Адгезия в стоматологии: взаимодействие, достоинства, недостатки

Адгезия — это процесс взаимодействия одного материала с другими на одной поверхности соприкосновения. Адгезию к тканям зуба в большинстве случаев называют бондингом. Силу адгезии можно оценить при разделении соединенных с ее помощью поверхностей.

В большинстве ситуаций, когда имеет место адгезия к тканям зубов, образуются адгезивные соединения. Адгезивное соединение — это результат взаимодействия слоя промежуточного материала (адгезива) с двумя соединяемыми поверхностями, в результате чего образуются две адгезивные поверхности. Примером адгезии к тканям зуба является соединение фиссурных герметиков с протравленной эмалью. Классический пример адгезивного соединения — соединение агента для бондинга эмали с протравленной эмалью с одной стороны и композиционным материалом с другой стороны.

Сила адгезии определяется как начальная механическая сила, вызывающая перелом с образованием геометрически определенных отломков с участками адгезии на поперечном сечении. В большинстве случаев фактическая площадь контакта между материалами может быть значительно больше благодаря шероховатости соединяемых поверхностей. Однако шероховатость при вычислениях не учитывается. Характер тестов на прочность адгезии определяется направлением начальной механической нагрузки, а не направлением результирующей на грузки. Практически все тесты на прочность адгезии разделяют на тесты на растяжение и на сдвиг. При использовании образцов материалов такого же размера, как стоматологические реставрации, тесты называются макротестами. В практическом отношении прочность адгезии при выполнении макротестов на растяжение часто составляет примерно только половину величины прочности на сдвиг. Тесты с использованием образцов материалов значительно меньшей площади, чем у реставраций, называются микротестами. При микротестах, таких как тесты, на растяжение, обычно развивается прочность в 2-3 раза больше, чем при макротестах. Это объясняется тем, что микрообразцы имеют намного меньше дефектов структуры, и во время тестирования на прочность почти все переломы происходят начинаясь из дефектов, находящихся рядом с адгезивом. Любое сравнение силы адгезии нужно проводить при наличии одинаковых условий тестирования.

Классификация

Локальные взаимодействия между соединяемыми поверхностями классифицируются по виду молекулярных связей, возникающих между ними. Адгезия бывает физической, химической и/или механической. Физическая адгезия предполагает воздействие ван-дер-ваальсовых сил или других относительно слабых электростатических сил. Она может быть единственным видом связей при наличии гладких и химически не взаимодействующих поверхностей. Химическая адгезия предполагает формирование межмолекулярных связей в области соединяемых поверхностей. Поскольку соединяемые материалы часто имеют различную природу, то степень возможной связи является ограниченной и вклад каждого из материалов в прочность адгезии является обычно довольно небольшим. Механическая адгезия является результатом наличия на соединяемых поверхностях выступов и других неровностей, которые способствуют соединению материалов. Однако очень небольшая прочность такой адгезии вызывает необходимость ее усиления. Адгезия к тканям зубов почти во всех случаях основывается, прежде всего, на механической адгезии. Химическая адгезия также может иметь место, но ее вклад в силу адгезии обычно является ограниченным.

Наиболее распространенным методом создания шероховатой поверхности для лучшей механической адгезии является отшлифовывание или протравливание. При сошлифовывании создается грубая шероховатая поверхность, но при этом образуется смазанный слой из кристаллов гидроксиапатита и денатурированного коллагена толщиной примерно 1-3 мкм. При кислотном протравливании этот слой растворяется, и на поверхности образуются микроскопические выступы, создающие предпосылки для механической адгезии. Если выступы на соединяемых поверхностях имеют размер менее 10 мкм, то адгезию называют микромеханической (микромеханической ретенцией или микроретенцией).

Требования к адгезии

Для получения хорошей адгезии нужно создать плотно прилегаемые поверхности. Адгезив должен достигать молекул материала на расстоянии нескольких нанометров. Формирование поверхностей соприкосновения описывается как адгезивное смачивание.

Для хорошей адгезии должно быть хорошее смачивание материалов. Смачивание — это мера энергии взаимодействия между материалами. Материалы со значительным взаимодействием, образующие химические связи и уменьшающие, таким образом, свою общую энергию, как считается, смачивают друг друга. Жидкость, смачивающая твердое вещество, легко распространяется по его поверхности. При полном смачивании угол контакта между жидкостью и твердым веществом достигает 0 °С.

Вторым требованием к адгезии является чистота соединяемых поверхностей. Довольно часто бывает трудно добиться этого. Чистые поверхности обладают высокой энергией и легко поглощают загрязняющие вещества из воздуха, такие как влагу и пыль. Если их не удалить, то адгезия будет слабой. Стандартным процессом очистки любой поверхности является нанесение растворителей или кислот для удаления загрязнителей.

Сила адгезии

Силу адгезии материалов чаще всего измеряют путем сдвига соединенных поверхностей до наступления перелома. Сила адгезии измеряется как однократное воздействие нагрузки до наступления перелома. Однако в клинической ситуации усталость материалов может быть намного более важным фактором, чем однократное воздействие нагрузки. В настоящее время усталость является слишком сложным параметром для ее воспроизведения в лабораторных тестах по изучению силы адгезии. Величина силы, вызывающей перелом, зависит от ее направления. У соединенных поверхностей, таких как композиционный материал и дентин, прочность этих материалов определяет направление перелома. Дентин является более прочным, чем композит, а композит — более прочным, чем дентинсвязывающий адгезив. Если поверхности хорошо соединены, то перелом происходит в пределах дентинсвязывающего адгезива или распространяется в соединенные материалы. Когда одна или обе поверхности соединены плохо, то перелом происходит вдоль более слабой поверхности.

Если дентинсвязывающий адгезив химически соответствует композиту, он будет хорошо смачиваться композитом, химически взаимодействовать с композитом и образовывать настоящую химическую связь, которая создаст очень прочное соединение поверхностей. Сила адгезии бондинг-системы с дентином зависит от степени его смачивания. Обточенный дентин содержит смазанный слой, который является влажным и не обязательно обладает микромеханической шероховатостью. При протравливании удаляется некоторая часть или весь смазанный слой, что позволяет локально контролировать влажность поверхности и создает микромеханическую шероховатость поверхности. Однако дентин является гидрофильным материалом. Поэтому дентинсвязывающий адгезив также должен быть гидрофильным. Это его качество образует химически близкие и микромеханически соединенные поверхности. Большинство современных систем для бондинга дентина позволяют с помощью протравливания, использования праймеров и адгезии добиваться этой цели.

Когда адгезия соединяемых поверхностей становится прочнее, общая прочность адгезива превращается в ограничивающий фактор для прочности соединяемых поверхностей. Одним из способов улучшения силы адгезии является уменьшение толщины адгезива до такой степени, что перелом практически не может распространяться по нему. Если адгезив является тонким и имеет поверхность неправильной геометрической формы, то трещины распространяются в один из соединяемых материалов. Таким образом, соединенные поверхности становятся подобными простой адгезии двух материалов с одной из сторон соединения. Так работают современные дентинсвязывающие адгезивы. За счет пропитывания протравленной поверхности дентина их длина достигает 1 мкм. Переломы теперь распространяются в дентин, и сила адгезии обычно составляет 25- 40 МПа.

Альтернативным способом усиления адгезии является значительное увеличение толщины бондинг- системы (50-100 мкм) за счет нанесения нескольких слоев бондинга. Оказывается, что это работает как прокладка, уменьшающая давление и увеличивающая общую прочность системы. Клинические исследования этих систем, основанные на данном подходе, оказались очень успешными, как минимум, в течение 3 лет.

Одна из проблем в стоматологии заключается в том, что различные клинические ситуации для хорошего смачивания могут требовать разных химических свойств адгезива. Материалы, являющиеся хорошими бондинг-системами для дентина и эмали, могут не обладать хорошей адгезией к металлокерамике или амальгаме.

Бондинг эмали зависит от взаимодействия выступов на полимере с неровностями поверхности эмали, образующимися при ее протравливании. Выступы полимера, образующиеся между призмами эмали, называются макроскопическими. Намного более тонкая сеть из тысяч мелких выступов образуется в области окончания каждой призмы, где растворяются отдельные кристаллы гидроксиапатитов, оставляя крипты, окруженные остатками органических веществ. Эти мелкие выступы называются микроскопическими. Макро- и микроскопические выступы являются основой для микромеханической адгезии эмали. Микроскопические выступы являются, вероятно, более важными благодаря их большому количеству и большей площади контакта. В 1970-х и 1980-х годах, когда эти подробности не были известны, исследования адгезии были сконцентрированы на изучении длины макроскопических выступов и характера протравливания:

• тип 1 — локальное протравливание;

• тип 2 — периферическое протравливание;

• тип 3 — смешанное протравливание.

Длина макроскопических выступов не имеет большого значения, так как перелом происходит в области шеек выступов. Большинство макроскопических выступов имеют длину всего 2- 5 мкм. Характер протравливания призм эмали также обычно не оказывает большого влияния на силу адгезии.

Система для бондинга соединяется с матрицей композиционного материала, образуя прочную химическую связь. Сила адгезии на сдвиг при таком соединении составляет 18-22 МПа и зависит как от толщины слоя бондинг-системы, так и от прочности на сдвиг соседних призм эмали. Теоретически верхний предел прочности соединения составляет примерно 50 МПа. Однако клинически приемлемой силой адгезии является 20 МПа. Клиническое наблюдение в течение более 20 лет не выявило существенного ослабления механической адгезии вследствие усталости материалов.

Системы для бондинга дентина

Система для бондинга дентина представляет собой жидкую ненаполненную смесь акрилового мономера, которую наносят на протравленную и покрытую праймером поверхность дентина. Действие праймера зависит от гидрофильных мономеров, таких как 2-гидрокси- этилметакрилат, которые облегчают смачивание гидрофильной поверхности дентина, содержащей немного влаги. Несмотря на то что праймер и/или бондинг-агент затекают в дентинные канальцы, сила адгезии зависит, прежде всего, от микромеханической связи с интертубулярным дентином (между канальцами) по всей поверхности сошлифованного дентина. Несмотря на то, что многие системы для бондинга дентина вступают в химические реакции с дентином, это практически не влияет на окончательную силу адгезии. В целом сила адгезии на 90% зависит от механической адгезии.

Как указывалось выше, при механическом препарировании дентина образуется смазанный слой, состоящий из разрушенного дентина. Этот слой покрывает поверхность и скрывает подлежащие структуры. Первые системы для бондинга дентина были гидрофобными и образовывали связь непосредственно со смазанным слоем. Поэтому сила такой адгезии на сдвиг была меньше 6 МПа, что соответствовало силе адгезии смазанного слоя с дентином. При протравливании дентина смазанный слой удаляется, но при этом возможно избыточное протравливание. В результате протравливания сила адгезии возросла до 10-12 Мпа, но только с появлением химически модифицированных более гидрофильных бондинг-систем силу адгезии удалось увеличить до 18-20 МПа. Тщательное протравливание дентина создает микромеханический рельеф для бондинга между канальцами (интертубулярный дентин) без избыточной деминерализации перитубулярного дентина. Применение гидрофильных праймеров позволило увеличить силу адгезии до 22-35 МПа. Теоретический предел прочности системы для бондинга дентина может быть 80- 100 МПа, что больше, чем у эмали, так как дентин более устойчив к переломам на сдвиг. Клинический лимит силы адгезии к дентину пока не установлен. Однако поскольку дентин содержит больше воды, чем эмаль, то долговечность систем для бондинга дентина меньше, чем у эмали.

Праймеры систем для бондинга дентина должны проникать через остатки смазанного слоя и в интертубулярный дентин и заполнять пространства, оставшиеся от растворенных кристаллов гидроксиапатитов. Это позволяет акриловым мономерам образовывать взаимопроникающую сеть вокруг коллагена в дентине. После полимеризации этот слой образует гибридную зону (по Nakabayashi). В зависимости от химического состава бондинг-системы гибридный слой может углубляться в дентин на 0,1-5 мкм. К сожалению, избыточное протравливание может вызвать декальцификацию дентина на глубину 1-10 мкм. Если эта зона декальцификации дентина не будет заполнена бондинг-системой, то она может вызывать ослабление адгезии, способствуя возникновению перелома. Кроме того, степень влияния протравливания на прочность коллагеновых волокон пока не установлена. Однако применение этих систем показывает, что в будущем можно будет добиться усиления адгезии к дентину.

Основным компонентом праймеров во многих системах для бондинга дентина является гидрокси- этилметакрилат (НЕМА). Его молекула аналогична молекуле метилметакрилата, за исключением того, что его метиловая эфирная группа замещена этоксиэфиром, который делает праймер гидрофильным. Важно, что он обладает довольно летучестью и может вызывать умеренные аллергические реакции. Стоматологи и ассистенты должны знать, что он очень подвижен, может проникать через резиновые перчатки и у многих вызывает сухость кожи и появление на ней трещин. Поэтому, работая с праймерами и бондинг-агентами, нужно использовать мощный отсос, чтобы максимально уменьшить контакт с парами НЕМА.

Бондинг обычно выполняется в три этапа (трехкомпонентные системы). В конце 1990-х годов количество этапов (протравливание, нанесение праймера, бондинг) было уменьшено за счет их комбинирования. Были предложены двухкомпонентные системы, в которых сочетались нанесение праймера с бондингом или протравливание с нанесением праймера. В последнем случае праймер называли протравливающим. Это чаще всего достигается за счет использования кислых мономеров, которые растворяют или разрушают смазанный слой, растворяют кристаллы гидроксиапатитов в интертубулярной зоне и канальцах и затем полимеризуются с образованием гибридной зоны. Несмотря на разработку двухкомпонентных систем, они обычно требуют значительного количества растворителей для растворения модифицирующего материала. Количество растворителя в разных системах может существенно различаться, но обычно оно составляет 65-90%. Растворитель (ацетон или спирте водой) влияет на смачивающую эффективность системы.

Чтобы бондинг-системы эффективно образовывали гибридный слой, крайне важно сохранять дентин влажным. Промывание и просушка дентина после препарирования или протравливания довольно часто приводят к высушиванию его поверхности и слоев. Протравленный дентин не содержит кристаллов гидроксиапатита между коллагеновыми волокнами. Он состоит только из остатков коллагена и воды. Высушивание дентина, преднамеренное или нет, вызывает спадание коллагеновой сети, в результате чего молекулы коллагена образуют плотный слой и выделяют мономеры, необходимые для формирования гибридного слоя. Поэтому протравленный дентин нужно не пересушивать или специально увлажнять. Это можно делать с помощь влажных ватных шариков, путем контакта кончика аппликатора в течение примерно 10 с, или за счет применения увлажнителей. При недостаточной влажности дентина гибридный слой не образуется и система бондинга не будет выполнять свои функции. Считается, что недостаточное внимание этим вопросам во многих инструкциях по бондингу в начале 1990-х годов способствовало неудачам многих систем для бондинга дентина.

Новые системы для бондинга дентина сочетают в себе все три этапа бондинга (однокомпонентные системы). Такой подход значительно упрощает бондинг к эмали и дентину, но не обеспечивает их хорошего смачивания и адгезию к другим материала, таким как, керамика, композиты и амальгама. Поэтому трехкомпонентные системы, которые позволят учитывать различные свойства материалов (многоцелевые бондинг-системы), продолжают использоваться в стоматологии. Крайне сложно создать истинно универсальную однокомпонентную бондинг-систему, которая хорошо бы работала во всех возможных ситуациях.