Univerzální adheziva - nový směr vývoje adhezivních systémů

Souhrn

Předmět sdělení: V posledním desetiletí bylo na trh uvedeno mnoho nových adhezivních systémů označovaných jako univerzální. Tato nová skupina se vyznačuje možností aplikace na tvrdé zubní tkáně v samoleptacím módu i v kombinaci s leptáním kyselinou fosforečnou a umožňuje také vazbu k různým rekonstrukčním materiálům. Zároveň je použití univerzálních adheziv velmi rychlé a snadné, neboť se aplikují v jednom kroku. Protože bylo o jejich vlastnostech publikováno mnoho prací, je cílem tohoto přehledového článku kriticky zhodnotit dosavadní poznatky o vlastnostech univerzálních adheziv a jejich vazbě k různým materiálům.

Závěry: Zjednodušení pracovního postupu s sebou přináší četné problémy vycházející z nutnosti smísit všechny potřebné složky do jedné lahvičky. V důsledku obsahu hydrofilních monomerů, vody a těkavých rozpouštědel je adhezní vrstva univerzálních adheziv více náchylná k průniku vody, což snižuje dlouhodobou stabilitu adhezního spoje, který snáze podléhá hydrolytické a enzymatické degradaci. Univerzální adheziva rovněž mají svá omezení pro vazbu k některým materiálům a vyžadují předcházející povrchové úpravy. Pro zlepšení pevnosti vazby ke sklovině se doporučuje její selektivní leptání kyselinou fosforečnou, neboť samoleptací účinek univerzálních adheziv nemusí být dostatečný. U dentinu je naopak výhodné použití v samoleptacím módu, neboť laboratorní studie ukazují lepší dlouhodobou stabilitu adhezního spoje v porovnání s etch-and-rinse módem. Pro dosažení kvalitní vazby ke sklokeramickým materiálům je vhodné před aplikací univerzálních adheziv v samostatném kroku nanést silanizační činidlo, protože silany obsažené v některých univerzálních adhezivech v kyselém prostředí hydrolyzují a ztrácejí schopnost chemické vazby. Zirkoničitá keramika pak vyžaduje mechanickou úpravu povrchu air-abrazí, neboť samotnou chemickou vazbou nelze dosáhnout ideálního výsledku. Univerzální adheziva lze tedy využít v širokém rozsahu indikací, ale je nutné respektovat jejich slabiny a limitace.

Klíčová slova:

adheze – univerzální adheziva – sklovina – Dentin – keramika – kompozitní materiály – review

ÚVOD

Adhezivní stomatologie se v posledních desetiletích podstatně rozvinula a umožnila v mnoha indikacích vysoce estetická a minimálně invazivní ošetření [1, 2]. Překonání rozdílů mezi hydrofilními vlastnostmi dentinu a hydrofobními vlastnostmi rekonstrukčních materiálů pomocí adhezivních systémů však vyžaduje pracný a k chybám náchylný postup. Jedním ze současných trendů vývoje adhezivních technologií je proto snaha o maximální zjednodušení a zkrácení aplikace adheziv, což vedlo k vývoji adheziv označovaných jako univerzální. Přestože oficiální definice této skupiny neexistuje, většinou se jedná o jednolahvičkové systémy, které lze aplikovat na tvrdé zubní tkáně jak v samoleptacím, tak i etch-and-rinse módu. Mezi charakteristické znaky univerzálních adheziv patří také schopnost vytvářet vazbu s téměř všemi rekonstrukčními materiály. V posledních deseti letech bylo o jejich vlastnostech publikováno mnoho odborných textů a komerčních informací, v nichž je obtížné se orientovat. Cílem tohoto přehledového článku je dostupné informace kriticky zhodnotit a shrnout poznatky v oblasti univerzálních adheziv a jejich adheze k různým materiálům.

KLASIFIKACE ADHEZIVNÍCH SYSTÉMŮ

Problematika dělení adhezivních systémů byla již rozsáhle popsána [3], proto bude v tomto příspěvku pouze stručně zrekapitulována. Jako nejpřehlednější se jeví dělení podle způsobu leptání, které může být provedeno buď kyselinou fosforečnou (etch-and-rinse adheziva), nebo kyselými metakrylátovými monomery (samoleptací adheziva). Tyto základní skupiny se dále dělí podle počtu kroků, které jsou součástí aplikace adhezivního systému. U jednotlivých skupin je pro úplnost uvedeno i zařazení do generací podle chronologického dělení.

Etch-and-rinse adheziva

Doslovný překlad anglického „etch and rinse“ znamená leptat a oplachovat, jde tedy o adheziva, která vyžadují aplikaci leptadla a jeho následný oplach. Nejčastěji se používá 32–40% kyselina fosforečná ve formě gelu, která z povrchu skloviny a dentinu odstraní preparační drť (smear layer) a vytvoří reliéf vhodný pro mikromechanickou vazbu (obr. 1, 2). Ta v případě skloviny vzniká zatečením adheziva do povrchových nerovností vytvořených selektivním rozpouštěním minerálních složek skloviny a jeho polymerací. V případě dentinu vzniká infiltrací odhalených kolagenních vláken monomery adhezivního systému a jejich polymerací takzvaná hybridní vrstva [4] zajišťující vazbu k této tkáni. Odstraněním smear layer také dochází k otevření ústí dentinových tubulů, v nichž zatečením a polymerací adheziv vznikají resin tags (pryskyřičné výběžky) přispívající k pevnosti vazby.

Etch-and-rinse adheziva jsou dostupná ve dvou variantách. Tříkrokové systémy (4. generace) se skládají ze: 1. leptání kyselinou fosforečnou, 2. aplikace „primeru“ obsahujícího hydrofilní monomery a rozpouštědla a 3. aplikace „bondu“ s obsahem hydrofobních monomerů. Dlouhodobé výsledky ukázaly velmi dobrou klinickou spolehlivost těchto systémů [5], proto v současné době představují standard, s nímž jsou nové produkty srovnávány. Dvoukroková etch-and-rinse adheziva (5. generace) spojují primer a bond do jedné lahvičky za účelem zjednodušení pracovního postupu. V současné době se využívají zřídka, protože zvýšená hydrofilita směsi primeru s bondem [6] se projevila zhoršením klinických výsledků [5].

Samoleptací adheziva

Průlom v adhezivních technologiích znamenalo zavedení samoleptacích primerů obsahujících kyselé metakrylátové monomery [7, 8], které mají schopnost demineralizovat tvrdé zubní tkáně. Díky tomu, že leptání a priming probíhají současně, je omezeno riziko nedostatečné impregnace kolagenních vláken a vzniku nanoleakage, mikroskopických netěsností v hybridní vrstvě [9]. Použití samoleptacích primerů je jednodušší, významně snižuje časovou náročnost adhezivní přípravy a eliminuje kritický krok sušení naleptaného dentinu po oplachu kyseliny fosforečné. Mezi výhodami samoleptacích adheziv se uvádí i nižší pooperační citlivost ve srovnání s leptáním kyselinou fosforečnou, která kompletně odstraňuje smear layer a otevírá ústí dentinových tubulů [10].

Stěžejní vliv na kvalitu adheze samoleptacích systémů má jejich pH [10, 11]. Velmi kyselá (pH<1) a středně kyselá adheziva (pH≈1–2) vykazovala podobný leptací efekt jako kyselina fosforečná a dosahovala na sklovině slibných výsledků. Jejich vazba k dentinu však nebyla dlouhodobě stálá z důvodu zvýšené difuze vody do hybridní vrstvy. V ní zůstávala depozita hydrolyticky nestabilních solí vzniklých při leptání a osmotický gradient, který se vyvinul mezi dentinem a hybridní vrstvou, působil její urychlený rozklad [12]. V současnosti se proto používají téměř výhradně mírně až velmi mírně kyselá adheziva (pH≈2–3), která jsou schopna hybridizovat smear layer a dentin do hloubky přibližně 1 μm. To je sice výrazně méně než v případě leptání kyselinou fosforečnou, která demineralizuje dentin do hloubky přibližně 5–10 μm, laboratorní a klinické výsledky této skupiny jsou však velmi dobré, srovnatelné s tříkrokovými etch-and-rinse systémy [5]. U velmi mírně kyselých adheziv, jejichž demineralizační účinek je na sklovině nedostatečný, se doporučuje její selektivní předleptání kyselinou fosforečnou, zvláště pokud sklovina nebyla před aplikací adheziva preparována [13].

Samoleptací adheziva lze dělit na dvoukroková (6. generace) a jednokroková (7. generace). Dvoukrokové systémy se skládají ze 1. samoleptacího primeru a 2. hydrofobního bondu, u jednokrokových se obě složky aplikují najednou. Jednokroková adheziva obsahují značné množství rozpouštědel, která musí být důkladně vysušena, proto je pro tyto systémy typická velmi tenká adhezní vrstva (obr. 3). Přestože většina nynějších jednokrokových systémů je jednolahvičková, některá adheziva se skládají ze dvou lahviček s tím, že se odměřená množství obou komponent smísí těsně před aplikací. Tato alternativa sice může odstranit problémy s dlouhodobou stabilitou všech složek smíchaných do jedné lahvičky, neřeší však hlavní nedostatek jednokrokových systémů – vyšší hydrofilitu adhezní vrstvy a v jejím důsledku zvýšený průnik vody do její struktury, který může vést k nižší dlouhodobé odolnosti adhezního spoje [10].

UNIVERZÁLNÍ ADHEZIVA

Univerzální adheziva se svým složením podobají jednokrokovým samoleptacím systémům, jejich použití je proto velmi jednoduché a rychlé. Odlišují se zejména možností použití jak v samoleptacím, tak etch-and-rinse módu, proto jsou někdy nazývána také „vícemódová“ adheziva [14, 15]. Vyjma tvrdých zubních tkání lze univerzální adheziva použít i pro vazbu k většině rekonstrukčních materiálů. V klinické situaci má být výhodou této všestrannosti možnost přizpůsobení postupu různým klinickým situacím bez nutnosti použití více adhezivních systémů.

Hlavní podíl na všestrannosti univerzálních adheziv má monomer 10-MDP (10-metakryloyl-oxydecyl dihydrogenfosfát), který se chemicky váže na vápenaté ionty hydroxyapatitu. Díky tomu, že jsou vápenaté soli 10-MDP málo rozpustné ve vodě, je jeho chemická vazba k tvrdým zubním tkáním dlouhodobě stabilní [16]. Na stabilitě této vazby se zřejmě podílí také jev zvaný nanolayering, pravidelné uspořádání 10-MDP aplikovaného na tvrdé zubní tkáně do 4nm vrstviček, pozorovaný pomocí transmisní elektronové mikroskopie [17]. Výhodou 10-MDP je i jeho schopnost adheze k rekonstrukčním materiálům, například zirkoničité keramice [18, 19]. Pro použití v ještě širším spektru klinických situací některá univerzální adheziva obsahují i silany, které zvyšují schopnost adheze ke křemičitým strukturám kompozitních a některých typů keramických materiálů, a iniciátory chemické polymerace, jež umožňují polymeraci i za omezeného přístupu světla.

Nutnost smísit všechny potřebné složky do jedné lahvičky s sebou však může přinášet několik nevýhod. Jako nejzásadnější z nich se jeví vyšší výsledná hydrofilita adhezní vrstvy těchto systémů v důsledku přítomnosti hydrofilních monomerů, nedokonale odpařené vody a zbytků rozpouštědel v celém jejím objemu. Nejčastěji používaným hydrofilním monomerem je 2-hydroxyetyl metakrylát (HEMA), který je nezbytný pro infiltraci vlhkého dentinu, zároveň však zvyšuje sorpci vody, zhoršuje mechanické vlastnosti a kvalitu polymerace adheziv [20]. Přesto HEMA nelze jednoduše vyloučit, neboť v jednolahvičkových systémech svou amfifilní povahou dovoluje rozpouštět hydrofobní metakryláty ve směsích s vodou, která je v samoleptacích systémech nutná pro ionizaci kyselých skupin monomerů. Adheziva bez obsahu HEMA sice mají nižší sorpci vody [21], ale byla u nich popsána fázová separace [22], tedy vytvoření kapiček vody odmísených od hydrofobních metakrylátů (obr. 4), což může negativně ovlivnit vlastnosti adheziva. Některé novější materiály proto HEMA ve svém složení částečně či úplně nahrazují monomery s amidovými skupinami, které fázové separaci zabraňují [23, 24], zároveň však ve srovnání s HEMA jsou méně hydrofilní [25], dosahují vyššího stupně polymerace [24] a mají zvýšenou dlouhodobou odolnost [23, 24].

Podstatnou roli v kvalitě adhezního spoje hraje přítomnost vody a organických rozpouštědel. Rozpouštědla svou nízkou viskozitou a hydrofilitou zlepšují infiltraci tvrdých zubních tkání monomery a zároveň usnadňují odpařování vody [26]. Nejčastěji se používají alkoholy (etanol, méně terc-butanol či izopropanol) a aceton, které mohou tvořit až 80 % hmotnosti adheziv. V klinické situaci však nelze dosáhnout jejich kompletního odpaření a jejich zbytky mohou negativně ovlivňovat kvalitu polymerace adhezní vrstvy a zvyšovat její propustnost [27–29]. To je rovněž jeden z důvodů horších výsledků univerzálních oproti vícekrokovým systémům, kde většinu adhezní vrstvy tvoří bond s vyšším obsahem hydrofobních monomerů zabraňujících průniku vody.

V důsledku hydrofility a vyšší propustnosti adhezní vrstvy byl u jednokrokových systémů pozorován zvýšený výskyt nanoleakage [10]. Mikroskopické studie navíc odhalily water-treeing, popisovaný jako vznik sítě drobných kanálků umožňujících průnik vody do adhezní vrstvy [30]. Všechny tyto faktory mohou urychlovat hydrolytickou degradaci adhezního spoje, a tudíž zhoršovat jeho dlouhodobou odolnost [12, 31, 32]. Mimo to může kombinace všech komponent adheziv do jedné směsi snižovat jejich trvanlivost, neboť esterová vazba běžně používaných metakrylátů je v kyselém prostředí náchylná k hydrolýze [33]. V tomto ohledu se jako odolnější jeví étery metakrylátů a kyseliny fosforité a bisakrylamidové dimetakryláty, které jsou hydrolyticky stabilnější [33]. Při nevhodném skladování může být životnost těchto adheziv rovněž ovlivněna odpařováním těkavých rozpouštědel, zejména acetonu, proto je nezbytné lahvičky po použití ihned uzavírat, nevystavovat vysokým teplotám a skladovat za podmínek doporučených výrobcem.

VAZBA UNIVERZÁLNÍCH ADHEZIV K RŮZNÝM MATERIÁLŮM

Adhezivní systémy v zubním lékařství slouží ke spojování široké škály materiálů. Ty zahrnují primárně tvrdé zubní tkáně, dále kompozitní materiály, různé druhy keramiky, některé slitiny kovů a další. Už z důvodu velmi odlišných charakteristik těchto materiálů je univerzální adhezivní postup obtížně dosažitelný. Na vytvořenou vazbu jsou navíc kladeny velké nároky, neboť adhezní spoj musí mít dostatečnou pevnost a být dlouhodobě stálý i v agresivním prostředí dutiny ústní.

Adheze ke sklovině

Acidita, a tím i leptací schopnost univerzálních adheziv je oproti kyselině fosforečné nižší, což v kombinaci s kratší dobou jejich aplikace negativně ovlivňuje kvalitu adheze těchto adheziv ke sklovině. Metaanalýza laboratorních studií ukázala, že počáteční pevnost vazby univerzálních adheziv ke sklovině i její dlouhodobá odolnost se statisticky významně zvýšily, jestliže byla sklovina před aplikací univerzálních adheziv naleptána [14, 34–36]. Alternativní strategie ke zlepšení kvality adheze ke sklovině pak zahrnují prodlouženou [37] či opakovanou [38] aplikaci univerzálního adheziva.

Adheze k dentinu

Jednou z vlastností univerzálních adheziv je možnost aplikace na dentin v samoleptacím i etch-and-rinse módu. Pevnost vazby k dentinu v obou módech byla porovnávána v mnoha pracích, přičemž metaanalýzy krátkodobých výsledků, získaných nejčastěji po 24 hodinách, neukázaly mezi oběma módy významný rozdíl [14, 39]. Pouze u velmi mírně kyselého All-Bond Universal (pH 3,1; Bisco, Schaumburg, IL, USA) leptání kyselinou fosforečnou statisticky významně zvýšilo pevnost vazby [14]. V některých studiích však byl pozorován negativní vliv leptání kyselinou fosforečnou na dlouhodobou odolnost adhezního spoje [32, 40–42]. Je to zřejmě z důvodu nedostatečné infiltrace demineralizované zóny v etch-and-rinse módu [43], která může mít za následek urychlenou hydrolytickou degradaci polymerní sítě adhezivních monomerů a enzymatický rozklad nechráněného kolagenu matrixovými metaloproteinázami a cysteinovými proteázami [31]. Odstranění smear layer a otevření dentinových tubulů může zvýšit i pooperační citlivost a zhoršit vlastnosti adheziva v důsledku prosakování tubulární tekutiny [10, 44]. Je proto vhodné leptání kyselinou fosforečnou omezit pouze na sklovinný okraj.

Dalším možnostem, jak zlepšit adhezi univerzálních adheziv, se věnovala řada studií. Ukázalo se, že aktivní [45, 46] či prodloužená [25] aplikace mohou zlepšit pevnost vazby, pravděpodobně z důvodu lepší penetrace adheziva do struktury ošetřovaného dentinu. To je v kontrastu s „no-waiting“ konceptem nabízeným výrobci některých univerzálních adheziv, který doporučuje po aplikaci okamžitou evaporaci rozpouštědel a polymeraci adheziva. Laboratorní studie však tento koncept nepodporují [47, 48]. Jiné studie cílily na eliminaci negativního vlivu zvýšené hydrofility univerzálních adheziv. Pro lepší evaporaci rozpouštědel se osvědčilo prodloužit fázi vysoušení [27, 49] nebo také použít horký vzduch [50]. Mezi náročnější postupy se řadí například deproteinizace smear layer, např. pomocí NaClO, jejímž cílem je eliminovat organickou složku hybridní vrstvy náchylnou na degradaci a zlepšit chemickou vazbu k dentinu [51]. Úskalím této metody jsou zbytkové kyslíkové radikály ve struktuře dentinu, které vznikají rozkladem NaClO a negativně ovlivňují polymeraci adheziv. Pro zlepšení pevnosti vazby musí tyto radikály být v dalším kroku rozloženy redukčními činidly [52]. Návratem ke dvoukrokovým samoleptacím systémům je použití bondů s obsahem hydrofobních monomerů k překrytí univerzálních adheziv aplikovaných v prvním kroku. Ve většině studií tento postup vedl ke zlepšení dlouhodobé stability adhezního spoje [23, 53–56]. Míra jejich vlivu se však lišila v závislosti na použitém materiálu a na tom, zda univerzální adheziva byla, či nebyla před aplikací bondu zpolymerována [53, 54]. Použitá univerzální adheziva a bondy, zejména jejich fotoiniciační systémy, však nemusí být vzájemně kompatibilní [53], a proto je nelze libovolně kombinovat.

Adheze ke sklokeramickým materiálům

U sklokeramických materiálů je pro zvýšení adheze nutné leptáním vytvořit vhodný povrchový mikroreliéf kyselinou fluorovodíkovou, která napadá křemičitou strukturu skla [57]. Koncentrace kyseliny fluorovodíkové i doporučovaná doba leptání závisí na typu sklokeramiky a řídí se doporučením jejích výrobců. Pro dosažení chemické vazby je doporučováno v následujícím kroku aplikovat trialkoxysilany, nejčastěji 3-metakryloxypropyltrimetoxysilan (MPTS) [58]. Hydrolýzou alkoxyskupin a jejich reakcí s povrchovými silanolovými skupinami skelné fáze se MPTS chemicky zakotví na povrchu keramického materiálu a polymerací se svou metakrylovou skupinou propojí s monomery adheziva [59]. Silany jsou rovněž obsaženy v některých univerzálních adhezivech, jejich účinnost je však zpochybňována. V kyselém prostředí obsahujícím vodu totiž nejsou stabilní, předčasně hydrolyzují a kondenzují v oligomery, čímž ztrácejí svou schopnost vazby ke křemičitým strukturám [60, 61]. Několik studií prokázalo, že pevnost vazby univerzálního adheziva obsahujícího silan ke skelné keramice byla výrazně nižší, než pokud jeho aplikaci předcházelo použití silanizačního činidla v samostatném kroku [60–63]. Alternativou je přimíchání MPTS k adhezivu těsně před jeho aplikací, pouhý jeden den skladování takové směsi však silan opět deaktivoval [60]. Z toho vyplývá, že na obsah silanu v univerzálním adhezivu nelze spoléhat a je třeba ho aplikovat samostatně.

Adheze k zirkoničité keramice

Díky svým velmi dobrým mechanickým vlastnostem se zirkoničitá keramika používá v klinické praxi stále častěji. Na rozdíl od keramických materiálů s obsahem skelné fáze není možné zirkoničitou keramiku účinně leptat kyselinou fluorovodíkovou [57]. Z tohoto důvodu bylo testováno mnoho alternativních povrchových úprav k dosažení optimální adheze [64, 65]. Nejčastěji se využívá air-abraze částicemi Al₂O₃ následovaná aplikací speciálních keramických primerů na bázi 10-MDP, který má schopnost vytvářet s oxidem zirkoničitým chemickou vazbu [18, 19]. Alternativou je použití částic Al₂O₃ pokrytých SiO₂ (tribochemical silica coating, dále TSC) a následná aplikace silanizačního činidla. Tyto metody kombinující mechanickou a chemickou povrchovou úpravu zirkoničité keramiky poskytují podle metaanalýzy dosavadních laboratorních studií adhezi s nejvyšší pevností a dlouhodobou stabilitou [65]. Protože většina univerzálních adheziv obsahuje 10-MDP, byly úspěšně testovány jako prostředky k dosažení chemické vazby k air-abradované zirkoničité keramice [66–70]. Klinická stabilita adheze univerzálních adheziv k zirkoničité keramice však zatím nebyla dostatečně prozkoumána.

Adheze k materiálům na bázi pryskyřic

Univerzální adheziva lze využít i pro opravy kompozitních rekonstrukcí. Dosud však není shoda na ideálním postupu pro zajištění stabilní vazby mezi opravovaným a nově aplikovaným kompozitem. Velmi často se však před aplikací adheziva doporučuje zdrsnění povrchu air abrazí [71–74]. Vliv aplikace silanu je sporný, v kombinaci s TSC však silanizace přinesla slibné výsledky [75–77]. V případě univerzálních adheziv několik studií ukázalo, že jejich aplikací na air-abradovaný povrch opravovaného kompozitu lze rovněž docílit dobré pevnosti vazby [76–79] a že některé systémy mohou profitovat z předchozí silanizace [77, 78].

V kombinaci s pryskyřičnými cementy se univerzální adheziva používají i pro tmelení čepů a nepřímých rekonstrukcí. Je však nezbytné materiály používat v souladu s doporučením výrobce, neboť u jednokrokových adhezivních systémů byla popsána jejich nekompatibilita s duálně tuhnoucími pryskyřičnými cementy [80, 81]. Její příčinou je reakce nezpolymerovaných kyselých monomerů adheziva s terciárními aminy, které jsou součástí iniciačního systému cementů. Zhoršení účinnosti iniciačního systému vede k neúplné polymeraci cementu, horším mechanickým vlastnostem a nižší odolnosti adhezního spoje [80, 81]. Naopak použitím takzvaných touch and cure systémů lze kvalitu polymerace zvýšit, kontaktem koiniciátorů obsažených v adhezivu a iniciátoru v cementu je totiž spuštěna chemická polymerace. Bylo prokázáno, že tento systém může významně zlepšit pevnost vazby zejména při nedostatečném přístupu světla [82–84].

ZÁVĚR

Univerzální adheziva nabízejí zubním lékařům rychlý a nenáročný postup dosažení adheze k různým materiálům v mnoha klinických situacích. Výsledky laboratorních studií však naznačují, že zjednodušení pracovního postupu má svá úskalí a může vést k nižší dlouhodobé stabilitě vytvořeného adhezního spoje. Vývoj a optimalizace univerzálních adheziv nicméně stále pokračuje a některé nové produkty ukazují v laboratorních studiích slibné výsledky. Je však nezbytné vyčkat na výsledky klinických studií, kterých je doposud velmi málo.

Tento článek vznikl s finanční podporou z programu Progres Q29/LF1.

MDDr. Antonín Tichý

Stomatologická klinika 1. LF UK a VFN

Karlovo náměstí 32

121 11 Praha

e-mail: antonin.tichy@lf1.cuni.cz