Оксид циркония в протезировании зубов

Д-р Флориан Бойер,
Dr. med dent.
Главный врач поликлиники стоматологического протезирования Людвиг-Максимилиан-Университета,
(Мюнхен, Германия)
Д-р Райнер Л. Шмидт,
Dr. med dent. Директор EU-MEDICA,
руководитель фрезерного центра Безметалловой Керамики отделения Эстетической Медицины Deutschen Klinik,
(Бад Мюндер, Германия)

К зуботехническому материалу для изготовления несъемных ортопедических конструкций предъявляются многочисленные требования.

В первую очередь,  указанные материалы должны обладать, по возможности, высокой химической стабильностью, чтобы не оказывать неблагоприятного влияния ни на прилежащие ткани маргинального 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, трещиностойкость 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 стоматолога, так и пациента.

Керамика давно привлекла внимание стоматологов благодаря своим эстетическим характеристикам. Уже в 1955 Seidel указал на очень высокую по сравнению с металлами биосовместимость керамики. Благодаря  высокой химической стабильности и нерастворимости спекаемые керамические массы считаются самым приемлемым материалом в стоматологии. 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 механическими повреждениями (трещинами или переломами) каркаса.

Виды керамики и оксид циркония

В целом, стоматологические керамики можно подразделить на силикатную керамику, содержащую стеклянную фазу, и поликристаллическую керамику, 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 [5]. 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% меньше 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 оксида. Конструкции из оксида циркония отличаются превосходными механическими свойствам: 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 поликристаллический оксид циркония обладает указанными качествами, в то время как оксид циркония, импрегнированный стеклом, не достигает аналогичных механических параметров. 

Техника CAD/CAM

Внедрение технологии CAD/CAM в зубопротезирование позволяет изготавливать конструкции с высокой точностью и предсказуемо воспроизводимым качеством. Для обработки оксида циркония эта техника используется с 1993. Аббревиатура CAD расшифровывается как компьютерный дизайн (от английского «computer aided design»), а CAM — как компьютерно программируемое изготовление (от английского «computer aided manufacturing»). Сначала поверхность модели должна быть сканирована и конвертирована в цифровое изображение для компьютерной обработки. Сканирование поверхности модели производится либо с помощью механического сканера, либо с применением техники лазерного сканирования (Рис. 2). Затем с помощью соответствующего компьютерного обеспечения проводится цифровое моделирование керамического каркаса, после этого данные для фрезерования передаются в соответствующий CNC-(= computer numerical control) фрезерный станок, и каркас вытачивается из промышленной заготовки оксида циркония

Принципиально имеются 2 варианта подготовки цирконий оксидной заготовки для фрезерования. Фрезерование оксида циркония в полностью агломерированном состоянии после обжига требует применения мощного фрезерного станка для обработки сверхпрочного материала. Это длительный процесс (2 часа на изготовление одной единицы), сопровождающийся быстрым износом рабочих инструментов. В связи с этим в настоящее время обработку оксид циркониевой заготовки в большинстве случаев проводят в предагломерированной, так называемой известковоподобной консистенции, при этом за процессом фрезерования следует процесс спекания. Такая технология позволяет сократить время фрезерования до 10 мин на единицу, а расход инструментов сокращается. Работа с оксидом циркония в известковоподобной консистенции позволяет проводить индивидуальную окраску каркаса в цвет, соответствующей тону дентина, при погружении открыто-пористого каркаса в краситель перед окончательной агломерацией. Процесс обжига придает каркасу окончательные размеры и твердость. Температурная обработка сопровождается усадкой на 20-30 объемных % .

Трудность в работе с «мягким» оксидом циркония состоит в том, чтобы точно предусмотреть усадку каркаса для получения в конечном итоге четкой краевой адаптации конструкции. Существенное влияние на окончательное качество работы оказывает характеристика исходной заготовки: только гомогенные заготовки сокращаются предсказуемо во всех 3 направлениях. В процессе промышленного изготовления заготовки оксид циркония может подвергаться одно-осевому прессованию или так называемому CIP (cold isostatic pressed) —  холодному изостатическому прессованию. В технологии CIP частицы цирконий оксида находятся в виде суспензии в жидкой среде (масле, воде или др.), поэтому в ходе прессования давление распределяется через жидкость равномерно, что обеспечивает высокую гомогенность заготовки. Использование высококачественных заготовок в сочетании с точным сканированием и фрезерованием позволяет изготавливать протяженные (до 14 единиц) мостовидные конструкции с высокой точностью припасовки.

Для завершения изготовления конструкции следует использовать облицовочную керамику с соответствующим каркасу коэффициентом теплового расширения. Большинство исследований свидетельствуют, что прочность соединения облицовочной керамики с цирконий оксидным каркасом выше или равна аналогичным показателям для металлокерамики. При адекватном дизайне каркаса опасность сколов облицовочной керамики минимальна, т.е. равномерный слой облицовочной керамики поддержан материалом каркаса. Еще одно преимущество — это значительная разница между температурой обжига облицовочной керамики (650-750OC) и точкой плавления цирконий оксида (2700OC). Благодаря этому любой риск деформации каркаса во время обжига облицовочной керамики может быть полностью исключен.

Дополнительная обработка и полировка

Прочность на изгиб керамики всегда зависит также от качества поверхности.   Глазурованная керамика всегда прочнее чем шлифованная. Для клинической практики это означает,  что любой вид керамики требует обработки всегда под водяным охлаждением с последующим повторным глазурованием  в лаборатории или повторной полировкой непосредственно у кресла. Важно отметить, что дополнительной обработки и шлифования желательно избегать в области коннекторов каркаса мостовидного протеза из оксида циркония, так как здесь концентрируются самые большие напряжения растяжения.

Припасовка и цветовое соответствие (подбор цвета)

Предельно допустимые значения краевого зазора для коронок находятся в пределах между 100 и 300 мкм. Как свидетельствуют исследования университета Мюнхена, точность краевой адаптации для оксид циркониевых каркасов может приближаться к 30 мкм при использовании современных систем CAD/CAM. Подобное десятикратное сокращение величины краевого зазора по сравнению с предельно допустимой  обеспечивает высокую точность прилегания к протезному полю и надежность цементировки.  Благодаря компьтерно-контролируемому фрезерованию точность изготовления каркаса характеризуется гарантировано высокой точностью и предсказуемостью. 

В отличие от металлического каркаса колпачок из оксида циркония  обладает светопроницаемостью. Светопроницаемость оксид циркониевой заготовки близка к зубной эмали. Коронка на основе оксида циркония имеет цветовые характеристики естественных тканей зуба в проходящем  свете, состоя из более опакового ядра и более прозрачной периферической зоны. Переходная граница между коронкой и тканями зуба фактически не определяется. Безметалловая керамика позволяет избежать всех негативных биологических и эстетических проблем, связанных с металлическим краем, расположенным в области десневой борозды.

Показания для применения оксида циркония

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  и аттачменов  вплоть до всевозможных вариантов супраконструкций. Индивидуальный аббатмент для имплантата и балочные конструкции завершают список возможных показаний. Потенциальные противопоказания  для применения безметалловой керамики на основе оксида циркония — бруксизм и недостаток места по высоте в области коннекторов мостовидного протеза. Площадь зон сочленения отдельных элементов в каркасе мостовидного протеза не должна быть менее 9 мм2. Не рекомендуется изготовление внутрикорневых культевых вкладок из оксида циркония.

Препарирование

Препарирование для каркаса из оксида циркония должно проводиться с отчетливо видимой границей. Допустимые варианты придесневого препарирования — выраженный закругленный уступ (pronounced chamfer) или плечевой уступ (shoulder) с закругленным внутренним линейным углом (переход плеча в боковую стенку). Принципиально возможно также тангенциальное препарирование. Толщина слоя облицовочной керамики сходна с аналогичными показателями для металлокерамики. Представление о необходимости более глубокого препарирование с иссечением большего объема тканей для  цельнокерамических конструкций сегодня можно назвать предубеждением. Поскольку изготовление каркасов из оксида циркония проводится путем вытачивания из цельной заготовки, это обстоятельство следует учитывать в ходе препарирования протезного поля. Недопустимо сохранение острых переходных линейных углов, особенно в области фронтальной группы зубов.  Толщина слоя для  колпачка из оксида циркония может быть сокращена до 0,3 мм для одиночных коронок во фронтальном отделе. Для одиночных коронок в боковой области и для любых опорных зубов желательная минимальная толщина коронки составляет 0,5 мм.  При этом толщина слоя облицовочной керамики должна составлять от 0,6 до 1,0 мм (аналогично металлокерамике). В целом, эта техника является, вероятно, даже более щадящей в отношении тканей зуба по сравнению с металлокерамикой, так как здесь не требуется маскировка металлического каркаса.

Цементировка  реставраций из оксида циркония

После контроля по окклюзии, цвета и апроксимальных контактов реставрация может окончательно цементироваться.  Принципиально прочность оксид циркониевого каркаса допускает фиксацию на временных цементах, что, однако, нерационально по мнению авторов. Всегда существует риск того, что пациент с временно цементированными конструкциями пропусти сроки для окончательной цементировки, а вымывание временного цемента при длительном сроке службы может сопровождаться развитием пришеечного кариеса. Существует также риск повреждения облицовочной керамики, укрепленной на временный цемент.  Вопрос о выборе метода фиксации (адгезивная техника или цементирование) является в настоящее время дискутабельным.  Поддесневое препарирование с прерывающейся непрерывностью эмалевого края по периметру реставрации и риск недостаточной изоляции операционного поля — сильные аргументы в пользу обычного цементирования. Высокая прочность оксида циркония в сочетании возможностью его фиксации на стоматологический цемент выглядит сегодня серьезным доводом в пользу выбора данной технологии из общего спектра безметалловых технологий. Клинически приемлемыми для цементировки оксида циркония являются как цинк-фосфатные цементы (например, Harvard Cement, Richter und Hoffmann/ Berlin/Берлин), замешанный вручную, так и стеклоиономерные цементы в капсулах для машинного смешивания.

Клинические исследования

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 [9]. Таким образом, перспективы применения оксида циркония в качестве универсального материала, позволяющего изготавливать индивидуальные имплантаты, аббатменты и супраструктуры, от одиночной коронки до протяженной (до 14 единиц) мостовидной конструкции, становятся вполне реалистичными. 

Уже сегодня 25% всех коронок и мостовидных протезов в Соединенных Штатах производятся в технологии цельной керамики. Только в период с 2004 до 2005 в США доля цельнокерамических реставраций в общем объеме несъемных ортопедических конструкций повысилось более чем на 50%. В нашем центре Безметалловой Керамики отделения Эстетической медицины в Deutsche Klinik при несъемном протезировании мы рекомендуем керамику на основе оксида циркония практически во всех клинических ситуациях за исключением противопоказаний (бруксизм, выраженный глубокий прикус). В стоматологической поликлинике Людвига-Максимилиан-Университета Мюнхена оксид циркония широко применяется с 1998 и ни в одном случае за прошедшие годы не наблюдалось перелома керамического каркаса.

Ниже представлен типичный клинический пример использования безметалловой керамики на основе оксида циркония.

Пациентка, 43 года, обратилась в клинику с просьбой о замене старого металлокерамического мостовидного протеза. Пациентка имела очень высокий уровень запросов к эстетическим аспектам реставрации, в связи с особенностями  профессиональной деятельности (работа на телевидении в качестве телеведущей). Основными пожеланиями пациентки было улучшение эстетики и более естественный вид зубов и десны. Имевшийся протез не устраивал пациентку в связи с недостаточностью блеска и прозрачности, «неживым» видом зубов.

После тщательного стоматологического обследования с целью исключения противопоказаний для применения безметалловой керамики и беседы с пациенткой о свойствах керамики на основе оксида циркония было принято решение о начале протезирования.

Диагностические модели были изготовлены до удаления старых реставрационных конструкций. После снятия мостовидного протеза с целью формирования десневого края  был изготовлен временный протез, которым пациентка пользовалась в течение 4 мес.

Окончательная подготовка опорных зубов была проведена в соответствии с традиционными принципами препарирования: зубы 11 и 22 были препарированы с циркулярным уступом в виде глубокого закругленного уступа.

Все острые грани и углы были закруглены. Обратите внимание на несколько акцентированную конусность препараций, что облегчает припасовку и способствует оптимизации краевого прилегания при изготовлении каркаса из оксида циркония. После соответствующей пародонтальной подготовки и получения оттисков была проведена регистрация прикуса с помощью байт-регистратора (StoneBite Scan, Dreve Dentamid). Указанный материал специально адаптирован для лазерного сканирования и не требует дополнительной обработки перед сканированием.

После лазерного сканирования моделей с окончательным препарированием с помощью компьютерной программы был смоделирован дизайн каркаса, фрезерование каркаса осуществлено на СNC станке, с последующим нанесением облицовочной керамики.

Пациентка была удовлетворена прозрачностью и цветовыми характеристиками керамики, а также краевой адаптацией в области  десневого края. Ее полностью устроила степень поддержки верхней губы реставрационной конструкцией и гармоничная интеграция нового мостовидного протеза в естественный зубной ряд.

В заключение можно сказать: для клинической практики оксид циркония можно считать надежным, эффективным и инновационный материалом с широким спектром показаний, который   исключительно положительно воспринимается пациентами и подкупает своими эстетическими качествами.