Применение современных стоматологических термопластических материалов в практике ортопедической стоматологии

Глава II. Применение современных полимеров в практике ортопедической стоматологии

2.1 Историческая  справка

В стоматологии раньше, чем  в любой другой области медицины, стали использовать полимерные материалы.

Многолетний опыт (свыше 100 лет) применения каучука обнаружил ряд  его существенных недостатков. Основным из этих недостатков является пористость каучука, он адсорбирует остатки  пищи, которые подвергаются брожению и гниению, чем и объясняется  неприятный запах протеза после  длительного пользования и раздражение  слизистой оболочки полости рта. Химическим агентом, который может  раздражать слизистую оболочку при  пользовании каучуковым протезом, является ртуть, которая в составе красителя-киновари (окись сернистой ртути) содержится в красном каучуке. Пользование  каучуковым протезом дает иногда признаки ртутного отравления. Возможно, что  и сера, входящая в состав сырого каучука в виде механической примеси, не полностью связывается при  вулканизации и часть ее остается свободной, что может оказать  токсическое действие на слизистую  оболочку полости рта.

Кроме этого, цвет каучука  не соответствует цвету слизистой  оболочки полости рта и резко  выделяется на ее фоне. Наряду с этим применяемые фарфоровые зубы соединяются  с каучуковым базисом путем механической связи, которая является менее прочной, чем химическая.

Недостатки каучука заставили  специалистов искать пути для замены его другим, таким же удобным и  дешевым, но более гигиеничным материалом. Для этой цели были предложены главным  образом синтетические пластические массы.

Прежде чем перейти  к истории применения пластмасс, следует остановиться на определении  термина «пластическая масса». Пластичность обычно определяют как способность  воспринимать и удерживать деформацию. Известно, что хрупкие тела ломаются от напряжения, а эластичные легко  возвращаются в исходное положение. Пластмассу можно определить как  материал, который до известной степени  обладает эластичностью; под влиянием тепла пластмасса переходит в  текучее состояние и под давлением  может принимать любую форму  и сохранять ее.

2.2 Актуальность  проблемы

Проблема взаимоотношения  тканей и органов полости рта  с материалами предназначенными для изготовления зубных протезов и  ортодонтических аппаратов, является одной из основных в клинике ортопедической стоматологии и ортодонта и. Известно, что ткани и органы полости  рта находятся в динамическом равновесии со сбалансированными биохимическими процессами, сохраняющими структуры  тканей и поддерживающими их функцию.

В настоящее время при  изготовлении протетических конструкций  наиболее широкое применение получили акриловые пластмассы, технологические  свойства которых не требуют дорогостоящего оборудования. Однако, по данным большинства  специалистов, акриловые пластмассы имеют ряд существенных недостатков: возникновение токсико-аллергических  реакций, нарушение микрофлоры полости  рта, развитие бластоматозного роста  в тканях протезного ложа. Также  следует отметить ряд технологических  недостатков: для получения изделия  с достаточно высокими прочностными свойствами необходимо, чтобы полимеризация  смеси полимер+мономер проходила в условиях, при которых достигается наибольшая плотность полимера. К таким условиям относятся: 1) оптимальное соотношение компонентов смеси; 2) полное созревание пластмассового теста перед формовкой; 3) создание и строгое выдерживание температурного режима полимеризации; 4) поддержание необходимого давления внутри формы.

В современной технологии получения зубных протезов из акрилатов  мономер используют в минимальном  количестве лишь для связи полимерных гранул в формовочной массе. Усадку при этом удалось уменьшить до 7%. Однако и такой процент ее довольно велик. Зубные протезы и другие конструкции  должны отличаться высокой точностью, т.е. соответствовать размерам и  форме соответствующих участков зубных рядов и челюстей.

При соблюдении технологии изготовления зубных протезов из пластмассы ее суммарную усадку удается уменьшить  до небольших величин (0,3-0,5%). Полимеризационная  усадка пластмассового теста компенсируется заметным расширением ее вследствие высокого коэффициента термического расширения. Компенсация усадки частично происходит при пользовании зубными протезами  в связи с водопоглощением  пластмассы и связанным с ним  увеличением объема до 0,5%.

В результате нарушений режима полимеризации в структуре пластмасс  могут образоваться дефекты: пористость (газовая, от отсутствия сжатия, гранулярная), внутренние напряжения, трещины.

О причинах, вызывающих газовую  пористость, мы уже говорили выше. Напомним лишь, что она возникает в толще  массы и обусловлена испарением мономера внутри полимеризующейся формовочной  массы. Это бывает при нарушениях режима полимеризации, например, при  опускании кюветы с пластмассовым  тестом в гипсовой форме в кипящую  воду. Данный вид пористости может  также возникать при нагревании формы с большим количеством массы вследствие сложности отвода из нее излишка тепла, развивающегося в результате экзотермичности процесса полимеризации.

Пористость сжатия возникает  при недостаточном давлении при  формовке масс, вследствие чего отдельные  части формы не заполняются формовочной  массой и образуются пустоты. Обычно этот вид пористости наблюдается  в концевых, истонченных частях конструкции.

Гранулярная пористость выглядит в виде меловых полос или пятен. Она возникает как результат  недостатка мономера. Наиболее часто  мономер улетучивается из открытого  сосуда, где созревает пластмассовое  тесто, или при контрольном раскрытии  кюветы и длительном нахождении ее в таком состоянии. Обладая большой  испаряемостью, мономер легко улетучивается  с поверхности, вследствие чего гранулы  полимера оказываются недостаточно связанными, рыхлыми. Поверхность открытой массы высыхает, приобретает матовый  оттенок. Формовка такой массой приводит к появлению меловых полос  или пятен, а гранулярная пористость резко ухудшает физико-химические свойства пластмассы.

Внутренние напряжения в  пластмассе при полимеризации возникают  в тех случаях, когда охлаждение и отвердение ее происходит неравномерно в разных частях.

В пластмассовых изделиях всегда имеются значительные внутренние остаточные напряжения, что приводит к растрескиванию и короблению. Они  появляются в местах соприкосновения  пластмассы с инородными материалами (фарфоровыми зубами, крампонами, металлическим  каркасом, отростками кламмеров). В  данном случае эти явления есть результат  различных коэффициентов линейного  и объемного расширения пластмасс, фарфора, сплавов металлов.

В местах перехода массивных  участков пластмассового изделия в  тонкие также возникают остаточные напряжения. Дело в том, что в толстых  участках усадка пластмассы имеет большую величину, чем в тонких.

Кроме того, резкие перепады температуры при полимеризации  вызывают или усиливают упругие  деформации. Это, в частности, вызвано  опережением затвердевания наружного  слоя изделия. Затем отвердение внутренних слоев вызывает уменьшение их объема и они оказываются под воздействием растягивающих напряжений, поскольку  наружные слои при этом уже приобрели  жесткость.

Нарушение процессов полимеризации  приводит также к тому, что мономер  полностью не вступает в реакцию  и часть его остается в свободном (остаточном) состоянии. Полимеризат  всегда содержит остаточный мономер. Часть  оставшегося в пластмассе мономера связана силами Ван-дер-Ваальса с  макромолекулами (связанный мономер), а другая часть находится в  свободном состоянии (свободный  мономер). Последний, перемещаясь к  поверхности протеза (аппарата), выходит  в ротовую жидкость и растворяется в ней. Он вызывает воспаление слизистой  оболочки полости рта, различные  аллергические реакции организма. Базисные пластмассы при правильном режиме полимеризации содержат 0,5%; быстротвердеющие — 3,5% остаточного  мономера.

Известно, что при взаимодействии высокомолекулярных веществ с окружающей средой, в которой они находятся, под влиянием целенапр, воздействия  на них различных факторов происходят изменения, как в составе, так  и в структуре строения этих веществ, что влечет за собой соответствующие  изменения их свойств.

Санитарно-гигиеническая  характеристика полимерных материалов представляет собой комплекс показателей  определяющих потенциальную опасность  для здоровья человека и их соответствие гигиеническим требованиям, предъявляемым  к материалам или изделиям конкретного  назначения.

Испытания полимерных материалов на их соответствие санитарно-гигиеническим  требованиям включают в себя:

• санитарно-химические исследования - идентификацию и определение концентрации веществ, мигрирующих из материала в контактирующие с ним среды;
• токсикологические исследования - выявление возможного токсического действия материала или содержащихся в нем химических агентов на организм (данные этих исследований обязательны для санитарно-гигиенических характеристик объектов любого назначения).

В зависимости от сферы  применения и предполагаемых условий  эксплуатации материалов и изделий  существенное значение в их санитарно-гигиенических  характеристиках могут иметь  и другие показатели:

• органолептические, например: запах и привкус материала или контактирующих с ним сред;
• физико-гигиенические, например: коэффициент теплопроводности, который в гигиенической практике принято называть коэффициентом тепло усвоения, водо- и паропроницаемость материала, его электризуемость;
• микробиологические, например: влияние материала на развитие микроорганизмов.

Загрязнение среды контактирующей с поверхностью полимерного материала  может неблагоприятно воздействовать на организм.

Из материала мигрируют  содержащиеся в нем низкомолекулярные  соединения - остаточные мономеры, растворители, катализаторы, пластификаторы, стабилизаторы, а также продукты деструкции и  гидролиза, образовавшиеся при переработке  полимера в изделие и при эксплуатации последнего в условиях действия высокой  температуры, радиации, механических нагрузок и других. Таким образом, сама контактирующая с полимером среда и условия  эксплуатации могут вызывать реакции, приводящие к образованию низкомолекулярных мигрирующих соединений. В этом контакте миграция имеет сложный многостадийный процесс, продолжительность которого может составлять от нескольких часов до многих месяцев, а иногда и лет.

Скорость движения мигрирующих  веществ го материала к границе  его раздела со средой определяется скоростью диффузии этих веществ  в материале, зависящей от степени  родства диффундирующего вещества и полимера и от степени кристалличности  последнего. Данный процесс может  существенно осложняться вследствие встречной диффузии среды внутрь материала. При этом сложность санитарно-химических исследований связана с тем, что  перед их началом не всегда известен состав мигрирующих токсичных соединений и, кроме того, в некоторых случаях  отсутствуют чувствительные и селективные  методы их определения.

Рекомендуют санитарно-химические исследования проводить в условиях максимально приближенных к эксплуатационным (температура, отношение поверхности  материала или его массы к  объему или к массе контактирующей среды, продолжительность контакта, состав среды и др.). Действие мигрирующих  соединений зависит в большинстве  случаев от того, в каком количестве они попадают в организм, а также  от времени их воздействия.

Полученные в санитарно-химических экспериментах значения концентраций токсичных соединений сравнивают с  их предельно допустимой концентрацией (ПДК), установленной в специальных  токсикологических экспериментах  и зависящей от условий использования  материала. Такое сравнение может  дать лишь предварительную оценку применимости материала для тех или иных целей. Окончательное же решение  о возможности его использования  в конкретных условиях эксплуатации принимается только после токсикологических  исследований.

В то же время в отечественной  и зарубежной практике параметры  проведения санитарно-химических экспериментов  регламентируются весьма условно, без  учета многообразия факторов, влияющих на миграцию токсичных соединений. Это приводит к плохой воспроизводимости  результатов, а в ряде случаев  и к неправильным выводам о  гигиенических свойствах материалов.

Так, данные, полученные в  статистических экспериментах, нельзя применить к условиям динамического  режима контакта среды с исследуемым  материалом. Отсутствие корректных кинетических исследований не позволяет прогнозировать гигиенические свойства полимеров  расчетным путем с использованием таких величин, как константы  скорости и энергии активации  реакции, коэффициент диффузии. В  связи с этим, для каждого конкретного  случая эксплуатации материала требуется  проведение длительных и трудоемких экспериментов.

Решение проблемы прогнозирования  санитарно-гигиенических характеристик  полимерных материалов связано с  изучением закономерностей миграции низкомолекулярных соединений из материала  в контактирующую с ним среду  селективными и высокочувствительными  методами. Исследование кинетики и  выяснение механизма миграции позволят подойти к санитарно-гигиеническим  характеристикам полимерных материалов с привлечением строгих количеств  венных соотношений.