Yhdistelmämuovien kestävyys

Pohjoismaisten hammaslääkärien paikkausmateriaalien käyttö on vuosien kuluessa muuttunut. Polymeeripohjaiset yhdistelmämuovimateriaalit ovat nykyään Pohjoismaissa yleisimmin käytettyjä paikkausaineita.

Mitä ovat hammashoidon komposiitit?

Komposiiteissa on kaksi komponenttia, jotka yhdessä muodostavat lopullisen materiaalin. Komponentit ovat yleensä eri olomuodoissa (esimerkiksi kiinteä ja nestemäinen), ja kemiallinen reaktio kovettaa materiaalin. Lopullinen materiaali on rakenteeltaan kiinteää (kovaa), ja sillä on uudet fysikaaliset/mekaaniset ominaisuudet.

Hammashoidon komposiiteissa toinen komponentti on nestemäistä monomeeriä (resiini), joka kovettuu orgaaniseksi polymeerimatriisiksi. Ns. valokovetteiset materiaalit kovetetaan kovetuslampun valolla, ja kemialliskovetteisissa materiaaleissa sekoitetaan kaksi komponenttia keskenään, jolloin kovettuminen käynnistyy. Erityyppiset kovettumisreaktiot tarvitsevat käynnistymiseensä eri tyypin initiaattorin.

Valokovetteisissa materiaaleissa tavallisimmin käytetty initiaattori on kamforokinoni (CQ) ja kemialliskovetteisissa materiaaleissa bentsoylperoksidi (BPO) yhdessä tertiäärisen aromaattisen amiinin kanssa. Perinteisesti yleisimmin käytettyjä monomeerejä ovat olleet Bis-GMA (bisfenoli-A-glysidyldimetakrylaatti) ja TEGDMA (trietyleeniglykoldimetakrylaatti). Viime aikoina useissa yhdistelmämuovimateriaaleissa Bis-GMA on korvattu muilla vastaavilla monomeereillä, kuten Bis-EMA:lla (etoksyloitu bisfenoli-A-dimetakrylaatti) ja UDMA:lla (uretaanidimetakrylaatti). Syitä tähän ovat parempi stabiliteetti (UDMA), pienempi viskositeetti kaviteetin täppäysvaiheessa (UDMA sekä Bis-EMA) ja ehkä mahdollisten haitallisten yhdisteiden vapautumisen pienempi riski verrattuna Bis-GMA:han. «»1

Muut hammashoidon komposiittien aineosat ovat lujitehiukkasia, tavallisesti lasipartikkeleita, lasikeraamia ja mahdollisesti muita metallioksideja. Monissa tuotteissa osa lujitehiukkasista on ominaisuudeltaan röntgenkontrastia antavia, kuten barium- ja/tai strontiumlasia tai zirkoniumoksidia. Lujitehiukkasissa voi myös olla kiinteitä polymeerihiukkasia, mutta harvoin ja vain pieniä määriä. Lujitehiukkasten tarkoituksena on parantaa komposiitin mekaanisia ominaisuuksia, kuten lisätä kovuutta ja murtumislujuutta. Lujitehiukkasten ansiosta materiaalin kovettumiskutistuminen ja lämpölaajeneminen ovat vähäisempiä, mikä vähentää hampaan ja täytteen välisen saumavuodon todennäköisyyttä.

Yhdistelmämuovien markkinoinnissa käytetään ilmaisuja "mikrofilleri", "hybridi", "nanomateriaali", "flow-materiaali" ja "universaalikomposiitti". Onko näillä materiaaleilla eroa ja jos on, niin mitä?

Yhdistelmämuovit ryhmitellään usein lujitehiukkasten tyypin mukaan ja/tai riippuen materiaalin juoksevuudesta. Lujitehiukkasten mukaan ryhmiteltynä käytetään nimityksiä mikrofilleri, hybridi ja nykyään yhä useammin nanofilleri tai muita vastaavia ilmaisuja. Nämä nimitykset kuvaavat materiaalissa käytettyjen lujitehiukkasten kokoa ja hiukkasten jakautumista materiaalissa. Lujitehiukkasten koko ja muoto voi olla yhtenäinen tai vaihteleva. Tavallisimmin käytetään pienten (0,04-0,2 µm) ja keskisuurten (0,5-5 µm) hiukkasten sekoitusta. Näin saadaan parempi täpättävyys ja lujempi materiaali. Yhdistelmämuovia, jossa hiukkaskoko on tällainen, kutsutaan hybridimateriaaliksi. Mikrofillerimateriaalin hiukkaset ovat tavallisesti melko pieniä (0,04 µm). Hiukkasten pienen koon takia niiden osuus tilavuudesta on tavallisesti 25-50 %. Näiden materiaalien pinta saadaan viimeisteltyä erittäin sileäksi ja kiiltäväksi, mutta niiden kovettumiskutistuminen on suuri.

Viime vuosina on kiinnostus ns. nanoteknologiaan kasvanut ja se heijastuu myös hammashoitoon. Nanomateriaalit on tuotu markkinoille näyttävästi, mutta muutos voi olla enemmänkin nimityksessä kuin tuotteen laadussa. Nano tarkoittaa 10^-9 ja nanoteknologia käsittää tavallisesti ulottuvuudet 100 nanometriin (nm) asti. Tämä vastaa 0,1 µm:iä (mikrometri, 10^-6 m). Tämän kokoisia hiukkasia on käytetty yhdistelmämuovien lujitteena jo pitkään.

Juoksevuusominaisuuksien mukaan yhdistelmämuoveja markkinoidaan universaalimuoveina tai flow-tyypin muoveina. Universaalimateriaaleja voidaan käyttää kaikentyyppisissä täytteissä, myös purupinnoilla. Siksi niissä on paljon lujitehiukkasia (aina 70 tilavuusprosenttiin asti). Universaalimateriaalien taivutuslujuus on suuri verrattuna materiaaleihin, joita ei ole tarkoitettu purupinnoille. Suuren lujitehiukkasmäärän johdosta materiaali on yleensä paksua (sitkeää). Flow-tyypin materiaalit ovat nimensä mukaisesti juoksevampia, koska niissä on vähemmän lujitehiukkasia. Niiden mekaaniset ominaisuudet eivät yleensä ole yhtä hyvät kuin universaalimateriaaleilla, siksi näitä materiaaleja (flow) suositellaan vain III ja V luokan täytteisiin tai IV luokan täytteisiin, joihin ei kohdistu purentapainetta.

Valmistajat ilmoittavat usein, että heidän yhdistelmämuovinsa täyttävät komposiiteille asetetut ISO-standardit. Mitä vaatimuksia nämä standardit asettavat yhdistelmämuovimateriaaleille?

Kansainvälisessä standardissa ISO 4049:2000 Dentistry - Polymer-based filling, restorative and luting materials kuvataan vaatimukset, jotka materiaalin pitää täyttää ollakseen käyttöturvallinen. Mekaaniset ominaisuudet ilmaistaan taivutuslujuutena «»2 ja kovettumissyvyytenä (valokovetteiset materiaalit). Kovettumissyvyyden pitää olla vähintään yksi millimetri standardissa kuvatun testi- ja arviointimenetelmän mukaan. Taivutuslujuuden vaatimukset määrää materiaalin aiottu käyttötarkoitus: purupinnoille tarkoitetulle materiaalille vaatimus on 80 MPa ja muille materiaaleille 50 MPa. Standardissa ei aseteta mitään erityisvaatimuksia jäännösmonomeerin tai lisäaineiden vapautumiselle yhdistelmämuovista, mutta standardissa viitataan yleisesti biosopeutuvuudesta asetettuun standardiin (ISO 10993 Biological evaluation of medical devices).

Mitä yhdistelmämuoville tapahtuu ajan mittaan?

Suuontelossa materiaali hajoaa vähitellen. Yhdistelmämuovin degradaatio tapahtuu materiaalin kemiallis-biologisena hajoamisena sekä fysikaalis-mekaanisena kulumisena. Molemmissa tapauksissa yhdistelmämuovista vapautuu kemiallisia yhdisteitä ja/tai hiukkasia.

Materiaalin hajotessa kemiallisesti saattaa pinnan reaktioissa vapautua erilaisia tuotteita. Kemiallisessa degradaatiossa yhdistelmämuovin pinta hydrolysoituu ja hapettuu. Suuontelon entsyymit edistävät hydrolyysiä ja tutkimusten mukaan metakrylaattipohjaisissa hammashoitomateriaaleissa entsyymien aiheuttama hydrolyysi voi tuottaa metakryylihappoa. Muita hajoamis- ja sivutuotteita voivat olla formaldehydi sekä Bis-GMA:sta peräisi oleva bisfenoli-A. Viimeksi mainittu on ollut huomion kohteena mahdollisen hormoninkaltaisen vaikutuksensa takia (ksenoestrogeeni). Osittain tästä syystä on Bis-GMA monissa uudemmissa yhdistelmämuoveissa korvattu (osittain) mm. UDMA:lla ja Bis-EMA:lla. Monissa tutkimuksissa on osoitettu, että UDMA-pohjaiset yhdistelmämuovit ovat kemiallisesti pysyvämpiä kuin perinteiset Bis-GMA-pohjaiset materiaalit. Tämä selittyy näiden kahden monomeerin kemiallisten rakenteiden erolla, mikä esimerkiksi altistaa toisen näistä (Bis-GMA) hydrolyysille. Materiaalin lujitehiukkasten hajoaminen voi vapautta epäorgaanisia ioneja, esimerkiksi barium- ja silika-ioneja. Kyse on kuitenkin erittäin pienistä määristä.

Pureskelu rasittaa materiaalia mekaanisesti, jolloin sen pinta saattaa ajan mittaan kulua sekä murtua. Sekä materiaalin lujitehiukkasten laatu että polymeerimatriisi vaikuttavat materiaalin fysikaalisiin ominaisuuksiin. NIOMissa on havaittu, että materiaalit, joissa on suunnilleen saman verran lujitehiukkasia mutta erilainen polymeerimatriisi, saattavat erota taivutuslujuutensa ja kovuutensa osalta merkittävästi. Kaikki testatut materiaalit kuitenkin täyttivät ISO 4049 mukaiset taivutuslujuudelle asetetut vaatimukset. Kostea ympäristö aiheuttaa komposiitin polymeerimatriisin paisumista. Lujitehiukkasten lisääminen vähentää tätä ilmiötä. Suussa tapahtuvaa täytteen kulumista simuloivien olosuhteiden luominen laboratorio-olosuhteissa on osoittautunut vaikeaksi. Yhdistelmämuovien kestävyyttä voidaan arvioida kunnolla vain kliinisillä pitkäaikaisseurannoilla.

Miten pitkää kestoa voidaan yhdistelmämuovitäytteiltä odottaa?

Eri yhdistelmämuovimateriaalien kestosta in vivo -olosuhteissa pitkäaikaiskäytössä on vain vähän tutkimukseen perustuvaa tietoa. Lyhyemmät seurannat osoittavat usein, että eri komposiittimateriaalien väliset erot ovat pieniä. Yhdistelmämuovimateriaalien kestolle on yleisesti esitetty erilaisia aikoja. Kuitenkin on viitteitä siitä, että uudemmat yhdistelmämuovitäytteet kestävät hyväksyttävän ajan ja että niiden kesto on verrattavissa amalgaamitäytteiden kestoon.

Norjassa vuonna 2001 hammaslääkäreille tehdyssä kyselytutkimuksessa osoittautui, että yhdistelmämuovitäytteet jouduttiin vaihtamaan 9,3 vuoden kuluttua, kun amalgaamitäytteet kestivät 12,7 vuotta. Vuonna 2005 julkaistussa tanskalaistutkimuksessa arvioitiin kliinisesti 28 potilaan 140 yhdistelmämuovitäytettä. Yhdentoista vuoden käytön jälkeen täytteistä 80-90 % oli edelleen täysin hyväksyttäviä tai kelvollisia ja 10-20 % heikkokuntoisia. Pääsyy täytteiden vaihtoon tai korjaustarpeeseen oli murtuma, sekundaarikaries tai puuttuva kontakti naapurihampaaseen.

Mitä biologisia vaikutuksia voi materiaalista liukenevilla aineilla olla?

Monissa laboratoriotutkimuksissa on osoitettu yhdistelmämuovitäytteiden liukenemista. Usein tutkimukset tehdään alkoholiliuoksessa tai vedessä, mutta kumpikaan näistä ei vastaa erityisen hyvin suun olosuhteita. Myös Ringerin liuoksessa on tehty kokeita (suolaliuos), mutta sekään ei sisällä syljen tavoin entsyymejä. Kuitenkin tulokset ovat osoittaneet sekä monomeerin että muiden aineiden vaihtelevanasteista liukenemista, mutta vedessä/vesiliuoksessa sekä yhdisteiden lukumäärä että vapautuneen aineen määrä on ollut selvästi pienempi kuin alkoholissa.

Hammashoidon komposiittien yksittäisten ainesosien on osoitettu olevan terveydelle haitallisia. Mm. TEGDMA:n, jota on useimmissa yhdistelmämuoveissa, on osoitettu olevan sytotoksista in vitro -kokeissa. TEGDMA on pienikokoinen molekyyli, joten sen voi olettaa tihkuvan jonkin verran reagoimattomasta monomeeristä. Julkaisujen mukaan eräillä Bis-GMA-pohjaisilla yhdistelmämuoveilla sekä bisfenoli-A:n johdannaisiin perustuvilla tuotteilla voi olla hormonien kaltaisia vaikutuksia. On kuitenkin epäselvää, onko hammastäytteistä vapautuneilla annoksilla vaikutusta potilaaseen. Enemmän merkitystä on metakrylaattityypin monomeerien hyvin tiedossa olevalla allergisoivalla vaikutuksella.

Kunskapscenter för dentala material (KDM) on raportissaan päätynyt siihen, että polymeeripohjaiset hammaspaikka-aineet eivät aiheuta mainittavaa akuutin tai kroonisen toksisen vaikutuksen riskiä potilaalle. Annokset, joille altistutaan, ovat erittäin pieniä. Korostettakoon, että hyvä kovetus, joka johtaa materiaalin hyvään polymerisoitumiseen, vähentää jäännösmonomeerin määrää huomattavasti ja näin ollen vähentää myös mahdollista haitallisten aineiden vapautumista täytteestä. Kunnollinen polymerisoituminen vähentää myös materiaalin pinnan kaksoissidoksia ja kemiallisen hajoamisen mahdollisuutta. Kovetuslaitteen huolto sekä säännöllinen tehon tarkistus on siis erittäin tärkeää. Myös kovetusajan pitää olla riittävä.

Kuva 1. Yhdistelmämuovin koostumusta tutkitaan kaasukromatografia-massaspektrometrillä (GC-MS).

Kuva 2. Yhdistelmämuovin taivutuslujuutta testataan taivuttamalla kappaletta kolmesta kohdasta.

Suom. PM

Kirjallisuutta

1. Dahl JE, Mjör IA, Moorhead JE. Fyllingsterapi i Norge, materialvalg, holdbarhet og årsaker til revisjon. Nor Tannlegeforen Tid 2001; 111: 552-556.
2. Dentala kompositmaterial. KDM rapport 2003-123-27. Socialstyrelsen. Stockholm 2003.
3. Finer Y, Santerre JP. The influence of resin chemistry on a dental composite's biodegradation. J Biomed Mater Res 2004; 69A: 233-246.
4. Gimmestad AL, Holst D, Grytten J, Skau I. Exit amalgam? - Amalgambruk i tannhelsetjenesten i Norge 2002. Nor Tannlegeforen Tid 2004; 114: 284-286.
5. Lygre H, Høl PJ, Solheim E, Moe G. Organic leachables from polymer-based dental filling materials. Eur J Oral Sci 1999; 107: 378-383.
6. Olea N, Pulgar R, Pérez P, Olea-Serrano F, Rivas A, Novillo-Fertrell A, et al. Estrogenicity of resin-based composites and sealants used in dentistry. Env Health Persp 1996; 104: 298-305.
7. Pallesen U, Qvist V. Plastfyldninger og -indlæg - En 11-års klinisk evaluering. Nor Tannlegeforen Tid 2005; 115: 148-157.