Czytelnia Medyczna » Nowa Stomatologia » 2/2003 » Ocena wpływu modyfikacji systemu wiążącego chitozanem na siłę wiązania materiałów kompozycyjnych z zębiną

- reklama -

Fitomed
kosmetyki ziołowe

Usługi na jak najwyżym poziomie - serwis narciarski Warszawa

- reklama -

Elżbieta Pawłowska

Ocena wpływu modyfikacji systemu wiążącego chitozanem na siłę wiązania materiałów kompozycyjnych z zębiną

The assesment of influence of bonding system modified by chitosan on tensile bond strength of composite to dentin

z Zakładu Stomatologii Wieku Rozwojowego Uniwersytetu Medycznego w Łodzi
Kierownik Zakładu: prof. dr hab. M. Wochna-Sobańska

Polecane książki z księgarni medycznej BORGIS:

Radiologia Stomatologiczna

English for dentistry + CD

Modelarstwo i rysunek w protetyce stomatologicznej

Wiązanie materiałów kompozycyjnych z zębiną, poprzez systemy łączące, osiąga się dzięki przenikaniu zaimpregnowanych primrem włókien kolagenowych żywicami hydrofobowymi, wskutek czego powstaje warstwa pośrednia zwana hybrydową oraz do niej przylegająca żywica adhezyjna – bond (tight sealing film) (1). Uszczelnienie w ten sposób zębiny i pokrycie jej żywicą blokuje penetrację mikroorganizmów i substancji chemicznych do miazgi. Ponadto zaimpregnowana zębina jest bardziej odporna na działanie kwasów w porównaniu do samej zębiny i tworzy skuteczne wiązanie zębiny z materiałem wypełniającym (2, 3, 4, 5, 6).

Inną składową wiązania z zębiną są wypustki żywicy do światła kanalików zębinowych. Same wypustki jednak w niewielkim stopniu mogą zapewnić mikroretencję, jeśli nie są związane chemicznie i fizycznie ze ściankami kanalików zębinowych (2, 3, 4, 5, 7, 8). Żywice adhezyjne penetrują do kanalików w nie spolimeryzowanej formie i tworzą różnorodne struktury. Zmieszane z płynem kanalikowym dają sferyczne, czy kuliste twory. Kiedy ilość żywicy w kanaliku wzrasta, kulistości łączą się, tworząc większe struktury i stopniowo wypełniają kanaliki zębinowe. W tej sytuacji siła połączenia żywicy ze ścianami kanalików staje się większa, niż siły spójności własnej. Żywica wówczas łatwiej zwilża powierzchnie ścian i tworzy jednolitą, ciągłą strukturę wypełniającą kanaliki z wypustkami w zagłębieniach ścian (2, 9).

Jeśli siły skurczu polimerazycajnego spowodują rozerwanie wiązań adhezji lub kohezji w obrębie warstwy pośredniej, to może pojawić się szpara w międzyfazowym połączeniu: zębina-warstwa hybrydowa-żywica (8, 10, 11, 12, 13). Siły wiązania żywicy z zębiną są znacznie słabsze, gdy warstwa hybrydowa nie jest pełnowartościowa – najczęściej z powodu niedostatecznej ilości systemu wiążącego, niejednorodnej dystrybucji lub niecałkowitego spolimeryzowania (14). Efektem tego są nieprawidłowości w uszczelnieniu kanalików zębinowych takie jak: a) nanoprzeciek – powstają niewielkie defekty w ujściach kanalików zębinowych; b) powstawanie luk również wewnątrz kanalików, co prowadzi do braku kontaktu (lub wiązania) całej wypustki do ścian kanalików; c) nie wytworzenie wypustek w kanalikach. Wynikiem takich nieszczelności jest szybsza degradacja systemu wiążącego, na skutek penetracji wody w warstwę hybrydową i w jej połączenie z błonką żywicy, co prowadzić może do osłabienia siły wiązania, a w żywym zębie dodatkowo do nadwrażliwości pozabiegowej (1, 2, 15, 16).

Spośród wielu materiałów stosowanych w celach terapeutycznych coraz szerzej wykorzystuje się hydrożele. Jedną z takich substancji, charakteryzującą się kontrolowaną bioaktywnością, biozgodnością i biodegradowalnością, jest chitozan – naturalny, biologiczny polimer (17, 18, 19, 20). Linden i wsp. (21, 22) uważają, że chitozan w kanalikach zębinowych wiąże się z rodzimym biohydrożelem. Tak powstały hydrożel zmniejsza hydrauliczną przepuszczalność zębiny i w efekcie uszczelnia kanaliki, zachowując jednak dyfuzję jonów i wody. Obecność w cząsteczce chitozanu grup: -OH, -NH₂ jest podstawą możliwości łączenia go z systemami wiążącymi. Autorzy ci podają również, że kompleksy chitozanu z rodzimym biohydrożelem łączą się ze ścianą kanalików.

Jak wynika z wcześniej przeprowadzonych przeze mnie badań, dotyczących oceny możliwości penetracji mleczanu chitozanu w kanaliki zębinowe, a także cytotoksyczności primera modyfikowanego tym polimerem, łączenie chitozanu z primerami poprawia ich zgodność biologiczną (23, 24).

Celem niniejszego badania było porównanie wytrzymałości wiązania materiału kompozycyjnego z zębiną przy wykorzystaniu jednoskładnikowego systemu wiążącego Optibond Solo i jego modyfikacji chitozanem.

MATERIAŁ I METODA

Do badań użyto 20 zębów (przedtrzonowych i trzecich trzonowych) usuniętych z powodów ortodontycznych lub utrudnionego wyrzynania. Po odsłonięciu zębiny na bliższej i dalszej powierzchni stycznej, przy użyciu walca diamentowego (tworząc równoległe do siebie płaszczyzny), odcinano korzenie 1 mm poniżej szyjki zęba. W celu wyeliminowania różnic wynikających z osobniczej budowy morfologicznej i stopnia zmineralizowania zębiny poszczególnych zębów, do porównania utrzymania wypełnienia kompozycyjnego po zastosowaniu 2 systemów wiążących (Optibond Solo i Optibond Solo modyfikowany chitozanem) użyto próbek pochodzących z tych samych zębów. W tym celu korony zębów podzielono płomykiem diamentowym na turbinę na 2 części – wzdłuż długiej osi zęba – równolegle od uzyskanych wcześniej płaszczyzn odsłoniętej zębiny na powierzchniach stycznych.

W Instytucie Polimerów Politechniki Łódzkiej wykonano 20 dwuczłonowych form pierścieni stalowych według własnego projektu. Dolna część formy o kształcie litery T posiada otwór w połowie długości „nogi” do umieszczania w zrywarce Instron Zwick zintegrowanej z komputerem. Górną część formy stanowi pierścień z centralnie położonym otworem, w kształcie ściętego stożka, którego otwór mniejszy o średnicy 2 mm jest zwrócony w kierunku dolnego pierścienia (ryc. 1, 2).

Ryc. 1. Schemat przyrządu, służącego do pomiarów sił wiązania.

Ryc. 2. Dwuczłonowe formy pierścieni stanowiące części przyrządu służącego do pomiarów sił wiązania.

Na dolnym członie pierścienia zatapiano pośrodku w kleju Mastić Metal Chemical Metal – firmy Loctite po jednej próbce z każdego zęba, tak aby odsłonięta zębina była zwrócona do góry. Następnie powierzchnię zębiny z otaczającym klejem wyrównywano za pomocą tokarki, równolegle do podstawy pierścienia. Po wytrawieniu zębiny 37% kwasem fosforowym przez 15 sekund, płukano badaną powierzchnię wodą destylowaną i suszono sprężonym powietrzem. Na jedną próbkę zębiny z każdego zęba nanoszono system wiążący Optibond Solo i po 90 sekundach polimeryzowano według wskazań producenta (grupa I). Natomiast w drugiej próbce odpowiedniego zęba, po takim samym uzdatnieniu, stosowano system wiążący Optibond Solo modyfikowany 1% mleczanem chitozanu – wykonanym w Instytucie Włókien Chemicznych w Łodzi (grupa II) i polimeryzowano jak w grupie I. Następnie obydwa pierścienie składano i na powierzchnię zębiny, poprzez otwór w górnym pierścieniu, nakładano warstwowo materiał złożony Herculite, aż do wypełnienia całego, lekko rozbieżnego ku górze, stożka.

Po 24 godzinach przechowywania tak uzyskanych połączeń w wodzie destylowanej w cieplarce (w celu utrzymywania temperatury 37°C), przeprowadzano zrywanie, przy szybkości przesuwu głowicy 5 mm/min. Następnie ścinano przy użyciu precyzyjnej tokarki ok. 0,25 mm całej powierzchni zębiny i wygładzano papierem ściernym o nasypie 600 – dla ponownego użycia zatopionej próbki zęba. Ostatecznie otrzymano po 39 pomiarów po zastosowaniu systemu Optibond Solo i tyle samo po jego modyfikacji chitozanem. Wytrzymałość wiązań wyrażano w MPa. Wyniki badań poddano analizie statystycznej wykorzystując test t-Studenta w teście dla dwóch średnich z małych prób (przy poziomie istotności <0,05), który został zastosowany po uprzednim sprawdzeniu (za pomocą testu F-Snedecora) założenia o równości wariancji.

Drugą część badań stanowiły obserwacje powierzchni zębiny po zerwaniu połączenia kompozytem w mikroskopie skaningowym Jeol ISM-35C. Użyto do tego celu po 5 zębów z każdej grupy o zbliżonej sile zerwania. Oceny powierzchni zębiny dokonałam w oparciu o pięć kategorii rozerwania wiązań według Kitasako i wsp. (1):

A. Kohezyjne – w obrębie materiału kompozycyjnego.

B. Częściowe adhezyjne – widoczne pozostałości żywicy w kanalikach zębinowych.

C. Całkowite adhezyjne – na granicy żywicy i zębiny.

D. Mieszane adhezyjne i kohezyjne – w zdemineralizowanej zębinie.

E. Kohezyjne – w zdemineralizowanej lub zdrowej zębinie.

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Średnie wartości wytrzymałości wiązań dla systemu wiążącego Optibond Solo wyniosły 17,208 MPa, a dla Optibond Solo modyfikowanego chitozanem 21,195 MPa i różnica była wysoce istotna statystycznie (p <0,0001) (tab. 1).

Tabela 1. Średnie wartości wytrzymałości wiązań (Mpa) materiału kompozycyjnego do zębiny po zastosowaniu dwóch systemów łączących.

System wiążący	n	średnia	mediana	minimum	maksimum	odch. std.
Optibond Solo	39	17,208	17,5	6,7	25,7	4,061
Optibond Solo modyfikowany chitozanem	39	21,195	21,1	12,3	28,9	3,675

Według Hashimoto i wsp. (25) stopień polimeryzacji monomerów w warstwie hybrydowej jest niższy (ok. 50-60%) niż w żywicy na jej szczycie (ok. 100%) z powodu obecności wody w otoczeniu kolagenu. Nie związane monomery nie wytwarzają podparcia dla włókien i ulegają wypłukiwaniu. Z kolei przesuszanie zębiny powoduje mniejsze wysycenie żywicą i znacznie niższy (2-krotnie) stopień polimeryzacji, z powodu zapadania się włókien i utraty przestrzeni wokół kolagenu (25, 26).

Większa siła wiązania po zastosowaniu systemu wiążącego modyfikowanego chitozanem może wynikać z faktu, że chitozan-glikozaminoglikan uzupełnia substancję podstawową macierzy zębiny międzykanalikowej, poprawiając prawdopodobnie dystrybucję systemu wiążącego w otoczeniu kolagenu, jak i w kanalikach zębinowych. Ponadto chitozan posiadając zdolności pęcznienia wiąże wodę (21). Ta ostatnia właściwość i wzajemna interakcja chitozanu z monomerami zapobiega ich wypłukiwaniu. Chitozan może być również sieciowany przez metakrylany i inne składniki systemów wiążących, wytwarzając układy przestrzenne uzupełniające w pewnym stopniu siatkę kolagenową.

Ocena rozerwanych powierzchni w mikroskopie skaningowym daje możliwość przeanalizowania miejsca zerwania połączenia (wypełnienie-błonka żywicy-warstwa hybrydowa-zębina), a więc znalezienia najsłabszego ogniwa wiązania. Lokalizacja zerwania połączenia tkanek zęba z materiałem kompozycyjnym może mieć wpływ na występowanie próchnicy wtórnej. Według Kitasako i wsp. (1) jeśli rozerwanie następuje w obrębie materiału lub w górnej części warstwy hybrydowej – włókna kolagenowe są zaimpregnowane ochronną powłoką żywicy, a w kanalikach zębinowych znajdują się wypustki – jest to kategoria A zerwania. Do kategorii B zalicza się częściowe rozłączenie wiązania adhezyjnego z odsłonięciem zębiny. Kategoria C obejmuje większą niż w B ekspozycję zębiny, przy nierzadko pozbawionych osłony bondem włókien kolagenowych (osłonki wysunęły się pozostając przyczepione do filmu żywicy ze szczytu warstwy hybrydowej). Najgorszy wariant z rozpatrywanych po rozerwaniu to kategorie D (zerwanie wiązania adhezyjnego u podstawy warstwy hybrydowej) i E (rozerwanie kohezyjne zdemineralizowanej lub zdrowej zębiny).

Obserwacji powierzchni zębiny po zerwaniu kompozytu dokonywałam przy użyciu mikroskopu skaningowego przy powiększeniach do 5000 razy. Kanaliki zębinowe pozostawały częściej zamknięte w próbkach, gdzie zastosowano modyfikację systemu wiążącego chitozanem (ryc. 3). Dużą rolę odgrywa tu mechaniczna siła, związana ze ściślejszym przyleganiem wypustek, wskutek zwiększenia ich objętości spowodowanej pęcznieniem chitozanu. W próbkach, gdzie zastosowano czysty system wiążący, następowało kohezyjne złamanie (żywica-żywica) wypustek wewnątrz kanalików. Na powierzchni zerwania widoczne są wyciągnięte wypustki systemu wiążącego (ryc. 4 – str. 68), co według mnie, w większym stopniu zagraża powstaniem próchnicy wtórnej, niż w przypadku opisanym poprzednio. Przy najwyższych wartościach sił wiązania następowało złamanie kohezyjne w obrębie zębiny. Rycina 5 (str. 68) przedstawia próbkę powierzchni zębiny po zastosowaniu systemu wiążącego bez chitozanu. Zaobserwowano odsłonięte włókna kolagenowe i otwarte kanaliki zębinowe. Najwyraźniej jest to niestety odcinek zdemineralizowanej i nie zaimpregnowanej zębiny.

Ryc. 3. Powierzchnia zerwania po zastosowaniu systemu wiążącego Optibond modyfikowanego chitozanem (powiększenie 3200x).

Ryc. 4. Powierzchnia zerwania po zastosowaniu systemu wiążącego Optibond (powiększenie 900x).

Ryc. 5. Powierzchnia zerwania po zastosowaniu systemu wiążącego Optibond (powiększenie 5000x).

W obserwowanych próbkach występowały złamania o mieszanym charakterze. Obydwie grupy prezentowały największy procent rozerwań na szczycie warstwy hybrydowej, wskazując na słabe połączenie pomiędzy tą warstwą, a błoną żywicy na jej powierzchni. Hashimoto i wsp. (25) tłumaczą taki wzór zerwania zniszczeniem wiązań poprzecznych kolagenu i rozkręceniem spirali tego białka. Wytwarza się wtedy trudna dla przenikania monomerami „błona” zlepionych, bezpostaciowych włókien kolagenowych.

Niektórzy badacze uważają, że wzmocnienie siły wiązania materiału wypełniającego z zębiną można osiągnąć poprzez remineralizację częściowo zdemineralizowanej zębiny – przy braku jednak takiej możliwości przy bardziej zniszczonej strukturze tej tkanki (27). Obecność w żywych zębach płynu kanalikowego, zawierającego substancje mineralne oraz wypustki odontoblastów umożliwia wytwarzanie i mineralizację zębiny. Zgodnie z badaniami przeprowadzonymi przez Park´a i wsp. (28) gąbka chitozanowa lub kolagen zwiększają wytwarzanie kości i powodują szybszą jej mineralizację (7, 28). Modyfikacja systemów wiążących składnikami takimi jak np. kolagen, czy chitozan może stanowić podstawę do badań nad remineralizacją zębiny i obliteracją kanalików zębinowych w przypadku nie całkowitego zaimpregnowania zdemineralizowanej zębiny oraz w coraz częściej stwierdzanym fakcie depolimeryzacji żywic już po roku od założenia wypełnienia (1, 27).

PODSUMOWANIE

1. Modyfikacja systemu wiążącego chitozanem wpłynęła istotnie na zwiększenie siły wiązania materiału kompozycyjnego z zębiną.

2. Obecność chitozanu w systemie wiążącym zmniejsza prawdopodobieństwo kohezyjnego złamania wypustek wewnątrz kanalików zębinowych.

Polecane książki z księgarni medycznej BORGIS:

Radiologia Stomatologiczna

Protetyka stomatologiczna

Gnatofizjologia stomatologiczna

Piśmiennictwo

1. Kitasako Y. et al.: Effect of resin-coating technique on dentin tensile bond strengths over 3 years. J. Esthet. Restor. Dent. 2002, 14, 2:115-122. 2. Bouillaguet S. et al.: Potential risks for pulpal irritation with con-temporary adhesive restorations: an overview. Acta Med. Dent. Helv. 1996, 1, 11:235-243. 3. Malferrari S. et al.: Resin bonding efficacy of Gluma 2000 to dentine of primary teeth: an in vitro study. Int. J. Paediatric Dent. 1995, 5:73-79. 4. Van Meerbeek B. et al.: Comparative SEM and TEM examination of the ultrastructure of the resin-dentin inter-diffusion zone. J. Dent. Res. 1993, 72, 2:495-501. 5. Ven Meerbeek B. et al.: Correlative transmission electron microscopy examination of nondemineralized and resin-dentin interfaces formed by two dentin adhesive systems. J. Dent. Res. 1996, 75, 3:879-888. 6. Yoshiyama M. et al.: Interfacial morphology and strength of bonds made to superficial versus deep dentin. Am. J. Dent. 1995, 8:297-302. 7. Pashley D.H. et al.: Bond strength versus dentine structure: a modelling approach. Archs. Oral Biol. 1995, 40, 12:1109-1118. 8. Swift E.J. et al.: Wiązanie materiałów kompozytowych ze szkliwem i zębiną: krótka historia oraz aktualne wyniki badań. Quintessence 1996, 5:307-323. 9. Tay F.R. et al.: Micromorphologic relationship of the resin-dentin interface following a total-etch in vivo using a dentinal bonding system. Quintessence Int. 1995, 26, 1:63-70. 10. Dietschi D. et al.: Badania in vitro szczelności brzeżnej i wewnętrznej wypełnień kompozytowych. Quintessence 1995, 2:105-115. 11. Goracci G. et al.: In vivo and in vitro analysis of a bonding agent. Quintessence Int. 1995, 25, 9:627-634. 12. McGuckin R.S. et al.: Bond strengths of dentinal bonding systems to enamel and dentin. Quintessence Int. 1994, 25, 11:791-796. 13. Vadiakas G.P., Oulis C.: A review of dentine-bonding agents and an account of clinical applications in paediatric dentistry. Int. J. Paediatric Dent. 1994, 4, 209-216. 14. Chen K. et al.: Fracture aspects of resin-dentin bonding in non-trimming microtensile test. Dent. Mater. J. 2001, 20, 4:315-24. 15. Okuda M. et al.: Long-term durability of resin dentin interface: nanoleakage vs. microtensile bond strength. Opr. Dent. 2002, 27, 3:289-96. 16. Takahashi A. et al.: In vivo long-term durability of the bond to dentin using two adhesive systems. J. Adhes. Dent. 2002, 4, 2:151-159. 17. Bol´shakov I.N. et al.: Use of liquid sorbents based on chitosan for treatment of diffuse forms of peritonitis. Patol. Fizjol. Eksp. Ter. 1994, 3:49-50. 18. Boryniec S. et al.: Badania niektórych właściwości fizykochemicznych chitozanu. Nowe aspekty w chemii i zastosowaniu chityny i jej pochodnych. Monografia pod redakcją prof. dr hab. H. Struszczyka, wrzesień 1995, 38-55. 19. Malewska-Bartczak M. i wsp.: Włókninowy materiał sanitarno-medyczny z udziałem chitozanu. Wyniki badań medycznych i oceny klinicznej. Nowe aspekty w chemii i zastosowaniu chityny i jej pochodnych. Monografia pod redakcją prof. dr hab. H. Struszczyka, wrzesień 1995, 80-93. 20. Muzzarelli R.A. et al.: Osteoconduction exerted by methylpyrrolidinone chitosan used in dental surgery. Biomaterials 1993, 14, 1:39-43. 21. Linden L.A. et al.: Polymer networks in dentistry. Macromol Symp. 1995, 93:337-350. 22. Linden L.A. et al.: Human dentin as hydrogel. Arch. Oral Biol. 1995, 11:991-1004. 23. Pawłowska E., Wochna-Sobańska M.: Badania nad optymalizacją utrzymania wypełnień i ochroną miazgi zębów dziecięcych. Nowa Stomatologia 1997, 1-2:20-24. 24. Pawłowska E.: Ocena cytotoksyczności primera modyfikowanego chitozanem przy użyciu fibroblastów. Nowa Stomatologia 1998, 4:13-16. 25. Hashimoto M. et al.: In vivo degradation of resin-dentin bonds in humans over 1 to 3 years. J. Dent. Res. 2000, 79, 6:1385-1391. 26. Carvalho R.M. et al.: In vitro study on the dimensional changes of human dentine after demineralization. Arch. Oral Biol. 1996, 41, 4:369-377. 27. Sano H. et al.: Long-term durability of dentin bonds made with a self-etching primer, in vivo. J. Dent. Res. 1999, 78, 4:906-911. 28. Park Y.J. et al.: Platelet derived growth factor releasing chitosan sponge for periodontal bone regeneration. Biomaterials 2000, 21:153-159.

Nowa Stomatologia 2/2003
Strona internetowa czasopisma Nowa Stomatologia

Powrót na górę strony

Pozostałe artykuły z numeru 2/2003:

- reklama -