ENDODONTICKÉ SEALERY NA BÁZI BIOKERAMIKY

Overview

Úvod: V současné dynamicky se rozvíjející endodoncii dochází k neustálému vývoji nových postupů ošetření a s tím souvisí i požadavky na kvalitní a spolehlivé materiály potřebné k zaplnění kořenového systému zubu. Před několika lety byly uvedeny na trh nové typy kořenových sealerů na bázi kalciumsilikátových sloučenin, které by mohly splňovat většinu parametrů dokonalého pečeticího materiálu. Novější generace těchto sealerů obsahují příměs kalciumfosfátu a jsou v zahraniční literatuře označovány jako biokeramické sealery.

Cílem sdělení je objasnit problematiku této skupiny sealerů a popsat jejich chemické, fyzikální a biologické vlastnosti. Sealery na bázi biokeramických sloučenin mají mnoho společných charakteristik s původním materiálem MTA (mineral trioxide aggregate). Vynikají především hydrofilním profilem a schopností tuhnout ve vlhkém prostředí. V kontaktu s dentinem dochází na jejich povrchu k depozici precipitátů hydroxyapatitu, a tím je potencováno spolehlivé zapečetění kořenového kanálku. Z fyzikálního hlediska jsou objemově stálé a při tuhnutí byla prokázána mírná expanze. Vlhkost prostředí a vysoká afinita k vodě podporují biomineralizační pochody ve tkáních, což spolu s dobrou zatékavostí materiálu umožňuje vyplnit celý prostor kořenového kanálku včetně jeho nepravidelností. Biokompatibilita, schopnost hojení rány a nízká cytotoxicita činí tento typ sealerů vhodný pro trvalý kontakt s tkáněmi periodoncia, kde je prolongovaným uvolňováním vápenatých iontů podporována regenerace. Bylo prokázáno, že díky vysoké hodnotě pH při tuhnutí působí tyto typy sealerů rovněž antimikrobiálně. Pro klinické využití mají dostatečnou rentgen kontrastnost, avšak podle použitého radioopakního aditiva vykazují v různé míře tendenci k dys-koloracím tvrdých zubních tkání. Relativně nevýhodnou vlastností mohou rovněž být zvýšená rozpustnost, porozita a nasákavost vody. Vzhledem k dynamické a bioaktivní povaze těchto sealerů však tyto nepříznivé vlastnosti nemusí být významné pro úspěšnost ošetření v klinické praxi. Mechanické vlastnosti většiny biokeramických sealerů obecně negativně ovlivňuje aplikace tepla, proto jsou pro klinické použití doporučovány kondenzační techniky plnění kořenových kanálků za studena.

Závěr: Výstupy klinických a experimentálních studií vyzdvihují výhodné vlastnosti a spolehlivost skupiny sealerů na bázi kalciumsilikátových sloučenin a naznačují do budoucna slibné výsledky při praktickém využití nejen ve specializovaných endodontických praxích.

Klíčová slova:

endodontický sealer – vlastnosti – biokeramický sealer – kalciumsilikátový sealer

ÚVOD A CÍL

Za zlatý standard pro hermetické vyplnění kořenového kanálku je dlouhodobě považována kombinace materiálu jádra a pečeticího materiálu (sealeru) [1]. Nejčastěji se užívá spojení gutaperči a vybraného typu sealeru, od kterého se očekává vyplnění a zapečetění prostoru kořenového kanálku, jeho nerovností a anatomických nepravidelností včetně míst, která nebyla mechanicky preparována a vyčištěna, jako jsou isthmus, laterální a akcesorní kanálky [1, 2, 3, 4]. Endodontické sealery jako nedílná součást kořenové výplně by měly v klinické praxi splňovat mnoho požadavků. V ideálním případě by měly být jednoduše zpracovatelné, objemově stálé, poskytující trvalý hermetický uzávěr a adhezi k tvrdým zubním tkáním, dobře viditelné na rentgenovém snímku (radioopacita minimálně 3 mm hliníku podle ISO normy a ANSI/ADA), biokompatibilní, bioaktivní, antimikrobiální, resorbovatelné v tkáních, odolávající resorpci ve strukturách zubu, zároveň nezpůsobující dyskolorace a také snadno odstranitelné pomocí rozpouštědel [2, 5, 6, 7]. V současné době nejsou k dispozici materiály, které by dokonale splňovaly všechna kritéria ideálního kořenového sealeru [2, 6]. Navíc běžně používané sealery na bázi oxidu zinečnatého, pryskyřic nebo hydroxidu vápenatého přes dlouhou tradici ve vědeckém výzkumu a klinickém využití [8] vykazují kontrakci při tuhnutí, degradaci v čase a také většinou nedisponují chemickou vazbou k tvrdým zubním tkáním. Sealery na bázi zinkoxideugenolu, které patří do první generace sealerů, se mohou vyluhovat z kořenového kanálku, je jim vyčítána toxicita, porozita, možné dyskolorace, stejně jako problémy při adhezivní úpravě povrchu tvrdých zubních tkání [6, 9]. Také druhá a třetí generace sealerů, které již zinkoxideugenolové sloučeniny neobsahují a jsou založeny na bázi silikonů, pryskyřic nebo hydroxidu vápenatého, popř. na bázi skloionomerních cementů, vykazují značné množství nevýhod [6, 7] (tab. 1 a 2). Zájem mnoha výzkumných týmů byl proto v posledních desetiletích upřen ke kalciumsilikátovým cementům jako relativně novému typu materiálů s mnohostranným využitím v endodoncii, který by při použití v kořenovém kanálku mohl odstranit nedostatky tradičních sealerů. Sealery na bázi kalciumsilikátových cementů s příměsí kalciumfosfátu jsou v zahraničí označovány jako biokeramické sealery, které představují nejnovější čtvrtou generaci endodontických sealerů [9, 10]. Přehled generací sealerů používaných v současné endodoncii je uveden v tab. 1 [5, 6, 7, 9, 11], jejich vlastnosti jsou pak přehledně zobrazeny v tab. 2 [9].

SEALERY NA BÁZI KALCIUMSILIKÁTOVÝCH CEMENTŮ

Obecně je tento typ sloučenin odvozen od třetí generace kalciumsilikátových cementů [10], které se kromě konzistence sealeru též vyrábějí v podobě pasty a putty (tmelu). Ve formě hutné pasty a putty jsou tyto materiály vhodné pro krytí perforací jako provizorní výplňový materiál, retrográdní kořenová výplň, pro pulpotomie, překrytí zubní dřeně nebo pro maturogenezi [10, 12–17]. První sealer na bázi biokeramiky byl uveden na dentální trh v roce 2007 pod názvem iRoot SP (Innovative BioCeramix, Vancouver, Kanada) [18]. Dnes je v endodoncii známa celá řada produktů tohoto typu. V tuzemské literatuře se pokusili o přehledné rozdělení M. Rosa a kol. [5]. Výčet vybraných komerčních produktů s uvedeným složením a způsobem aplikace je zobrazen v tabulce 3 [5, 8, 18–41].

CHEMICKÉ VLASTNOSTI

Složení

Sealery na bázi biokeramiky připomínají svým složením kompozici MTA materiálu [1, 8, 24]. Dělí se na skupinu založenou na bázi portlandského cementu a sealery obsahující jako hlavní složku zejména kalciumsilikát, kalciumaluminát nebo kalciumfosfát [21]. Hlavní složkou tradičního MTA materiálu je portlandský cement, který může tvořit až 75 %hmotnosti MTA. Portlandský cement obsahuje v různých poměrech trikalcium silikát, dikalcium silikát, trikalcium aluminát, tetrakalcium aluminoferit a sádru [10]. Biokeramický materiál obsahuje rentgenkontrastní složky, jako je oxid bizmutitý, oxid zirkoničitý, oxid wolframičitý, oxid tantaličný a jiné [10]. Podle výrobce a typu materiálu může také ve svém složení zahrnovat další komponenty (tab. 3).

Tuhnutí

Níže uvedené reakce popisují obecný princip tuhnutí sealerů na bázi kalciumsilikátu. Průběh chemické reakce může být u různých komerčních produktů ovlivněn složením. V závislosti na typu a poměru jednotlivých složek směsi a parametrech prostředí probíhá proces tuhnutí trvající 270 minut až dvacet hodin [5, 16, 23, 42–44]. Biokeramické sealery jsou v endodoncii oceňovány hlavně pro hydrofilní vlastnosti a schopnost tuhnutí ve vlhkém prostředí kořenového kanálku [1, 3, 8, 16, 45, 46]. Některé materiály přímo vyžadují vlhké prostředí, protože nedostatek vlhkosti prodlužuje čas tuhnutí, avšak extrémní vlhko zase negativně ovlivňuje mechanické vlastnosti, zejména výslednou mikrotvrdost materiálu [21, 23, 47, 48]. Hydrofilita biokeramických sealerů také potencuje schopnost adheze k dentinovým strukturám, která je výrazně vyšší proti hydrofobním sealerům na bázi pryskyřic [16, 49].

V primární fázi hydratace reaguje kalciumsilikát s vodou a vzniká hydratovaný kalciumsilikát v gelové fázi za vzniku hydroxidu vápenatého [3, 8, 16, 18, 46].

Hydratace:

2(3CaO.SiO₂) + 6H₂O —› 3CaO.2SiO₂.3H₂O + 3Ca(OH)₂

Průběh reakce v přítomnosti dikalciumsilikátu:

2(2CaO.SiO₂) + 4H₂O —› 3CaO.2SiO₂.3H₂O + Ca(OH)₂

Zásluhou hydroxidu vápenatého vzniká zásadité prostředí [10, 46]. Díky vysoké hodnotě pH (11–12,8) během 24 hodin od začátku tuhnutí se tyto sealery vyznačují silnou antimikrobiální schopností [3, 8, 16, 19]. Vysokou hodnotu pH si tyto materiály udržují po několik dní až týdnů [18, 23, 50]. Reakcí kalciumfosfátu s hydroxidem vápenatým dále dochází k precipitaci hydroxyapatitových struktur [3, 8, 16, 18, 20, 46].

Precipitace:

7Ca(OH)₂ + 3Ca(H₂PO₄)₂ —› Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ + 12H₂O

Voda, která se vysrážela při reakci, poté reaguje s kalciumsilikátem a vytváří další hydratovaný kalciumsilikát v gelové fázi. Vysrážená voda je zde významným faktorem kontroly míry hydratace, a tím i času tuhnutí materiálu [16]. Při ručním míchání materiálu může docházet k relativní nehomogenitě materiálu, kdy nemusí plně zreagovat všechny částice směsi. U dvousložkových materiálů může být nezreagovaný prášek přítomen ještě několik dní [51]. V tomto ohledu jsou pro klinické využití zřejmé výhody již předmíchaných jednosložkových typů sealerů [3, 16, 52].

Biomineralizace

Reakcí vápenatých kationtů pocházejících z hydroxidu vápenatého vzniklého při primární fázi hydratace s fosforečnatými anionty vyskytujícími se v dentinu vzniká specifická mezivrstva utvářená apatitovými strukturami podobnými hydroxyapatitu [50]. Tato mezivrstva zajišťuje chemickou vazbu mezi materiálem a dentinem, a tím vzniká lepší utěsnění proti ostatním materiálům v podobných indikacích [19, 20]. Tento proces biomineralizace (produkce minerálních látek živým organismem) úzce souvisí se schopností utěsnit vyplňovaný prostor v kořenovém systému [1, 8, 53, 54].

FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI

Základním předpokladem hermetického utěsnění kořenového systému je objemová stálost materiálu. Kromě již zmíněné specifické mezivrstvy, která vzniká mezi materiálem a dentinem, je z hlediska utěsnění výhodná také expanze materiálu při tuhnutí, která nastává ve větší míře než u sealerů na bázi polyepoxidových pryskyřic [3, 8, 23, 42, 43, 46]. Tvrdost materálu je brána spíše jen jako kritérium kvality hydratačních procesů a již proběhlého tuhnutí materiálu, a nemá proto pro klinický úspěch ošetření specifický význam [55]. Tuto vlastnost ovlivňují další faktory, jako pH okolního prostředí, teplota, vlhkost, tloušťka materiálu, kvalita kondenzace, přítomnost chelatačního činidla nebo leptání povrchu. Proces tuhnutí probíhá nejlépe při mírně vlhkém prostředí, vyšších hodnotách pH, absenci přítomnosti chelatačního prostředku a méně homogenní kondenzaci [10]. Tuhnutí trvá delší dobu, při které dochází ke zrání materiálu. Ten má po několika dnech lepší mechanické vlastnosti než v kratším časovém úseku [10]. Fyzikální vlastnosti některých sealerů na bázi kalciumsilikátu jsou ovlivněny teplem. Při nevhodném užití obturačních metod za tepla dochází k odpařování vody z materiálu, a tím k redukci času tuhnutí a horší vazbě ke stěně kořenového kanálku [53, 56]. Původní materiály na bázi MTA čelily estetickým komplikacím ve formě dyskolorací tvrdých zubních tkání [57]. Za změnu barvy ve většině případů můžou přídatné látky pro zabezpečení rentgenkontrastnosti materiálu. Podle současných poznatků jsou to hlavně oxid bizmutitý a oxid železitý [10, 18, 58, 59]. Materiály, u kterých byly tyto složky nahrazeny jinou látkou, např. oxidem zirkoničitým, standardně nemají klinicky významnou tendenci k dyskoloracím [19]. Zabarvení klinické korunky zubu po ošetření kalciumsilikátovým materiálem může být způsobeno i kontaktem materiálu s výplachovými roztoky, jako jsou chlornan sodný, chlorhexidin nebo kyselina etylen-diamin-tetraoctová (EDTA). Této komplikaci se lze vyhnout provedením závěrečného výplachu pomocí fyziologického roztoku. Ke změně barvy tvrdých zubních tkání může dojít také po kontaminaci materiálu krví. Pokud je změna barvy zubu pravděpodobná, můžeme její negativní dopad na estetický výsledek ošetření zmírnit aplikací kalciumsilikátového materiálu více apikálně [59]. Radioopacita sealerů na bázi biokeramiky se pohybuje v rozmezí 3–11 mmhliníku, čímž splňuje podmínku pro minimální rentgenkontrastnost endodontického sea-leru [10, 19, 20, 23, 42, 48]. Vzhledem k požadavkům na ideální kořenovou výplň zůstává u biokeramických sealerů problémem jejich zvýšená porozita, rozpustnost a nasákavost vody [42]. Biokeramické sealery vykazují uvnitř aplikovaného materiálu větší porozitu než pryskyřičné sealery [18]. Tato prázdná místa v materiálu ale nemají negativní dopad na kvalitu utěsnění kořenové výplně [53]. Zvýšený počet porozit v materiálu umožňuje zvýšenou absorpci vody z okolí, a tím se pravděpodobně zvětšuje objem výplňové hmoty [60]. Rozpustnost odpovídající standardům pro kořenový sealer má být nižší než tři procenta objemu hmoty [21]. U biokeramických sealerů jsou hodnoty rozpustnosti bezprostředně po aplikaci několikanásobně vyšší [21], avšak výrazně klesají po sedmi dnech. Vyšší porozita a nasákavost vody se však nijak významně v čase nemění [42, 43]. Hodnota rozpustnosti však nemusí být směrodatná pro těsnicí schopnost sealerů v biologické tkáni. Zvýšená rozpustnost naopak podporuje bioaktivní působení sealerů, které má v organismu dynamickou povahu [20]. Po 14 až 28 dnech dochází ve tkáních k biomineralizaci spojené s povrchovou depozicí precipitátů hydroxyapatitu [20, 61]. Tyto struktury mají schopnost vyplnit prázdná místa vzniklá zvýšenou rozpustnostísealeru [42]. Lze předpokládat, že definitivní kořenová výplň kombinující gutaperču s biokeramickým sealerem nabízí spolehlivé utěsnění kořenového systému oproti běžně užívaným sealerům dostupným na současném trhu [1, 53]. Biokeramické sealery mají převážně nízkou viskozitu. To umožňuje vyplnění mikroprostorů mezi gutaperčovým čepem a stěnou kanálku, případně vedlejšími gutaperčovými čepy u laterální kondenzace za studena. Bez ohledu na metodu plnění jsou biokeramické sealery také schopny penetrace do laterálních kanálků a dentinových tubulů a společně s bioaktivitou materiálu mohou zlepšit zapečetění celého kořenového systému [18, 23, 24, 62].

BIOLOGICKÉ VLASTNOSTI

Biokeramické sealery podobně jako většina biokeramických materiálů vynikají svými vlastnostmi týkajícími se biokompatibility a schopností indukce mineralizace v oblasti periapikálních tkání [1, 44, 54, 63]. Biokeramické materiály Biodentine a BioRoot RCS (Septodont, Saint-Maur-des Fosses, Francie) disponují vysokou bioaktivitou a biokompatibilitou, zachovávají proliferaci, migraci a adhezi kmenových buněk zubní dřeně [50, 64]. Četné in vitro studie na buněčných kulturách prokázaly vysokou biokompatibilitu sealerů na bázi biokeramiky [50, 64-67]. Byla pozorována velká míra mineralizace při přímém kontaktu s tkání, a tím i potenciál pro regeneraci pulpodentinového orgánu. Biokeramické materiály jsou proto vhodné jak pro výkony se zachováním vitality zubní dřeně, tak pro definitivní plnění kořenových kanálků, kde dochází k trvalému a bezprostřednímu kontaktu se tkáněmi periodoncia [50, 64]. U biokeramických sealerů byla v laboratorní studii prostřednictvím testu migrace buněk pozorována vysoká míra hojení rány, naproti tomu sealery na bázi pryskyřic vykazovaly zanedbatelný stupeň hojení [25]. Cytotoxické působení ve vztahu k životaschopnosti buněk, množství separovaných buněk nebo aktivitě alkalické fosfatázy lze považovat za spíše nižší údaje a v literatuře se liší v závislosti od složení konkrétního produktu [10, 25, 68]. Některé materiály mají schopnost podporovat reparativní procesy uvnitř buněk [3, 63]. Přežití kolonií buněk fibroblastů i kmenových buněk zubní dřeně je kvantitativně výrazně vyšší za přítomnosti biokeramických sealerů než za přítomnosti sealerů pryskyřičných [9, 25, 44]. Podle vědeckých prací je rovněž pozorováno bioaktivní působení na buňky periodontálníchligament, indukce a vyšší sekrece angiogenních a osteogenních růstových faktorů než u sealerů na bázi zinkoxideugenolu [69, 70]. Míra mineralizace souvisí se schopností uvolňovat vápenaté ionty, které umožňují tvorbu apatitových depozitů. U materiálů BioRoot RCS (Septodont, Saint-Maur-des Fosses,Francie) a MTA Fillapex (Angelus, Brazílie) bylo pozorováno vysoké a prolongované uvolňování iontů vápníku [18, 42, 53]. Naproti tomu sealery na bázi pryskyřic nebo na bázi zinkoxideugenolu nedisponují žádnou nebo disponují jen nesignifikantní schopností uvolňovat ionty vápníku [42]. Prodloužení času uvolňování iontů vápníku je přitom klíčovým faktorem pro podporu regenerace zubních tkání a tkání periodoncia [71]. Sealery na bázi biokeramiky disponují také silnou antimikrobiální schopností, která je dána vznikem hydroxidu vápenatého, a tím vysokou hodnotou pH při tuhnutí [10, 16, 19, 42, 69, 72]. Toto zásadité prostředí jsou některé materiály schopny zachovávat dlouhou dobu, a tím přispívat k biomineralizaci pomocí aktivace alkalické fosfatázy [23, 42, 43]. Po-dle experimentálních studií může být antimikrobiální aktivita biokeramických sealerů zvýšena pomocí závěrečného výplachu kořenového kanálku roztokem EDTA [19, 20]. Tento krok ale může ve svém důsledku způsobit markantní snížení uvolňování iontů vápníku, a tím snížit míru biomineralizace [20]. Vhodné terapeutické uplatnění nachází kalciumsilikátové sealery zejména v případě nekrotických změn zubní dřeně a u zubů s rozsáhlým apikálním radiologickým nálezem, kde schopnost usmrtit bakterie v kořenovém kanálku zvyšuje šance na dlouhodobý úspěch léčby [3, 26].

VÝSLEDKY EXPERIMENTÁLNÍCH STUDIÍ

V in vitro studiích bylo zkoumáno apikální utěsnění kořenového kanálku před průnikem tekutin při použití různých typů sealerů. U vzorků zaplněných biokeramickým sealerem s použitím jednoho kalibrovaného gutaperčového čepu, který odpovídá rozměru kanálku, bylo dosaženo obecně lepšího apikálního utěsnění než u vzorků zaplněných metodou laterální kondenzace gutaperči za studena s použitím pryskyřičného sealeru [21]. V jiné studii při testování průniku barviva hodnoceného pomocí stereomikroskopu, byla prokázána znatelně lepší schopnost apikálního utěsnění kořenového kanálku při plnění metodou laterální kondezace gutaperčí za studena s použitím biokeramického sealeru než při použití sealerů na bází zinkoxideugenolu, hydroxidu vápenatého a pryskyřic [73].

V další práci test propustnosti barviva zkoumal vztah mezi mírou vlhkosti kanálku a kvalitou utěsnění výplně [74]. V tomto experimentu ukázal biokeramický sealer MTA Fillapex dobrou schopnost zapečetění nezávisle na podmínkách prostředí kořenového kanálku, zatímco kvalita utěsnění pomocí pryskyřičného sealeru a sealeru na bázi zinkoxideugenolu byla značně závislá na vlhkosti prostředí [74]. Testy propustnosti před bakteriální invazí prokázaly stejnou kvalitu utěsnění u plnění tzv. monokónickou metodou s použitím biokeramického sealeru jako u 3D obturace za tepla s využitím sealeru na bázi epoxidové pryskyřice [75].

ZÁVĚR

Sealery na bázi kalciumsilikátových cementů přinášejí pro účely definitivní ortográdní obturace kořenového systému kvalitativní posun v rámci endodontického ošetření. Díky objemové stálosti, hydrofilním vlastnostem a schopnosti tuhnutí ve vlhkém prostředí kořenového kanálku nabízí vysokou míru utěsnění oproti běžně užívaným sealerům bez nutosti využití tepla při kondenzaci materiálu v kanálku. S ohledem na jejich výhodné biologické, fyzikální a chemické vlastnosti se tyto typy sealerů prezentují jako jednoduché, spolehlivé a ekonomicky přijatelné řešení jak pro praktické zubní lékaře, tak pro endodontické specialisty. Vzhledem k požadavkům na ideální kořenovou výplň zůstává u biokeramických sealerů výzvou jejich zvýšená porozita, rozpustnost a nasákavost vody.

Úlohou článku bylo podat stručný přehled vlastností tohoto typu sealerů. Praktické využití spolu s popisem vhodných technik plnění kořenového kanálku, především techniky obturace s použitím jednoho kalibrovaného čepu (single-cone metoda), bude předmětem dalšího odborného sdělení o využití endodontických sealerů v praxi.

Publikace vznikla za podpory grantu IGA_LF_2020_008.

MDDr. Lucia Somolová

Klinika zubního lékařství LF UP a FN

Palackého 12

772 00  Olomouc

e-mail: lucia.somolova@gmail.com