Studie korozního stavu extrahovaných čepových částí kovových kořenových nástaveb

Overview

Úvod a cíl práce:
Kořenové nástavby jsou významným pomocníkem při rekonstrukci zubní korunky. Článek se zabývá analýzou stavu radikulární části kořenových nástaveb zhotovených ze slitin s vysokým obsahem stříbra, a to v případech, kdy nástavby selhaly. Cílem sdělení je poukázat na úskalí spojená s použitím těchto slitin.

Materiál a metoda:
Soubor tvořili pacienti, u nichž bylo zpravidla nutné na základě nejrůznějších stomatologických indikací extrahovat zuby s kořenovými nástavbami, případně pouze kořenové nástavby či korunky odstranit. Celkově bylo analyzováno 23 protetických prací, které byly exponovány v ústním prostředí 10–29 let. V práci se diskutuje o sedmi případech se známou historií. Stav extrahovaných vzorků byl zkoumán rastrovací elektronovou mikroskopií. Prvkové složení bylo určeno metodou energiově disperzní analýzy (EDS/EDAX).

Výsledky a závěr:
Analýzy prokázaly, že korozní problémy kořenových nástaveb se týkají jak drátěného jádra, tak i materiálu čepu. V situaci, kdy pronikne korozní prostředí k jádru čepu, vede korozní děj ke vzniku objemných korozních produktů železa a uvolnění iontů stříbra. Výsledkem jsou jak pnutí, která mohou vyvolat až podélný lom kořene zubu, tak pigmentace kořene a měkké tkáně. Vzhledem k tomu, že slitiny s vysokým obsahem stříbra jsou dosud součástí zásob zubních laboratoří a slitina stříbro-cín i v nabídce dentálního trhu, považovali jsme za potřebné upozornit na rizikové aspekty spojené se zhotovením kořenové nástavby z těchto materiálů.

Klíčová slova:
dentin – kořenová nástavba – dentální slitiny – koroze – rastrovací elektronová mikroskopie – rentgenová mikroanalýza – stříbro – železo

ÚVOD

Kořenové nástavby jsou významným pomocníkem při rekonstrukci, zpravidla kazem či traumatem destruované, zubní korunky. Mají část korunkovou a kořenovou. Na kořenovou nástavbu je možné zhotovit různé typy plášťových korunek nebo pilířových konstrukcí, často i opakovaně. Nejpoužívanějšími materiály pro zhotovení těchto nástaveb jsou kovové dentální slitiny a skloionomerní event. keramické materiály v kombinaci s kořenovým čepem zesíleným skelnými vlákny.

Při použití kovových slitin s vysokým obsahem stříbra (stříbrocínová slitina Koldan a stříbroměděná slitina Konstrulit, výrobce Safina, a. s., Praha), a tedy s nízkou pevností, je kořenová část nástavby odlévána na jádro čepu, tvořené zpravidla ocelovou drátěnou výztuží. Ta by měla být realizována z kvalitní korozivzdorné oceli typu 18-8 (18 % hm. chromu, 8 % hm. niklu).

Článek se zabývá analýzou stavu extrahovaných zubů s kořenovými nástavbami, zhotovenými ze slitin s vysokým obsahem stříbra. Výsledkem studie jsou poznatky týkající se chování použitých materiálů při dlouhodobé expozici v dutině ústní. Cílem sdělení je opakovaně [10] poukázat na nevhodnost použití slitin s vysokým obsahem stříbra pro kořenové nástavby a na některé nedostatky souvi-sející zejména se zhotovením jejich radikulární části.

MATERIÁL A METODY

Soubor tvořili pacienti, u nichž bylo zpravidla nutné, na základě nejrůznějších stomatologických indikací, extrahovat zuby s kořenovými nástavbami, případně pouze kořenové nástavby či korunky odstranit. Celkově bylo analyzováno 23 protetických prací, které byly exponovány v ústním prostředí 10–29 let. V práci se diskutuje o sedmi případech se známou historií.

Stav extrahovaných vzorků byl zkoumán rastrovacími elektronovými mikroskopy Hitachi S-450 a TESCAN VEGA 3. Analýza prvkového složení se realizovala na základě energie emitovaného RTG (metoda energiově disperzní analýzy – EDS/EDAX). V tabulkách výsledků stanovení prvkového složení hodnocených oblastí vzorků se uvádí pouze zastoupení kovů. Zbytek do sta procent odpovídá nekovovým (fosfor, vápník, kyslík aj.) komponentám.

VÝSLEDKY ANALÝZ

Případ 1

Zub 25, ošetřený kořenovou nástavbou ze slitiny Koldan a metalokeramickou korunkou. Po expozici v délce 12 let došlo k uvolnění, nástavba vypadla, kořen zůstal in situ. Mikrofotografie hrotu čepu s označením míst analýz je uvedena na obrázku 1 a tabulce 1.

Případ 2

V tomto případě se jednalo o zub 24, ošetřený kořenovou nástavbou a korunkou z materiálu Targis-Vectris. Expozice nástavby trvala 25 let. Zub byl extrahován pro podélnou frakturu radixu. Stav nástavby, místa analýz a výsledky jsou uvedeny na obrázku 2 a v tabulce 2.

Případ 3

Předmětem analýzy byl zub 35, který byl proteticky ošetřen nástavbou ze slitiny Koldan a pryskyřičnou korunkou. U zubu došlo následně k samovolnému podélnému rozlomení kořene a byla indikována extrakce. Stav je dokumentován na obrázku 3. Nástavba byla v ústech po dobu 13 let. Výsledky analýz jsou shrnuty v tabulce 3.

Případ 4

Rozbor se týkal zubu 25, ošetřeného kořenovou nástavbou ze slitiny Koldan a fazetovanou korunkou ze slitiny Aurix. Nástavba byla exponována v ústech po dobu 22 let. Následkem zubního kazu v oblasti radixu došlo k jejímu uvolnění, proto byla i s korunkou odstraněna. Kořen zůstal in situ. Makroskopicky je jeden z kořenových čepů neporušen, druhý má odhalené jádro (obr. 4). Výsledky analýz označených míst jsou shrnuty v tabulce 4.

Případ 5

K analýze určený zub 15 byl ošetřen kořenovou nástavbou ze slitiny Koldan a korunkou, sloužící jako pilířová konstrukce můstku, ze slitiny Aurosa. Nástavba byla exponována v ústech 29 let. Vzhledem k RTG nálezu s resorpcí kosti v oblasti kořene byla indikována extrakce se sejmutím korunky. Byl zjištěn podélně rozlomený radix.

Tento případ je velmi zajímavý. Kořenový čep byl pravděpodobně konstruován lege artis. Analýza v těsném okolí otvoru na špici hrotu prokázala zastoupení komponent odpovídající prvkovému složení korozivzdorné oceli. Průměrné hodnoty koncentrací z několika analyzovaných míst jsou shrnuty v tabulce 5. Pokud se skutečně jednalo o tento typ nosného materiálu, pak je korozní stav hrotu překvapující. Prozatím i v případě použití nosného prvku z uhlíkové oceli bylo konstatováno pouze rovnoměrné napadení a uvolnění korozních produktů do okolní tkáně. V tomto případě došlo k odkorodování hrotu čepu, přičemž obecně lze u korozivzdorné oceli předpokládat výrazně vyšší korozní odolnost ve srovnání s ocelí uhlíkovou. Zda u této kořenové nástavby šlo o materiálovou vadu, zvýšenou agresivitu korozního prostředí, nerovnoměrnou korozi či jiný vliv (např. fraktura preparací oslabeného kořene), lze pouze spekulovat.

Případ 6

Předmětem analýzy byl úplný zub 24 s kořenovou nástavbou zhotovenou ze slitiny Konstrulit a fazetovanou korunkou, sloužící jako pilířová konstrukce můstku, ze slitiny Aurix. Doba expozice byla 10 let. Extrakce byla indikována pro hnisavou exsudaci z parodontálního chobotu a eliminaci zubu. V oblasti kořene je patrna prasklina korespondující s délkou kořenového čepu (obr. 6b).

Kořen hodnoceného artefaktu byl v části těsně pod korunkou zbarven výrazně do modro-černa, ve vzdálenějších partiích převládla zelená. Analýzy prokázaly přítomnost stříbra (černé zbarvení) a mědi (zelená barva) v kořeni. Bylo zjišťováno, do jaké hloubky od hranice korunky bylo možné tyto kovy detekovat. V případě stříbra to bylo o 1,4 mm, měď pronikla do vzdálenosti 3,7 mm.

Případ 7

Zub 25 s kořenovou nástavbou ze slitiny Konstrulit a metalokeramickou korunkou, sloužící jako pilířová konstrukce můstku, ze slitiny Wiron. Po sedmnáctileté expozici nástavby v dutině ústní došlo k  podélnému lomu kořene s nutností extrakce zubu.

Analýzou se zjistilo, že kořenový čep kromě dominantního stříbra obsahoval na čtyřech analyzovaných místech 10–14 % hm. mědi. V zubní tkáni přilehlé k čepu bylo nalezeno 17,0 % mědi a 4,7 % stříbra.

DISKUSE

Výsledky analýz podpůrných konstrukcí kořenového čepu odpovídají v případech 1, 2, 4 a 5 použití komplexně legované korozivzdorné oceli. Minimální nebo nulový obsah niklu (případy 1 a 2) naznačují aplikaci oceli legované pouze chromem. Rozbor stavu vzorku ve třetím případě vede k závěru, že nosným prvkem čepu zde byl drát z uhlíkové oceli. Na hrotu čepu bylo z kovů detekováno pouze železo. Rozdíl mezi korozní rychlostí korozivzdorné a uhlíkové oceli, a tím i mezi uvolňováním korozních produktů, je významný. Oproti případům 1, 2 a 4 je hrot čepu pokryt korozními produkty železa, které byly určeny i v dentinu. Překvapivý byl stav artefaktu v přípa-dě 5, u kterého bylo konstatováno, přes použití nosné konstrukce z korozivzdorné oceli, výrazné korozní napadení.

Specifický byl také stav vzorků v případě šestém a sedmém. Relativně vysoký obsah mědi mají z běžně užívaných materiálů pouze vysokoměďnaté non-gamma 2 amalgámy, případně dnes již pravděpodobně nepoužívané bronzy. Ty však nebyly k ošetření uvedených zubů aplikovány. Z výsledků měření plyne, že sanace byla realizována se slitinou stříbro-měď, která není pro aplikaci v ústní dutině schválena.

Korozní děj je interakcí mezi materiálem a prostředím. U devitalizovaného zubu představuje kořenový dentin s přítomností nesčetných dentinových kanálků obsahujících zbytky výběžků odontoblastů značně porézní strukturu. V ideálním případě, kdy se nacementováním podaří dokonale utěsnit, a tím izolovat kořenovou nástavbu od zubní tkáně, není důvod ke vzniku korozního napadení. Pokud dojde k „rozvolnění“ spoje, pak může pronikat ústní elektrolyt do kořene zubu jak štěrbinami, tak porozitou zubní matrice. To je zřejmé z analýzy druhého případu. Skutečnost, že prostor pod korunkou je masivně vyplněn korozními produkty stříbra (obr. 2a) prokazuje, že došlo k průniku agresivního prostředí až do oblasti kořenového čepu a k jejich interakci.

Korozní aktivita dentálních materiálů v prostředí ústní dutiny vedoucí ke vzniku a transportu korozních produktů do tkáně přilehlé k dentálním pracím plyne např. ze zjištění Yamady a Sata [11]. Ti konstatují přítomnost stříbra v měkké tkáni u korunky vytvořené ze slitiny na bázi zlata. Podobný nález konstatují i Garhammer a spolupracovníci [4]. Hodnocení korozního chování kovových materiálů v ústní dutině bylo též předmětem práce Josky a kol. [6]. Výsledky charakterizace ústního prostředí měřením in vivo byly použity jako vstup do termodynamického modelu interakce kovový materiál (slitina PdAg)-modelové sliny [5]. Výpočtem bylo prokázáno, že stříbro může přecházet za daných podmínek do prostředí ve formě relativně širokého souboru rozpustných komplexních sloučenin. Artefakt analyzovaný jako případ 2 tyto závěry potvrzuje.

Překvapujícím byl nález relativně vysokého zastoupení mědi v případě šestém a sedmém. Je zřejmé, že slitina použitá na konstrukci kořenového čepu obsahovala kromě stříbra také měď. Ta je méně ušlechtilá než stříbro a v prostředí obsahujícím relativně vysokou koncentraci chloridových iontů vytváří řadu rozpustných sloučenin. Tato skutečnost je zřejmá ze stavu obou analyzovaných zubů/artefaktů. V oblasti čepu došlo k průniku korozních produktů mědi i stříbra do dentinu. To, že byl zub (případ 6) organismem eliminován, bylo logickým důsledkem situace, kdy koncentrace měďnatých iontů překročila tolerovanou mez.

Případy 2, 3, 5, 6 a 7 jsou však zajímavé tím, že in vivo došlo k podélné fraktuře kořene zubu. Mechanismem, který se pravděpodobně na tomto jevu uplatnil, je koroze železa. Materiálem nosné konstrukce čepu uvedeným v tabulce 3 (analýza 1) byla, vzhledem k nepřítomnosti chromu a niklu, běžná uhlíková ocel. Její korozní odolnost je samozřejmě výrazně nižší než korozní odolnost stříbra a v galvanickém článku, který při kontaktu těchto dvou kovů v korozním prostředí vzniká, je železo komponentou, jejíž korozní rychlost narůstá. V této situaci dochází k poklesu pevnosti nosného prvku čepu, nicméně tato skutečnost není zásadním negativem. Tím jsou nerozpustné korozní produkty železa. Pro snadnější pochopení problému je vhodné uvést analogii s korozí ocelových výztuží v betonu (obr. 8, 9).

Vzhledem k nízké pevnosti betonu v tahu se do něj používají ocelové výztuže vyrobené nejčastěji z uhlíkové oceli. Pokud se vytvoří „vhodné“ podmínky, v principu odpovídající podmínkám v ústní dutině, koroduje ocel v aktivním stavu. Základní korozní proces lze pak popsat následujícími rovnicemi:

anodický děj (koroze):

Fe → Fe²⁺ + 2e^- (1)

korozní produkt dále hydrolyzuje

Fe²⁺ + 2H₂O → Fe(OH)₂ + 2H⁺ (2)

čímž dochází k okyselení prostředí na fázovém rozhraní ocel-elektrolyt a k urychlení korozního děje.

Uvolněné elektrony jsou spotřebovány katodickou reakcí:

O₂+ H₂0 + 4e^- → 4OH^- (3)

Dalším faktorem, který významně zvyšuje korozní rychlost železa, jsou chloridy destabilizující pasivní vrstvu. Jejich kritická koncentrace je uváděna na úrovni 0, 2 % hm. NaCl [1, 8, 9].

Následným dějem je přechod hydroxidu železnatého na celé spektrum korozních produktů, jejichž objem je několikanásobně větší než objem vlastního kovu. Mezi hlavní sloučeniny patří Fe₂O₃, Fe(OH)₂, Fe(OH)₃, Fe(OH)₃.3H₂O s objemem dvakrát, třikrát, čtyřikrát a šestkrát větším než železo [1, 3]. Důsledkem jejich vzniku jsou tlaková pnutí, která vedou k popraskání až odpadnutí betonu (viz obr. 6 a 7).

V porovnání s pórovým roztokem betonu je prostředí lidského těla mnohonásobně korozně agresivnější. Koncentrace chloridu sodného (modelově 9 g/l [7]) 75krát přesahuje kritickou hodnotu pro aktivaci železa. Hodnoty pH tělních tekutin se pohybují od kyselé až po mírně bazickou oblast [2]. Za takových podmínek nemůže být běžná uhlíková ocel pasivní, a dokonce i korozivzdorné oceli mohou aktivně korodovat (pravděpodobný důvod korozního napadení v případě 5). V situaci, kdy se prostředí dostane k čepu vyztuženému ocelí, vede korozní děj ke vzniku objemných korozních produktů, které jsou schopné vyvodit tlaková pnutí, která mohou vyvolat až prasknutí kořene zubu.

ZÁVĚR

Analýzy extrahovaných protetických prací, prezentované v tomto příspěvku, prokázaly významné dopady interakce korozního prostředí s klasickou konstrukcí kořenového čepu založenou na ocelovém nosném prvku a slitině s vysokým obsahem stříbra. Okolí kořenových čepů bylo kontaminováno korozními produkty komponent konstrukčních mate-riálů. Koroze ocelových výztuží čepů vedla ke vzniku objemných korozních produktů železa, které vedly až k fraktuře kořene zubu.

Vzhledem k tomu, že slitiny s vysokým obsahem stříbra jsou dosud součástí zásob zubních laboratoří a slitina stříbro-cín i v nabídce dentálního trhu, považovali jsme za nutné upozornit na rizikové aspekty jejich použití.

Poděkování

Tato práce vznikla za podpory projektu IGA MZ ČR, č. NT 12206-4.

MUDr. Zora Venclíková, CSc.

Stomatologická klinika

1. LF UK a VFN

Karlovo nám. 32

121 11 Praha 2

e-mail: venclikova@vus.cz