Hammaslääkäri

Torstai 25.04.2019

Pohjoismainen teema 2019: Keraamit hammashoidossa

Keraamiset materiaalit ja niiden erilaiset käyttösovellukset ovat olennainen osa nykyaikaista korjaavaa ja proteettista hammashoitoa. Hammasta muistuttavan ulkonäkönsä ansiosta keraameja on käytetty korvaamaan ja korjaamaan hampaan kovakudosta jo 1700-luvulta saakka.

Viime vuosikymmenten aikana sekä materiaalien että valmistustekniikoiden kehitys on ollut huimaa (kuva 1). Hammaskeraamien kehitystyön kolmena keskeisenä tavoitteena on ollut parantaa keraamisten restauraatioiden tarkkuutta, lisätä materiaalien taivutuslujuutta sekä saavuttaa entistä luonnollisemmalta näyttävä lopputulos.

Tämän päivän hammaskeraamit muodostavat heterogeenisen ryhmän materiaaleja, joiden mekaaniset ja optiset ominaisuudet poikkeavat toisistaan merkittävästi, samoin kuin niiden sidostettavuus hampaaseen muovisementeillä. Kliinisen lopputuloksen onnistumiseen vaikuttavat materiaalin valinta, valmistustekniikka, restauraation muotoilu sekä se, noudatetaanko materiaalin käsittelyssä ja käytössä suosituksia. Hammaslääkärillä on näin ollen oltava hyvät tiedot materiaalien käyttöalueista, rajoituksista ja oikeista käyttötavoista. Hammaslaboratoriossa tapahtuva tietokoneavusteinen suunnittelu ja valmistus (CAD/CAM) on laajentanut keraamien käyttöaluetta merkittävästi (1).

Tämän teema-artikkelisarjan tarkoituksena on tarjota näyttöön perustuvaa tietoa nykyaikaisten hammaskeraamien ominaisuuksista, niiden käyttö- ja vasta-aiheista sekä hoitotuloksista. Mukana on myös kliinisiä esimerkkejä näiden materiaalien käytöstä esimerkiksi nuorilla henkilöillä ja muissa haastavissa tilanteissa.

Keraamien ominaisuudet

Keraamit ovat epäorgaanisia, epämetallisia, kiinteitä materiaaleja. Ne koostuvat metalli-, epämetalli- tai puolimetalliatomeista, jotka muodostavat keraamin esimerkiksi yhdessä hapen kanssa (2). Keraameissa atomit ovat sitoutuneet toisiinsa joko ionisidoksella tai kovalenttisella sidoksella. Nämä materiaalit voivat olla esiintymismuodoltaan kiteisiä, amorfisia tai näiden yhdistelmiä (3).

Hampaiden restauraatioissa käytettävät materiaalit ovat yleensä kemiallisesti stabiileja, lujia ja kovia. Ne ovat kuitenkin alttiita haurasmurtumille, toisin kuin metallit ja metallilejeeringit, joissa taas esiintyy plastista muodonmuutosta. Materiaaliin jääneet huokoset ja muut mikrorakenteen virheet tai säröt voivat myös aiheuttaa jännityskeskittymiä, mikä johtaa halkeamiin, jos virheen muoto ja koko ovat kriittiset.

Kyky vastustaa halkeaman etenemistä on näin ollen vahvan ja kestävän keraamin keskeinen ominaisuus. Rakenteen täydellinen halkeaminen on tyypillinen kliinisen epäonnistumisen syy lujuudeltaan matalissa tai keskivahvoissa keraameissa, kuten maasälpäkeraameissa. Sen sijaan hyvin lujissa materiaaleissa, esimerkiksi stabiloidussa zirkoniumdioksidissa (zirkonia), ilmenevät vauriot muistuttavat enemmän metalleissa esiintyviä vaurioita.

Mekaaniset ominaisuudet – yleisesti käytettyjä termejä

Keraamimateriaaleja koskevissa esityksissä ja esitteissä annetaan yleensä tietoa materiaalien mekaanisista ominaisuuksista, joita voidaan mitata lukuisilla eri testeillä. Tällä hetkellä käytössä olevan kansainvälisen standardin mukaan taivutuslujuus on kaikkien erityyppisten hammaskeraamien tärkein mitattava fysikaalinen ominaisuus (4). On kuitenkin mahdollista, että jatkossa standardeihin otetaan mukaan kehittyneempiä mittausmenetelmiä, kuten esimerkiksi väsytystestit.

Lujuus kuvaa materiaalin maksimaalista kykyä vastustaa mekaanista rasitusta (veto- tai puristusjännitystä) ennen kuin se antaa periksi. Keraamien lujuutta mitataan yleensä taivutusluujuustestillä. Kyseessä on kolmen tai neljän pisteen taivutustesti, jossa testitanko tuetaan molemmista päistä ja sen keskelle kohdistetaan rasitus. Testauksen aikana tangon koveraan pintaan kohdistuu puristusjännitys ja kuperaan pintaan vetojännitys (3, 5, 6).

Keraamit murtuvat yleensä joutuessaan vetojännityksen kohteeksi. Murtositkeys kuvaa materiaalin kykyä vastustaa halkeamia, jotka syntyvät siinä esiintyvien submikroskooppisten virheiden seurauksena. Hyvä sitkeys tarkoittaa hyvää vaurionsietokykyä eli sitä, että materiaali ei ole haurasta. Murtositkeyttä kuvataan usein jännitysintensiteettitekijän (KIc) avulla, joka mittaa jännityksen keskittymistä materiaalissa olevan vaurion kärkeen (3, 7).

Kimmokerroin kuvaa materiaalin muuttumista eli venymää suhteessa siihen kohdistuvaan jännitykseen. Kerroin määritellään kappaleeseen kohdistuvan jännityksen ja venymän  suhteena. Jos materiaalin kimmokerroin on korkea, kuten useimmilla keraameilla, se on jäykkää, kun taas matalan kimmokertoimen omaavat materiaalit, esimerkiksi polymeerit, ovat joustavia (3, 6).

Hammaskeraamit – terminologia ja luokittelu

Hammaskeraameihin liittyvä terminologia voi vaikuttaa sekavalta. Monoliittisiksi kutsutaan rakenteita, jotka on käytännössä kokonaan valmistettu yhdestä materiaalista. Joissakin yhteyksissä puhutaan myös anatomiseen muotoon ("full contour") tehdyistä restauraatioista. Kerrostetut restauraatiot muodostuvat runkomateriaalista, jonka pintaan on kerrostettu toista keraamia; tällainen on esimerkiksi zirkoniarunko, jonka päällä on maasälpäpinnoite.

Nykyaikaiset hammaskeraamit voidaan jakaa kolmeen alaryhmään (taulukko 1). Ensimmäisen ryhmän muodostavat pääasiassa lasia sisältävät materiaalit, joista käytetään yleensä nimitystä maasälpäposliinit tai vain posliinit. Toinen ryhmä ovat partikkelitäytteiset lasit, jotka tunnetaan myös nimellä lasikeraamit, ja kolmas ryhmä ovat täysin kiteiset keraamit eli oksidikeraamit (8–10). Näiden ryhmien materiaalit eroavat toisistaan sidostusominaisuuksiensa ja lujuuden suhteen. Pääsääntö on, että lujempien keraamien sidostaminen hampaaseen on haastavampaa kuin vähemmän lujien.

Nykyiseen hammaskeraameja koskevaan ISO-standardiin (4) sisältyy käyttötarkoitukseen perustuva luokittelu. Luokan 1 keraamit on tarkoitettu metallista tai erittäin lujasta keraamista valmistetun ytimen pinnoitukseen. Ne sidostuvat hampaaseen helposti. Asteikon toisessa päässä olevat eli luokan 5 keraamit puolestaan on suunniteltu kestämään jännitteitä neljästä tai useammasta yksiköstä koostuvissa siltarakenteissa.

Maasälpäposliinit

Näitä materiaaleja on perinteisesti kutsuttu posliineiksi, vaikkeivät ne materiaalitieteellisestä näkökulmasta posliineja olekaan. Posliinirestauraatioita voidaan valmistaa pulverista, jota lisätään käsin kerrostamalla. Nämä pääasiassa lasista koostuvat materiaalit eivät kestä purentavoimia ilman metallista tai lujasta keraamista valmistettua ydinrakennetta.

Niitä käytetäänkin pääasiassa pinnoitteina, mutta niistä on mahdollista valmistaa myös monoliittisia, suoraan hampaan pintaan kiinnitettäviä posliinikuoria. Näissä tapauksissa hammas itse tukee posliinia. Korkean lasipitoisuutensa ansiosta perinteiset posliinit omaavat hyvät liimausominaisuudet esim. sidostamiseen yhdistelmämuovisementeillä. Tämä ominaisuus mahdollistaa myös sen, että keraamisten pinnoitteiden murtumat voidaan korjata suoraan potilaan suussa.

Lasikeraamit

Lasikeraamit koostuvat kiteisen faasin ja amorfisen lasin yhdistelmästä. Lasikeraamirakenteiden lujittavat kiteet saadaan aikaan tekemällä materiaalille kontrolloitu lämpökäsittely. Esimerkkejä hammashoidossa käytettävistä lasikeraameista ovat leusiitti- ja litiumdisilikaattilujitteiset keraamit. Niiden etuja ovat hyvät mekaaniset ominaisuudet sekä se, että ne sidostuvat hyvin hampaan rakenteisiin yhdistelmämuovisementtien avulla.

Lasikeraameja käytetään yleisesti monoliittisten restauraatioiden valmistamiseen, mutta niillä voidaan myös pinnoittaa lujempia runkorakenteita. Hyvien optisten ominaisuuksiensa ansiosta lasikeraamit soveltuvat erittäin hyvin myös sellaisiin restauraatioihin, joissa esteettiset vaatimukset ovat korkeat. Niitä käytetään menestyksekkäästi epäsuoralla tekniikalla toteutetuissa, adhesiivisesti kiinnitettävissä restauraatioissa ja kruunuissa sekä etu- että takahammasalueella.

Oksidikeraamit

Täysin kiteiset oksidikeraamit, kuten zirkonia ja alumina, ovat hammaskeraameista lujimpia ja kestävimpiä. Stabiloidun zirkonian hyvät mekaaniset ominaisuudet mahdollistavat sen käytön jopa pitkissä siltarakenteissa takahammasalueella (11). Täysin kiteisestä materiaalistaa puuttuu kuitenkin lasifaasi, joten sen etsaus ei onnistu perinteisin menetelmin. Oksidikeraamien adheesio perustuukin pääasiallisesti mekaaniseen retentioon.

Kemiallinen sidos zirkoniaan on mahdollista saada aikaan käyttämällä esimerkiksi 10-metakrylodekyylivetyfosfaattia (MDP) sisältävää sidosainetta. Tällä tekniikalla on raportoitu hyviä kliinisiä tuloksia myös pintakiinnitteisissä rakenteissa (12).  Aihe on tällä hetkellä useiden tutkijoiden mielenkiinnon kohteena.

Zirkoniarestauraatioita koskevissa kliinisissä tutkimuksissa on todettu, että yleisin näihin rakenteisiin liittyvä komplikaatio näyttäisi olevan pintaposliinin lohkeaminen (13). Niinpä zirkonian käytössä onkin vähitellen siirrytty posliinilla pinnoitetuista rakenteista monoliittisiin, anatomisesti muotoiltuihin restauraatioihin.

Hiljattain markkinoille on tullut niin kutsuttuja läpikuultavia ja erittäin läpikuultavia zirkoniamateriaaleja, joilla saavutetaan monoliittisissa restauraatioissa paremmat optiset ominaisuudet. Vaikuttaa kuitenkin siltä, että tässä tapauksessa kosmeettinen edistys on saavutettu mekaanisten ominaisuuksien kustannuksella. Näiden materiaalien käytöstä kaivataankin kipeästi pitkän aikavälin kliinistä tutkimustietoa.

Toimituskunta toivoo, että tämän teema-artikkelisarjan kirjoitukset tarjoavat hyödyllistä lisätietoa nopeasti kehittyvistä keraamimateriaaleista sekä teknologioista, jotka tällä hetkellä ovat hammashoidon ammattilaisten käytettävissä.

Kirjallisuus

1. Vult von Steyern P, Ekstrand K, Svanborg P, Örtorp A. Framställning av protetiska konstruktioner med hjälp av moderna digitala teknologier – en översikt. Tandläkartidningen 2014; 106(2) :56–66.
2. Vult von Steyern P. Dental Ceramics in Clinical Practice. Kirjassa: Nilner K, Karlsson S, Dahl BL. (toim.). A Texbook of Fixed Prosthodontics. The Scandinavian Approach. 2. painos. Förlagshuset Gothia AB; 2013. s. 205–22.
3.  O’Brian WJ. Dental Materials and Their Selection. 4. painos. Chicago: Quintessence Publishing Co. Inc.; 2008.
4. International Organization for Standardization (ISO). Dentistry – Ceramic materials. ISO 6872. Geneve: ISO; 2015.
5. Ashby MF. Materials Selection in Mechanical Design. 4. painos. Elsevier B.V. ; 2011.
6. Darvell BW. Materials Science for Dentistry. 10. painos. Woodhead Publishing Series in Biomaterials; 2018.
7. Cesar PF, Della Bona A, Scherrer SS, Tholey M, van Noort R, Vichi A. ym. ADM guidance-Ceramics: Fracture toughness testing and method selection. Dent Mater 2017; 33(6): 575–84.
8. Giordano R, 2nd. A comparison of all-ceramic restorative systems: Part 2. Gen Dent 2000; 48(1): 38–40, 43–5.
9. Kelly JR. Ceramics in restorative and prosthetic dentistry. Annu Rev Mater Sci 1997; 27: 443–68.
10. Kelly JR, Benetti P. Ceramic materials in dentistry: historical evolution and current practice. Aust Dent J 2011; 56 Suppl 1: 84–96.
11. Denry I, Kelly JR. State of the art of zirconia for dental applications. Dent Mater 2008; 24(3): 299–307.
12. Kern M, Passia N, Sasse M, Yazigi C. Ten-year outcome of zirconia ceramic cantilever resin-bonded fixed dental prostheses and the influence of the reasons for missing incisors. J Dent 2017; 65: 51–5.
13. Pjetursson BE, Sailer I, Makarov NA, Zwahlen M, Thoma DS. All-ceramic or metal-ceramic tooth-supported fixed dental prostheses (FDPs)? A systematic review of the survival and complication rates. Part II: Multiple-unit FDPs. Dent Mater 2015; 31(6): 624–39.

Toimituskunta

Nils Roar Gjerdet (koordinaattori, Bergen) Klaus Gotfredsen (Kööpenhamina)
Johanna Tanner (Turku)
Per Vult von Steyern (Malmö)
Marit Øilo (Bergen)

Kuvagalleria

Pohjoismainen teema 2019

Hampaiden restauroinnissa käytettävillä keraameilla on pitkä historia: ne ovat kehittyneet luonnonmineraaleista valmistetuista, hauraista materiaaleista nykyaikaisiksi, lujiksi synteettisiksi keraameiksi.

Valmistustekniikoissa on siirrytty käsityöstä tietokoneavusteiseen suunnitteluun ja valmistukseen (CAD/CAM). Kehitys on kuluneiden 20 vuoden aikana ollut nopeaa. Estetiikan ja lujuuden välisen tasapainon etsiminen sekä sementointimenetelmien kehitystyö kuitenkin jatkuvat edelleen.

Tässä teema-artikkelisarjassa tarkastellaan nykyaikaisten hammaskeraamien ominaisuuksia, käyttökohteita ja kliinistä toimivuutta.