dr hab. n. med. Janusz Borowicz1, mgr inż. tech. dent. Anna Modzelewska1, dr n. med. Katarzyna Sarna-Boś1, lic. tech. dent. Aleksandra Ropa2

1 Zakład Protetyki Stomatologicznej Uniwersytet Medyczny w Lublinie

2 absolwentka kierunku technik dentystycznych UM w Lublinie

Title: The use of base metal alloys in prosthodontics

Streszczenie: Celem artykułu jest przedstawienie szerokiego zastosowania stopów nieszlachetnych w wykonawstwie uzupełnień protetycznych. Omówione zostały zadania współczesnej protetyki stomatologicznej, różne podziały protez stomatologicznych oraz charakterystyka protez stałych i ruchomych. W artykule zawarto również charakterystykę metali i ich stopów oraz wymagania stawiane tym materiałom. Przeanalizowano również problem, jakim jest korozja stopów metali stosowanych w jamie ustnej. Przedstawiono różne metody wykonywania konstrukcji metalowych, tj.: tradycyjne odlewnictwo, system CAD/CAM oraz technologię SLS.

Słowa kluczowe: stopy metali, metale nieszlachetne, uzupełnienia protetyczne, protetyka stomatologiczna, korony, mosty, wkłady koronowo-korzeniowe, protezy szkieletowe, uzupełnienia protetyczne ruchome, uzupełnienia protetyczne stałe

Summary: The aim of the paper is to present a wide range of base metal alloys in the manufacture of prosthodontic restorations. The tasks of contemporary prosthodontics, various classifications of dentures and the characteristics of fixed and removable dentures are discussed. The article also presents the characteristics of metals and their alloys as well as the requirements for these materials. The issue of the corrosion of metal alloys in the oral cavity has also been analysed. Various methods of fabricating metal structures have been presented, i.e. traditional molding, CAD/CAM system and the SLS technology.

Keywords: metal alloys, base metals, prosthodontic restorations, prosthodontics, crowns, bridges, cast post and cores, skeletal dentures, removable prosthodontic restorations, fixed restorations

Współczesna protetyka stomatologiczna zajmuje się szeroko pojętą rehabilitacją układu stomatognatycznego. Uzupełnienia protetyczne powinny odtwarzać estetykę utraconych zębów, co jest niezwykle ważne w przypadku uzupełnienia braków w odcinku przednim. Równie ważne jest to, by protezy w prawidłowy sposób odtwarzały utracone funkcje narządu żucia. Rozwój stomatologii, a szczególnie protetyki, daje nam coraz większy wachlarz możliwości zastosowania odpowiedniej metody uzupełnienia utraconych zębów dla danego przypadku. Starzenie się społeczeństwa stwarza coraz większe zapotrzebowanie na wykonawstwo uzupełnień protetycznych, jakimi są protezy. Jednak również wśród młodych ludzi rośnie zapotrzebowanie na wszelkiego rodzaju uzupełnienia protetyczne. Dla pacjenta, który nie jest zadowolony ze swojego uśmiechu, kształtu, koloru przednich zębów, idealnym rozwiązaniem będą licówki. Często młodzi pacjenci tracą swoje zęby w wyniku próchnicy, chorób przyzębia czy urazów. Do uzupełnienia brakujących pojedynczych zębów najlepszym rozwiązaniem będzie zastosowanie implantów (fot. 1). Istnieje jednak dużo przeciwwskazań co do stosowania takiej metody odbudowy uzębienia. Najczęściej jest to koszt takiego zabiegu – nie każdy jest w stanie się na niego zdecydować. Alternatywą może być wykonanie mostu. Mosty jako stałe uzupełnienia protetyczne stwarzają warunki bardzo zbliżone do fizjologicznych. W dzisiejszych czasach mosty na podbudowie metalowej licowane ceramiką są bardzo popularne i powszechnie stosowane. Prawidłowo wykonany most jest w stanie idealnie odtworzyć utracone zęby pacjenta, a podbudowa metalowa zapewnia doskonałą wytrzymałość całej konstrukcji, co przekłada się na trwałość takiego uzupełnienia.

Czyste metale nie są właściwie stosowane w protetyce stomatologicznej, przede wszystkim ze względu na ich niską wytrzymałość. Używane są stopy (fot. 2), czyli mieszaniny co najmniej dwóch różnych metali. Stopy powstają w procesie przetapiania metali, które mają wchodzić w ich skład, przez co razem uzyskują dużo lepsze właściwości fizykochemiczne niż osobno. We współczesnej protetyce wykorzystuje się zarówno stopy metali nieszlachetnych, jak i szlachetnych. Częściej jednak stosuje się stopy metali nieszlachetnych (ze względu na ich niższą cenę, a także większą wytrzymałość). Stopy nieszlachetne wykorzystuje się do wykonawstwa m.in. wkładów koronowo-korzeniowych (fot. 3-4), które umożliwiają przywrócenie utraconego kikuta zęba i odbudowanie go za pomocą korony. Dobrą alternatywą dla tradycyjnych, akrylowych protez częściowych są protezy szkieletowe, które wykonuje się ze stopu chromowo-kobaltowego. Ze stopów metali można wykonywać także całe korony i wkłady koronowo-korzeniowe, które są tanie i wytrzymałe. Bardzo dobrze sprawdzą się jako korony na zęby trzonowe, w przypadku których estetyka nie jest szczególnie ważna, a na których zostaną zaprojektowane i wykonane klamry protezy szkieletowej.

Fot. 1. Korona licowana ceramiką na podbudowie metalowej osadzona na implancie

Fot. 2. Stop metalu w formie kostek

Fot. 3-4. Wkład koronowo-korzeniowy

Protezy stałe

Leczenie protetyczne za pomocą protez stałych ma na celu odtworzenie utraconych tkanek oraz umożliwienie sprawnego funkcjonowania układu stomatognatycznego. Protezy stałe mogą odtwarzać utracone tkanki w obrębie pojedynczych zębów, a także uzupełniać braki zębowe. W związku z tym uzupełnienia stałe można podzielić na:

• protezy jednoczłonowe – uzupełniają ubytki w obrębie jednego zęba, np.: wkłady koronowo-korzeniowe i wkłady koronowe, licówki oraz korony protetyczne,

• protezy wieloczłonowe – są to mosty, które uzupełniają braki międzyzębowe (fot. 5).

Protezy stałe różnią się od protez ruchomych tym, że pacjenci nie są w stanie sami ich wyjąć z jamy ustnej, ponieważ takie uzupełnienia są na stałe cementowane na zębach filarowych. W razie konieczności taką czynność wykonuje lekarz w gabinecie. W przypadku odbudowy zębów za pomocą implantów najlepszym rozwiązaniem będzie przykręcanie uzupełnienia bezpośrednio do implantu, bez stosowania cementów protetycznych
(fot. 6-7). Taka konstrukcja jest możliwa do rozkręcania i demontowania bez konieczności jej niszczenia, co nie jest bez znaczenia ze względów finansowych. Ponadto procedura taka zajmuje mniej czasu i jest mniej nieprzyjemna dla pacjenta, wymaga także mniejszej liczby wizyt (1). Protezy stałe w przeciwieństwie do protez ruchomych obejmują tylko zęby filarowe – w przypadku np. koron – oraz wyrostki zębodołowe po utraconych zębach – w przypadku mostów. Niewątpliwie jest to zaleta tego typu uzupełnień, ponieważ sprzyja to szybszej adaptacji pacjenta do nowego uzupełnienia w jamie ustnej. Kolejną cechą wyróżniającą uzupełnienia stałe jest przenoszenie sił żucia, które odbywa się wyłącznie przez ozębną zębów filarowych. Sprawia to, że warunki rozmieszczenia nacisku okluzyjnego na zęby filarowe są zbliżone do warunków uzębienia naturalnego (2).

Zastosowanie uzupełnień stałych pozwala pacjentom choćby częściowo zachować własne zęby, co zapobiega zanikowi wyrostków zębodołowych, wówczas protezy ruchome wykonane w późniejszym czasie będą się dużo lepiej utrzymywać. Niegdyś rezygnowano z zastosowania protez stałych u pacjentów z periodontopatią w obawie przed zbytnim obciążeniem przyzębia. Dziś jednak skłonność do periodontopatii nie jest przeciwwskazaniem do stosowania takich uzupełnień. Warunkiem jednak jest włączenie do konstrukcji możliwie jak najwięcej zębów. Takie uzupełnienie szynuje zęby, przez co są one unieruchomione i korzystnie wpływają na cofanie się zmian zębów.

Protezy stałe biorą także udział w profilaktyce zaburzeń okluzyjnych, bowiem przerwanie ciągłości łuków zębowych może prowadzić do zmian patologicznych w obrębie całego układu stomatognatycznego. Po utracie już jednego zęba pozostałe zęby w łuku zaczynają się stopniowo przechylać w stronę luki. Zęby tracą swoje punkty styczne, przez co tkanki przyzębia tracą swoje bariery ochronne. Kiedy zęby przechylają się w stronę luki, są bardziej narażone na niekorzystne warunki obciążeń okluzyjnych. Uzupełnienie brakujących zębów za pomocą uzupełnień stałych pomaga w utrzymaniu stref podparcia, przez co utrzymana jest prawidłowa wysokość zwarcia, a tym samym całego wymiaru pionowego twarzy. Wszystkie opisane wyżej zjawiska powodują upośledzenie funkcji żucia, co może prowadzić do problemów z trawieniem. Zatem leczenie protetyczne pełni ważną funkcję w utrzymaniu zdrowia całego organizmu. Przy brakach częściowych, kiedy można zastosować protezę częściową, pacjenci częściej decydują się na uzupełnienie braków protezami stałymi, jakimi są mosty. Adaptacja do takich protez jest szybsza, przez co pacjenci są bardziej zadowoleni.

Fot. 5. Most protetyczny licowany ceramiką na podbudowie metalowej odbudowujący braki zębowe w szczęce

Fot. 6. Most protetyczny odbudowujący braki zębowe w żuchwie, licowany ceramiką na podbudowie metalowej

Fot. 7. Uzupełnienie protetyczne osadzone na implantach

Protezy ruchome

W przypadku rozległych braków zębowych u pacjentów stosuje się ruchome protezy częściowe, natomiast u pacjentów, którzy stracili wszystkie swoje zęby, protezy całkowite. Proteza całkowita jest urządzeniem mechanicznym, które zostaje wprowadzone do jamy ustnej przez pacjenta, by odbudować utracone uzębienie, przywrócić czynność żucia, poprawić wymowę i przywrócić zadowalający wygląd estetyczny (3). Proteza nie może sprawiać pacjentowi żadnych problemów, musi być wygodna i stabilnie leżeć na podłożu.

W przypadku bezzębia czynnikami warunkującymi dobre utrzymanie na podłożu są siły kohezji, adhezji oraz podciśnienie wytworzone pomiędzy płytą protezy a błoną śluzową. Siły biologiczne, czyli współdziałanie ze sobą języka, warg i policzków, mają również duże znaczenie dla utrzymania i prawidłowego funkcjonowania protez, m.in. w trakcie mowy, żucia i połykania. Ważne jest, aby protezy odtwarzały utracone relacje pomiędzy szczęką a żuchwą oraz tkankami miękkimi jamy ustnej. Wówczas będą działały również profilaktycznie przez ochronę stawów skroniowo-żuchwowych. Niewątpliwie odbudowa całkowitego bezzębia za pomocą protez poprawia komfort psychiczny pacjenta i podnosi jego pewność siebie. W przypadku częściowych braków zębowych można zastosować protezy częściowe osiadające lub protezy szkieletowe. Główną cechą rozróżniającą te dwa rodzaje protez jest sposób przenoszenia sił żucia. W protezach częściowych osiadających siły żucia przenoszone są w ten sam sposób co w protezach całkowitych, tzn. przez błonę śluzową i okostną na kość. Natomiast proteza szkieletowa przenosi siły żucia na kość przez okostną, ale także przez ozębną zębów filarowych. Proteza częściowa osiadająca składa się z płyty, zębów w niej osadzonych oraz klamer doginanych z drutu, które utrzymują protezę na podłożu. Przeważnie efekt estetyczny przy zastosowaniu takich protez jest zadowalający. Jest to rozwiązanie ekonomiczne, co nie jest bez znaczenia dla wielu pacjentów. Zarówno naprawy, jak i wszelkiego rodzaju modyfikacje (tj. dostawienie zęba do płyty protezy) nie są skomplikowane, tak samo jak ich wykonawstwo laboratoryjne. Jednak takie uzupełnienia mają także wady. Przez nieustanny ucisk, jaki proteza wywiera na podłoże, dochodzi do zaniku kości. Mają także destrukcyjny wpływ na resztkowe uzębienie pacjenta i mogą prowadzić do stanów zapalnych błony śluzowej. Są to rozległe konstrukcje i przez swoją objętość mogą powodować gorszą wymowę.

Proteza szkieletowa ma zaś maksymalnie ograniczoną płytę podstawową (fot. 8). Dąży się do tego, aby płyta protezy szkieletowej pokrywała jak najmniejszą powierzchnię błony śluzowej, jednak musi ona być na tyle rozległa, by zapewniać wystarczającą sztywność całej konstrukcji. Konstrukcję protezy szkieletowej planuje się na podstawie badania klinicznego i analizy paralelometrycznej, jak również badań dodatkowych, z których podstawowym jest analiza radiogramów w odniesieniu do warunków podłoża kostnego i stanu zębów pozostałych oraz ich przyzębia, zwłaszcza przewidzianych jako filarowe dla planowanego rozwiązania (4).

Fot. 8. Konstrukcja metalowa protezy szkieletowej górnej

Metale i stopy wykorzystywane do wykonywania protez

W protetyce stomatologicznej wykorzystywane są zarówno metale szlachetne, jak i nieszlachetne. Do metali szlachetnych zalicza się: platynowce oraz złoto i srebro z grupy miedziowców. Metale szlachetne są odporne chemicznie, w warunkach otoczenia nie ulegają korozji. Ich dużą zaletą jest biokompatybilność, co jest bardzo ważne w przypadku wykonywania uzupełnień protetycznych. Metale nieszlachetne używane w protetyce to: chrom, kobalt, nikiel, żelazo, tytan, niob, molibden, wanad, glin, tantal oraz wolfram. Jednak czystych metali używa się rzadko. Wyjątek stanowią czyste galwaniczne złoto w technologii galwanoformingu oraz tytan w implantologii.

Metale są głównie używane w formie stopów, czyli mieszaniny różnych metali. Stopy powstają w procesie przetapiania i w wyniku tego procesu uzyskują pożądane właściwości fizykochemiczne. Stopy mają nieporównywalnie lepsze właściwości, tj.: wytrzymałość, twardość czy sprężystość, niż każdy z metali, które wchodzą w skład osobno. Jednak do tej pory nie stworzono idealnego stopu, który miałby wszystkie stawiane współcześnie stopom dentystycznym wymagania. Należą do nich m.in.: biokompatybilność, łatwość topienia, odporność na korozję, duża wytrzymałość, nieskomplikowana obróbka, odpowiednia twardość, sprężystość i ciągliwość.

Istnieje wiele podziałów stopów dentystycznych. Jednym z nich jest podział ze względu na temperaturę topnienia. Wyróżnia się wówczas stopy:

• niskotopliwe,

• średnio topliwe,

• wysokotopliwe.

Ze względu na mikrostrukturę wyróżnia się stopy:

• wielofazowe,

• jednofazowe.

Ze względu na możliwość rozpuszczenia poszczególnych komponentów w stopie wyróżnia się stopy:

• homogenne,

• niehomogenne,

• graniczne.

Jednak najczęściej stosowany jest podział stopów wg klasyfikacji ANSI-ADA, która uwzględnia skład stopu i zawartość w nim metali szlachetnych. Stopy dzieli się na trzy grupy:

• stopy wysokoszlachetne, w przypadku których zawartość metali szlachetnych wynosi co najmniej 60%, w tym 40% złota,

• stopy szlachetne, które zawierają co najmniej 25% metali szlachetnych,

• stopy nieszlachetne – złożone głównie z metali nieszlachetnych, zawierają mniej niż 25% metali szlachetnych (5-7).

Wymagania stawiane stopom dentystycznym

Stopy muszą być biokompatybilne, nie mogą powodować alergii lub reakcji toksycznych u pacjenta, a także lekarza stomatologa czy technika dentystycznego. W środowisku jamy ustnej powinny być odporne na korozję i zmatowienie. Powinny być również łatwo dostępne. One same, jak i ich obróbka powinny być stosunkowo tanie. Od stopów wymaga się również, by były wytrzymałe, wystarczająco twarde oraz odporne na ścieranie. Stopy przeznaczone do uzupełnień licowanych ceramiką nie mogą ulegać deformacji w wysokich temperaturach, muszą mieć podobne właściwości termiczne do nakładanej ceramiki (8).

Metale jako składniki stopów

Niektóre metale są dodawane do składu stopów w dużych ilościach, inne zaś w ilościach nieprzekraczających 1%:

• złoto (Au) – metal szlachetny, miękki i błyszczący, jest metalem ciągliwym i kowalnym; jest odporne na korozję oraz nietoksyczne; czyste złoto jest koloru jasnożółtego, ulega roztworzeniu w wodzie królewskiej, czyste złoto jest zbyt miękkie, by mogło być samodzielnie stosowane jako uzupełnienie protetyczne; złoto również nie wytwarza warstwy tlenków na powierzchni, więc nie może się łączyć chemicznie z ceramiką; w protetyce stosuje się je w formie stopów lub w technologii galwanoformingu;

• miedź (Cu) – stosowana w stopach szlachetnych jako utwardzacz, przeważnie w stężeniu > 10%; powoduje zwiększenie współczynnika rozszerzalności cieplnej, w stopach pallad – miedź – gal może powodować wytwarzanie ciemnej warstwy tlenków na powierzchni stopu;

• pallad (Pd) – wybiela złoto, zwiększa jego twardość i sprężystość oraz podnosi temperaturę topnienia; ma niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, więc może być używany do wytwarzania podbudowy pod licowanie ceramiką;

• platyna (Pt) – podnosi temperaturę topnienia stopu, zwiększa jego twardość, wytrzymałość oraz sprężystość, maleje jednak współczynnik rozszerzalności termicznej; może być stosowana jako alternatywa dla palladu, jednak jest mniej efektywna;

• srebro (Ag) – zwiększa plastyczność i ciągliwość stopu, obniża jego temperaturę topnienia;

• cynk (Zn) – zapobiega wytwarzaniu się porowatości w stopie, ponieważ wychwytuje tlen; zwiększa płynność stopu, poprawia właściwości jego odlewania, ponieważ obniża napięcie powierzchniowe, kiedy stop jest w formie płynnej;

• ind (In) – poprawia płynność stopu złoto – srebro – miedź, zwiększa rozszerzalność termiczną stopu oraz zmniejsza jego temperaturę topnienia; przyczynia się do zwiększenia połączenia między ceramiką a stopem przez wytwarzanie warstwy tlenków na powierzchni;

• gal (Ga) – stosowany jest wyłącznie w stopach palladowych, które są przeznaczone do wytwarzania uzupełnień stałych, licowanych ceramiką; wzmacnia stop i obniża jego temperaturę topnienia;

• cyna (Sn) – wzmacnia wytrzymałość stopu, podnosi współczynnik rozszerzalności cieplnej oraz obniża temperaturę topnienia; zwiększa połączenie między stopem a ceramiką przez wytwarzanie tlenków;

• żelazo (Fe) – wzmacnia stopy przeznaczone pod ceramikę, głównie w stopach złoto – platyna; tworzy warstwę tlenków, przez co stop łączy się chemicznie z ceramiką (9).

Stopy nieszlachetne

Do grupy stopów nieszlachetnych należą stopy, które w swoim składzie mają metali szlachetnych mniej niż 25% wagowych całego stopu. W składzie mają głównie: chrom, kobalt, beryl, nikiel. Do stopów nieszlachetnych zalicza się przede wszystkim:

• stopy chromowo-kobaltowe,

• stopy chromowo-niklowe.

Mogą one być używane do uzupełnień stałych licowanych ceramiką lub uzupełnień pełnometalowych, a także wkładów koronowo-korzeniowych. Cechują się dużą twardością, więc uzupełnienia wykonane z tych stopów mogą być cieńsze i nie ulegną zniekształceniu np. podczas obróbki strumieniowo-ściernej lub w wysokiej temperaturze. Ze stopów nieszlachetnych, a konkretnie stopu chromowo-kobaltowego, wykonuje się metalową konstrukcję protezy szkieletowej. Temperatura topnienia stopów nieszlachetnych jest bardzo wysoka. Mają one duży skurcz (2,3%), co należy skompensować przez użycie odpowiedniej masy ogniotrwałej, która ma duży współczynnik rozszerzalności termicznej. Podczas napalania ceramiki podbudowy ze stopów nieszlachetnych nie ulegają odkształceniu nawet w wysokich temperaturach (fot. 9-10). Wysoka twardość, jaką cechują się stopy nieszlachetne, utrudnia obróbkę mechaniczną, polerowanie, a także lutowanie. Stopy chromowo-kobaltowe są bardzo twarde oraz mają wysoką temperaturę topnienia. Mogą być alternatywą dla stopów niklowych lub stopów złota ze względu na większą wytrzymałość od stopów szlachetnych. Ze względu na to, że wykazują dużą odporność na korozję i utlenianie mogą być stosowane w środowisku jamy ustnej. Stopy te są bardziej odporne na korozję od stopów chromowo-niklowych i stopów, które w swoim składzie mają niską zawartość metali szlachetnych, jednak są mniej odporne od stopów szlachetnych. Mogą być wykorzystywane do konstrukcji metalowych pod licowanie ceramiką lub konstrukcje protez szkieletowych. Różne rodzaje stopów chromowo-kobaltowych różnią się od siebie składem w zależności od zastosowania. Stopy, których używa się do odlewania protez szkieletowych, zawierają ok. 61-64% kobaltu, 29-30% – chromu, 5% – molibdenu, a także ok. 2% manganu, krzemu, azotu, tantalu i węgla. Stopy przeznaczone do napalania ceramiki zwykle zawierają mniejszą ilość kobaltu oraz chromu, zawierają zaś wanad (5-6%), który jest odpowiedzialny za wytrzymałość i sprężystość stopu. Temperatura topnienia tych stopów wynosi 1240-1420°C, a wytrzymałość na rozciąganie – 650-1000 MPa. Stopy CoCr mają wysoki moduł sprężystości (180-230 GPa) i niski stopień przewodnictwa cieplnego. Stopy te są najtwardsze ze wszystkich stopów dentystycznych (340-420 HV). Dodatki poszczególnych metali mają wpływ na konkretne cechy stopu:

• kobalt zwiększa wytrzymałość i twardość stopu, zwiększa również odporność na wysokie temperatury, przewodnictwo elektryczne i cieplne;

• chrom zwiększa odporność na korozję oraz wytrzymałość na zmiany kształtu;

• nikiel obniża wytrzymałość, twardość, a także temperaturę topnienia; zwiększa przewodnictwo cieplne i elektryczne;

• molibden i wolfram wpływają na zwiększenie twardości oraz wytrzymałości, ograniczają żaroodporność stopu;

• beryl wpływa na ujednorodnienie stopu;

• żelazo, w przeciwieństwie do kobaltu, obniża wytrzymałość i twardość.

Obróbka stopów CoCr może być trudna – ze względu na dużą twardość stopu poleca się stosowanie narzędzi tnących z węglika spiekanego (frezy z węglika wolframu, tarcze i kamienie z węglika krzemu), polerowania elektrolitycznego i mechanicznego (8).

Stopy chromowo-niklowe cechują się niskim wskaźnikiem przewodnictwa cieplnego, są odporne na korozję, mają wysoką granicę plastyczności oraz wysoki moduł sprężystości. Są wykorzystywane przede wszystkim do wykonywania konstrukcji protez stałych. Mogą sprawiać problemy w trakcie odlewania przez to, że mają małą gęstość i dużą kurczliwość (2,4%). Ich temperatura topnienia wynosi 1250-1430°C. Stopy NiCr mają w swoim składzie 70-80% niklu, 10-25% chromu oraz magnez, beryl, wolfram i molibden (10).

Fot. 9a-b. Podbudowa metalowa – pojedynczy ząb

Fot. 10a-b. Podbudowa metalowa – most

Korozja stopów metali

Korozja stopów metali jest procesem niszczenia struktury stopu. Spowodowana jest ona reakcjami chemicznymi ze składnikami środowiska, w jakim dany stop się znajduje, lub procesów elektrochemicznych. Najbardziej na nią są narażone stopy nieszlachetne. Przez obniżenie pH w jamie ustnej stopy nieszlachetne mogą powodować większe uwalnianie jonów metali. Jest to niezwykle częste zjawisko, szczególnie w przypadku stopów, które w swoim składzie zawierają nikiel. Im większa powierzchnia metalowego uzupełnienia, tym więcej zostanie uwolnionych jonów, dlatego też wszelkie uzupełnienia muszą być dokładnie wypolerowane na wysoki połysk – wówczas powierzchnia nie będzie tak „rozbudowana”, co ma miejsce np. na powierzchniach, które zostały wcześniej wypiaskowane.

Kiedy w jamie ustnej jest zastosowany tylko jeden stop, powstałą korozję można nazwać korozją biologiczną. Za korozję biologiczną odpowiadają występujące w jamie ustnej beztlenowce. Jednak kiedy w jamie ustnej znajduje się więcej niż jeden stop, występuje korozja elektrochemiczna spowodowana procesami elektrochemicznymi zachodzącymi poprzez występowanie różnych potencjałów na powierzchni obiektu, który znajduje się w elektrolicie, jakim jest ślina. Urazy mechaniczne uzupełnień protetycznych powodują osłabienie stopu i jego struktury – zostaje wówczas naruszona warstwa ochronna powierzchni stopu. To wszystko może przyspieszać korozję. Jony metali, które są produktami korozji, mogą powodować zmiany w obrębie jamy ustnej, tj.: stany zapalne tkanek miękkich, zapalenia dziąseł, leukoplakię czy zanik kości wyrostka zębodołowego. Pacjenci z uzupełnieniami metalowymi w jamie ustnej mogą skarżyć się na pieczenie, metaliczny posmak, a nawet ból. Mogą być to objawy o charakterze miejscowym, nazywane także galwanozami. Produkty korozji mogą być również wchłaniane przez błonę śluzową układu oddechowego, jak i pokarmowego oraz działać szkodliwie na cały organizm. Środowisko jamy ustnej ma doskonałe warunki do występowania procesów korozyjnych. Wpływają na to zmiany pH, temperatury czy zmiany chemiczne przez działanie mikroorganizmów. Na ryzyko wystąpienia korozji mają także wpływ pasty do zębów i inne środki do higieny jamy ustnej, jak np. płyny do płukania, które zaburzają stabilność środowiska panującego w jamie ustnej (2).

Skład chemiczny stopu oraz jego mikrostruktura mają wpływ na odporność na korozję. Spośród stopów nieszlachetnych największą odporność na korozję mają stopy, które w swoim składzie mają od 16-17% chromu. Molibden, który również jest składnikiem tych stopów, tworzy warstwę tlenków na powierzchni stopu. Ilość niklu, który zostanie uwolniony z tego typu stopów, jest niewielka (12-14).

Metody wykonywania uzupełnień ze stopów metali

Odlewnictwo metodą traconego wosku

W technice dentystycznej tradycyjną metodą otrzymywania metalowych konstrukcji jest odlewnictwo. Tę metodę stosuje się do wykonywania zarówno protez szkieletowych, jak i uzupełnień stałych, tj. wkładów koronowo-korzeniowych oraz podbudów pod korony lub mosty. Odlewanie struktur metalowych odbywa się za pomocą „metody traconego wosku”. Polega ona na zatopieniu modelu woskowego uzupełnienia w masie osłaniającej. Następnie zostaje on wypalony w celu stworzenia pustej przestrzeni, w którą później zostanie wprowadzony stopiony metal. Na odpowiednio przygotowanym modelu gipsowym (w przypadku uzupełnienia stałego) lub modelu z masy ogniotrwałej (kiedy wykonywana jest proteza szkieletowa) zostaje wymodelowane uzupełnienie z wosku odlewowego, który spala się bezresztkowo, więc nie pozostawia zanieczyszczeń w formie odlewniczej. Woskowe uzupełnienie musi być czyste, dokładnie przylegać do modelu, a także mieć zaokrąglone kontury, by uniknąć zawirowań podczas wpływania płynnego metalu. W przypadku konstrukcji protezy szkieletowej model woskowy powinien być wykonany starannie, co ograniczy późniejsza obróbkę mechaniczną. Następnie przymocowuje się sztyft odlewniczy, który może być wykonany z wosku odlewowego, plastiku lub metalu. Najczęściej jednak używa się sztyftów woskowych. Grubość kanału odlewniczego zależy od wielkości i grubości odlewanego obiektu. Kanał odlewniczy ma za zadanie umożliwić ujście roztopionego wosku z formy, a także pozwolić na wpłynięcie ciekłego metalu do wnętrza formy. Przymocowuje się go do najgrubszej, najbardziej rozległej części modelu woskowego, ponieważ należy dostosować się do zasady, że „lejemy z grubego do cienkiego”. Wówczas roztopiony metal z łatwością zapłynie z elementów o większej średnicy do tych cieńszych. Cienkie elementy szybciej stygną, dlatego też kanały odlewnicze będą utrzymywać metal w stanie ciekłym, przez co będą stanowić rezerwuar płynnego metalu dla pozostałych części odlewu, aż do całkowitego ich stężenia. Miejsce połączenia kanału z modelem woskowym powinno być wygładzone. Model woskowy wraz z kanałem odlewniczym przymocowuje się do stożka odlewniczego, który będzie stanowił podstawę pierścienia podczas zalewania go masą osłaniającą. Woskowe obiekty nie powinny być jednak umieszczone bliżej niż 6 mm od ścian pierścienia odlewniczego. Taka odległość zapewnia wystarczającą grubość masy, by forma odlewnicza była wytrzymała, i jednocześnie jest wystarczająco cienka, by powstałe gazy wewnątrz formy mogły z łatwością się wydostać. Takie umieszczenie kanału wraz z modelem umożliwia szybsze jego oziębienie, a jednocześnie metal w kanale odlewniczym zostaje nadal w formie płynnej i zapływa do odlewu, aż do czasu całkowitego jego stężenia. Kanały powinny mieć też jak najprostszy przebieg, ponieważ za długa droga płynięcia metalu, a także ostre kanty i nagłe zmiany kierunku płynięcia metalu prowadzą do zawirowań, przez co w konsekwencji mogą tworzyć się porowatości i wżery w odlanym metalu.

Kiedy woskowe elementy są już umieszczone na gumowym stożku odlewniczym, nakłada się pierścień odlewniczy. Pierścień może być silikonowy (zostaje on wówczas zdjęty po całkowitym stężeniu masy) lub metalowy. W przypadku korzystania z pierścieni metalowych przed zalaniem masą ogniotrwałą należy od środka wyścielić je wykładziną ceramiczną, która zostaje wcześniej zmoczona. Zwiększa się wówczas rozszerzalność higroskopijna masy, dlatego podczas używania pierścieni silikonowych gotową formę należy zanurzyć w wodzie o temperaturze 37°C na ok. godzinę. Taka wykładzina ceramiczna powinna być krótsza o ok. 3 mm na każdym końcu pierścienia, przez co masa ogniotrwała zostaje „zamknięta” w pierścieniu i ekspansja następuje jednolicie w całej formie. Przygotowany pierścień można zalać masą osłaniającą, która została wymieszana w mieszadle próżniowym w proporcjach podanych przez producenta na opakowaniu. Zalewanie masy należy przeprowadzić na stoliku wibracyjnym, przez co zmniejsza się ryzyko zamknięcia w pierścieniu pęcherzy powietrza. Zalany pierścień następnie pozostawia się do całkowitego związania masy, co trwa mniej więcej 45-60 minut. Po tym czasie z formy zostają usunięty stożek odlewniczy i pierścień silikonowy (jeśli został użyty). Forma odlewnicza zostaje wstawiona do zimnego pieca, który zaczyna się nagrzewać w chwili wstawienia formy do środka. Można jednak zastosować przyspieszoną metodę odlewania, stosując masy osłaniające, które potrzebują zaledwie 15 minut na związanie i 15 minut na wypalenie wosku z wnętrza formy, jeśli zostaną wstawione do pieca uprzednio nagrzanego do temperatury około 815°C.

Forma odlewnicza zostaje umieszczona w piecu otworem wlewowym do dołu, by wosk mógł swobodnie wypłynąć na zewnątrz. Następnie formę umieszcza się otworem wlewowym do góry, co ułatwia usuwanie gazów z formy. Czas wygrzewania pierścieni zależy od ich wielkości i ilości. Należy pamiętać, że przy wygrzewaniu więcej niż jednego pierścienia należy wydłużyć czas o 10 minut na każdy dodatkowy pierścień. W przypadku odlewania konstrukcji protezy szkieletowej piec należy nagrzać do temperatury 950°C i przetrzymywać pierścień w tej temperaturze przed 1,5 godz. Kiedy odlewa się konstrukcje pod uzupełnienia, stałe formy odlewnicze należy przetrzymywać w piecu przez ok. 40-60 minut w piecu nagrzanym do temp. 870-950°C. Temperatura końcowa formy odlewniczej powinna być o ok. 400°C niższa od temperatury odlewanego stopu. Nie wolno pozwolić na zbyt duże ostudzenie formy odlewniczej przed jej odlaniem, ponieważ ekspansja powstała podczas wygrzewania jest nieodwracalna.

Metody topienia stopów metali

Metod topienia stopów metali jest kilka. Jedną z nich jest użycie palnika gazowo-powietrznego. Metoda ta nadaje się do topienia stopów, które mają temperaturę topnienia między 870°C a 1000°C. Sprawne topienie kostek metalu zależy także od odpowiedniego ustawienia palnika. Nieodpowiednie ustawienie palnika niepotrzebnie przedłuża czas topienia metalu, a także może prowadzić do zniszczenia materiału, np. przez nadmierną oksydację. Można również użyć palników, które wykorzystują połączenie naturalnego gazu, acetylenu oraz tlenu. Jednak najpopularniejszą metodą jest używanie odlewni indukcyjnej. Wówczas topienie metalu trwa zdecydowanie krócej, jednak należy uważać na to, by stopu nie przegrzać. Kiedy zaś stop zostanie niedogrzany, może wystąpić tzw. zimny odlew. Właściwości fizykochemiczne takiego odlewu są wówczas dużo gorsze niż nawet stopu lekko przegrzanego (10, 16). Przed użyciem odlewni indukcyjnej należy podłączyć sprężone powietrze – ciśnienie musi mieć od 6 do 8 barów, by mogła ona prawidłowo działać. Urządzenie ma układ chłodzenia, który należy uzupełnić wodą destylowaną. Wodę należy regularnie wymieniać (co około 12 miesięcy). Kiedy odlewnia jest już przygotowana do użytku, należy umieścić kostki metalu w tyglu, który jest odpowiednio dobrany do rodzaju odlewanego stopu. Tygiel należy umieścić w gnieździe, gdzie dziobem będzie on skierowany w stronę stożka formy odlewniczej. Wspornik odpowiednio dopasowany do średnicy pierścienia należy umieścić na ramieniu. Kiedy wszystkie elementy są już na miejscu, należy wyważyć ramię odlewni, przesuwając przeciwciężary, aż do momentu uzyskania równowagi mechanizmu. Ta czynność musi być przeprowadzana przed każdym odlewem ze względu na różną masę form odlewniczych oraz topionego stopu. Topienie stopu można przeprowadzić, kiedy forma odlewnicza jest już w środku. Osoba, która przeprowadza czynność odlewania, ma wówczas większą kontrolę nad topionym metalem. Można także zacząć topić metal, kiedy forma odlewnicza znajduje się jeszcze w piecu i kiedy metal jest gotowy do odlania, przełożyć ją do odlewni.

Topienie metalu odbywa się przy zamkniętej pokrywie górnej. Kiedy metal jest stopiony, należy przejść do fazy odlewania za pomocą siły odśrodkowej. W czasie wirowania pokrywa górna jest zablokowana. Kiedy proces wirowania się zakończy, a silnik się zatrzyma, pokrywa zostaje automatycznie odblokowana, można wtedy wyjąć pierścień za pomocą szczypiec i pozostawić do ostudzenia. Po tym czasie odlew należy uwolnić z masy osłaniającej i poddać obróbce mechanicznej (17). Metoda ta jest ciągle udoskonalana, jednak obarczona jest wciąż niedoskonałościami materiałów, które wynikają z ich fizycznych parametrów, np.: skurcz wosku i metalu, rozszerzalność mas osłaniających, lejność stopu, zmiany parametrów metali po stopieniu itp. Wszystkie te zjawiska mają negatywny wpływ na precyzję i szczelność gotowego uzupełnienia. Dlatego też odlewnictwo nie jest idealną metodą służącą do wytwarzania metalowych konstrukcji w technice dentystycznej (18).

Technologia CAD/CAM

Inną metodą wytwarzania metalowych konstrukcji w protetyce jest zastosowanie technologii CAD/CAM. Technologia ta składa się z dwóch systemów:

• CAD (Computer-Aided Design) – systemu projektowania wspomaganego komputerowo,

• CAM (Computer-Aided Manufacturing) – systemu komputerowo wspomaganej produkcji.

Współczesna protetyka wykorzystuje technologię CAD/CAM do projektowania konstrukcji uzupełnień protetycznych (CAD) oraz produkcji wcześniej zaprojektowanych uzupełnień za pomocą urządzenia sterowanego komputerowo (CAM).

Każdy taki system składa się z elementów, jakimi są:

• skaner, który jest urządzeniem rejestrującym geometrię, która następnie przetwarzana jest na dane cyfrowe,

• oprogramowanie komputerowe umożliwiające projektowanie w systemie CAD,

• urządzenie (frezarka), które wytwarza zaprojektowany wcześniej obiekt.

Współcześnie do wyboru mamy dwa rodzaje skanerów, które skanują poszczególne elementy modelu gipsowego. Skaner bezdotykowy, również nazywany optycznym, wykorzystuje wiązkę lasera lub białe światło, które zostaje rejestrowane, kiedy odbije się od powierzchni modelu. Następnie jest przetwarzane na dane cyfrowe. Do wyboru jest także skaner dotykowy, inaczej zwany mechanicznym. Jego użytkowanie polega na dotykaniu powierzchni modelu końcówką. Taka końcówka rejestruje kształt danej struktury. Jest on jednak rzadziej stosowany ze względu na skomplikowaną procedurę skanowania i koszt urządzenia. Alternatywą dla takich skanerów jest używanie skanerów wewnątrzustnych. Służą one do skanowania uzębienia bezpośrednio w jamie ustnej pacjenta, tworząc tym samym geometryczny model cyfrowy uzębienia w oparciu o zebrane obrazy z jamy ustnej. W tym przypadku zostaje pominięty etap pobierania wycisków pacjentowi, a także odlewanie i przygotowywanie modeli gipsowych w pracowni protetycznej, przez co jest to metoda bardzo wygodna, estetyczna i pozwala znacznie skrócić czas realizacji wykonywanej pracy. Wadą jest jednak ograniczenie pola skanowania głównie w przypadku zębów najbardziej oddalonych. Kolejnym etapem jest projektowanie uzupełnienia, np. podbudowy pod koronę. Na rynku jest obecnie szeroki wybór oprogramowań komputerowych, które umożliwiają ten proces. Technologia ta pozwala na wykonanie uzupełnienia z dokładną kontrolą grubości materiału.

Następnym etapem jest wykonanie zaprojektowanego wcześniej uzupełnienia. Do tego celu wykorzystuje się frezarki sterowane komputerowo. Największą zaletą tej metody jest niewątpliwie dokładność, z jaką wykonane jest uzupełnienie. Można tym samym wyeliminować błędy, które może popełnić człowiek na etapie wykonywania uzupełnienia metodą tradycyjną, wynikające niekiedy ze zmęczenia lub z niedopatrzenia. W ten sposób praca wykonana jest z dużą precyzją i zapewnia dobre dopasowanie do zębów własnych pacjenta. Frezować można w wielu materiałach, np. tlenku cyrkonu lub stopach metali, z których głównie wykonuje się podbudowy pod uzupełnienia stałe lub polimetakrylanie metylu, inaczej zwanym PMMA (fot. 12), który bardzo dobrze sprawdzi się do frezowania uzupełnień tymczasowych. Frezować można również w krążkach woskowych, wówczas takie elementy można odlać ze stopów metali za pomocą tradycyjnego odlewania metodą traconego wosku.

Systemy CAD/CAM mają wiele zalet. Jedną z nich jest precyzja, z jaką praca protetyczna jest wykonana; takie uzupełnienia są dokładnie dopasowane do opracowanego filaru, szczelność brzeżna jest zachowana w zakresie do 100 um. Gotowe uzupełnienie, szczególnie ceramiczne, jest trwałe i biokompatybilne, może być zacementowane w sposób tradycyjny lub adhezyjny. Istnieje możliwość oglądania cyfrowego modelu na monitorze komputera ze wszystkich stron i daje to możliwość kontrolowania punktów stycznych, wysokości guzków oraz głębokości bruzd i grubości projektowanego uzupełnienia. Jednak system ten nie jest także pozbawiony wad, które wiążą się głównie z dużymi kosztami, które są potrzebne do wyposażenia pracowni w urządzenia i oprogramowanie komputerowe, a także szkolenia pracowników (5-7, 13, 15, 18-21).

Fot. 11. Korony licowane ceramiką na podbudowie metalowej odbudowujące zęby 12 oraz 22

Fot. 12. Most wycięty w PMMA

Technologia SLS

System CAM jest wykorzystywany do frezowania z bloczków materiału, co jest nazywane metodą subtrakcyjną. Drugą metodą jest technologia SLS, czyli Selective Laser Sintering, która polega na spiekaniu proszków za pomocą lasera sterowanego komputerowo. Metoda ta jest nazywana metodą addycyjną. Materiałami, których używa się w tej technologii, są: proszki metali, materiały ceramiczne, woski oraz kompozyty termoplastyczne. Dzięki selektywnemu spiekaniu proszków metali można wykonywać konstrukcje metalowe, jakimi są wkłady koronowo-korzeniowe i podbudowy pod uzupełnienia stałe. Metodą SLS można wykonać podbudowę metalową, poprzez spiekanie wiązką lasera w cienkich warstwach proszku na bazie stopu chromowo-kobaltowego. Taka podbudowa ma jednorodną strukturę, pozbawiona jest niedokładności, jakie istnieją w uzupełnieniach wytwarzanych tradycyjną metodą, oraz doskonale pasuje do filaru zęba, niezależnie od tego, jak rozległe jest wytwarzane uzupełnienie. Obecnie jest to najdokładniejsza metoda wytwarzania konstrukcji CoCr. Wyklucza ona problem skurczu, który istnieje w metodzie tradycyjnej na etapie modelowania uzupełnień z wosku lub frezowania ich z bloczków woskowych, a także późniejszej zamiany ich na metal. Proces wytwarzania takiego uzupełnienia na początku jest taki sam jak w przypadku uzupełnień frezowanych. Model roboczy zostaje zeskanowany, by następnie można było zaprojektować uzupełnienie. Zaprojektowane uzupełnienie w formie pliku STL zostaje przesłane do centrów, które są wyposażone w urządzenie EOSint M270. Urządzenie to wykorzystuje laser światłowodowy Yb (Ytterbium Fibre Laser – iterbowy laser włóknowy). Moc takiego lasera wynosi 200 W. Na platformę roboczą zostaje naniesiona warstwa proszku (0,2 mm). Później wiązka lasera jest prowadzona zgodnie z zapisem projektu tworzonej podbudowy po powierzchni proszku. Etap ten jest powtarzany kilkukrotnie. W efekcie końcowym otrzymuje się jednolite uzupełnienie, którego gęstość wynosi 99%. Podbudowa wykonana w technologii SLS powinna mieć grubość 0,5 mm, natomiast jej obrzeża – 0,2 mm. Wielkość łączników w mostach w odcinku przednim to minimalnie 4 mm2, a w odcinku bocznym – 5 mm2. W tej metodzie następuje przejście proszku, który jest w stanie stałym, przez płynny, ponownie do stałego, jakim jest spiek. Proszek, który nie został wykorzystany w procesie, zostaje zmiatany z platformy roboczej. Może on zostać wykorzystany ponownie, przez co straty materiału są bardzo małe, co obniża koszty produkcji. Jednocześnie na platformie roboczej może być wytwarzanych od 350 do 600 podbudów, a cały cykl produkcji trwa 22 godziny. W następnym etapie elementy zostają poddawane procesowi śrutowania ceramicznego (kulowaniu – shot-peening). Proces ten polega na bombardowaniu ścierniwem ceramicznym elementów powstałych na etapie spiekania. Ścierniwo ceramiczne jest okrągłe, o średnicy 0,125-0,250 mm. Proces ten przeprowadza się pod ciśnieniem 2,5-3,5 bara. Powoduje to oczyszczanie metalowych elementów z zanieczyszczeń przez wytworzenie mechanicznych wibracji. Następnym etapem jest wygrzewanie podbudowy w atmosferze argonu. Ma to na celu zminimalizowanie naprężeń wewnętrznych. Następuje to w piecu, który nagrzewa się do temperatury 450°C w ciągu godziny. Taka temperatura utrzymywana jest przez 45 minut, później wzrasta ona do 750°C w ciągu 45 minut i przez kolejną godzinę jest utrzymywana na takim poziomie. Następnie tak wygrzany element poddaje się stopniowemu chłodzeniu.

Tak powstałe uzupełnienie może być opracowywane w standardowy sposób, jak uzupełnienia wykonywane metodą tradycyjną. Oksydacja jest przeprowadzona po wykonaniu podbudowy, jednak zaleca się jej powtórzenie w pracowni. Do licowania należy wybierać ceramikę, która ma odpowiednią rozszerzalność termiczną (18, 22).

Zakończenie

W dzisiejszych czasach rosną świadomość i wymagania pacjentów względem własnego uzębienia i uzupełnień protetycznych. Jednak oprócz odtwarzania estetyki brakujących zębów uzupełnienia powinny odtwarzać utracone funkcje narządu żucia. Współczesna protetyka umożliwia wykonywanie uzupełnień zarówno estetycznych, jak i funkcjonalnych niemal w każdym przypadku. Często do wykonywania uzupełnień protetycznych, zarówno stałych, jak i ruchomych, wykorzystuje się stopy metali jako materiały podstawowe. Najczęściej stosowanymi stopami są stopy nieszlachetne, które w porównaniu do pozostałych stopów, cechują się niższą ceną oraz większą wytrzymałością.

Istnieje także wiele technologii wytwarzania metalowych konstrukcji, które są z powodzeniem stosowane na co dzień w wielu pracowniach protetycznych. Ze stopów nieszlachetnych można wykonywać: protezy szkieletowe, które są dobrą alternatywą dla tradycyjnych protez osiadających, wkłady koronowo-korzeniowe, dzięki którym możliwe jest odbudowanie zniszczonego zęba, a także podbudowy pod uzupełnienia stałe licowane ceramiką, które idealnie odtwarzają utracone uzębienie oraz są bardzo wytrzymałe (fot. 13a-b).

Fot. 13a-b. Korona pełnometalowa

Piśmiennictwo dostępne w redakcji.