05 - Systemy wiążące.doc

Systemy wiążące.

Mianem systemów wiążących określa się płynne materiały na bazie żywic, tworzące pośrednią warstwę adhezyjną, zapewniającą połączenie materiału kompozytowego z odpowiednio przygotowaną powierzchnią szkliwa i zębiny.

W skład systemów wiążących wchodzą m.in. dimetakrylany, pochodne żywic BisGMA bądź UDMA. Są one odpowiedzialne za wytwarzanie litej warstwy  łączącej szkliwo i zębinę z materiałem kompozytowym. Obecność odpowiedniej ilości niskocząsteczkowych dimatakrylanów glikoli zapewnia systemom wiążącym na tyle niską lepkość by mogły całkowicie zwilżyć powierzchnię wytrawionego szkliwa zębów, a po spolimeryzowaniu wytworzyć z nim doskonałe jakościowo połączenie adhezyjne.

Dla wytworzenia połączenia systemu wiążącego z zębiną wprowadzono dwufunkcyjne monomery, zawierające w cząsteczce grupy hydrofilne i hydrofobowe (np., HEMA, BPDM, 4-META). Grupy hydrofilne monomerów wytwarzają połączenia z wilgotną zębiną, a zadaniem grup hydrofobowych jest wytworzenie połączenia z grupami metakrylanowymi dimetakrylanów budujących zrąb warstwy, łączącej tkanki zęba z kompozytem. W przypadku systemów uniwersalnych, przeznaczonych do wiązania powierzchni szkliwa i zębiny, wprowadzono różne monomery (np. PENTA), których zadaniem jest wiązanie także nieorganicznych składników twardych tkanek zębów - hydroksyloapatytów.

Nieodłącznym składnikiem tych systemów, z uwagi na działanie na trudną do zwilżenia powierzchnię zębiny, są lotne rozpuszczalniki (etanol, aceton, woda) obniżające napięcie powierzchniowe systemów wiążących. Ich zadaniem jest nie tylko zwilżenie powierzchni zębiny, ale także przemieszczenie wody i ułatwienie wytwarzania chemicznego połączenia monomerów z ze składnikami zębiny. Po szybkim odparowaniu rozpuszczalnika dochodzi do lepszego przylegania żywicy do wytrawionego szkliwa i zębiny, co zapewnia odpowiednią siłę połączenia oraz szczelność brzeżną wypełnień, nawet w przypadku połączenia kompozytu z wilgotną powierzchnią zębiny. Rodzi to jednak pewne problemy, które wiążą się z koniecznością odparowania rozpuszczalnika i wody w celu zagęszczenia żywicy w mikroretencjach wytworzonych w szkliwie w trakcie jego trawienia kwasem. Jest to konieczne dla poprawy wytrzymałości warstwy, ale także dla prawidłowej jej polimeryzacji, bowiem pozostająca woda jak i obecność rozpuszczalników zaburza proces polimeryzacji systemu wiążącego.

Układ katalityczny (inicjator-reduktor) zapewnia polimeryzację systemu i wytworzenie litej warstwy  łączącej. W systemach aktywowanych światłem najczęściej stosowanym fotoinicjatorem jest kamforochinon, zaś reduktorem benzoesan lub metakrylan N,N‑dimetyloaminoetylu (DMAEM) i metylodietanolamina. W systemach wiążących obecne są także stabilizatoru, modyfikatory, pełniące funkcję regulatorów procesu polimeryzacji.

W nowoczesnych systemach wiążących obecne są także nieorganiczne mikro-bądź nanowypełniacze. Zwiększają one grubość warstwy systemu wiążącego i jej wytrzymałość machaniczną, ograniczając jednocześnie skurcz polimeryzacyjny systemu wiążącego. Ilość wypełniacza w systemach wiążących jest różna i  waha się w zakresie 8,5-25% wagowo. Wydaje się jednak, że im bardziej jest elastyczna warstwa systemu wiążącego, tym lepiej są przenoszone międzyfazowe naprężenia związane z siłami żucia, różnicami w modułach elastyczności i sorpcji wody materiałów kompozytowych oraz skurczem polimeryzacyjnym materiału. Płynne materiały uszczelniające, zawierające wypełniacze, oraz kompozyty typu flow mogą wytworzyć połaczenie ze szkliwem trawionym kwasem bez pośrednictwa systemów wiążących. Okazało się jednak, że w przypadku materiałów o większej gęstości występują trudności w całkowitym zwilżeniu powierzchni szkliwa i wypełnieniu mikroretencji. Systemy wiążące zawierające wypełniacze wytwarzają także ze szkliwem połączenia o mniejszej sile niż systemy bez wypełniacza, co autorzy wiążą z dużą gęstością materiału i trudnościami w jego wnikaniu w szczeliny na obrzeżach pryzmatów szkliwnych, w przeciwieństwie do systemów wiążących pozbawionych wypełniacza.

Rozwiązaniem tych problemów miało być wprowadzenie, w ostatnich latach, do systemów wiążących nanowypełniaczy (Prime Bond NT, Adper Single Bond 2), zwiększających wytrzymałość systemu wnikającego w kanaliki zębinowe i tworzonej warstwy łączącej. Wydaje się jednak, że z uwagi na niski ciężar nanocząsteczek nie rozwiązuje to do końca problemów związanych z wnikaniem nanowypełniacza w mikroretencje.

Na przestrzeni lat, począwszy od lat 80-tych XX wieku, byliśmy świadkami niezwykle szybkiego rozwoju systemów wiążących. Niemalże z roku na rok pojawiały się kolejno systemy wiążące charakteryzujące się coraz to lepszymi właściwościami. Wraz ze zmianami składu chemicznego następowały modyfikacje procedur ich stosowania i uzyskiwano większą kliniczną skuteczność ich działania. Obecnie dostępnych na rynku jest wiele systemów wiążących znacznie różniących się składem, mechanizmem wiązania ze szkliwem i zębiną oraz procedurami ich aplikacji.

Tabela 1. Składniki systemów wiążących i ich funkcje.

Podział i właściwości systemów wiążących

Pomimo znacznych różnic w składzie, właściwościach i procedurach klinicznych aplikacji systemów wiążących i trudności w stworzeniu przejrzystej ich klasyfikacji, od wielu lat próbuje się sklasyfikować systemy wiążące. W latach 80-tych XX wieku, zaproponowano podział systemów wiążących ze względu na skład chemiczny i punkt ich uchwytu, wyróżniając: systemy wiążące szkliwo oraz systemy wiążące zębinę. Systemy wiążące szkliwo zawierały płynne żywice dimetakrylanowe Bis GMA lub UDMA oraz układy odpowiednich katalizatorów i stabilizatorów. Systemy wiążące zębinę zawierały dodatkowo monomery, zdolne do połączenia z kolagenem, a niektóre także z hydroksyloapatytami, oraz lotne rozpuszczalniki umożliwiające zwilżenie powierzchni zębiny. W późniejszym okresie proponowano podział systemów uwzględniający sposób wstępnego przygotowania powierzchni zębiny i morfologii wytwarzanego połączenia. Uwzględniały one wytworzenie połączenia systemu wiążącego z zębiną z wykorzystaniem warstwy mazistej jako pośredniej warstwy adhezyjnej, po jej modyfikacji oraz wiązanie systemu z zębiną strukturalną po usunięciu warstwy mazistej.

Najpowszechniej stosowanym jest jednak podział systemów wiążących na kolejne generacje. Uwzględnia on głównie wielkość uzyskanej siły połączenia z zębiną, skład chemiczny systemu i okres opracowania oraz wprowadzenia do praktyki klinicznej.

Systemy wiążące I generacji. Do pierwszej generacji zalicza się najczęściej systemy wiążące, opracowane w latach 60-tych XX wieku, zawierające takie monomery jak: kwas dwumetaktyloglicerofosforowy oraz NPG-GMA (metakrylan N-fenyloglicynu glicydylu), ale także oparte o poliakrylany i cyjanoakrylany. Mechanizm wiązania tych systemów był oparty na wytwarzaniu połączenia żywic z wapniem hydroksyloapatytów szkliwa i zębiny. Duży skurcz polimeryzacyjny, wysoki współczynnik rozszerzalności termicznej żywicy nie zawierającej wypełniacza przy sile połączenia z zębiną nie przekraczającej 1-3 MPa, wrażliwość wytworzonego połączenia na hydrolizę sprawiały, że mimo uzyskania chemicznego połączenia z zębiną systemy I generacji nie pozwoliły na uzyskanie klinicznie trwałych połączeń.

Systemy wiążące II generacji wprowadzono na rynek po roku 1980. Systemy II generacji zawierały głównie estry fosforowe bądź halofosforowe żywic Bis-GMA, zdolne do wytwarzania wiązań chemicznych z jonami wapnia hydrokyloapatytów szkliwa i zębiny oraz poliuretany, zawierające grupy izocjanowe), wiążące chemicznie kolagen. Do tej generacji zalicza się systemy modyfikujące zewnętrzną część warstwy mazistej i wiążące nieorganiczne składniki zębiny, bądź zawierające hydroksyetylometakrylan (HEMA), który wiązał kolagen po usunięciu warstwy mazistej, co dodatkowo umożliwiało retencję żywicy w częściowo otwartych kanalikach zębinowych. Trzecią grupę systemów zaliczanych do II generacji stanowią systemy zawierające poliuretany z grupami izocyjanowymi, które wiązały grupy funkcyjne kolagenu zębiny, bez modyfikowania warstwy mazistej. Połączenie z zębiną za pomocą niskoenergetycznych wiązań wodorowych i wiązań Van der Waalsa, wytwarzanych przez te systemy, przy sile połączenia 1-10 MPa oraz podatności wiązań na hydrolizę decydowało o niewielkiej klinicznej przydatności tych systemów w łączeniu kompozytów z zębiną.

Systemy wiążące III generacji. Ta generacja obejmowała systemy o dwuetapowym procesie aplikacji. Pierwszym etapem, po wytrawieniu szkliwa kwasem ortofosforowym, była modyfikacja, przy pomocy primera, warstwy mazistej lub zębiny strukturalnej, po usunięciu warstwy mazistej. Drugim etapem było wytworzenie litej warstwy łączącej przy pomocy bondu lub adhesivu. Modyfikacja warstwy mazistej polegała na częściowym rozpuszczeniu jej składników przez kwasy (kwas maleinowy, azotowy) zawarte w primerze i demineralizacji powierzchni zębiny, co ułatwiało penetrację w głąb zębiny monomerom - składnikom odpowiadającym za wytworzenie chemicznych połączeń. W drugim etapie, po osuszeniu zębiny, aplikowano bond lub adhesiv, który wypełniając szczeliny przenikał częściowo rozpuszczoną warstwę mazistą lub zaimpregnowany kolagen i wytwarzał po polimeryzacji (dzięki zawartym w nim dimetakrylanom) litą warstwę żywicy, znajdującą jako punkt uchwytu grupy matakrylanowe dwu- lub wielofunkcyjnych monomerów primera. Systemy III generacji zapewniły zadowalające klinicznie połączenia kompozytów z zębiną o sile (16-26 MPa).

Systemy wiążące IV generacji. Czwarta generacja systemów wiążących obejmuje systemy stosowane współcześnie i zakłada trawienie szkliwa oraz agresywne trawienie zębiny 37% kwasem ortofosforowym, prowadzące do wytworzenia retencyjnego wzoru trawienia szkliwa oraz usunięcia warstwy mazistej i odsłonięcia włókien kolagenowych zębiny. Po osuszeniu powierzchni aplikuje się na zębinę hydrofilne primery, zawierające monomery wiążące kolagen (HEMA, NTG-GMA, BPDM, PEG-DMA) zawieszone w lotnych rozpuszczalnikach ułatwiających primerowi penetrację w głąb zębiny. Hydrofobowy bond aplikowany jest w drugim etapie. Pokrywa on powierzchnię szkliwa i zębiny, wypełnia mikroretencje w szkliwie i wnika do kanalików zębinowych, przenika odwapnioną i zmodyfikowaną powierzchnię zębiny, a zawarte w nim dimetakrylany, łącząc się z grupami metakrylanowymi monomerów wiążących kolagen, tworzą warstwę hybrydową. Wypustki wnikające do kanalików zębinowych odpowiadają, obok chemicznego połączenia żywicy z kolagenem, za dodatkową mechaniczną retencję.

Systemy wiążące IV generacji są systemami dwuskładnikowymi, trójetapowymi – procedury kliniczne obejmują jednoczasowe trawienie szkliwa i zębiny kwasem (Total Etch), spłukanie wytrawiacza, osuszenie ubytku i aplikację primera a następnie żywicy (bondu). Pozwalają na silne chemo-mechaniczne połączenie kompozytów z tkankami zęba.  Uważa się je obecnie za najlepszy, najbardziej efektywny sposób łączenia materiałów kompozytowych z tkankami zęba określając je pojęciem tzw. „złotego standardu”. Mimo iż część autorów podkreśla ich dobrą tolerancję na technikę pracy to jednak większość badaczy wskazuje na konieczność ścisłego przestrzegania procedur trawienia, suszenia ubytku, aplikacji i suszenia primera, bowiem błędy w ww. procedurach mogą w znacznym stopniu ograniczyć jakość połączenia wytworzonego z zębiną. Jest to związane z trudnościami w zwilżeniu żywicą włókien kolagenowych, zapadniętych podczas zbyt agresywnego osuszania nadmiernie odwapnionej zębiny, po zbyt długim jej trawieniu kwasem, lub pozostawieniem zbyt wilgotnej zębiny, co prowadzi z kolei do emulgacji systemu wiążącego.

Systemy wiążące V generacji. Piąta generacja systemów wiążących w mechanizmie działania przypomina systemy wiążące czwartej generacji. Są to jednak systemy jednoskładnikowe. Zawierają one substancje hydrofilne, podobnie jak systemy wiążące czwartej generacji, natomiast jako rozpuszczalnik stosuje się wodę, aceton lub etanol. Materiały te tak jak systemy IV generacji również wytwarzają warstwę hybrydową, a ich skład jest tak opracowany, aby skrócić do minimum czas pracy. Procedury ich stosowania obejmują trawienie szkliwa i zębiny kwasem (Total Etch), spłukanie wytrawiacza, osuszenie ubytku i aplikację systemu wiążącego, który zawiera składniki primera jak i bondu. Aplikacja materiałów tej grupy, odbywa się poprzez nakładanie jednej lub kilku warstw jednoskładnikowego systemu wiążącego, przy czym pierwsza warstwa pełni rolę primera, a następne warstwy bondu. Ich właściwości fizykochemiczne i technika aplikacji miały zapobiegać lapsusowi matrycy kolagenowej, okazało się jednak, że są one także wrażliwe na technikę pracy. Mniejsza jest, w porównaniu z systemami IV generacji, ich zdolność do impregnacji matrycy kolagenowej, ale także odporność na hydrolizę połączenia wytworzonego z kolagenem. Ze względu jednak na łatwość aplikacji systemów V generacji i zadowalające wyniki kliniczne są one powszechnie stosowane.

Wśród systemów wiążących IV i V generacji wyróżnia się trzy grupy ze względu na rodzaj rozpuszczalnika, w którym zawieszone są składniki systemów wiążących - alkohol etylowy, aceton bądź woda. Systemy wiążące zawierające aceton dla infiltracji kolagenu i wytworzenia warsty hybrydowej wymagają określonej wilgotności zębiny, przez co są bardzo wrażliwe na technikę pracy. Wskazuje się, że ze względu na zdolność zdemineralizowanej matrycy kolagenowej do rehydratacji systemy wiążące zawierające wodę jako rozpuszczalnik, są skuteczne w wiązaniu zębiny i mało wrażliwe na technikę pracy, ale w długoczasowych badaniach klinicznych dobrze są oceniane także systemy oparte na etanolu.

Systemy wiążące VI generacji. Opracowane i wprowadzone do praktyki klinicznej u schyłku XX wieku. Pozwoliły one na wyeliminowanie trawienia kwasem w procesie przygotowania powierzchni szkliwa oraz zębiny do połączenia z materiałami kompozytowymi. Możliwe to było dzięki zastosowaniu kwaśnych monomerów, które z uwagi na zdolność do demineralizacji szkliwa i zębiny oraz możliwość wytworzenia chemicznego połączenia z wapniem hydroksyloapatytów tworzą w procesie aplikacji systemów chemo-mechaniczny typ połączenia.

Szósta generacja obejmuje systemy wiążące dwu- bądź jednoetapowe. Pierwsze produkty, wprowadzone pod koniec lat 90-tych XX wieku, obejmowały aplikację kwaśnego primera na osuszoną powierzchnię ubytku po zmieszaniu dwóch jego składników (Liner Bond 2V (Kuraray), Resulcin AquaPrime & Monobond (Merz Dental)) lub gotowego do użytku primera w przypadku niektórych systemów (AdheSE (Ivoclar Vivadent), Clearfil SE Bond (Kuraray), NRC + Prime & Bond NT (Dentsply DeTrey). W drugim etapie, po osuszeniu primera, następuje aplikacja bondu i jego polimeryzacja. Obok tych produktów do VI generacji zalicza się systemy, w których przed aplikacją konieczne jest zmieszanie primera z adhesivem (One-Up-Bond F/ Tokuyama; Etch Prime – Degu Dent, Xeno III/ Dentsply; Adper Prompt-L-Pop/ 3M ESPE), bądź jednokomponentowe systemy wiążące, będące w równowadze do momentu aplikacji, kiedy to w wyniku reakcji z wodą pochodzącą z powierzchni ubytku dochodzi do uwolnienia protonów z mieszaniny i trawienia powierzchni ubytku (AQ Bond - Sun Medical).

Systemy wiążące VII generacji. Zostały wprowadzone w 2002 roku. Systemy te są systemami jednoskładnikowymi i jednoetapowymi i określa się je mianem „all in one”. Dzięki zastosowaniu systemu wiążącego w jednej butelce, który pełni rolę wytrawiacza, primera oraz bondu, wyeliminowano konieczność mieszania składników  (iBond/ Heraeus Kulzer; Xeno IV i Xeno V/ Dentsply; G Bond/ GC).

W tabeli 2 zestawiono systemy wiążące w uwzględniając ich podział na poszczególne generacje.

W światowym piśmiennictwie brak jednak pełnej zgodności prezentowanych podziałów na poszczególne generacje i różni autorzy zaliczają często te same systemy wiążące do różnych generacji.

Tabela 2. Zestawienie systemów wiążących z uwzględnieniem ich podziału na generacje i typy.