A polimerizációs fény intenzitásának csökkenése a pulpakamra direkt ellátása során

Dr. Lempel Edina A POLIMERIZÁCIÓS FÉNY INTENZITÁSÁNAK CSÖKKENÉSE A PULPAKAMRA DIREKT ELLÁTÁSA SORÁN

I. Bevezetés

A fogászati restaurátumok tartósságának létfontosságú eleme a megfelelő széli zárás. Mély approximális ládák marginális szivárgása szekunder caries kialakulásához, illetve a pulpa következményes betegségeihez vezethet [13, 22]. A már gyökérkezelt fogaknál pedig a mikroorganizmusok a gyökércsatorna koronális bemenetén keresztül fertőzhetik felül a csatornát, az endodonciai kezelés sikertelenségét okozva [27, 28], ezért alapvető fontosságú a csatornabemenetek azonnali zárása, egy ún. csatornabemeneti barrier képzésével a gyökértömés elkészítése után, majd a pulpakamra résmentes feltöltése [46]. Gyökérkezelés után a fogak szerkezete meggyengül, törésre fokozottan hajlamossá válik [14, 16]. Az endodonciai kezelés utáni restaurálás fő célja a maradék foganyag védelme, megerősítése [21]. Az adhezíven rögzülő restaurációk a mikromechanikai retenciónak köszönhetően több ép foganyag megkímélését teszik lehetővé, és a maradék koronai foganyagot erősítik. Mind a polimer technológia, mind a töltelékszemcsék fejlesztése olyan széles választékot sorakoztat fel a kompozit tömőanyagokból, mely minden klinikai szituációra megoldást biztosíthat [11]. A hagyományos, 2 mm vastagságban alkalmazott, rétegzéses technikát igénylő kompozitok mellett ma már akár 4-6 mm rétegvastagságban alkalmazható, ún. bulk-fill kompozitokat is kínál szinte minden gyártó, emellett megjelentek a piacon a rövid üvegszállal megerősített bulk-fill kompozitok is. Az alacsony vagy magas viszkozitású bulk-fill tömőanyagok magasabb fokú transzlucenciájuknak, nagyobb méretű, ám kisebb mennyiségű töltelékszemcséiknek, módosított iniciátorrendszerüknek köszönhetően hasonló, vagy jobb polimerizációs mélységgel bírnak, mint a hagyományos kompozitok, mindezt sokszor rövidebb megvilágítási idővel elérve. Számos tanulmány vizsgálta ezen anyagok polimerizációs zsugorodását, mechanikai tulajdonságait, polimerizációs fokát. Az eredmények azonban nem egységesek minden tekintetben, hiszen vizsgálatok sora állítja a több szempontból kedvezőbb tulajdonságokat [6, 32, 38, 43], míg hasonló számban vannak azok a kutatások, melyek ennek ellenkezőjét bizonyítják [18, 20, 25, 29]. Egy frissen publikált összefoglaló közlemény szerint klinikai körülmények között a bulk-fill kompozitok rövid távon hasonlóan teljesítenek, mint a hagyományos kompozitok, azonban hosszú távú, in vivo tanulmányok adhatnak csak meggyőző és valós eredményeket [44]. Klinikai körülmények között a restauratív folyamat egy komplex beavatkozás. Különböző mélységű és konfigurációjú kavitások feltöltésekor az eltérő anyagvastagság miatt a polimerizáció sem egyenletes, az üreg bemenete is sokszor szűkebb, mint a lámpa csőrének átmérője, ráadásul hozzáférési nehézségek miatt a polimerizációs lámpát sokszor képtelenség 90o-ban az üregre illeszteni

1. ábra: A pulpakamra vagy approximális láda aljára helyezett kompozit és a fényforrás távolsága megnövekedett, míg az üreg bemenete a fényvezető vég átmérőjének harmada, fele. 2. ábra: A kompozit töltőanyag- és pigmenttartalma jelentősen befolyásolja a fény transzmisszióját.

3. ábra: A csücsök-pulpakamra alap távolság akár 8-10 mm is lehet, fogtól függően.

(1. ábra). Ehhez adódnak még egyéb anyagtani változatosságok, mint a töltelékanyag tartalma, a monomer öszszetétel, a fotoiniciátor koncentráció, opacitás, pigment- tartalom, melyek a kötés mértékét képesek befolyásolni [5] (2. ábra).

Jelentős mértékű hatással bír az a fizikai törvényszerűség is, miszerint a távolság növekedésével a fény intenzitása négyzetarányosan csökken. Az elégtelen polimerizáció azonban az anyag korai degradációjához, mechanikai gyengüléséhez, végül a restauráció sikertelenségéhez vezethet [15]. A fent említett nehézségek egy mély approximális láda, vagy pulpakamra feltöltésekor halmozottan jelentkezhetnek. Az approximális láda alja akár 7-10 mm, míg a pulpakamra alja 10 mm mély is lehet a fog típusától, csücskeinek kopottságától függően (3. ábra). Ilyenkor a csücskök megakadályozzák, hogy az üreg aljára helyezett anyaghoz a

4. ábra: Mély üregben haladva a fény veszít az intenzitásából.

5. ábra: A pulpakamra vagy az approximális láda alján teljesen árnyékos részek is megfigyelhetők, ha a lámpa csőre nem illeszkedik merőlegesen az üreg bemenetére. 6. ábra: 5 mm átmérőjű, a pulpakamra alapjáig kialakított trepanációs nyílásnak megfelelő üreg, melyen keresztül mérhető a pulpakamra aljáig lejutó fény.

7. ábra: 5 mm átmérőjű és 2, 4, 6, 8 mm mélységű üregek, melyeken az átmenő fény intenzitását mértük.

8. ábra: A radiométer érzékelőjére helyezett fogon keresztül mérhető az érzékelőre jutó fény intenzitása.

lehető legközelebb kerüljön a polimerizációs lámpa csőre, pedig a polimerizációs fény az anyagtól 0-1 mm távolságban biztosítja a leghatékonyabb monomer konverziót. Minél mélyebb egy üreg, a benne haladó fény egyre inkább veszít az energiájából, egyre kevesebb foton képes elérni az anyagot és aktiválni a benne lévő fotoiniciátorokat (4. ábra). Ha az üreg bemenete is szűk, akkor a fotonok egy jó része már akkor elnyelődik a foganyagban, mielőtt a kavitásba belépne, főleg, ha a lámpa csőrét nem tudjuk pontosan a bemenetre illeszteni (5. ábra). Ha ebbe az üregbe fényre kötő anyagot is helyezünk, az anyag összetételétől függően a fény nagyobb mértékben, tovább veszít intenzitásából, miközben halad a kompozit mélyebb rétegei felé. Persze az anyag felületén a fotonok beindítják a láncreakciót, de ez a teljes polimerizációs folyamathoz nem elegendő, hiszen anyagon belül újabb és újabb gócokat kell a fénynek aktiválnia ahhoz, hogy a konverzió a réteg alján is végbemenjen. A fent említett nehézségek az anyag elégtelen polimerizációját okozva széli/koronai szivárgáshoz, szekunder caries kialakulásához, monomer kioldódáshoz vezethetnek [24, 25]. Emellett a kompozitok polimerizációja során fellépő térfogati csökkenés, azaz polimerizációs zsugorodás, valamint az ebből származó stressz is a hosszú távon jól záró tömés ellen hat [17]. Tudatos töméstechnikával a fogorvosok csökkenthetik a hátrányos következményeket, így tartós, széli és koronai szivárgástól mentes, jól funkcionáló restaurátum készülhet [26]. Vizsgálatunkban – in vitro körülmények között – klinikai szituációt reprezentálva mértük meg a polimerizációs lámpa fényének intenzitáscsökkenését különböző mélységű, változó átmérőjű üregek esetén, a lámpa csőrének pozícióváltoztatása mellett.

II. Anyag és módszer

A mérések elvégzéséhez ortodonciai okokból extrahált ép bölcsességfogak gyökéri részét a pulpakamra alapjával azonos szintben eltávolítottuk, majd a koronai részt trepanáltuk, a pulpaszövettől maradéktalanul megtisztítottuk. A trepanációs üregek bemeneti nyílását a fogak egy csoportja esetén 5 mm átmérőjűre preparáltuk (6. ábra), majd a fogakat horizontálisan 2 mm, 4 mm, 6 mm és 8 mm üregmélységű koronai szeletekre vágtuk (7. ábra). A fogak egy másik csoportjánál a bemenet átmérőjét változtatva (8-6-4-2 mm) mérhetővé vált, hogy a lámpa csőréhez képest eltérő szélességű üregek mennyi fényt engednek a radiométer érzékelőjére különböző mélységek (2-4-6-8 mm) esetén, hiszen a szeletek a kialakított üreg mentén a fény számára – az intenzitásgyengüléstől eltekintve - átjárhatóak voltak (8. ábra). A Light Emitting Diode (LED) polimerizációs lámpa (Carlo De Giorgi LED.D, Carlo De Giorgi S.L.R., Milano, Italy; hul-

lámhossz tartomány: 420-480 nm, 8 mm széles üvegszálas fényvezető, gyártói intenzitás: 850-1000 mW/ cm2) standard módú intenzitását radiométer (Cure Rite, Dentsply, Milford, DE, USA) segítségével mértük, melynek fényérzékelője 8 mm átmérőjű. Először a lámpa maximális teljesítményét rögzítettük az akkumulátor feltöltése után. A fényvezető véget 90o-ban a radiométer érzékelőjére helyezve, 20 másodperces expozíciós idő mellett mértük a kibocsátott fény energiáját. Ezt követően a mérőeszköz érzékelőjére helyeztük a különböző vastagságú és bemeneti átmérőjű fogszeleteket (8. ábra), és a lámpa csőrét 90o-ban, illetve 45o-ban az üreg fölé illesztve, 20 másodperces expozíciós időnél rögzítettük az adatokat. Minden mérést ötször ismételtünk. Folyamatos töltés mellett a polimerizációs lámpa intenzitását maximális szinten tartottuk.

III. Eredmények

A LED lámpa fényének maximális intenzitása 1250 mW/ cm2 volt. Az eredményeket vonaldiagramok demonstrálják a könnyebb szemléltetés érdekében. A 9. ábrán a fényintenzitás exponenciális csökkenése látható, az üregmélység növelésével. 0 mm távolság, azaz direkt a fényérzékelőre helyezett lámpavég esetén a fény intenzitása a lámpára jellemző maximumot mutatja. 2 mm mély üreg esetén a fényintenzitás 350 mW/cm2-rel kevesebb, azaz 900 mW/cm2. Tovább növelve a mélységet 2-ről 4 mm-re, további kb. 230 mW/cm2 csökkenés tapasztalható, így 4 mm mély üregnél az intenzitás 670 mW/cm2. 6 mm mélységben már csak átlagosan 440 mW/cm2 a lejutó fényintenzitás, míg 8 mm mélységnél az exponenciális jelleg miatt a további intenzitáscsökkenés következményeként csupán 280 mW/cm2 mérhető. A 10. ábra mutatja a fényintenzitás gyengülését a bemenet átmérőjének és az üreg mélységének függvényében. Látható, hogy már 0 mm távolság esetén is van fényveszteség; minél szűkebb a bemenet, annál nagyobb a veszteség mértéke. Ha tehát a lámpa fényvezető végének átmérőjéhez képest 25%-kal kisebb az üreg bemeneti átmérője, a fény 20%-át, míg fele átmérő esetén a fény 40%-át nyeli el az üreget határoló foganyag. Ennél is kisebb üregátmérő a fény kevesebb mint 40%-át képes beengedni. A vonaldiagramon jól látható, hogy az üreg mélységének növelésével kisebb mértékű az intenzitáscsökkenés a 0 mm-es üreghez képest, ahogy szűkül a bemenet, tehát a vonalak kevésbé meredekek. A 11. ábra a polimerizációs lámpacsőr pozíciójának, azaz a fény beesési szögének változtatásával járó negatív (36%-nyi intenzitáscsökkenés) hatást ábrázolja.

IV. Megbeszélés

A fogászati kompozitok addíciós szabadgyökös polimerizáción keresztül alakulnak át. Ennek során a műgyantában található monomerek alifás kettőskötései felszakadnak, és térhálós keresztkötésű polimerláncok képződnek. A monomerek alifás szén-szén kettőskötéseinek egyszeres kötéssé való átalakulásának aromás szénszén kettőskötések mennyiségéhez viszonyított %-os arányát nevezzük a polimerizáció mértékének (degree of conversion = DC). Ennek értéke 35-75% között változhat [19, 31]. A fényre kötő kompozitok esetén a polimerizáció a fényexpozíció után is folytatódik. Ez a folyamat posztirradiációs polimerizáció néven ismert, a megvilágítás befejeztével kezdődik, és 24 óra elteltével eléri a végleges polimerizációs mértéket [41]. A kompozitok polimerizációja rendkívül bonyolult folyamat, konverziós fokát számos faktor befolyásolja. Ezek közé tartoznak az anyagból fakadó tényezők, mint az összetétel, a szín, az anyag rétegvastagsága [8, 24]. A polimerizációs lámpa típusa, intenzitása, töltöttsége, a megvilágítás hossza, a lámpa pozicionálása, valamint a lámpa fényvezető vége és az anyag közti távolság szintén fontos faktorok [1, 2, 7, 12]. Az üreg átmérője, lokali-

9. ábra: A LED lámpa fényének intenzitása exponenciálisan csökken az üreg mélységének növekedésével.

10. ábra: Az üreg aljára jutó fény intenzitására nem csupán az üreg mélysége, de annak bemeneti átmérője is hatással van. Az üreg mélységének növelésével és a bemenet szűkítésével egyre kevesebb foton jut el az érzékelőig.

11. ábra: A 90°-tól eltérő szögben tartott fényvezető vég negatívan befolyásolja az üreg aljára jutó fény mennyiségét.

zációja, a szubsztrátum, melyen a fénynek keresztül kell hatolnia (pl: kerámia, zománc, dentin), és nem utolsósorban a hőmérséklet ugyancsak hatással vannak a kompozitok fotopolimerizációjára [3, 4]. Jelenlegi vizsgálatunkban a fent említett tényezők közül az üreg átmérőjének, a fényvezető vég pozicionálásának és a kompozittól való távolságnak a polimerizáló fény intenzitására tett hatását vizsgáltuk. Ez csupán egy közvetett vizsgálat, hiszen a kompozitok polimerizációs mértékét a vizsgált körülmények között nem mértük, csupán a fény mennyiségét, mely az anyag polimerizációját beindítaná. Minél kisebb az üreg átmérője a fénykibocsátó vég méretéhez képest, minél kevésbé éri merőlegesen a fény a kompozitot, és minél távolabb esik a fényforrás az anyagtól, annál kevesebb foton jut a polimerizálandó kompozit felszínére, és egyre kevesebb lesz az a fénymennyiség, mely aztán az anyagon belül, a mélyebb részek kötését beindítja.

Számos tanulmány szerint csökken a fény energiája a kompozitfelszín és a kezelő egység csúcsa közötti távolság növelésével [9, 47]. A távolságnövekedésnek lehetnek fogmorfológiai okai, mint a csücsökmagasság, meredekség, kavitás mélysége. Ezen tényezők megakadályozzák, hogy a lámpát a kompozit felszínéhez a lehető legközelebb helyezzük. Price és mtsai a kezelési távolságot 0 mm-ről 6 mm-re emelve 50%-os csökkenést regisztráltak a fénysugárzás energiájában standard fényvezetőt használva [36]. Ugyancsak Price és mtsai értékelték a különböző megvilágítási módok hatását a mikrokeménységre öt különböző kompozit esetében, 2 és 9 mm-es kezelési távolságokat alkalmazva. A 9 mm-es távolság egy olyan klinikai helyzetet reprezentált, amikor az első, legmélyebb réteget világítják meg egy nagy kiterjedésű másodosztályú kavitás esetén. A távolság ilyen mértékű növelésével szignifikáns csökkenés tapasztalható a keménységben [33]. Thome és mtsai hasonló eredményre jutottak mikrohibrid és nanofill tömőanyagot vizsgálva, amikor a távolságot 0 mm-ről 6 és 12 mm-re növelték a kompozit felülete és a megvilágító eszköz csúcsa között [42]. Folyamatban lévő in vitro vizsgálatunkban 8 mm mély, 5 mm bemeneti átmérővel kialakított üreget szimulálva, különböző típusú kompozitok polimerizációs mértékét mértük micro-Raman spektroszkóppal – a gyártói megvilágítási időt, illetve annak dupláját alkalmazva. A gyártói megvilágítással ebben a mélységben a 2 mm rétegvastagságú, hagyományos tömöríthető kompozit alja csupán 33,4%-ban polimerizálódott. A hagyományos folyékony kompozitot szintén 2 mm vastagságban használva 20%-kal magasabb értéket (53,4%) kaptunk. A 3 vizsgált bulk-fill anyag közül – melyek rétegvastagsága 4 mm –, csupán a Surefil SDR (Dentsply, Milford, DE, USA) tudta szignifikánsan felülmúlni a hagyományos folyékony kompozit értékeit. Érdekesség, mely az anyag öszszetételének hatékony fejlesztését tükrözi, hogy az SDR a 4 mm-es minta alján ugyanazt az értéket (63-64%) érte el, mint a minta tetején. Az expozíciós időt (20 s) a duplájára (40 s) emelve, ugyanezen körülmények között a minták polimerizációs foka anyagtípustól függően 5-15%-ot növekedett mind a minták tetején, mind az alján. Vizsgálatok sora bizonyítja, hogy az expozíciós idő emelése pozitív hatással van a polimerizáció mértékére. Az anyaggal közölt energia mennyisége a meghatározó tényező, melyet megkapunk, ha a lámpa intenzitását megszorozzuk az alkalmazott expozíciós idővel. A képletből adódóan tehát a megvilágítás növelése fokozza az anyaggal közölt energia mértékét. Egy 2 mm rétegvastagságú anyaggal minimálisan 16-24 J/cm2 energiát kell közölnünk, hogy elfogadható mértékben polimerizálódjon az anyag [39, 40]. A fénykibocsátó eszköz csúcsának helytelen, 90°-tól eltérő tartása hatással van a kompozit felületét érő fényexpozícióra [30, 35]. Ez azzal magyarázható, hogy a fény kör alakú megvilágítási területe ellipszisre változik, ami nagyobb felszínt jelent. Nagyobb felszín megfelelő polimerizációjához hosszabb expozíciós idő kell [10]. Price tanulmányában a megvilágító eszköz csúcsát a kezelendő kompozit felületére 45°-os szögben helyezte el, így a fény intenzitása 56%-kal csökkent [34]. Ez a csökkenés a mi esetünkben 36%-os volt, de természetesen ez függ a lámpa típusától, maximális fényintenzitásától, a lámpa töltöttségi szintjétől. Ehhez hozzáadódik, hogy a fénykibocsátás a legtöbb fénykezelő egység esetén nem egyenletes, hiszen az eszköz egyes területei nagy intenzitású fényt bocsátanak ki, míg ugyanazon eszköz más területei alacsonyabb intenzitást produkálnak [37]. Az eltérő lokális sugárzás különböző polimerizációs fokokhoz vezet egy tömőanyag rétegen belül [23]. Ha az üreg bemenete kisebb, mint a fényvezető szár átmérője, akkor a fotonok egy jelentős része el sem jut a megvilágítandó anyaghoz. Ezen kívül a fénynek különböző rétegeken (dentin, zománc, egy másik réteg kompozit, kerámia vagy fém) keresztül kell áthatolnia, hogy a polimerizálandó anyag felszínét elérje, illetve abban penetrálhasson. Ez az indirekt megvilágítás szignifikánsan csökkenti a kompozit felszínét érő sugárzást. A redukció függ az anyag szerkezetétől, vastagságától, transzlucenciájától [45]. Price és mtsai a fényenergia megkötött kompoziton és dentinen keresztüli transzmisszióját vizsgálva azt találták, hogy a kompozit és dentin vastagságának növekedésével csökken a fotonok penetrációs képessége, elnyelődnek, szóródnak, és visszaverődnek az anyag összetételétől függően [36].

V. Összegzés

Közvetett vizsgálatunkkal demonstrálni kívántuk a polimerizációs fény intenzitásának csökkenését olyan körülményeket szimulálva, melyek a mindennapi gyakorlatban gyakran a kompozitok polimerizációjának határt szabnak, csökkentve ezáltal az anyag mechanikai tulajdonságait, fokozva a reagálatlan monomerek kioldódását, hosszú távon pedig rövidítve a restaurátum élettartamát. Ezzel a ténnyel számolnunk kell a tömés készítése során, így a pulpakamra zárásakor, a mélyebb üregek, az approximális ládák ellátásakor, a lámpa csőrénél szűkebb üregeknél, vagy ha hozzáférési nehézség miatt nem tudjuk a rágófelszínre fektetni a fényforrást, a gyártói utasításnál hosszabb expozíciós idővel több energiát közölhetünk a kompozittal, javítva a polimerizációs fokot, így a tömés viselési idejét.