Сравнительная оценка in vitro современных стеклоиономерных цементов по адгезивной прочности и способности к выделению фторидов

Взаимодействие между реставрационными материалами и тканями зуба — сложная и актуальная проблема стоматологического материаловедения. До недавнего времени предполагали, что большинство способных к адгезии стоматологических материалов пассивны по отношению к твердым тканям зуба, и их действие заключается в простом проникновении в эмаль или дентин, на которые их нанесли. В настоящее время отмечается повышение интереса к такому механизму взаимодействия между материалами и тканями зуба, как химические реакции, включая так называемую биоактивность.

Стеклоиономерные цементы (СИЦ) способны к химическому взаимодействию с тканями зуба; предполагают даже, что они способны к биоминерализации дентина, могут замещать утраченный дентин и имитировать его свойства [1]. Биоактивность стеклоиономеров прежде всего проявляется в способности их полимерного компонента к образованию адгезионных и химических соединений с твердыми тканями зуба и способности минерального компонента пролонгированно выделять фториды [2—4].

Цель нашей работы — оценка адгезионных свойств СИЦ российского производства Цемион (ВладМиВа), Глассин Рест (Омега-Дент) и Цемфил 10 (СтомаДент) в сравнении с зарубежным аналогом Fuji VIII (GC Corporation, Япония) и их способности к выделению фторид-иона.

Основные сведения об испытуемых материалах представлены в табл. 1.

Для приготовления образцов использовали удаленные по показаниям зубы человека, моляры и премоляры. Каждый зуб распиливали на 2 половины в сагиттальном направлении на шлифовальной машине алмазным диском с охлаждением, после чего каждую половину монтировали в блок самотвердеющей пластмассой Протакрил-М (АО «Стома», Украина) таким образом, чтобы плоскость среза зуба, рабочая поверхность для испытания, была открыта и находилась на поверхности блока. Рабочую поверхность среза шлифовали и подготавливали в соответствии с инструкцией по применению каждого из сравниваемых СИЦ. Порошок и жидкость испытуемого СИЦ смешивали в соотношении, указанном в инструкции. В течение рабочего времени цемента полученной смесью заполняли металлическую шайбу диаметром 4 мм, наложенную сферической поверхностью на рабочую поверхность среза зуба (рис. 1). Подготовленный образец помещали на 10 мин в эксикатор (влажность — 95%) и термостат (температура — 37 °С) для прохождения процесса твердения СИЦ. По окончании времени твердения образцы адгезионных соединений погружали в сосуд с дистиллированной водой, который помещали в термостат c температурой 37 °C на 24 ч. Адгезионную прочность соединения СИЦ с твердыми тканями зуба определяли методом сдвига (рис. 2) [5, 6].

Метод определения количества фторид-иона, выделяемого из образцов СИЦ в водную среду.

Готовили образцы каждого вида СИЦ в виде таблеток диаметром 8 мм и толщиной 3 мм. После окончания твердения во влажной камере по описанной выше процедуре готовые таблетки помещали в дистиллированную воду при массовом соотношении СИЦ: вода — 1:10. Содержание фторид-иона в пробе водной вытяжки оценивали через определенные сроки с помощью фторселективного электрода и иономера Орион 920. Объем каждой пробы составлял 5 мл, после забора пробы водная вытяжка с образцами СИЦ пополнялась свежей дистиллированной водой в том же объеме (5 мл).

Поскольку источником фторидов в составе СИЦ является неорганический компонент — порошкообразное ионообменное стекло, дополнительно оценивали выход фторид-иона в водную среду из порошков сравниваемых цементов. Соотношение массы порошка и объема воды сохраняли таким же, как при испытании отвержденных СИЦ в виде таблеток.

Состав стекол СИЦ определяли методом лазерно-импульсной спектроскопии (ЛИС) на спектрометре J200 EC («Applied Spectra Inc.», США). Образцы для исследования получали путем сплавления порошков стекла, входящего в комплект СИЦ, с равным по объему количеством парафина, из этой смеси формировали таблетки диаметром 7 мм и толщиной 3 мм. Измерения проводили в режиме мощности импульса 100 мВт, продолжительность импульса составляла 1,05 мс, задержка начала измерения — 1 мкс, частота импульсов — 10 имп/с, число импульсов в 1 точке — 400. Всего исследовали по 2 образца каждого вида СИЦ в 3 точках поверхности каждого. Для анализа спектра использовали прилагаемую к спектрографу программу Aurora v. 1.0003 («Applied Spectra Inc.», США). Градуировочные графики зависимости интенсивности спектральных линий от содержания определяемого элемента строили по образцам стекол известного состава. Состав стекол выражали в общепринятом для характеристики стекол виде — масс. %.

В табл. 2 представлены показатели адгезионной прочности соединения образцов СИЦ с твердыми тканями зуба при испытании методом сдвига (Асдв.).

Графики зависимости выхода фторид-иона из образцов СИЦ от времени инкубации в воде представлены на рис. 3, содержание фторид-иона в водных вытяжках из порошков СИЦ и образцов цементов после 200 сут выдержки — на рис. 4. Состав стекол из испытуемых СИЦ приведен в табл. 3.

Показатели адгезионной прочности соединения СИЦ с твердыми тканями зуба довольно близки у всех испытанных образцов (уровень значимости различий средних значений адгезионной прочности по критерию Стьюдента — от 0,2 до 0,5). Такой результат вполне ожидаем, так как во всех СИЦ содержатся полиалкеновые кислоты, карбоксильные группы которых способны к химическому взаимодействию с Са гидроксиапатита зубных тканей. Водный раствор поликислоты позволяет создать межмолекулярный контакт цемента с гидрофильной поверхностью зуба, что обеспечивает предпосылки для химического взаимодействия цемента с твердыми тканями зуба. Однако реализовать возможности СИЦ к адгезионному взаимодействию удается при нанесении смеси цемента на поверхность зуба только в течение рабочего времени; вероятно, поэтому у образцов Цемфил 10 и Цемион показатели адгезионной прочности выше, чем у образцов Глассин Рест, рабочее время которого короче [5]. Хотя Асдв. Fuji VIII выше, следует отметить высокую степень разброса показателей (коэффициент вариации v — 37%), что также можно отнести к влиянию короткого рабочего времени.

В процессе выхода фторид-иона в водную среду из образцов СИЦ, графически представленном на рис. 3, можно выделить 2 характерные стадии, отмеченные в публикации [4]. Первая стадия — быстрая диффузия F^– с поверхности образцов в воду — начинается сразу и продолжается до 7—10 сут. Затем процесс замедляется и переходит во вторую стадию — постепенной миграции F^– из массы образцов. В условиях данного эксперимента наибольшее значение суммарного количества выделившегося фторид-иона установлено для образцов Fuji VIII и Глассин Рест — более 80 мг/л, для цемента Цемфил 10 — немного ниже, 69 мг/л. Существенно ниже этот показатель для цемента Цемион — около 15 мг/л.

Известно, что на процесс выделения фтора в водную среду оказывают влияние многие факторы: время выдержки в среде; частота и систематичность обновления водной среды; соотношение масса/площадь образцов цемента и объема воды и др. В работе [7] отмечалось влияние на этот процесс соотношения порошок/жидкость, особенностей методики смешивания, времени твердения и момента помещения образцов в водную среду. Учитывая, что почти все перечисленные факторы поддерживались на одинаковом уровне, разница в количестве выделяемого в воду фторид-иона, вероятно, связана с разницей в составе стекол испытуемых СИЦ.

Выделение фторида в воду из порошков стекла в основном совпадает с характером процесса его диффузии в водную среду из образцов цементов. Так, наибольшее количество выделившегося в воду F^– из порошков цементов отмечено для образцов Глассин Рест и Цемфил 10, низкое значение этого показателя — для Цемиона. Исключение составляет выход фторид-иона из порошка Fuji VIII, что противоречит характеру зависимости выделения фторида из образца цемента. Такой результат аналогичен наблюдениям S. Meryon и A. Smith, которые обнаружили, что выделения фторида из цемента не всегда соответствуют содержанию фторидных соединений в стекле [7]. Следует отметить, что скорость выхода фторида из СИЦ не связана с содержанием фтора в стекле. Так, максимальный выход фторида отмечен для цементов Глассин Рест и Fuji VIII; при этом содержание фтора в стеклах этих цементов в 1-м случае — наибольшее, а во 2-м — наименьшее по сравнению со значениями для всех других СИЦ. В свою очередь при близком к среднему содержании фтора в стеклах Цемфил 10 и Цемион скорость выхода фторида из этих СИЦ снижена. В стекле Fuji VIII содержится в большой концентрации кальций, в стекле Глассин Рест — примерно в равном соотношении кальций и барий, а в стеклах Цемфил 10 и Цемион — стронций. Таким образом, скорость выхода фторида из СИЦ выше в кальциевых и кальций-бариевых стеклах и ниже — в стронциевых.

Изучение адгезионных свойств образцов СИЦ разных производителей и их способности к выделению фторидов позволяет заключить, что цементы отечественного производства в общем близки по данным показателям к одному из лучших зарубежных аналогов Fuji VIII. Результаты исследования выявили различия свойств испытанных СИЦ, связанные, вероятно, с отличием в составе и технологии получения ионообменных стекол, а также в составе жидкого компонента — водного раствора полиалкеновой кислоты, что влияет на весь комплекс свойств цементов, механическую прочность, эрозионную стойкость, рабочее время и время твердения.

Способность СИЦ к длительному выделению фторидов, а также других ионов, входящих в состав стекол, обусловливает возможность реминерализации твердых тканей зубов в непосредственной близости от реставрации, изготовленной из СИЦ [1]. В ближайшем будущем можно ожидать появления усовершенствованных стеклоиономерных материалов, способных длительно и с оптимальной скоростью выделять в окружающую среду не только фториды, но и другие ионы, способствующие минерализации твердых тканей зубов. Разработка таких материалов — перспективное направление исследований в области стоматологического материаловедения.