификации учитывается:

• химический состав;
• размеры фракции наполнителя;
• состав частиц;
• степень наполнения;
• способ отверждения;
• консистенция;
• назначение.

Химический состав

По химическому составу матрицы композиты подразделяют на:

• традиционные;
• ормокеры.

Последнее расшифровывается как «органически модифицированная керамика». Это новый тип стоматологических составов, появившихся в результате усовершенствования и модификации традиционных матриц.

Ормокеры обладают повышенной биологической совместимостью (количество свободных мономеров в них сведено к минимуму), малой усадкой (1,9%), более прочным соединением с наполнителем и высокими физико-механическими характеристиками.

Размеры частиц наполнителя

Этот параметр влияет на такие важные свойства как износостойкость и полируемость. Чем меньше зерна наполнителя, тем выше стойкость к износу, и дольше держится сухой блеск.

Крупные фракции (более 0,1 мкм) получают из солей металлов – алюминия, бария, лития, стронция, титана, а также стекла и кварца. Нанонаполнитель изготавливают из двуокиси кремния. Если материал содержит наполнитель с разными размерами зерен, в описании к нему указывается среднее значение.

Различают следующие виды субстанций в зависимости от размера частиц наполнителя.

• микронаполненные – размеры зерен варьируются в диапазоне 0,04-0,4 мкм;
• мининаполненные – 1-5 мкм;
• макронаполненные – 8 мкм и более;
• микрогибридные – присутствует наполнитель 2-х видов – с размерами частиц 1-5 мкм и 0,04-0,1 мкм;
• макрогибридные – 8-12 мкм и 0,04-0,1 мкм;
• гибридные максимально наполненные (тотально выполненные) составы – 0,01-0,1 мкм, 1-5 мкм, 8-5 мкм, 1-5 мкм;
• нанонаполненные (нанокластерные) – до 100 нм;
• наногибридные – смесь размеров 0,004-3 мкм.

Состав частиц

Было установлено, что одновременное использование частиц наполнителя крупного и мелкого размера повышает абразивную стойкость, прочность и краевое прилегание. А также приближает значение его термического расширения к значениям, которые имеют ткани зуба.

По типу сочетания размеров частиц выделяют следующие:

1. Однородные (микронаполненные, макронаполненные, мининаполненные).
2. Неоднородные (микро- и макрогибридные, наногибридные, максимально наполненные).
3. Тотально-выполненные (включают частицы разных размеров – микро, макро, мини). Степень наполненности этих материалов составляет 80-90% , усадка – 1,7-2,0%.

Степень наполнения

Композиты для стоматологии характеризуются наполненностью – весовым или объемным содержанием наполнителя в матрице, выраженным в процентах. Степень наполнения определяет многие свойства – усадку, рентгеноконтрастность, оптические характеристики, прочность. Чем выше наполненность, тем прочнее субстанция, ниже усадка, лучше рентгеноконтрастность. По степени наполненности субстанции подразделяют на:

• сильнонаполненные – выше 70% по весу;
• средненаполненные – 65-75%;
• слабонаполненные – меньше 65%.

Способ отверждения

Процесс полимеризации (отверждения) матрицы заключается в трансформации низкомолекулярных соединений (мономеров) в крупномолекулярные (полимеры). Реакция происходит благодаря свободным радикалам, образующимся при активации инициатора полимеризации.

Во время отверждения композит сокращается в объеме, увеличивается его плотность, что приводит к усадке 2-6%. Уменьшение объема обуславливается уменьшением расстояния между мономерами. Реакция отверждения запускается специальным веществом – инициатором, по типу активации которого все стоматологические субстанции подразделяются на:

• светового;
• химического;
• двойного отверждения.

Для полимеризации светоотверждаемых материалов используется камфорохинон, люцерин, фенил-пропандион. В химически отверждаемых субстанциях применяют перекись бензола, амины.

Тип светоотверждаемого инициатора определяет источник света. В частности, материалы с люцерином плохо полимеризуются плазменными и диодными лампами. Современные субстанции содержат несколько инициаторов, что делает возможным использование для полимеризации разных источников света.

Консистенция

Наряду с пастообразными смесями используются и текучие. Для их изготовления применяются модифицированные матрицы с высокотекучими смолами.

По степени плотности различают:

• обычной вязкости;
• текучие (подразделяются на мало-, средне- и сильнотекучие);
• пакуемые или конденсируемые (высокой плотности).

Назначение

Вследствие того, что фронтальные и жевательные зубы испытывают разные нагрузки, субстанции, используемые для их реставрации, могут значительно разниться по своим характеристикам. В зависимости от назначения композиты подразделяются на составы:

• для лечения боковых (жевательных) зубов;
• для восстановления фронтальных зубов;
• универсальные материалы, применяемые для восстановления как передних, так и боковых зубов.

Свойства композитов

Композиты обладают рядом технологических и эксплуатационных характеристик, заложенных в них производителем. Изменить их невозможно, поэтому единственный способ подобрать подходящий материал – быть хорошо информированным о параметрах того или иного состава.

Основные свойства стоматологических субстанций:

1. Прочность на сжатие/растяжение. Меняется в зависимости от наполненности и консистентности. У наиболее прочных пакуемых составов достигает 450 МПа, у текучих снижается до 220 МПа.
2. Износостойкость. Наблюдается такая закономерность: чем мельче зерна наполнителя, тем выше износостойкость.
3. Оптические свойства (опаковость, опалесценция и др.). Опаковость – способность задерживать видимый свет, то есть непрозрачность, замутненность материала.
4. Рентгеноконтрастность. Определяется типом и количеством наполнителя. Выражается в процентах от эталонного значения – рентгеноконтрастности алюминиевой пластины толщиной 1 мм. Например, рентгеноконтрастность эмали составляет 230%, дентина – 150%. В общем этот параметр колеблется от 130% у текучих до 350% у дентиновых нанокомпозитов. Высокая рентгеноконтрастность делает материал хорошо видимым на рентгеновских снимках, повышает точность диагностирования.
5. Полимеризационная усадка. Минимально возможная усадка составляет 1,6 %, наивысшая – 5,5 %. Большая часть субстанций имеет усадку 2–3%. Ее величина зависит в основном от наполненности. Для текучих составов она составляет в среднем 3,5–5% , для ормокеров и пакуемых составов – 1,7–2%.
6. Тиксотропность – изменение вязкости под действием механической нагрузки, повышение текучести при приложении нагрузки, и увеличение вязкости в состоянии покоя.
7. Тепловое расширение. В идеале должно быть равным тепловому расширению тканей зуба.
8. Эластичность. Характеризует сопротивление материала сжатию и растяжению при упругой деформации. Все композитные субстанции эластичней твердых тканей зуба. Текучие и микрофильные составы обладают меньшим модулем эластичности.
9. Биосовместимость. Зависит преимущественно от объема остаточного (неполимеризованного) мономера. Его уровень регламентируют международные стандарты (ISO). Стопроцентной полимеризации достичь невозможно. Светоотверждаемые имеют меньший объем остаточного мономера, чем химиоотверждаемые. После правильной полимеризации все современные составы нетоксичны.
10. Рабочие свойства. Слагаются из ряда факторов – скорости и удобства работы с композитами, экономичности, универсальности. Удобство работы в свою очередь зависит от вязкости, вида фасовки и прочих характеристик, которые влияют на легкость внесения в полость зуба, распределение его там и моделирование.
11. Эстетичность. Определяется полируемостью, длительностью сохранения сухого блеска, количеством цветовых оттенков. Наиболее эстетичными является гиомеры и нанокомпозиты, имеющие более 40 цветовых оттенков. Благодаря этому имеется возможность максимально точно имитировать цветовой оттенок зуба и его эмали.

Материалы химического отверждения

Композиты с химической полимеризацией представлены в основном гибридными и микронаполненными составами. Форма выпуска – «жидкость/порошок» или «паста/паста».

Преимущества составов химического отверждения:

• мягко протекающая невысокая усадка;
• хороший внешний вид;
• малое время, требуемое на реставрацию.

Недостатки:

• необходимость точного дозирования;
• ограниченность времени для работы;
• невысокая полируемость и цветостойкость в сравнении со светоотверждаемыми;
• пониженное удобство работы;
• сравнительно большое количество не вступившего в реакцию мономера.

Адгезивная система химически отверждаемых субстанций рассчитана на крепление материала к эмали зуба, а не к дентину. Для адаптации к последнему применяется или изолирующая прокладка, или универсальная эмалеводентинная адгезивная система.

Материалы светового отверждения

Композиты светового отверждения выпускаются в виде однокомпонентной пасты или жидкотекучей субстанции. Инициатором полимеризации является светопоглощающий компонент, чаще всего камфорохинон. При облучении его светом образуются свободные радикалы, благодаря которым происходит полимеризация.

Преимущества:

• не требуется смешивания и обеспечения однородности смеси;
• перед полимеризацией можно провести моделирование реставрации;
• высокая эстетичность и цветоустойчивость (из-за отсутствия отверждающих добавок).

Основным недостатком смесей светового отверждения является неоднородность степени и глубины полимеризации, которая зависит от прозрачности и цветового оттенка, а также мощности светового облучателя.

Для повышения качества полимеризации, уменьшения усадки и напряжений используют послойное нанесение.

Фотоотверждаемые субстанции обычно несовместимы с химиоотверждаемыми.

Макронаполненные

С макронаполненных смесей начиналась история стоматологических композитов. Поэтому вполне естественно, что по некоторым показателям они уступают своим последователям. Но у них есть и достоинства:

• высокая прочность;
• удовлетворительная рентгеноконтрастность;
• неплохие оптические свойства.

Но недостатков все же больше:

• плохая полируемость, отсутствие сухого блеска;
• большая шероховатость поверхности пломбы;
• образование зубного налета;
• низкая цветостойкость.

Все это приводит к снижению эстетики реставрации и относительно быстрому износу матрицы, из которой вылущиваются отдельные частицы, оставляя после себя кратеры. Ускоренный износ пломбы вызывает изменение окклюзионной плоскости и смещение (миграцию) зубов.

Микронаполненные

Микронаполненные (микрофильные) композиты были разработаны почти 50 лет назад. Для своего времени они представляли настоящий прорыв в реставрационных технологиях, поскольку обеспечивали отличную полируемость и высокую эстетику реставрации.

Поначалу микронаполненные субстанци имели размер частиц около 1 мкм. В настоящее время он составляет всего 0,04 мкм. Применяют микрофильные составы в основном для восстановления фронтальных зубных единиц и изготовления прямых виниров.

Достоинства:

• высокая цветовая стойкости, полируемость и износостойкость;
• длительно сохраняющаяся глянцевая поверхность;
• хорошая эстетика.

Недостатки:

• относительно невысокая прочность;
• значительная полимеризационная усадка и тепловое расширение.

Текучие материалы

Текучие применяются преимущественно для пломбирования мелких кариозных полостей, а также там, где требуется качественное краевое прилегание и компенсация полимеризационной усадки.

Преимущества текучих композитов:

• малый модуль эластичности;
• удобство в работе;
• хорошая полируемость и эстетичность.

Недостатки:

• недостаточная прочность;
• существенная усадка:
• низкая рентгеноконтрастность.

Гибридные

Гибридные составы – наиболее широко используемый сегодня стоматологический материал. В значительной степени благодаря своей универсальности. Ограничение в применении существует лишь для кариозных полостей, к которым затруднен доступ, и поэтому требуется субстанция иной консистенции.

Преимущества:

• универсальность;
• удобство использования;
• высокая прочность;
• повышенная эстетичность;
• достаточная рентгеноконтрастность.

Недостатки:

• средняя или выше средней усадка;
• значительный модуль эластичности;
• не всегда демократичная цена.

Нанокомпозиты

Нанокластерные составы считаются наиболее перспективной группой реставрационных материалов. Их особенностью является использование наполнителя из наночастиц (наномеров и нанокластеров), которые обеспечивают гомогенность и высокую наполняемость матрицы.

Достоинства нанокомпозитов:

• высокая эстетичность, обеспечиваемая отличной полируемостью и длительно сохраняющимся сухим блеском;
• приемлемые прочностные свойства;
• малая усадка.

Недостатки:

• значительная цена;
• недостаточная изученность результатов реставрации.

Ормокеры

Появление органически модифицированной керамика явилось результатом поиска материалов с низкой полимеризационной усадкой и высоким сроком службы. Модификация матрицы позволила повысить плотность композита, снизить его усадку (меньше 2%), достичь минимального количества остаточного мономера. По другим характеристикам ормокеры близки к гибридным.

Достоинства ормокеров:

• низкая усадка;
• практическое отсутствие остаточного мономера;
• высокая прочность;
• хорошая эстетика.

Недостатки:

• эстетичность низкого уровня;
• высокая стоимость;
• недостаточная изученность.

Требования к композитам

Возможность прямого пломбирования с применением стоматологических композитов значительно расширили возможности реставрации зубов. Современные полимерные субстанции обладают высокой адгезией с зубами, мало чем уступающей связи тканей зуба между собой.

Полимерные композиты инертны и нетоксичны, это позволяет использовать их без изолирующих прокладок. Важное достоинство материалов – способность неполимеризованной (вязкой) формы соединяться с полимеризованной (затвердевшей).

Постоянно улучшаются основные характеристики субстанций – повышается тиксотропность, уменьшается полимеризационная усадка, добавляются новые цветовые оттенки, повышается прочность на сжатие, разрыв и истирание.

Однако, несмотря на все эти успехи в разработке, идеального материала до сих пор не создано. Чтобы успешно решать задачи реставрация зубов, используемые композиты должны обладать следующими свойствами.

1. Высокая рентгеноконтрастность материалов, используемых для пломбирования жевательных зубов.
2. Хорошая адгезия с тканями зуба, обеспечение полной герметичности внутренних полостей отреставрированных зубов.
3. Высокая прочность на сжатие и растяжение, устойчивость к истиранию. Особенно важны эти свойства для материалов, используемых для пломбирования жевательных зубов, поскольку в процессе жевания создаются очень большие нагрузки на пломбу, достигающие 70 кг.
4. Легкость и удобство в применении. Субстанция должна легко вводиться в кариозную полость и не создавать проблем при формировании пломбы.
5. Биосовместимость с ротовой полостью и тканями зуба. Субстанции не должны содержать веществ, раздражающих слизистую оболочку и пульпу.
6. Возможность длительного хранения без ухудшения свойств.
7. Отсутствие сенсибилизирующего воздействия на врача и пациента.
8. Максимальное соответствие цвета, блеска, прозрачности полимеризованного материала натуральным тканям зуба. Сохранение стабильности цвета.
9. Близость физических характеристик (теплопроводности, теплового расширения и пр.) к тем, которые имеют ткани зуба.
10. Универсальность. Возможность использования одной и той же субстанции в разных клинических обстоятельствах. Сегодня наиболее универсальными являются ормокеры и гибридные композиты.
11. Доступность.

Стоматологические полимерные композиты успешно конкурируют с другими пломбировочными составами. К их достоинствам относится высокая прочность, износостойкость, хорошие эстетические качества, низкая полимеризационная усадка, универсальность, позволяющая использовать их в различных клинических ситуациях, на фронтальных и жевательных зубах.

Не вызывает сомнения, что в недалеком будущем появятся новые материалы, которые в максимальной степени будут отвечать требованиям, предъявляемым к «идеальному» композиту.