Akryyliproteesin vahvistaminen kuitulujitteilla - Kliininen soveltuvuus ja mekaaniset ominaisuudet
HLL Katja Narvan hammasprotetiikan ja biomateriaalitieteen alan väitöskirja "Fibre-reinforced denture base polymer. Clinical performance and mechanical properties" tarkastettiin Turun yliopiston lääketieteellisessä tiedekunnassa 26. marraskuuta 2004. Ohjaajina toimivat professori Pekka Vallittu ja professori Antti Yli-Urpo Turun yliopistosta. Työn esitarkastivat professori Aune Raustia Oulun yliopistosta ja professori Daryll Jagger Bristolin yliopistosta (Iso-Britannia). Vastaväittäjänä tilaisuudessa toimi professori Paul Wright Barts and The London -yliopistosta (Iso-Britannia) ja kustoksena professori Pekka Vallittu.
Vaikka täysin hampaattomien ihmisten määrä on vähenemässä, suurella osalla väestöstä on edelleen vajaa hampaisto ja proteesien tarve tulee lisääntymään tulevina vuosina. Levyproteesien yleisimpinä ongelmina ovat olleet akryylin riittämättömästä lujuudesta johtuvat proteesin pohjalevyn halkeamat tai pinteen katkeaminen. Jopa tuhansia kertoja päivässä toistuvat purentakuormitukset väsyttävät proteesia, ja ajan kuluessa ne voivat johtaa väsymismurtumaan ja akryyliproteesin halkeamiseen. Murtuma voi syntyä myös iskusta. Perinteiset metallivahvikkeet eivät ole pystyneet ratkaisemaan näitä ongelmia. Myöskään yleisen pinnemateriaalin, kromikobolttiseoksen, väsymisrasituskestävyys ei ole riittävä kestämään jatkuvaa taipumista, vaan ajan kuluessa joko pinteen retentio heikkenee tai se katkeaa.
Kuitulujitteita (engl. fibre-reinforced composites, FRC) on menestyksellisesti käytetty jo vuosia mm. ilmailu-, urheiluväline- ja veneteollisuudessa. Vahvistuskykyyn vaikuttavat oleellisesti kuitujen laatu, sijoitus rakenteessa, adheesio kuidun ja muovin välillä sekä kuitujen määrä. Kuitulujitteiden on todettu vahvistavan myös hammaslääketieteessä käytettävän akryylin ominaisuuksia, mutta aiheesta on vielä melko vähän kirjallisuutta.
Tutkimuksen tarkoitus
Väitöskirjatutkimuksessa selvitettiin kliinisellä seurantatutkimuksella kuitulujitteen soveltuvuutta haljenneiden akryyliproteesien vahvikkeeksi. Lisäksi tutkittiin mekaanisilla testeillä hammaslääketieteessä yleisesti käytössä olevien kuitulujitteiden vaikutusta akryylisen proteesipohjalevymateriaalin mekaanisiin ominaisuuksiin. Tarkoituksena oli selvittää kuitulujitteen asemoinnin ja tyypin vaikutusta rakenteen lujuuteen ja tutkia kuitulujitteisen komposiitin käyttämistä pinnemateriaalina.
Tutkimuksen toteutus
Kliininen tutkimus suoritettiin Turun yliopiston hammaslääketieteen laitoksella ja Kuopion yliopiston hammaslääketieteellisessä tiedekunnassa. Tutkimuksessa oli mukana 48 potilasta, ja yhteensä 51 rikkimennyttä akryylipohjaista irrotettavaa hammasproteesia korjattiin käyttämällä tutkimuksen aikaan vielä kehitysvaiheessa ollutta polymeerillä esikyllästettyä lasikuitulujitetta. Proteeseja seurattiin 4,1 vuotta lasikuitulujitteen asettamisen jälkeen.
Kokeellisissa tutkimuksissa testattiin yhdensuuntaisten jatkuvien aramidikuitujen, polymeerillä esikyllästettyjen lasikuitujen ja punotun polyeteenikuitunauhan vaikutusta proteesin pohjalevymateriaalin, polymetyylimetakrylaatin, iskuväsymis- ja taivutuslujuuteen hammaslääketieteen materiaalien standardoiduilla ja erikseen tätä varten kehitetyillä testausmenetelmillä.
Tulokset
Kuitulujitteella vahvistetut hammasproteesit kestivät merkitsevästi pidempään ehjinä kuin vahvistamattomat tai perinteisillä metallivahvikkeilla vahvistetut hammasproteesit. Seuranta-ajan jälkeen 88 % korjatuista proteeseista oli täysin ehjiä. Kuusi proteesia katsottiin rikkimenneiksi: neljässä proteesissa oli hiushalkeama, joka todettiin seurantatutkimuksissa, ja kaksi proteesia oli haljennut seuranta-aikana. Potilaskorteista selvitettiin proteesien aiemmat rikkoutumiset, ja tietojen avulla kartoitettiin proteesien aiempi eloonjäämiskäyrä (A). Korjauksen jälkeen proteesit saivat "uuden elämän" (B) «»1.
Polymeerillä esikyllästetty yhdensuuntainen lasikuitulujite lisäsi akryylin iskulujuutta kymmenkertaisesti vahvistamattomaan akryyliin verrattuna ja lasikuitulujite lisäsi huomattavasti myös akryyliproteesimateriaalin taivutus- ja väsymisrasituslujuutta. Parhaimmat tulokset saatiin, kun kuitulujite oli asetettu koekappaleen vetojännityspuolelle puristuspuolen sijasta tai kun kuidut olivat tasaisesti jakautuneet koko koekappaleen alueelle. Käytännössä tämä tarkoittaa kuitulujitteen asettamista hammasproteesissa alueelle, joka joutuu purennan aikana eniten taipumaan, esimerkiksi yläkokoproteesissa etuhampaiden taakse, proteesin oraalipuolelle.
Kuitupinteet eivät hajonneet väsymisrasitustestissä, mutta niiden suuren joustavuuden vuoksi ne eivät ole tarpeeksi retentiivisiä pinteiksi, vaan toimisivat paremmin esimerkiksi erityyppisinä erikoiskiinnikkeinä.
Johtopäätökset
Polymeerillä esikyllästetty lasikuitulujite toimii huomattavasti perinteistä metallivahviketta paremmin hammasproteesin vahvikkeena ja parantaa selvästi hammasproteesipohjalevyn mekaanisia ominaisuuksia. Polymeerillä esikyllästetty lasikuitulujite vahvisti väsytystestissä akryylia tehokkaammin kuin valokovetteisella resiinillä esikyllästetyt lasikuitulujitteet. Polyeteenikuitulujitteiden lujitusvaikutus on heikko.
Tässä tutkimussarjassa korostui kuitulujitteen tarkka sijoittaminen hammasproteesin optimaalisen lujuuden saavuttamiseksi. Kuitulujite tulisi sijoittaa proteesin vetojännityspuolelle eli alueelle, joka purennassa joutuu taipumaan, ja poikittain mahdollista murtumalinjaa vasten.
Fibre-reinforced denture base polymer - Clinical performance and mechanical properties
Fracture in a removable denture is the most common failure in the acrylic resin dentures. The aim of this series of studies was to investigate the clinical performance of fibre-reinforced composite (FRC) as reinforcement in fractured removable dentures, and the effect of different FRC reinforcements on mechanical properties of denture base polymer.
In the clinical survey, altogether 51 fractured removable acrylic resin dentures were repaired with unidirectional polymer preimpregnated glass-fibre reinforcement, and they were followed up for a maximum of 4.1 years. For the mechanical tests, continuous unidirectional aramid fibres, preimpregnated glass fibres, and ribbon ultra-high molecular weight polyethylene fibres were used to reinforce polymethylmethacrylate (PMMA) based denture base polymer and urethane dimethacrylate polymer. The impact strength, the dynamic fatigue resistance and flexural properties were investigated.
The survival rate of the glass-fibre reinforced acrylic resin dentures was significantly higher than that of those that were previously left unreinforced or those that had been reinforced with metal reinforcements. The preimpregnated glass-fibre reinforcement increased the impact strength of unreinforced denture base polymer tenfold. In the constant deflection test, the preimpregnated glass-fibre reinforcements reinforced denture base polymer test specimens most effectively and promoted significantly higher values in fatigue resistance when the reinforcement was placed on the tensile side of the test specimen instead of the compression side, or when the fibres were evenly distributed. This finding was confirmed also in the static three-point bending test.
Polymer preimpregnated glass-fibre reinforcement significantly decreased the number of fractures in acrylic resin dentures, and increased the mechanical properties of PMMA. The importance of correct positioning of the FRC reinforcement to optimize the strength of the denture base polymer was emphasized in this study.
Osajulkaisut:
I Narva KK, Vallittu PK, Helenius H, Yli-Urpo A. Clinical survey of acrylic resin removable denture repairs with glass-fiber reinforcement. Int J Prosthodont 2001; 14: 219-224.
II Vallittu PK, Narva K. Impact strength of a modified continuous glass fiber-poly(methyl methacrylate). Int J Prosthodont 1997; 10: 142-148.
III Narva KK, Lassila LVJ, Vallittu PK. Fatigue resistance and stiffness of glass fiber -reinforced urethane dimethacrylate composite. J Prosthet Dent 2004; 91: 158-163.
IV Narva KK, Lassila LVJ, Vallittu PK. The static strength and modulus of fibre reinforced denture base polymer. Dent Mater 2004, in press.
V Narva KK, Lassila LVJ, Vallittu PK. Flexural fatigue of denture base polymer with fibre-reinforced composite reinforcement. Composites Part A 2004, in press.
Lämmin kiitos väitöskirjatyötä taloudellisesti tukeneille: Suomen Hammaslääkäriseura Apollonia, Suomen Kulttuurirahasto, Turun yliopisto, Suomen Naishammaslääkärit ry, Turun Lääkärit ry, Turun Hammaslääkäriseura ja TEKES.
Hammasprotetiikan ja biomateriaalitieteen oppiaine
Turun yliopiston hammaslääketieteen laitos
Lemminkäisenkatu 2, 20520 Turku
katja.narva@utu.fi