Стеклоиономерные цементы

Стеклоиономерные цементы — это группа стоматологических материалов, относящихся к классом водных цементов, отверждающихся в результате кислотно-основной реакции между алюмосиликатным стеклом и полиакриловой кислотой. Отличаются способностью к химической адгезии к твердым тканям зуба (эмали и дентину) и выделению ионов фтора, обладающих противокариозным действием. Применяются в терапевтической и детской стоматологии для пломбирования, фиксации ортопедических конструкций и в качестве прокладочных материалов.

История

Разработка стеклоиономерных цементов началась в 1960-х годах в Великобритании. В 1969 году Алан Уилсон и Брайан Кент из Лаборатории материаловедения (Laboratory of the Government Chemist) впервые синтезировали материал, сочетающий свойства силикатных и поликарбоксилатных цементов. Первый коммерческий продукт под названием «ASPA» (Alumino-Silicate Polyacrylic Acid) был представлен в 1972 году. В 1977 году материал был усовершенствован за счет введения винной кислоты, что улучшило его рабочие характеристики и время отверждения.

В 1980-х годах появились светоотверждаемые модификации, в состав которых были добавлены фотоинициируемые полимеры (например, гидроксиэтилметакрилат). В 1990-х годах были разработаны гибридные материалы — компомеры, сочетающие свойства стеклоиономеров и композитов. К началу XXI века стеклоиономерные цементы стали одной из основных групп материалов в стоматологии, особенно в детской практике и для лечения кариеса по методике ART (Atraumatic Restorative Treatment).

Классификация

Стеклоиономерные цементы классифицируются по нескольким признакам: по типу отверждения, по назначению и по составу.

По типу отверждения

• Химического отверждения (самотвердеющие) — реакция начинается при смешивании порошка и жидкости. Время отверждения составляет 2–5 минут.
• Светоотверждаемые — содержат фотоинициаторы, полимеризующиеся под действием света галогеновой или LED-лампы. Обеспечивают более быстрое застывание (20–40 секунд) и улучшенные эстетические свойства.
• Двойного отверждения — сочетают химическую и световую полимеризацию, что обеспечивает надежное отверждение в труднодоступных участках.

По назначению (ISO 9917)

• Тип I — для фиксации (цементирования) коронок, мостов, вкладок и ортодонтических аппаратов.
• Тип II — для пломбирования:
• II.1 — эстетические (для передних зубов);
• II.2 — упрочненные (для жевательных зубов).
• Тип III — для прокладок, подкладок и герметизации фиссур.
• Тип IV — для реставрации в детской стоматологии (временные пломбы).

По составу

• Традиционные (классические) — порошок (алюмосиликатное стекло) и жидкость (полиакриловая кислота с добавлением винной кислоты).
• Металломодифицированные — с добавлением частиц серебра, палладия или сплавов (например, «Cermet»). Обладают повышенной прочностью, но худшими эстетическими свойствами.
• Стеклоиономеры с добавлением смол (resin-modified glass ionomers, RMGIC) — содержат полимерные компоненты, отверждаемые светом. Сочетают адгезию стеклоиономеров и прочность композитов.

Состав и химия отверждения

Основные компоненты стеклоиономерного цемента:

• Порошок: алюмосиликатное стекло (кальций-алюмо-фторосиликатное), содержащее оксиды кремния (SiO₂), алюминия (Al₂O₃), кальция (CaO), фтора (CaF₂) и фосфора (P₂O₅). Размер частиц — от 5 до 50 мкм.
• Жидкость: водный раствор полиакриловой кислоты (молекулярная масса 10 000–50 000 Да) с добавлением винной кислоты (для регулирования времени отверждения) и дистиллированной воды.

Химическая реакция отверждения включает три этапа:

1. Растворение стекла: полиакриловая кислота (pH около 1,5) растворяет поверхность частиц стекла, высвобождая ионы Ca²⁺, Al³⁺, F⁻ и PO₄³⁻.
2. Гелеобразование: ионы кальция и алюминия связываются с карбоксильными группами полиакриловой кислоты, образуя сшитые полимерные цепи (соли полиакрилатов). Формируется гель.
3. Затвердевание: продолжается в течение 24–48 часов, в ходе которого образуются дополнительные сшивки с участием ионов алюминия, что увеличивает прочность и водонепроницаемость материала.

Свойства

Физико-механические свойства

• Прочность на сжатие: 150–250 МПа (для традиционных), до 300 МПа для упрочненных.
• Прочность на изгиб: 20–40 МПа.
• Модуль упругости: 10–20 ГПа (ниже, чем у композитов, что обеспечивает амортизацию жевательных нагрузок).
• Твердость по Виккерсу: 50–80 HV.
• Усадка при полимеризации: 0,5–1,5 % (меньше, чем у композитов).

Химические свойства

• Адгезия к дентину и эмали: 5–15 МПа (за счет химической связи между карбоксильными группами полиакриловой кислоты и ионами кальция в гидроксиапатите).
• Выделение фтора: материал способен выделять ионы фтора в течение длительного времени (до нескольких лет), что обеспечивает реминерализующий эффект и профилактику вторичного кариеса.
• Растворимость в воде: 0,5–1,5 % (по массе) за 24 часа. Материал чувствителен к влаге в первые часы после отверждения, что требует защиты лаком или вазелином.
• Биосовместимость: высокая, низкая токсичность для пульпы зуба, не вызывает раздражения.

Эстетические свойства

Традиционные стеклоиономеры имеют непрозрачный, матовый вид (опаковость 30–60 %). Светоотверждаемые модификации обладают лучшей прозрачностью и цветопередачей, но уступают композитам по эстетике.

Применение

В терапевтической стоматологии

• Пломбирование кариозных полостей III и V классов (пришеечные дефекты, эрозии эмали).
• Временные пломбы (на срок до 6 месяцев).
• Герметизация фиссур (особенно у детей).
• Лечение кариеса по методике ART (Atraumatic Restorative Treatment) — без препарирования бормашиной, с использованием ручных инструментов.
• Прокладки под композитные реставрации (для защиты пульпы и снижения усадки).

В ортопедической стоматологии

• Фиксация коронок, мостов, вкладок и виниров (цементы Типа I).
• Фиксация ортодонтических брекетов и колец.

В детской стоматологии

• Пломбирование молочных зубов (временные и постоянные пломбы).
• Лечение кариеса у детей с высокой активностью процесса.
• Профилактика кариеса (герметизация фиссур, реминерализация).

В эндодонтии

• Ретроградное пломбирование корневых каналов (при резекции верхушки корня).
• Герметизация перфораций корня.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Химическая адгезия к тканям зуба (не требует протравливания).
• Выделение фтора и реминерализующий эффект.
• Биосовместимость и низкая токсичность.
• Малый коэффициент термического расширения (близкий к дентину).
• Устойчивость к влаге после отверждения (в отличие от композитов).

Недостатки

• Низкая прочность на истирание и изгиб (ограничивает применение на жевательных зубах).
• Высокая растворимость в кислой среде (например, при гастроэзофагеальном рефлюксе).
• Чувствительность к влаге в первые часы после наложения.
• Ограниченные эстетические свойства (опаковость, отсутствие прозрачности).
• Длительное время отверждения (для химических типов).

Сравнение с другими материалами

Интересные факты

• Стеклоиономерные цементы были впервые использованы в военно-полевой стоматологии благодаря простоте применения и отсутствию необходимости в сложном оборудовании.
• Методика ART (Atraumatic Restorative Treatment), основанная на стеклоиономерах, была рекомендована Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) для лечения кариеса в развивающихся странах.
• В 2010-х годах были разработаны «нано-стеклоиономеры» с частицами стекла размером менее 100 нм, что улучшило их механические свойства и эстетику.

Источники

1. Wilson A. D., Kent B. E. The glass-ionomer cement: a new translucent dental filling material // Journal of Applied Chemistry and Biotechnology. — 1971. — Vol. 21, № 11. — P. 313–316.
2. McLean J. W., Nicholson J. W., Wilson A. D. Glass-ionomer cements: a review // Quintessence International. — 1994. — Vol. 25, № 9. — P. 587–599.
3. ISO 9917-1:2007. Dentistry — Water-based cements — Part 1: Powder/liquid acid-base cements.
4. Mount G. J. An atlas of glass-ionomer cements: a clinician’s guide. — 3rd ed. — Martin Dunitz, 2002. — 256 p.
5. Sidhu S. K., Nicholson J. W. A review of glass-ionomer cements for clinical dentistry // Journal of Functional Biomaterials. — 2016. — Vol. 7, № 3. — P. 16–34.
6. Учебное пособие по стоматологическому материаловедению / под ред. В. И. Гречишникова. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2018. — 320 с.