Использование Zr02 в стоматологии

Трансформационно-упрочненные изделия на основе Zr0₂ обладают повышенной прочностью вследствие частичного полиморфного перехода части материала из тетрагональной фазы в моноклинную. Для получения таких изделий необходимы субмикронные порошки с максимальным содержанием тетрагональной фазы. Стабилизация тетрагональной модификации достигается путем введения добавок оксидов, образующих с Zr0₂ твердые растворы замещения. При трансформационном упрочнении керамики стабильность тетрагональной фазы в исходных порошках обеспечивается максимальными размерами зерен и количеством стабилизирующей добавки, что облегчает тетрагональномоноклинное превращение после спекания изделий [14].

С открытием трансформационного упрочнения ЧСДЦ направление решения проблем в области получения прочных и особопрочных керамических материалов существенно изменилось. Большинство передовых стран стали (примерно с 1978 г.) заниматься технологией изготовления изделий из ЧСДЦ, изучением их свойств и возможных областей применения. Кроме ЧСДЦ широко используют керамические материалы системы А1₂0₃ — Zr0₂, в которых диоксид циркония находится в тетрагональной модификации (стабилизатор — 3% оксида иттрия, молярное содержание).

Прочность на изгиб керамики из ЧСДЦ колеблется в широких пределах — от 500 до 2500 МПа в зависимости от технологии получения порошков, методов формования и режима спекания изделий. Наибольшие значения предела прочности при изгибе (до 2000…2500 МПа) и трещиностойкости (более 15 МПа-м ') достигнуты при спекании заготовок из ультрадисперсных порошков методом горячего изостатического прессования (горячее изостатическое прессование, заключающееся в термической обработке материалов при температурах до 2000 °C и всестороннем давлении инертного газа (как правило аргона) до 2000 атм, используется при создании новых материалов и изделий XXI века, для управления микроструктурой и устранения макрои микрополостей, что значительно улучшает комплекс физико-химических свойств формируемых материалов и изделий. Спектр газостатируемых материалов включает керамику, стекло, металлы, композиционные материалы и др., используемые от космической техники до медицины. Считается, что с использованием обычного спекания можно достичь прочности 800… 100 МПа [15].

Достоинствами керамических материалов на основе ЧСДЦ помимо высокой прочности и трещиностойкосги являются значительная твердость, стойкость к износу, низкий коэффициент трения в сочетании с металлами, возможность получения очень высокой чистоты поверхности (Rдо 0,01 мкм). Из этой керамики изготавливают разнообразные нитеводители в фильеры, режущий и сверлильный инструменты для обработки металлов и древесины, медицинский инструмент, подшипники, пары трения, детали автомобилей, износостойкие изделия любого назначения, изделия с разнообразной пористостью и высокой прочностью и др. Недостатками керамики из ЧСДЦ считают возможное уменьшение се прочности в ходе длительных нагревов при температуре 250…350 °С, особенно в условиях повышенной влажности из-за вымывания оксида иттрия, а также снижение прочности при повышенных температурах (до 1000 °С) более чем на 60%.

К зуботехническому материалу для изготовления несъемных ортопедических конструкций предъявляются многочисленные требования. В первую очередь, такие материалы должны обладать, по возможности, высокой химической стабильностью, чтобы не оказывать неблагоприятного влияния ни на прилежащие ткани пародонта, ни на состояние организма в целом. В то же время материал должен характеризоваться высокими показателями механической прочности, особенно в отделах, подвергающихся максимальной окклюзионной нагрузке. Механическая прочность определяется такими параметрами, как прочность на изгиб, трещиностойкосгь и структурная прочность. Желательной характеристикой является также низкая теплопроводность, и, наконец, не последним свойством можно считать «белый» цвет материала, сходство с цветовыми характеристиками естественных тканей зуба.

Высокотехнологичная керамика на основе оксида циркония, которая используется в стоматологии с 1993, похоже, объединяет все эти качества, максимально соответствуя запросам как врача-стоматолога, так и пациента. Керамика давно привлекла внимание врачей-стоматологов благодаря своим совершенным эстетическим характеристикам. Биосовместимость керамики по сравнению с металлами многократно выше. Благодаря высокой химической стабильности и нерастворимости спекаемые керамические массы считаются максимально приемлемым материалом в стоматологии. Многочисленные благоприятные клинические результаты подтверждаются гистологически: показано, например, что после двухмесячного контакта с высокоглазурованной керамикой в слизистой оболочке полости рта не выявлено каких-либо патологических изменений, тогда как золотые сплавы высокой пробы в прямом контакте со здоровой слизистой оболочкой полости рта вызывали определяемые гистологические изменения в поверхностных слоях эпителия.

За последние годы совершенствование керамических систем, применяемых в несъемном протезировании, происходило стремительными темпами. Целью разработчиков было создание надежной и эффективной инновационной системы, которая бы позволила изготавливать не только одиночные коронки, но и протяженные мостовидные конструкции, способные обеспечить высокоэстетичные и стабильные клинические результаты, без угрозы клинических осложнений, связанных с различными механическими повреждениями каркаса, то есть трещинами и переломами.

В целом всю керамику, используемую в стоматологии, можно подразделить на силикатную, содержащую стеклянную фазу, и поликристаллическую, содержащую только кристаллические частицы. Силикатные виды керамики, прежде всего, облицовочная керамика, применяются при изготовлении адгезивно-фиксируемых керамических конструкций, таких как виниры, вкладки и коронки для фронтальных зубов, то есть в тех случаях, когда особенно высоки требования к прозрачности материала и соответствия внешнему виду естественных зубов. Недостаток механической стабильности для этого типа керамики компенсируется либо за счет металлического каркаса, либо с помощью прочного адгезивного сцепления керамики с опорными тканями зуба. Однако силикатные керамики не полностью удовлетворяют требованиям механической прочности при изготовлении несъемных конструкций для боковой группы зубов, а попытки создания систем упрочения связи облицовочной керамики с металлическим каркасом до настоящего времени еще недостаточно эффективны.

Альтернативным подходом явилась разработка цельнокерамических систем, аналогичных металлокерамике. Они имеют каркас из высокотехнологичной керамики на основе оксида алюминия или оксида циркония (собственно, химически точное определение — цирконий диоксид) и облицовку из силикатной керамики. Для применения в стоматологии оксид циркония сплавляют с иттрием, чтобы стабилизировать так называемую тетрагональную фазу. При разных температурах оксид циркония существует в разных кристаллических фазах. Наибольший интерес для практической стоматологии представляют, прежде всего, такие фазы, как тетрагональная и моноклинальная фаза. Тетрагональная фаза имеет объем на 4% меньший, чем моноклинальная. В каркасе из оксида циркония присутствуют обе фазы, причем материал стремится, прежде всего, к моноклинальной фазе при комнатной температуре. Если в каркасе развивается трещина, стабилизированные иттрием тетрагональные частицы превращаются в моноклинальные, что приводит к повышению объема. Благодаря подобному фазовому преобразованию в керамике возникает напряжение сжатия, которое в идеале приводит к прекращению прогрессирования трещины. Этот процесс определяют как трансформационное усиление или «эффект подушки безопасности» цирконий диоксида. Конструкции из оксида циркония отличаются превосходными механическими свойствами: высокие показатели прочности на изгиб и трещиностойкости до настоящего времени значительно превышают аналогичные показатели для других используемых в несъемном протезировании материалов. Важно учитывать, что только чистый поликристалличсский оксид циркония обладает указанными качествами, в то время как оксид циркония, импрегнированный стеклом, нс достигает аналогичных механических параметров.

Современные технологии, работающие с оксидом циркония, позволяют изготавливать каркасы как для одиночных коронок, так и для мостовидных конструкций протяженностью, в зависимости от вида оксида циркония, от 3 до 14 единиц. При изготовлении опирающихся протезов с замковыми креплениями область применения оксида циркония включает широкий спектр показаний от колпачков первичных коронок для телескопических конструкций вплоть до всевозможных вариантов конструкций. Потенциальные противопоказания для применения керамики на основе оксида циркония — недостаток места по высоте в области коннекторов мостовидного протеза. Площадь зон сочленения отдельных элементов в каркасе мостовидного протеза не должна быть менее 9 мм'. Не рекомендуется изготовление внугрикорневых кульгевых вкладок из оксида циркония.

В настоящее время уже имеются результаты отдаленных (5- и 7-летних) исследований клинической эффективности протезирования керамикой на основе оксида циркония. При изготовлении разборных (телескопических и замковых) конструкций доказана эффективность оксида циркония для изготовления первичных конструкций. Недавние клинические и экспериментальные исследования свидетельствуют также о том, что применение оксида циркония как материала для аббатментов имеет явные преимущества. В данный момент больший интерес представляет индивидуальное изготовление имплантатов. В медицинской литературе имеются данные о положительном опыте применения оксида циркония в имплантологии. Таким образом, перспективы применения оксида циркония в качестве универсального материала, позволяющего изготавливать индивидуальные имплантаты, их составные части — от одиночной коронки до протяженной (до 14 единиц) мостовидной конструкции, становятся вполне реалистичными. Уже сегодня более 25% всех коронок и мостовидных протезов на Западе производятся по технологии цельной керамики. Только в период с 2004 г. по 2005 г. доля цельнокерамических реставраций в общем объеме несъемных ортопедических конструкций повысилась более чем на 50%.

Для клинической практики оксид циркония можно считать самым надежным, эффективным и инновационным материалом с широким спектром показаний, который исключительно положительно воспринимается многими пациентами и подкупает своими совершенными эстетическими качествами.

В течение нескольких лет после разработки и выпуска на рынок первого керамического материала на основе оксида циркония для изготовления каркасов коронок и мостовидных протезов основное внимание ученых и практических специалистов было сосредоточено на исследовании стабильности его характеристик. После того как было доказано, что реставрации из оксида циркония обладают достаточно высокой долговечностью, наибольший интерес у стоматологов и зубных техников стали вызывать практические аспекты изготовления цельнокерамических реставраций и эстетические характеристики облицовочных материалов на основе оксида циркония. Использование современных керамических материалов на основе Zr0₂ позволяет изготавливать реставрации с великолепными эстетическими характеристиками.

Говоря о переходе от металлокерамики к цельнокерамическим реставрациям из оксида циркония, можно отметить, что любой металлический каркас значительно затрудняет воспроизведение индивидуальных особенностей взаимодействия света с твердыми тканями естественных зубов. Однако при наличии достаточного свободного пространства и здоровых десен все эстетические недостатки металлических каркасов удается полностью компенсировать за счет использования высококачественных облицовочных керамических материалов. К сожалению, в подавляющем большинстве клинических случаев исходные условия далеки от идеальных. В таких случаях предпочтение следует отдавать цсльноксрамичсским реставрациям, поскольку их эстетические характеристики в гораздо меньшей степени зависят от особенностей исходной клинической ситуации.

Практические исследования и клинические испытания свидетельствуют о том, что использование современных керамических материалов на основе оксида циркония позволяет изготавливать реставрации с великолепными эстетическими характеристиками.

Благодаря высокой механической прочности керамика на основе оксида циркония является чрезвычайно перспективным конструкционным материалом. По своим эстетическим характеристикам цельнокерамические реставрации из оксида циркония значительно превосходят традиционные металлокерамические аналоги. Еще одним достоинством керамики на основе диоксида циркония является очень широкая область применения, которая включает в себя изготовление любых одиночных реставраций и достаточно протяженных мостовидных протезов для передних и жевательных зубов. Долгое время считалось, что по своим эстетическим характеристикам оксид циркония заметно уступает другим керамическим конструкционным материалам. Сегодня на основе собственных многочисленных опытов можно утверждать, что использование каркасов из оксида циркония в сочетании с современными облицовочными материалами позволяет с высокой точностью воспроизвести особенности взаимодействия света с многослойной структурой твердых тканей естественных зубов. Воспроизведение этого взаимодействия является важнейшим условием обеспечения эстетического совершенства стоматологических реставраций.

В настоящее время все большее значение приобретает биологическая совместимость. Керамические восстановления признаны биологически совместимыми и абсолютно соответствуют желаниям пациентов иметь не содержащие металлов реставрации. Такие восстановления в отличие от металлических и с эстетической точки зрения полностью соответствуют требованиям сегодняшнего времени. Как материал, керамика или фарфор, предлагает целый ряд значительных преимуществ. Он имеет цвет естественных зубов, прозрачен, биологически совместим с организмом человека, не содержит металлов и поэтому очень хорошо комбинируется с имеющимися металлическими пломбами и протезами. В стоматологии керамика используется уже более 100 лет. Прочность на излом восстановления является важным клиническим аспектом. Не менее важна и прочность к стиранию восстановлений по отношению к антагонистам. По опыту прошлого керамике часто приписывают «повышенные абразивные свойства». Однако керамика бывает разной. Понятие «керамика» покрывает огромный спектр материалов, среди которых и материал для изготовления посуды, и применяемый в космонавтике высококачественный материал, из которого, например, изготовлен жаропрочный щит на американском космическом корабле многоразового использования. Применяемая в стоматологии керамика тоже бывает разной. Современные материалы соответствуют всем требованиям стоматологов к прочности на излом, абразивным свойствам, эстетике и обрабатываемости.

Цельнокерамические заготовки, полученные в промышленных условиях, имеют более гомогенное распределение частиц по сравнению с керамикой, производимой в лабораториях. Например, керамические блоки VITABLOCS Mark II (VITA) существуют уже более 10 лет, и изготовленные из них миллионы реставраций зарекомендовали себя с самой лучшей стороны. Этот материал представляет собой мелкодисперсную, обогащенную оксидом алюминия керамику из полевого шпата, средний размер частиц которой составляет 4 мкм. Промышленное изготовление керамических блоков позволяет в отличие от обжигаемой послойно лабораторной керамики получить материал со значительно более тонкой кристаллической структурой. Восстановления из этого материала обладают абразивными свойствами, присущими естественной эмали зуба. Прочность на изгиб материала составляет около 120… 154 МПа. Материал великолепно полируется и обрабатывается. Результаты многочисленных исследований керамики VITABLOCS Mark II подтверждают названные свойства этого материала.

Керамика ProCAD (Ivoclar) представляет собой изготовленный в промышленных условиях и поэтому очень гомогенный, усиленный лейцитом стоматологический материал. ProCAD разработан с учетом многолетнего опыта использования стоматологической керамики. Этот материал также отличается безупречной эстетикой, естественной прозрачностью, большой стойкостью к рентгеновскому излучению, простотой обработки и полировки, а также высокой прочностью на излом (сведения изготовителя: 140…200 МПа).

Материал In-Ceram Alumina и In-Ceram Zirconia представляет собой керамику на основе оксида алюминия и циркония соответственно, а материал In-Ccram Spincll — керамику на основе оксида магния и алюминия. Они применяются для изготовления каркасов коронок и мостов, которые сначала подвергаются инфильтрации стеклом, а затем облицовываются в лаборатории. В результате получаются восстановления с прочностью на изгиб, превышающей аналогичный показатель восстановлений из обычной стоматологической керамики в 3−4 раза. Абсолютно надежными материалами для каркасов мостовидных протезов бокового участка челюстей являются In-Ccram YZ CUBES (VITA) и оксид циркония Cercon (DeguDent).

Цельнокерамические мосты выглядят более естественно, полностью приближаясь к натуральным зубам. Это можно наблюдать при прохождении света через фронтальные зубы и десна.

При изготовлении цельнокерамических коронок фронтальных зубов легко получить полное соответствие реставрации естественным зубам, стоящим в зубном ряду. Но и в области боковых зубов цельнокерамические коронки являются отличным решением. Также нет нарушения проведения света, нет необходимости в металлическом каркасе с опаком, отсутствуют отрицательные эффекты металлических реставраций (тепловое расширение и взаимодействие с другими элементами), исключены аллергические реакции.