I. Cementy szklano-jonomerowe- glassjonomery

Cementy szklano-jonomerowe (glass-jonomerowe) opracowano i wprowadzono do lecznictwa z początkiem lat 70-tych. Szczegółowo opisali je w 1971 roku Wilson i Kent. Dzięki wyjątkowym własnościom cementy te znalazły szerokie zastosowanie jako materiał plastyczny do wypełnień, aczkolwiek powszechnie zaczęto stosować je dopiero na przełomie lat 1980-90. Pierwszy, wprowadzony do lecznictwa cement szklano-jonomerowy (ASPA - Alumino-Silikat-Poly-Akryl), z uwagi na wady nie zyskał wielkiej popularności. Opracowanie kolejnych cementów, o coraz to lepszych własnościach, sprawiło, że lekarze coraz częściej sięgali po te materiału. Obecne cementy szklano-jonomerowe znacząco różnią się swoim składem, tak proszku, jak i płynu, i właściwościami od tych do­stępnych w początkowym okresie. W odróżnieniu od pierwszych materiałów, które były używane głównie do wypełnień ubytków przyszyjkowych, współczesne cementy szklano-jonomerowe (dzięki licznym modyfikacjom) są stosowane jako materiały do wy­pełnień ubytków I do V klasy Blacka.

2. Skład cementów szklano-jonomerowych

Płynem pierwszych cementów szklano-jonomerowych był 40% roztwór kwasu poliakrylowego o niskiej masie cząsteczkowej. Użycie we współczesnych cementach, jako płynu, kopolimerów kwasu akrylowego oraz kwasów o większej liczbie grup karboksylowych w cząsteczce (itakonowego, maleinowego), o średniej masie cząsteczkowej 10000, zwiększyło adhezję do twardych tkanek zębów i poprawiło własności fizyczne (łatwiejsze przechowywanie, wzrostem lepkości cementu). Domieszka kwasu tartarowego (winowego) w ilości 5-15% ułatwia rozrabianie cementu, wydłuża czas pracy i skraca jednocześnie czas jego wiązania. Pozwala także na stosowanie szkieł o niskiej zawartości fluoru, które są bardziej przezierne, a przez to cement jest bardziej estetyczny.

Szkło wapniowo-aluminiowo-krzemowe zawiera głównie krzemionkę Si0₂, tlenek glinu A1₂0₃ i fluorek wapnia CaF₂, a w mniejszych ilościach fluorek glinu AlF₃, fluorek sodu NaF, fosforan glinu AlPO₄^, glinofluorek sodowy Na₃AlF₆. Mieszanina tych związków jest topiona (łączona) w temperaturze ok. 1000-1500°C i w fazie płynnej raptownie schładzana. Otrzymany produkt zostaje zmielony do drobnoziarnistego proszku. Wielkość cząstek proszku zale­ży w dużej mierze od przeznaczenia przyszłego cementu, i tak dla cementów przeznaczonych do wypełnień wynosi ona 50 μm, zaś dla cementów łączących i podkładowych ok. 20 μm.

Zasadniczo skład proszku cementów szklano-jonomerowych nie odbiega dalece od składu cementów krzemowych. Znamienny jest jednak większy stosunek A1₂0₃ do SiO₂, po­winien on wynosić 1:2. Jonowe szkła glinokrzemianowe o takim składzie łatwo ulegają rozpuszczeniu w kwasach. Zmiana proporcji prowadzi do wydłużenia czasu utwardzania cementu, a także do modyfikacji właściwości fizykoche­micznych (wytrzymałość, przezierność).

Związki fluoru, wprowadzone do cementów szklano-jonomerowych obniżają temperaturę topnie­nia szkła, zwiększają wytrzymałość utwardzonego cementu, zmniejszają przezierność i powodują zmętnienie szkła, stymulują efekt przeciwpróchnicowy i remineralizacyjny. Glin zwiększa wytrzymałość mechaniczną cementu. Ilość A1₂0₃ i NaF okre­śla reaktywność cementu na działanie kwasów oraz stymuluje proces wiązania. AlP0₄ określa transparencję materiału oraz wytrzymałość mechaniczną. Nierozpuszczal­ne sole (Ba, Sr, La) odpowiadają za uzyskanie kontrastu na zdjęciach RTG.

Szybkość wiązania przyszłego cementu zależy m.in. od temperatury wytopu szkła - im jest ona wyższa, tym cement szybciej podlega reakcji wiązania.

Wzmocnienie cementu można uzyskać przez wprowadzenie cząsteczek szkła w fazie rozproszonej, wzmacniających włókien lub metali.

Cementy zawierające szkła wzbogacone fazą rozproszoną cechuje wyższa wytrzymałość (zwłaszcza na odkształcenie) w porównaniu z cementami na bazie przeziernych szkieł. Odpowiednimi fazami rozproszonymi są korund (Al₂O₃), rutyl (TiO₂), baddelit (ZrO₂) oraz tielit (Al₂TiO₅). Dodanie ok. 5% (wagowo) TiO₂ nie zmienia klinicznie akcepto­wanego koloru materiału. Wzmocnienie cementów włóknami ceramicznymi: korundowymi, kwarcowymi, szklanymi czy węglowymi podnosi wytrzymałość cementów szklano-jnomerowych na odkształcenie. Dodatek metali (włókna, proszek), bądź stopów amalgamatu do proszku cementu szklano-jonomerowego może również polepszyć ostateczną odporność materiału na uszkodzenia mechaniczne (odkształcenie), ale nie poprawia znacząco innych właściwości fizykomechanicznych materiału, a nawet może zmniejszyć wytrzymałość na ścieranie.

Poprzez wbudowanie cząstek metalu (srebra lub złota) do cząstek szkła otrzymujemy cementy szklano-metalowe - cermety (ceramic metal). Technologia przygotowania proszku cermetowego polega na zmieszaniu, sprasowaniu i następnie spiekaniu, w temperaturze 800^oC, sproszkowanego metalu i szkła glinokrzemianowego. Powstały produkt metalowo-ceramiczny po rozdrobnieniu zachowuje trwałe połączenie obu faz. Cementy cermetowe, w odróżnieniu od cementów szklano-jonomerowych, cechuje przede wszystkim wyższa wytrzymałość ma ścieranie ale także wyższa wytrzymałość na odkształcenie. Wadą cermetów jest jednak gorsza estetyka - dodatek metalu czyni te cementy szklano-jonomerowe szarymi, odbiegającymi barwą od barwy szkliwa i zębiny. Cermety są zatem materiałami z wyboru do wypełnień ubytków w zębach bocznych i podbudowy koron zębów pod filary protetyczne.

Obecnie wiele cementów szklano-jonomerowych to systemy zarabiane wodą. Proszek cementu zawiera dodatek wysuszonych w próżni przez wymrażanie kwasów poliakrylowe­go i tartarowego. Pierwsze produkty tego typu wprowa­dzono do handlu w 1981 r.

2. Budowa cementów szklano-jonomerowych

Związany cement cechuje budowa heterogenna. Rezultatem reakcji chemicznych pomiędzy fluorowanym szkłem glinowo krzemowym a kwasem poliakrylowym jest cement składający się z cząsteczek szkła, wbudowanych w matrycę utworzoną z soli (polikarboksylanów wapnia i glinu) będącej produktem reakcji kwasów z jonami glinu i wapnia, uwolnionymi z powierzchnio­wych warstw szkła. W sieci tej uwięzione są wolne jony fluoru.

3. Wiązanie cementów szklano-jonomerowych

Dostępne na rynku cementy szklano-jonomerowe ze względu na proces wiązania moż­na zasadniczo podzielić na dwie grupy:

1. Cementy szklano-jonomerowe tradycyjne (chemoutwardzalne - wiążące chemicznie). Są to cementy składające się ze fluorowanego szkła glinokrzemianowego, płynem zaś jest kopolimer kwasów akrylowego i winowego bądź itako­nowego. Do tej grupy zaliczamy także cementy szklano-jonomerowe zarabiane wodą destylowaną, w których proszek zawiera dodatkowo kopolimery kwasów.

2. Cementy szklano-jonomerowe wiążące przy udziale światła widzialnego. Ten typ cementów zawiera, prócz składników wymienionych wyżej, dodatkowe składniki w postaci żywicy strukturalnej, zdolnej do sieciowania (dimetakrylany), czynnika łączącego fazę żywiczą z matrycą cementu - poliokarboksylanami wapnia i glinu (hydroksyetylometakrylan -HEMA) oraz fotoinicjator (kamfochinon).

3.1. Wiązanie cementów chemoutwardzalnych

Po zmieszaniu proszku z płynem rozpoczyna się reakcja wiązania. Ma ona charakter reakcji kwas-zasada, zaś jej produktem jest sól. Wyróżnić możemy trzy zachodzące bezpośrednio po sobie etapy wiązania:

1. Rozpuszczanie - kwasy wchodzą w reakcje z powierzchniowymi warstwami cząstek szkła. Dochodzi do uwolnienia jonów Al⁺³, Ca⁺², Na⁺, F^- i powstaje żel krzemowy. Jony H⁺ dyfundują do szkła w miejsce uwolnionych jonów Al⁺³, Ca⁺², Na⁺, F^-. Rozpuszczeniu ulega 20-30% szkła, reszta pozostaje nie zmianiona, stanowiąc fazę otoczoną przez produkty reakcji wiązania - matrycę.

2. Żelowanie - jony Ca⁺², jako bardziej reaktywne od Al⁺³, tworzą wiązania krzyżowe z molekułami polikwasów. Proces ten nie zachodzi z maksymalną wydajnością, gdyż jo­ny Ca⁺² tworzą jednocześnie chelaty z pojedynczymi cząsteczkami kwasu. W tym momencie cement jest najbardziej wrażliwy na czynniki zewnętrzne (woda). W tej fazie jony Al⁺³ mogą dyfundować poza materiał, jeśli kontaktują się z wilgocią (wodą - ślina, płyn kieszonkowy), co będzie skutkowało niemożnością wytworzenia wiązań krzyżowych z polikwasami. Może dochodzić także do ucieczki wody (parowanie), co w efekcie zahamuje proces wiązania i uniemożliwi jego pełne zakończenie. Z drugiej strony zanieczyszczenie powierzchni wypełnień śliną, płynem kieszonkowym lub krwią może prowadzić do przebarwienia wypeł­nień.

3. Twardnienie - z racji trójwartościowości jony Al⁺³ tworzą wysoce wydajne wiązania krzyżowe z molekułami polikwasów, co nadaje spójność i twardość cementowi. Równocześnie postępuje wiązanie wody przez żel krzemowy, który teraz otacza każdą cząsteczkę szkła. Proces twardnienia jest długotrwały, przebudowa może trwać nawet wiele miesięcy, zaś cement swoją pełną wytrzymałość uzyskuje po blisko 12 miesiącach.

Struktura ostatecznie związanego cementu przedstawia się następująco: cząsteczki szkła, z których każda otoczona jest żelem krzemowym, zanurzone są w matrycy, zbu­dowane z krzyżowo powiązanych cząstek kwasów poliakrylowych z luźno leżącymi jo­nami F^-.

3.2. Wiązanie cementu szklano-jonomerowego inicjowane światłem (podwójny system wiązania)

Po połączeniu proszku z płynem, dochodzi do rozpoczęcia wiązania tak, jak w szklano-jonomerowych cementach (tradycyjnych). Polikwasy reagują ze szkłem glinokrzemianowym, a reakcja ta ma charakter reakcji kwas-zasada. Równolegle, z uwagi na dodatkowe składniki cementu - 2-hydroksyetylmetakrylan (HEMA) oraz system ka­talizujący oparty na kwasie askorbinowym, dochodzi do wytwarzania wiązań pomiędzy cząsteczkami polikwasu, a grupami winylowymi dimetakrylanów - żywicy strukturalnej, stanowiącej również dodatkowy składnik cementu. W momencie naświetlenia światłem lampy polimeryzasyjnej, składniki żywicze - dimetakrylany w wyniku polimeryzacji wolnorodnikowej (inicjowanej przez kamfochinon) tworzą sieć polimerową. Tym samym dochodzi do połączenia obydwu składników modyfikowanych żywicą glassionomerów - matrycy (sole - polikarboksylanów wapnia i glinu) oraz żywicy strukturalnej, związkiem sprzęgającym jest zaś HEMA. HEMA to związek wysoce hydrofilny i może prowadzić do nadmiernej sorpcji wody do cementu, dlatego pro­ducenci stosują dodatki mające na celu zabezpieczenie prawidłowego przebiegu reakcji kwas-zasada pomiędzy szkłem, a kwasami poliakrylowymi.

Fotoinicjacja reakcji kwas-zasada (pierwszy etap wiązania) zachodzi w warstwie cemen­tu szklano-jonomerowego do głębokości penetracji światła. Daje to "efekt parasola", zabez­pieczając cement przed wczesną utratą wody bądź niekontrolowanym jej pobieraniem. Fo­toinicjatorem najczęściej jest kamforochinon. W części cementu nieaktywowanej światłem przebiega reakcja wiązania, kwas-zasada, identyczna z reakcją cementów szklano-jonomerowych wiążących chemicznie (tzw. faza ciemna wiązania). Należy wyraźnie podkreślić, że cementy o podwójnym systemie wiązania nie wymagają bezwarunkowo inicjacji światłem. Niezależnie od tego, czy tego typu cement jest naświetlony czy nie, nastąpi jego całkowite twardnienie, tylko w dłuższym czasie (5-7 minutach), zaś właściwości fizykochemiczne tak wiążącego cementu są podobne do cementu aktywowanego światłem. Aktywacja światłem ma miejsce do głębokości 3-4 mm. Wypeł­nienia o większej grubości w pozostałej części wiązać będą chemicznie. Zapewnia to duży komfort pracy. Szybkie wiązanie cementu w warstwie aktywo­wanej światłem powoduje wystąpienie skurczu materiału. Możemy go kontrolować poprzez stosowanie utwardzania warstwowego, jednak nie da się go wyeliminować całkowicie. W tego typu materiałach wydaje się on minimalny.

4. Klasyfikacja cementów szklano-jonomerowych

Podział cementów szklano jonomerowych

· Typ 1 - Cementy łączące (Fuji II, Ketac Cem)

Cementy łączące są stosowane zwykle do osadzania koron, mostów, cementowa­nia wkładów, a także elementów aparatów ortodontycznych. Zazwyczaj są to ce­menty szybkowiążące, dające kontrast na zdjęciach RTG. Stosunek proszku do płynu wynosi zwykle 1,5:1.

· Typ 2 - Cementy do wypełnień

Typ 2 klasa 1 (Fuji Fil, Ketac Fil). Cementy do wypełnień ubytków w barwie zęba - są to cementy samowiążące, reakcja wiązania przebiega powoli. Posiadają niską odporność na utratę i sorpcję wody. Cementy o podwójnym mechanizmie wiązania są to cementy szybkowią­żące o wczesnej odporności zarówno na utratę, jak i sorpcję wo­dy. Stosunek proszku do płynu wynosi 3:1 bądź jest wyższy. Większość materiałów daje kontrast na zdjęciach RTG.

Typ 2 klasa 2 (Ketac Silver, Chelon Silver, Giz Silver). Cementy do wypełnień ubytków wzmacniane - stosowane są tam, gdzie szczególny nacisk położony jest na odporność materiału na czynniki mechanicz­ne, a estetyka gra drugoplanową rolę. Zwykle są to cementy szybkowiążące, czyli o wysokim stosunku proszku do płynu 3: 1 bądź wyższym. Są zazwyczaj nieprzepuszczalne dla promieni RTG.

Typ 3 - Cementy podkładowe (Baseline, Vitrebond, Ketac Bond Liner), linery albo cementy sto­sowane w grubej warstwie. Linery używane są zwykle jako izolator termiczny lub pod odbudowy metalowe. Przeważnie są to cementy szybkowiążące, stosunek proszku do płynu wynosi 1,5:1. Jako cementy podkładowe stosowane w grubej warstwie mają za zadanie odbudowywać część zębinową zęba, używane są prze­ważnie w połączeniu z kompozytami, np. w technice kanapkowej. Zwykle są to cementy szybkowiążące, o stosunku proszku do płynu 3:1 bądź wyższym. Więk­szość cementów jest nieprzepuszczalna dla promieni RTG.

5. Właściwości fizykochemiczne cementów szklano-jonomerowych

5.1. Równowaga wodna

Związany cement szklano-jonomerowy posiada cząsteczki szkła zawieszone w hydroże­lu krzemowym i wbudowane w matrycę polisoli, bogatych w jony wapnia i glinu ze swobodnie leżącymi w sieci jonami fluoru. Cement taki zawiera wodę związaną w sieci kry­stalicznej, a także wodę niezwiązaną.

Zaraz po zmieszaniu cementu szklano-jonomerowego ma on zdolność do wchłaniania dalszych porcji wody, stąd konieczność wczesnego izolowania założonego cementu przed dostępem wilgoci (może ulec wypłukaniu). Z drugiej strony przesuszenie cementu może doprowadzić do utraty wody niezwiązanej, a przez to do pogorszenia właściwości fizyko­chemicznych wypełnienia. Prawidłowy balans wodny ma zasadnicze znaczenie dla uzyskania wypełnienia o najlepszych własnościach.

W cementach szklano-jonomerowych do wypełnień (typ 2) sorpcja dodatkowych porcji wody w począt­kowych etapach wiązania może spowodować zaburzenia budowy sieci przestrzennej wiązań krzyżo­wych polikwasów, a także utratę przezierności, może też manifestować się podatnością na wypłuka­nie. Przesuszenie z kolei prowadzi do utraty wody, powodując łamliwość cementu, porowatość, utra­tę jonów biorących udział w formowaniu matrycy. Wynika stąd konieczność izolacji wypełnienia z cementów szklano-jonomerowych od wpływu środowiska jamy ustnej na minimum 24 godziny. Można to osiągnąć przy użyciu lakierów ochronnych, przeznaczonych do zabezpieczenia powierzchni materiału (GC Fuji varnish, także światłoutwardzalnych (Fuji coat LC), lub jednoskładnikowych żywiczych systemów wiążących o małej lepkości, aktywowanych światłem widzialnym. Możliwe jest również zabezpieczenie powierzchni wypełnień masłem kakaowym. Pokrycie wypełnienia na całej wolnej powierzchni zapobiegnie utracie wody lub sorpcji wody, uszczelni mikroporowatości wypełnienia, polepszając estetykę i zapobiegając jednocześnie przebarwieniu. Ostateczne opracowanie należy odłożyć na 24 godziny i powinno się je przeprowadzić przy chłodzeniu wodą.

Wprowadzenie cementów szybkowiążących miało obniżyć ich sorpcję wody. Osiągnię­to to przez usunięcie w procesie produkcyjnym nadmiaru jonów wapniowych. Zmniejsze­nie sorpcji wody, skrócenie czasu wiązania spowodowało niestety zmniejszenie przezierno­ści tego typu cementów. Pozostał jednak dalej problem utraty wody, któremu możemy za­pobiegać w sposób opisany powyżej.

Wprowadzenie cementów szklano-jonomerowych modyfikowanych żywicą pozwoliło przyspieszyć wiązanie - materiały te bezpośrednio po naświetleniu (po ok. 5 sek. od momentu rozpoczęcia naświetlania) uzyskują natychmiastową odporność na sorpcję wody, a także częściową odporność na jej utratę. Po odpowiedniej ak­tywacji światłem wypełnienia z tego typu cementów szklano-jonomerowych mogą być na­tychmiast opracowane. Należy wspomnieć, że nadal przez następne dwa tygodnie istnieje niebezpieczeństwo dehydratacji, stąd logiczne jest użycie techniki pokrycia żywicą o niskiej lepkości.

5.2. Połączenie ze szkliwem i zębiną

Jedną z cech charakterystycznych cementów szklano-jonomerowych, decydującą o sukcesie klinicznym tych materiałów, jest uzyskanie trwałego klinicznie, adhezyjnego połączenia cementu ze szkliwem i zębiną.

Adhezja do części zmineralizowanej tkanek twardych zęba zapoczątkowana jest w mo­mencie kontaktu zarobionego cementu z zębem. Mechanizm wiązania cementów glassionomerowych z twardymi tkankami zęba nie jest w pełni wyjaśniony. Z uwagi na blisko dwukrotnie większą siłę połączenia GIS ze szkliwem niż z zębiną, zasadnicze znaczenie w wytwarzaniu połączenia przypisuje się wiązaniu materiału ze składnikami nieorganicznymi tkanek zęba - hydroksyapatytami, szkliwo bowiem zawiera 98%, zaś zębina 70% substancji nieorganicznych. Podstawową rolę w wytwarzaniu połączenia przypisywano chelatacji jonów wapnia zawartych w hydroksyapatytach z grupami COOH glassionomeru (Smith 1968, Beech 1973). Obecnie mechanizm wiązania tłumaczy się w oparciu o teorię dyfuzji. Uważa się, że łańcuchy polianionowe GIS wnikają do kryształów apatytu, a ich grupy karboksylowe wypierają grupy fosforanowe i wiążą jony Ca⁺². Sugeruje się także wiązanie wolnych grup karboksylowych COO^- ze spolaryzowanymi powierzchniami, takimi jak: szkliwo (hydroksyapatyty), zębina (grupy aminowe i karboksylowe kolagenu). Mechanizm wiązania ma polegać na tworzeniu mostków przez jony wodoro­we lub jony metalu. Siły te­go połączenia nie zdołano dotąd dokładnie określić. Podobny charakter ma mieć wiązanie wolnych grup karboksylowych COO^- z powierzchnią metalu pokrytą tlenkami, aczkolwiek wiązania GIS z powierzchnią metali ustępuje zdecydowanie wiązaniu materiału ze szkliwem i zębiną.

Siła wiązania GIS ze szkliwem i zębiną uzależniona jest również od ich składu chemicznego. Cementy, w których płynem jest kwas poliakrylowy posiadają większą siłę wiązania niż cementy zawierające kopolimery kwasu akrylowego i itakonowego lub maleinowego. Również siła wiązania cementów cermetowych jest niższa niż konwencjonalnych glassionomerów. Siła wiązania GIS ze szkliwem waha się, w zależności od materiału, od 2,6 do 9,6 MPa, zaś z zębiną od 1,1 do 4,5 MPa.

W celu poprawy połączenia GIS ze szkliwem i zębiną zaleca się specjal­ne ich przygotowanie. Ze względu na zanieczyszczenia i obecność warstwy mazistej na ścianach ubytku po jego opracowaniu, które są czynnikiem zmniejszającym adhezję glassionomeru do tkanek zęba, zaleca się ich usunięcie za pomocą tzw. cleanerów - mieszanin substancji chemicznych, zdolnych do rozpuszczenia warstwy rozmazu. Cleanery, nanosimy na powierzchnię ubytku na 15-30 sek. i spłukujemy strumieniem wody. Takie postępowanie umożliwia usunięcie warstwy rozmazu z zębiny, oczyszczenie powierzchni szkliwa oraz usunięcie zanieczyszczeń z krwi, śliny, płytki nazębnej. Początkowo do tego celu stosowano kwas cytrynowy w niskich stężeniach bądź wodę utlenioną. Miały one usuwać częściowo lub całkowicie warstwę mazistą z ubytków. Uzyskuje się dzięki temu znaczną poprawę między-powierzchniowego kontaktu, co z kolei zapewnia wzrost siły wiązania GIS z tkankami zęba. Dla przykładu, potraktowanie powierzchni szkliwa przez 60s preparatem Tubulicid (chlorheksydyna, dodicin, fluorek sodu), powoduje wzrost siły wiązania do szkliwa z 3,2 MPa do 7,5 MPa, a w przypadku zębiny z 3,1 MPa do 6,6 MPa.

Mount w roku 1984 określił wymagania stawiane cleanerom. Substancja taka powinna być: izotoniczna, o pH w granicach od 5,5 do 8,0, nietoksyczna dla miazgi, zębiny oraz tkanek miękkich, kompatybilna chemicznie z cementem, rozpuszczalna w wodzie i dająca się łatwo usunąć. Nie powinna uszkadzać chemicznie szkliwa i zębiny oraz powinna wzbogacać chemicznie powierzchnię, przygotowując ją do wiązania. Oczywiście nie istnieje idealny preparat, który spełniałby wyżej wymienione kryteria w całości. Obecnie cleanery zawierają, jako substancje czynne, kwasy w niewielkich stężeniach, bądź substancje obojętne, zdolne do chelatacji, najczęściej: kwas cytrynowy, kwas poliakrylowy, EDTA, chlorek żelaza oraz dodicin.

Uważa się, że najodpowiedniejszym cleanerem (conditionerem) jest 10% kwas poliakrylowy, aplikowany na czas 10-15 sekund. Dokonuje on preaktywacji jonów wapniowych bardzo licznie występujących w warstwie mazistej, które w kontakcie z cementem szklano-jonomerowym szybciej i łatwiej wchodzą w reakcję. Pozostawienie kwasu poliakrylowego w kontakcie z tkankami zęba na czas dłuższy niż 20 sekund, nie jest polecane, powoduje bowiem otwarcie kanalików zębinowych oraz demineralizację głębiej położonych warstw zębiny.

Zastosowanie takiego związku przynosi wielokierunkowe korzyści. Kwasy poliakrylo­we wchodzą w skład cementów szklano-jonomerowych, dlatego pozostałości po niedokład­nym wypłukaniu i przygotowaniu ubytku nie wpłyną negatywnie na proces polimeryzacji kwasu.

5.3. Uwaga dotycząca preparowania ubytków

Stosowanie kwasu poliakrylowego ma sens w celu przygotowania podłoża do aplikacji wypełnienia z cementu szklano-jonomerowego ubytków klasy V i ubytków klinowych. Je­śli adhezja chemiczna nie jest wymagana, np. podkłady z cementów szklano-jonomero­wych pod wypełnienia amalgamatowe, pod wkłady czy kompozyty, alternatywą do usuwa­nia warstwy mazistej będzie zastosowanie conditionera wiążącego tę warstwę z zębiną i szkliwem. Możemy wtedy zastosować 25% kwas taninowy czy roztwór ITS wg Caustona.

Tab. 1. Roztwór Caustona (roztwór stabilny przez 18 miesięcy)

Składnik	/litr
CaCI_,	0,20
KCl	0,20
MgCl6H20	0,05
NaCI	8,00
NaHC03	1,00
NaH~PO4H~0	0,05
Glukoza	1,00

Jest to metoda polecana również w przypadku cementów szklano-jonomerowych jako cemen­tów łączących do osadzania koron protetycznych. Ciśnienie wytwarzane podczas aktu żucia poprzez koronę protetyczną i cement łączący transmituje się na kanaliki zębinowe. Mając na uwadze zmiany hy­drodynamiczne, do jakich może dochodzić w tych kanalikach, bezpieczniejsze jest zamknięcie ich przy użyciu ww. związków, co pozwoli uniknąć nadwrażliwości zęba po osadzeniu korony.

5.4. Stałość wymiaru wypełnienia - skurcz materiału

Cementy szklano-jonomerowe wykazują skurcz w trakcie wiązania ok. 3% objętości, ujawnia się on w miarę procesu wiązania. Późniejsza częściowa sorp­cja wody, a także wymiana jonowa pomiędzy wypełnieniem a tkankami zęba, szczególnie po użyciu cleanera, częściowo eliminuje to zjawisko. W cementach szklano-jonome­rowych modyfikowanych żywicą HEMA, a także fotoinicjator wykazują mały skurcz - ok. 1% objętościowo. W wyniku reakcji kwas-zasada następuje skurczu materiału, lecz jego wielkość będzie kontrolowana przez powstające siły adhezji do tkanek zęba.

5.5. Podatność na rozpuszczenie - rozpad

Niskie pH wpływa na rozpuszczanie matrycy cementów szklano-jonomerowych oraz rozpad wypełnienia postępujący od jego powierzchni. Są to znacząco wyższe wartości w po­równaniu z cementami fosforanowymi czy materiałami kompozytowymi. Stosowanie w profilaktyce fluorkowej zakwaszonych roztworów o pH ok. 3 powoduje wyraź­ne ubytki w matrycy materiału, szczególnie przy regularnym stosowaniu.

Cementy szklano-jonomerowe o podwójnym systemie wiązania wydają się odporniejsze na rozpuszczenie niż tradycyjne, jednak problem istnieje nadal. Wynikają stąd pewne zalecenia kliniczne. Stosując profilaktykę fluorkową korzystniej byłoby, przy istnie­jącej dużej ilości wypełnień z cementów szklano-jonomerowych, rozważyć użycie związ­ków fluoru o pH zbliżonym do 7. U pacjentów z wysokim ryzykiem choroby próchnicowej, małą pojemnością buforową śliny, kserostomią lepiej byłoby zastosować kompozyty.

5.6. Kontrast na zdjęciach rentgenowskich

Wszystkie cementy szklano-jonomerowe modyfikowane żywicą dają kontrast na zdjęciach RTG, po­dobnie jak cermety z racji obecności jonów metali. Część cementów tradycyjnych pozbawiona jest tej właściwości. Próba modyfikowania ich składu tak, by stały się one nie­przepuszczalne dla promieni RTG, niekorzystnie wpływa na kolor i przezierność tych ma­teriałów. Tam gdzie ważna jest kontrola radiologiczna, należy raczej użyć cementów szkla­no-jonomerowych modyfikowanych żywicą.

5.7. Kolor i przezierność

Cementy szklano-jonomerowe używane na wypełnienia (typ 2), tak tradycyjne jak i modyfikowane żywicą, prezentują właściwą kolorystykę, z wyjątkiem cermetów. Przezierność cementów szklano-jonomerowych, szczególnie tradycyjnych, zmienia się w miarę upływu czasu, osiągając właściwy stopień po kilku dniach. Zależy ona jednak od zachowania optymalnych warunków wiązania. Materiały te wykazują jednak niewielką przezierność, ustępującą przeziernością szkliwu, a nawet zębinie, są „kredowe”. Cementy szklano-jonomerowe szybkowiążące, a także aktywowane światłem wła­ściwą przezierność osiągają niemal natychmiast. Przezierność cementów modyfikowanych żywicą jest bardzo dobra, materiały te w niczym nie ustępują przeziernością materiałom kompozycyjnym. Przezierność tych materiałów może ulec nieznacznej zmianie po kil­ku dniach, nie ma to jednak znaczenia klinicznego.

Aby osiągnąć właściwy efekt kosmetyczny, należy pamiętać o izolacji przed wpływem środowiska jamy ustnej, zwłaszcza zanieczyszczeniem krwią czy śliną.

6. Właściwości mechaniczne

Wraz z postępem prac nad ulepszaniem właściwości cementów szklano-jonomerowych z pewnością następne generacje materiałów będą coraz lepsze, coraz szersze będzie spek­trum ich zastosowania. Odporność na odkształcanie można teoretycznie poprawić przez dodanie fazy rozproszonej do cementu, ale badania kliniczne niestety tego nie potwierdzi­ły. Dodanie opiłków srebra do proszku cementów szklano-jonomerowych nie spowodowa­ło znaczącej poprawy wytrzymałości.

Tab. 2. Wytrzymałość cementów szklano-jonomerowych wg Mounta i Hume'a

Typ cementu szklano-jonomerowego	Na ściskanie (MPa)	Na rozciąganie (Mpa)	Na złamanie (Mpa)	Na ścinanie (MPa)
Typ 1	70-150	6-15	4-18	20-25
Typ 2 klasa 1	70-220	12-20	8-40	30-40
T 2 klasa 2	140-220	13-16	22-30	35-45

Chemicznie związane srebro z cząsteczkami szkła (cermety) wzmocniło odporność na uszkodzenia przy praktycznie nie zmienionych pozostałych właściwościach fizykochemicznych. Częściowemu pogorszeniu wręcz uległa adhezja do tkanek twardych zęba. Do­datki żywic do cementów szklano-jonomerowych spowodowały znaczny wzrost odporno­ści na ściskanie i rozciąganie, co zbliżyło tego typu cementy do parametrów materiałów kompozytowych z mikrowypełniaczem.

6.1. Odporność na złamanie

Większość obecnie stosowanych cementów szklano-jonomerowych potrafi sprostać siłom powstającym w trakcie żucia. Warunek to dobre podparcie ze strony otaczających struktur zęba. Jednak w porównaniu z amalgamatami czy kompozytami są one mało ela­styczne, mało sprężyste, wykazują skłonność do pęknięć i złamań. Z tego powodu nie po­leca się stosowania cementów szklano-jonomerowych w odbudowie miejsc zęba szczegól­nie narażonych na działanie dużych sil, np. guzki zębów trzonowych.

Poszczególne typy cementów szklano-jonomerowych różnią się pomiędzy sobą parame­trami. Należy zaznaczyć, że cementy szklano-jonomerowe modyfikowane żywicami osiąga­ją parametry zbliżone bądź równe kompozytora z mikrowypełniaczem. Dodatek srebra w cermetach czy w postaci opiłków dodanych do proszku cementu szklano-jonomerowego nie wpływa na polepszenie odporności na złamanie, poprawia jedynie odporność na abra­zję. Moduły elastyczności określające sztywność materiału wahają się od 7 do 13 GPa, zwy­kle są niższe dla cermetów.

6.2. Odporność na uszkodzenia

Uszkodzenie wypełnień z cementów szklano-jonomerowych wiąże się zwykle z utratą matrycy materiałów. Uwidacznia się to zwykle utratą gładkości powierzchni. Staje się ona matowa, szorstka, łatwo chłonąca barwniki. Materiał tak długo wykazuje właściwą odpor­ność, jak długo jest chroniony tkankami zęba otaczającymi ubytek.

Cementy szklano-jonomerowe są z pewnością materiałami mniej odpornymi na uszko­dzenia w porównaniu z kompozytami czy amalgamatami. Jak wspomniano wyżej, inkorpo­racja srebra w cermetach (ścisłe połączenie z molekułami szkla) powoduje zwiększenie od­porności na uszkodzenia. Jest to wynik powstawania tzw. powłoki Bielby, która tworzy się przez rozprowadzenie na powierzchni wypełnienia cząstek srebra w trakcie polerowania lub aktu żucia.

7. Własności biologiczne

Świeżo zarobiony cement szklano-jonomerowy ma pH 0,9-1,6, czyli wysoce kwaśne. Ze względu na doskonałe właściwości buforujące zębiny, nawet bardzo cienka warstwa tkanki wystarczy do zapewnienia właściwej ochrony miazgi i stałości jej pH. Jednak autorzy po­dają, że może dojść do odwracalnego zapalenia w warstwach miazgi sąsiadujących z cemen­tem szklano-jonomerowym, które ustępuje w ciągu 10-20 dni.

Ostatnie badania dowodzą, że mogą to być materiały stosowane do bezpośredniego po­krycia, np. w urazach z obnażeniem miazgi, gdyż obserwowano powstawanie mostków zę­binowych. Bezpieczniejsze wydaje się jednak postępowanie polegające na zastosowaniu w ubytkach szczególnie głębokich bądź w przypadku obnażenia jako pierwszej warstwy materiałów na bazie wodorotlenku wapnia.

8. Uwalnianie fluoru

Długie w czasie uwalnianie fluoru z cementów szklano-jonomerowych to jedna z ich charakterystycznych cech. Fluor występuje w kruszywie szklanym w postaci związków NaF, CaF₂ i A1F₃. Największe ilości uwalnianego fluoru przypadają na pierwsze kilka dni po aplikacji cementu szklano-jonomerowego, a wielkości wydzielanego fluoru stabilizują się po upływie ok. 2-3 miesięcy. Długofalowy proces uwalniania fluoru, choć na stosunko­wo niskim poziomie, gwarantuje efekt przeciwpróchnicowy, rozciągający się na zęby sąsia­dujące z zębem wypełnionym.

Zbadano, że w zębie wypełnionym penetracja jonów fluorkowych przebiega na głębo­kość ok. 25 μm i rozciąga się na okres 8 lat, a nawet dłużej.

Mobilność jonów fluorowych, porównywalna do mobilności jonów wodorowych, wyni­ka z tego, iż nie są one związane strukturalnie z matrycą cementu. Są natomiast zdolne do migracji zgodnie z różnicą stężeń. Jest to kierunek od wypełnienia do jamy ustnej. Ulega on odwróceniu w przypadku wysokiej koncentracji w środowisku jamy ustnej, np. podczas zabiegów profilaktycznych z zastosowaniem innych związków fluoru.

Ze względu na to, że cementy szklano-jonomerowe mogą kumulować w sobie jony flu­oru, a potem je oddawać, mogą być one traktowane jako "rezerwuar" fluoru.

Poziomy uwalnianego fluoru z cementów szklano-jonomerowych sięgają 10 ppm. Jest to graniczna wartość dla osiągnięcia efektu remineralizacyjnego. Badania bakteriologiczne mające na celu porównanie agregacji płytki nazębnej na cementach szklano-jonomerowych i szkliwie wykazały istotnie niższe wartości dla wypełnień z cementów szklano-jonomerowych. Związane jest to z mechanizmem działania fluoru na metabolizm bakterii (blokowa­nie magnezu w enzymie enolaza).

Uwalnianie jonów fluorkowych z cementów szklano-jonomerowych tradycyjnych, a także z cementów modyfikowanych żywicą zasadniczo nie różni się. Jedynie cementy cermetowe (Ketac Silver) wykazują niższe poziomy uwalnianych jonów fluoru w stosunku do cementów szklane-jonomerowych tradycyjnych. Stwierdzo­no również, że zakwaszenie środowiska przyspiesza uwalnianie jonów fluorkowych. Praw­dopodobnie związane jest to z rozpuszczaniem się cementów wraz z obniżaniem się pH śro­dowiska. Z racji inaktywowania płytki bakteryjnej cementy szklane-jonomerowe powinny być zalecane jako pierwsze materiały z wyboru do wypełniania ubytków w obszarze przy­szyjkowym, szczególnie w miejscach przechodzenia w cement korzeniowy, co może zabez­pieczyć przed wystąpieniem stanów patologicznych w przyzębiu brzeżnym.

9. Zalety i wady cementów szklano-jonomerowych

Zalety

1. Adhezja do szkliwa i zębiny.

2. Dobra szczelność brzeżna.

3. Rozszerzalność termiczna zbliżona do rozszerzalności termicznej szkliwa i zębiny

4. Niskie przewodnictwo cieplne

5. Stosunkowo duża wytrzymałość na nacisk.

6. Możliwość wytrawiania.

7. Uwalnianie fluoru (nawet do 8 lat).

8. Względna obojętność dla miazgi.

9. Kontrast na zdjęciach RTG.

10. Możliwość absorpcji jonów fluorkowych, przez co stają się rezerwuarem fluoru.

Wady

1. Duża wrażliwość na wilgoć, szczególnie w początkowych etapach wiązania.

2. Wrażliwość na wysuszenie.

3. Mała wytrzymałość na zginanie i rozciąganie.

4. Słaba polerowalność.

5. Brak przezierności i niedoskonałość koloru.

6. Mała odporność na wypłukiwanie.

10. Wskazania do stosowania cementów szklana-jonomerowych

1. Wypełnianie ubytków klasy III i V.

2. Wypełnianie ubytków klasy I i II (przy udziale cementów przeznaczonych do wypełnień ubytków w zębzch bocznych - Fuji IX, Ketac Molar).

3. Wypełnianie ubytków pochodzenia niepróchnicowego (ubytki klinowe i nadżerki szkliwa).

4. Warstwowe bądź ostateczne wypełnianie ubytków klasy I w połączeniu z uszczelnia­niem bruzd.

5. Warstwowe wypełnianie ubytków klasy II (metoda kanapkowa i tunelowa).

6. Wypełnianie ubytków w zębach mlecznych.

7. Zakładanie cienkich, szybko wiążących podkładów pod wypełnienia kompozytowe i amalgamatowe.

8. Osadzanie koron, mostów, wkładów, nakładów, wkładów koronowych, wkładów koro­nowo-korzeniowych i licówek.

9. Odbudowa zębów pod uzupełnienia protetyczne.

10. Leczenie nadwrażliwości zębiny.

11. Uszczelnianie bruzd i szczelin.

12. Wypełnianie kanałów korzeniowych metodą konwencjonalną i wsteczną.

13. Łączenie elementów aparatów stałych ze szkliwem.

14. Odbudowa utraconych struktur wyrostka zębodołowego, unieruchamianie odłamów kostnych na zasadzie osteointegracji.

8

Skład cementów szklano-jonomerowych tradycyjnych:

Proszek: rozpuszczalne w kwasie fluorowane szkło wapniowo-aluminiowo-krzemowe.

Płyn: wodny 40-55% roztwór kopolimeru kwasów: akrylo­wego i itakonowego w stosunku 2:1 lub kopolimer kwasu akrylowego i maleinowego w stosunku 1:1, kwas tartarowy (winowy) w ilości 5-15%.

Skład cementów szklano-jonomerowych modyfikowanych żywicą:

Proszek: rozpuszczalne w kwasie fluorowane szkło wapniowo-aluminiowo-krzemowe, katalizatoty.

Płyn: wodny 40-55% roztwór kopolimeru kwasów: akrylo­wego i itakonowego w stosunku 2:1 lub kopolimer kwasu akrylowego i maleinowego, kwas tartarowy (winowy) w ilości 5-15%, hydroksyetylometakrylat, dimetakrylany, kamfochinon.

---