Поюровская. Стоматологическое материаловедение

Схема 5.2.

Категории стоматологических биоматериалов

Определив, к какой категории относится стоматологический материал, предложенный для токсикологических испытаний, приступают непосредственно к составлению программы испытаний, включающей ряд методов или тестов, которые подразделяют на три основные группы или три уровня (схема 5.3).

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ СТОМАТОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Схема 5.3.

Уровни испытаний стоматологических материалов для оценки биосовместимости

Следует отметить, что токсикологические испытания, особенно на экспериментальных животных, длительные и дорогостоящие. Поэтому для предварительной оценки часто применяют еще одну группу испытаний, назовем ее группой испытаний 0 уровня. Это санитарно-химические испытания, которые широко используются в материаловедческой практике нашей страны. Испытания 0 уровня особенно полезны, когда в составах испытуемых стоматологических материалов содержатся химические вещества, для которых известны предельно допустимые концентрации при контакте с организмом.

ЛЕКЦИЯ 6 СТОМАТОЛОГИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СТОМАТОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Критерии качества стоматологических материалов. Порядок проведения разработки новых стоматологических материалов. Системы международных и национальных стандартов.

В конечном итоге только отдаленные результаты многочисленных клинических наблюдений могут дать ответ о пригодности того или иного материала для замещения тканей зубов или элементов зубочелюстной системы. Следовательно, для получения конкретного ответа о качестве и надежности стоматологического материала необходимы долгие годы наблюдений. Поэтому к настоящему времени сложилась более реальная система доклинической оценки качества материалов, позволяющая установить возможность их применения в стоматологии. Эта система опирается на изучение свойств материалов определенного назначения, позволяющих в модельных лабораторных испытаниях предсказать поведение материала в реальных условиях клинической практики. Какие критерии применяют для оценки качества вновь разработанного стоматологического материала? Это технические, эстетические, «биологические» свойства материалов, представленные в предыдущих лекциях (схема 6.1.).

Важными и определяющими возможность безопасного применения стоматологического материала в клинике являются так называемые токсикологические испытания. Они определяют комплекс свойств материала, оценивающий его биосовместимость (см. лекцию

5).

Гигиенические свойства определяют способность стоматологического восстановительного материала очищаться обычными средствами для гигиенической чистки зубов и полости рта и не изменять своих свойств под действием различных средств гигиены.

Схема 6.1.

Основные группы свойств стоматологических материалов для доклинической оценки их качества

К биологическим требованиям примыкают органолептические, согласно им восстановительный материал не должен обладать неприятным вкусом и запахом.

Технические - физико-химические, физико-механические, технологические и эстетические свойства стоматологических материалов, которые определяют в лабораторных условиях на стандартных образцах.

Выбор показателей качества материала зависит от его назначения и химической природы. Например, бессмысленно определять эстетические свойства амальгамы, хотя она тоже относится к классу восстановительных материалов, таких как композиты и цементы. Физические показатели, такие как коэффициент линейного теплового расширения для сплавов и фарфоровых масс, относятся и к технологическим характеристикам, связанным с процессом изготовления, и к физико-механическим, так как этот показатель влияет на адгезионную прочность соединения облицовки с каркасом несъемного зубного протеза.

В России действует определенный порядок разработки стоматологических материалов до получения разрешения на их применение в клинической практике (ГОСТ Р 15013-94).

Критериями для оценки полученных результатов технических испытаний стоматологических материалов служат нормы, которые установ-

лены для большинства показателей свойств. Например, прочность при изгибе композитного восстановительного материала должна быть не менее 50 МПа, прочность при сжатии силикатного цемента - не менее 190 МПа, адгезионная прочность соединения композитного пломбировочного материала с твердыми тканями зуба - не менее 7 МПа. Водопоглощение полимерного материала для базисов съемных зубных протезов не должно составлять более 32 мкг/мм куб. Эти нормы, как многие другие, основаны на длительном опыте применения материалов различной химической природы в различных областях стоматологии. Они (как и методики их определения) являются основным содержанием стандартов стоматологических материалов (схема 6.2).

Схема 6.2.

Основное содержание стандарта для стоматологических материалов (на примере национального стандарта России - ГОСТ Р)

Любой вновь разработанный материал стоматологического назначения обязательно проходит испытания на соответствие требованиям, зафиксированным в стандартах для каждого вида (класса, см. основную классификацию стоматологических материалов) стоматологического материала.

В настоящее время Международная федерация стоматологов (Federation Dentaire Internationale FDI, созданная в Париже в 1900 г.) и Международная организация по стандартизации (International Organization for Standardization ISO) работают над созданием новых и совершенствованием существующих стандартов стоматологических материалов. Стандартами стоматологических материалов в ISO (ИСО) занимается технический комитет ТК 106 (год образования 1963-й). В него входят национальные комитеты по стандартизации стоматологических материалов из более 80 стран (схема 6.3).

Схема 6.3.

Международные и национальные организации по стандартизации стоматологических материалов

Членом ИСО является и Россия, представленная техническим комитетом по стандартизации стоматологических аппаратов, приборов и материалов ТК 279 (Зубоврачебное дело). Работа по стандартизации в рамках Международной организации ИСО включает определение требований и норм показателей свойств каждого класса материалов стоматологического назначения, стандартизацию терминологии и методов испытаний. Стоматолог, который

работает с материалами, отвечающими требованиям стандартов, может быть спокоен, что применяемый материал не даст существенных отрицательных результатов в процессе его клинического применения.

Стандартизации стоматологических материалов уделяется много внимания в других странах. Разработкой стандартов стоматологических материалов в США начали заниматься с 1926 г. после создания первого стандарта для стоматологической амальгамы. В настоящее время стандарты АДА (ADA - Американская стоматологическая ассоциация) охватывают большинство материалов, применяемых в стоматологии. В Австралии в 1936 г. была образована Австралийская лаборатория по стандартизации стоматологических материалов. В Канаде, Японии, Франции, Греции, Германии, Венгрии, Израиле, Польше и Южной Аф-

рике также созданы службы по стандартизации стоматологических изделий. В 1969 г. объединенными усилиями скандинавских стран (Дания, Финляндия, Исландия, Норвегия и Швеция) был организован Скандинавский институт стоматологических материалов (NIOM). В нем проводились испытания, сертификация и исследования материалов и оборудования, применяемых в клинической практике этих стран. В 1937 г. институт стал активно участвовать в стандартизации. Для разработки общеевропейских стандартов была организована рабочая группа 55 при Европейском комитете нормализации (CEN).

Все медицинские изделия, продаваемые на рынке стран Европейского союза, должны иметь документ соответствия европейским стандартам. Для определенных изделий некоторые страны вырабатывают собственные внутренние стандарты. Например, в Швеции запрещено применять в качестве литейных стоматологических сплавов сплавы с никелем из-за проблем с его биосовместимостью, в то время как в США нет таких ограничений.

Окончательным критерием качества стоматологического материала является его поведение в условиях полости рта пациента. Это может оценить только клиницист на основании своих наблюдений, анализа успешных результатов и неудач. Хорошо организованное клиническое исследование с точным соблюдением всех условий и их регистрации - основа достоверных результатов клинических наблюдений. В последнее десятилетие расширялись клинические исследования, организованные с целью установления корреляции между особенностями клинического «поведения» материала и его технических характеристик.

ЛЕКЦИЯ 7 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ (КОНСТРУКЦИОННЫХ) ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОРТОПЕДИЧЕСКОЙ СТОМАТОЛОГИИ

Основные виды конструкций для восстановления зубов в ортопедической стоматологии. Классификация основных восстановительных материалов в ортопедической стоматологии. Химическая природа основных восстановительных материалов и требования к ним.

Согласно классификации стоматологических материалов по назначению основные восстановительные или конструкционные стоматологические материалы, применяемые для ортопедического лечения пациентов с частичной и полной потерей зубов, подразделяются на

материалы для изготовления несъемных зубных протезов и материалы для съемных зубных протезов. Более детальная классификация основных восстановительных материалов для ортопедической стоматологии представлена на схеме 7.1.

При поражении коронок зубов, вызванных различными причинами, их восстанавливают в клинике ортопедической стоматологии такими типами реставраций или протезов, как вкладками (накладками), винирами, полукоронками, коронками, протезами коронки зуба, укрепленными на внутриканальных штифтах.

Вкладки, или накладки (inlay/onlay), стали широко использоваться в последнее время. Это связано с появлением широкого класса современных композитов, новых композиций упрочненного фарфора и ситалловых материалов. Следует отметить, что для коррекции внешнего вида коронки натурального зуба с измененным цветом или несовершенной формой используют методики наложения тонких листовых облицовок (виниров), изготовленных из композитов или керамики, которые укрепляют на наружной вестибулярной поверхности зуба (в основном переднего) с помощью неорганических или полимерных цементов.

Схема 7.1.

Классификация по назначению основных материалов для ортопедической стоматологии

Для изготовления коронок применяют практически все классы материалов, включенных в классификацию стоматологических материалов по химической природе. Для получения долговечного, эффективного восстановления коронки зуба любым способом восстановительный материал должен обладать определенным комплексом свойств, воспроизводящим свойства твердых тканей натуральных зубов. Очевидно, этими же свойствами должны обладать искусственные зубы для съемных зубных протезов.

Восстановление сильно разрушенной коронки натурального зуба иногда можно выполнить с помощью протезов, укрепленных на штифтах. Штифт, тонкий стержень, укрепляется в корневой части зуба и в прикорневой части коронки. Он должен выдерживать существенные изгибающие нагрузки, при этом его средняя толщина не должна быть более 1,5 мм. Для того чтобы такой тонкий стержень мог выдержать нагрузки, возникающие при функционировании, его чаще всего делают из прочных металлических сплавов. Хотя современные материалы и технологии позволяют использовать для этой цели армированные прочны-

ми волокнами полимерные материалы. Протез коронки, укрепленный на штифте, может быть выполнен из полимерного материала или фарфора, которые должны воспроизводить свойства твердых тканей зуба.

При нарушении целостности зубных рядов основным методом лечения является зубное протезирование. Зубные протезы изготавливают по строгим медицинским показаниям. При ошибке в методе протезирования зубные протезы могут оказывать разрушающее действие на зубочелюстную систему. Восстановление целостности зубного ряда при частичной потере зубов довольно часто проводят с помощью несъемных мостовидных протезов. Последние укрепляются на опорных зубах цементом, и пациент самостоятельно снять их не может. Тело протеза составляют искусственные зубы, изготовленные из металла, пластмассы, фарфора или комбинированных материалов. Часто в процессе лечения дефектов зубных рядов целесообразно изготавливать временные мостовидные зубные протезы, которые могут устанавливать на достаточно короткий период времени (около месяца). Такие протезы, как правило, изготавливают из наиболее технологичных материалов, пластмасс и фиксируют на временный цемент. Таким образом, в данном классе стоматологических материалов мы имеем дело в основном с материалами для замещения твердых тканей зуба и фиксации несъемных конструкций на опорных зубах.

Съемные зубные протезы могут быть полными, предназначенными для протезирования при полной потере зубов, и частичными. В любом случае эти конструкции опираются на ткани полости рта, не приспособленные к восприятию нагрузок или давления. Пластиночные зубные протезы опираются на беззубые альвеолярные отростки, тело челюстей и нёбо, и, таким образом, передают жевательные и другие функциональные нагрузки на указанные подлежащие ткани через слизистые оболочки полости рта.

Съемные частичные зубные протезы укрепляются на месте чаще всего специальными приспособлениями, называемыми кламмерами. Кламмеры - это своеобразные крючки, захватывающие сохранившиеся натуральные зубы. Их изготавливают из металлической проволоки толщиной 1-1,5 мм или металлической ленты. Более эстетичным и долговечным является крепление съемного частичного мостовидного протеза с помощью замковых креплений различной конструкции (аттачменов). Съемные мостовидные протезы на кламмерах или замках, восстанавливающие на одной челюсти несколько дефектов в зубном ря-

ду, можно связать в единый протез. Связующим звеном в этом случае может быть металлическая дуга, бюгель (bugel-дуга). Такой зубной протез называют дуговым или бюгельным. Независимо от конструкции съемного зубного протеза в нем всегда присутствуют две части: часть, замещающая отсутствующие зубы, коронки и собственно искусственные зубы, и часть, обеспечивающая фиксацию протеза на протезном ложе и его стабилизацию во время функционирования восстановленной зубочелюстной системы, называемая базисом. В таких случаях требуются материалы для искусственных зубов и базисные материалы. Для дуговых протезов дополнительно требуется материал для изготовления дуги - бюгеля, а для частичных протезов - материалы для изготовления кламмеров или замковых креплений.

Таким образом, рассматривая представленную на схеме 7.1 классификацию и знакомясь с типичными восстановительными конструкциями зубных протезов, мы еще раз убедились, что в каждом классе основных восстановительных материалов для ортопедической стоматологии присутствуют материалы всех типов химической природы, о которых мы говорили, рассматривая классификацию стоматологических материалов, построенную по этому принципу. Основные требования к свойствам конструкционных материалов для ортопедической стоматологии зависят от их конкретного назначения. Можно кратко перечислить эти требования. Для базисных материалов в съемных зубных протезах - это

прочность и модуль упругости при изгибе. Для материалов, восстанавливающих или замещающих утерянные натуральные зубы, первостепенное значение имеют прочность при сжатии и изгибе, твердость и износостойкость. Цементы для фиксации несъемных зубных протезов должны обеспечивать прочное удержание восстановительной конструкции в условиях полости рта, следовательно, должны обладать адгезионными свойствами.

Твердость - свойство, определяющее качество и функциональную полноценность искусственных зубов. Она зависит от соотношения ряда свойств. На твердость поверхности материала влияют его прочность, предел пропорциональности, пластичность или ковкость. Из-за множества факторов, влияющих на твердость, этот показатель достаточно труден для определения. Обычно пользуются специфическим определением твердости из минералогии, где относительная твердость материала связана со способностью его поверхности сопротивляться царапанию. В других отраслях, например в металлургии, твердость определяют как

сопротивление проникновению в поверхность данного материала другого твердого тела. На этом принципе основано большинство современных методов определения твердости. К ним относятся методы Бринелля, Роквелла, Викерса и Кнупа. Выбор метода производят исходя из типа материала, который собираются испытывать на твердость. Значение этого показателя для материалов, восстанавливающих зубы, подтверждается тем фактом, что данный показатель введен во многие национальные стандарты для восстановительных стоматологических материалов, например стандарты АДА.

ЛЕКЦИЯ 8 МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ ДЛЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ СТОМАТОЛОГИИ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Строение и свойства металлов. Процесс кристаллизации расплава металла. Понятие сплава и особенности кристаллизации металлического сплава.

Металлы широко применяются в восстановительной стоматологии прежде всего как основные восстановительные конструкционные материалы (см. лекцию 7). Металлы применяют и в терапевтической стоматологии - для пломбирования амальгамой и золотой фольгой (редко); в хирургической стоматологии - для зубных имплантатов; в ортодонтии из них изготавливают проволоку, брекеты, винты, кольца; в качестве вспомогательных материалов - легкоплавкие сплавы для штампиков.

Металлические восстановительные материалы должны обладать:

1)биоинертностью;

2)высокой коррозионной стойкостью в условиях полости рта;

3)высокими механическими свойствами (прочностью, пластичностью, упругостью), способными сохраняться длительное время;

4)хорошими технологическими свойствами (легко поддаваться паянию, литью, сварке, штамповке, полированию и протяжке);

5) гигиеническими свойствами, т.е. легко очищаться обычными средствами для чистки зубов; при наличии металлических протезов пациенты не должны иметь посторонних вкусовых ощущений, в том числе привкуса металла.

К металлам относят большинство химических элементов Периодической системы Менделеева - 82 элемента из 104. От неметаллов они отличаются характерными металлическими межатомными связями с обобщенными и подвижными электронами.

Для металлов характерны пластичность, ковкость, непрозрачность, металлический блеск, высокие тепло- и электропроводность.

Металлы делят на черные и цветные. Хотя железо относится к «черным» металлам, оно характеризуется блестящим серебристым изломом. Строго говоря, только «желтое» золото и «розовую» медь можно называть цветными металлами. В то же время большинство металлов относят к цветным, несмотря на то, что им свойствен, как и железу, излом с различными оттенками серебристо-серого.

Из большой группы цветных металлов выделяют тяжелые и легкие. К тяжелым относят свинец, медь, никель, олово, цинк и др. Их плотность составляет 7,14-11,34. Легкие металлы - алюминий, магний, кальций, калий, натрий, барий, бериллий и литий. Их плотность - 0,53- 3,5. К легким металлам относят и титан, плотность которого равна 4,5. Обособленные группы среди цветных металлов занимают так называемые благородные и редкоземельные металлы.

Металлы, как и все другие элементы, характеризуются температурами плавления, кипения и соответствующими основными физико-химическими свойствами. Характерные свойства металлов обусловлены их строением.

Металлы - кристаллические тела, атомы которых располагаются в пространстве в геометрически правильном порядке, образуя кристаллы. Атомы (точнее, ионы) колеблются возле точек равновесия с большой частотой, а электроны внешних электронных оболочек обобщены или коллективизированы. Иначе говоря, металлические тела состоят из положительных ионов, погруженных в среду, состоящую из коллективизированных обобщенных электронов наружных орбит. Электроны находятся в непрерывном движении между атомами, обеспечивая связь между ними. Металл в жидком и твердом состоянии можно рассматривать, как сумму положительных ионов, плавающих в отрицательной жидкости, образованной обобщенными электронами наружных слоев.

Типы кристаллических решеток у металлов различны. Чаще встречается кубическая объемно-центрированная решетка (например, у хрома, молибдена, ванадия), кубическая гранецентрированная (никель, медь, свинец) и гексагональная плотноупакованная (титан,

цинк) (рис. 8.1).

Именно наличие свободных электронов придает металлам высокую тепло- и электропроводность. Специфический металлический блеск и непрозрачность также связаны с этими особенностями строения металлов.

Опыт показывает, что и неметаллическое тело может приобрести металлические свойства. Для этого нужно создать условия, чтобы элект-

Рис. 8.1.

Примеры строения кристаллических решеток металлов

роны внешних электронных орбит были обобщены, коллективизированы. Так, например, типичный металлоид фосфор под влиянием давления 40 тыс. атмосфер (3922,66 МН/м2) уменьшается в объеме на 25% и приобретает металлическую проводимость, которая может быть объяснена коллективизацией его наружных электронов. Под действием большого внешнего давления расстояния между центрами соседних атомов становятся меньше, чем размеры внешних электронных орбит. В результате происходит обобществление электронов внешних слоев. При снятии давления свойства обычного фосфора восстанавливаются.

Если рассмотреть кристалл определенного металла, то механические, оптические, электрические и другие свойства в разных направлениях в данном кристалле не одинаковы. Такое явление называется анизотропия. Аморфные тела не имеют определенной упорядоченной структуры, их свойства, в отличие от свойств кристаллических тел, одинаковы во всех направлениях, т.е. аморфные материалы изотропны. Если металлическое тело состоит из кристаллов одинакового направления, то все поликристаллическое тело может считаться анизотропным. Чаще металлы состоят из кристаллов разно направленных или различно ориентированных. Несмотря на кристаллическое строение, такие металлы называются изотропными.

Кристаллизация - процесс образования кристаллов при переходе из жидкого или газообразного состояния в твердое (первичная кристаллизация), а также при превращении одной фазы в другую в процессе остывания затвердевшего металла (вторичная кристаллизация).

Переход металла из жидкого расплавленного состояния в твердое отражается в изменении его температуры во время данного процесса. Обычно характер зависимости температуравремя для процесса кристаллизации металлов носит ступенчатый характер. В процессе затвердевания выделяется тепло. Это тепло называют скрытой теплотой затвердевания, оно равно теплоте плавления, изучаемой в курсе физики, и соответствует количеству калорий тепла, высвобождаемого 1 г вещества в процессе его перехода из жидкого в твердое состояние. Поэтому расплав надо охладить ниже температуры плавления металла. Это дополнительное охлаждение расплава называется переохлаждением, а разница температур между наблюдаемой в данных условиях и истинной температурой плавления называется степенью переохлаждения. Во время переохлаждения начинается процесс кристаллизации. Как только начался процесс кристаллизации, скрытая теплота плавления приводит к повышению температуры, которая затем сохраняет свое постоянное значение до полного завершения процесса кристаллизации. В процессе переохлаждения атомы начинают выстраиваться в определенный пространственный порядок, соответствующий кристаллической решетке данного металла (рис. 8.2).