В процессе изготовления протезов используется значительное количество материалов: слепочные материалы, гипс, воски, пластмассы, амальгамы, легкоплавкие сплавы металлов на основе свинца и олова, цементы, огнеупорные массы, абразивные и полировочные материалы, кислоты и паяльные средства.
Знание свойств веществ и особенностей их применения в ортопедической стоматологии является обязательным для зубного техника и врача-стоматолога.
Состав, строение и свойства веществ и их соединений, применяемых в ортопедической стоматологии, изменения их под влиянием химических, механических и температурных воздействий, методы конструирования и технологию изготовления различных видов зубных и челюстно-лицевых протезов изучает наука материаловедение.
Сущность протезирования заключается во введении в организм человека искусственного материала. Поэтому вещество, из которого состоит протез, должно быть прежде всего абсолютно безвредным, не оказывать ни местного, ни общего влияния на организм.
Для решения вопроса о возможности применения того или иного материала необходимо всесторонне исследовать его химическую стойкость к средам полости рта и проверить на биологическую совместимость с тканями организма. Эти исследования проводят в средах, близких к средам полости рта, а также в эксперименте на животных.
Материалы, используемые в процессе изготовления протезов, не должны оказывать вредного воздействия на организм зубного техника. Если эти материалы оказывают побочное действие, но их применение необходимо, при работе с ними следует соблюдать меры предосторожности. К таким веществам в первую очередь относятся пары кислот, метилметакрилата, свинца, ртути, эпоксидных смол и т. д.
Для предупреждения профессиональных интоксикаций при работе с такими веществами в лабораториях создается вентиляционная система, монтируются вытяжные шкафы, разрабатываются индивидуальные меры защиты.
В полости рта на зубной протез действуют силы жевательного давления, он также подвергается химическому воздействию слюны и различных пищевых веществ. Во избежание разрушения зубного протеза применяемые материалы должны превосходить по прочности силы жевательного давления и не должны вступать в реакцию со слюной и пищевыми продуктами.
Механические процессы обработки пищи во рту весьма сложны и изменяются при поражении зубочелюстной системы. Механическая работа зубочелюстной системы осуществляется сокращением жевательной мускулатуры и сопровождается определенным напряжением в тканях пародонта. При наличии в полости рта зубных протезов в процессе обработки пищи в них также возникают напряжения. Характер и степень этих напряжений находятся в прямой зависимости от степени сокращения жевательной мускулатуры и взаимоотношений между зубными рядами верхней и нижней челюстей. Нагрузка на разные участки протезов, так же как и на естественные зубные ряды, возникает при дроблении различной пищи, для чего иногда требуется усилие, достигающее в условиях эксперимента 120 кг. Если учесть, что человек совершает 500000—550000 жевательных движений в год, т. е. около 1400 в день, станет ясно, в каких условиях и при какой нагрузке работают протезы.
Напряжения в протезах возникают как следствие противодействия внешним нагрузкам сил межмолекулярных сцеплений твердого тела. Если нагрузка превышает силы межмолекулярного сцепления или наступает усталость материала, происходит деформация или разрушение зубного протеза. Поэтому при изучении материалов для зубных протезов необходимо сопоставлять свойства этого материала с нагрузками, приходящимися на протез.
Для выяснения того, какие свойства материала должны быть изучены, следует проанализировать характер воздействия сил жевательного давления на протез. Это можно проследить на примере съемного протеза.
В различные фазы жевания: откусывание, раздавливание и растирание пищи—силы сокращения жевательной мускулатуры действуют на протез в различных направлениях. Направление этих сил меняется во времени, при этом соответственно быстро изменяется расположение возникающих в протезах зон напряжения. При откусывании пищи протезом на беззубой челюсти его фронтальный участок (зубы и базис), находящийся непосредственно под пищевым комком, испытывает нагрузку на сжатие (рис. 44). Одновременно в других участках базиса возникают напряжения, характерные при нагрузке на растяжение и изгиб. Такой характер напряжений обусловлен направлением сил жевательного давления не строго вертикально, а под некоторым углом. На растяжение работает ближайший от места закрепления зубов фронтальный участок базиса, на который не попадает пищевой комок. По линии клыков или первых премоляров базис испытывает напряжение на изгиб. Изгибающий момент вызван силой, приложенной к фронтальному участку протеза при закрепленном дистальном участке и зависит от степени податливости слизистой оболочки.
При наличии на челюсти естественных зубов зона изгиба проходит по линии, соединяющей эти зубы. Естественные зубы являются участками концентрации напряжения, причем изгибающий момент будет тем больше, чем больше нагрузка и податливость мягких тканей протезного ложа.
В момент раздавливания и растирания пищи на боковых зубах в различных участках протеза также возникают зоны напряжения (рис. 45): на сжатие — на участке базиса непосредственно под пищевым комком, на растяжение и изгиб —на всем базисе протеза в трансверсальном направлении. При наличии естественных зубов зона напряжения на изгиб локализуется вокруг них (поэтому наиболее часто происходит перелом протезов в области оставшихся естественных зубов). При трансверсальных движениях нижней челюсти на изгиб испытывают напряжение и участки искусственной десны. Кламмеры в протезе являются фиксирующими точками, в области которых происходит концентрация напряжений вследствие перепада сечения протеза (рис. 46).
Различная податливость мягких тканей протезного ложа играет существенную роль в увеличении изгибающего момента в базисе. Чем больше разность податливости слизистой оболочки на отдельных участках протезного ложа, тем больше изгибается базисная пластинка и тем больше усилие на разрыв. Наличие естественных зубов при этом усугубляет степень изгиба. Поэтому важно определить не только прочность материала на изгиб, но и величину происходящего при этом прогиба (см. рис. 45), поскольку чем больше стрела прогиба, тем более эластичным должен быть материал, а значит, и разрушение его может наступить при большем прогибе.
Важным показателем, характеризующим высокую прочность базисного материала, следует считать и то, что при большей нагрузке и большей стреле прогиба материал не ломается, а изгибается. Это также свидетельствует о его повышенной эластичности. В противоположность эластичному хрупкий материал при нагрузке ломается, если стрела прогиба незначительна.
Следует отметить, что чем больше стрела прогиба, тем легче создаются условия для деформации (упругой) в тех или иных участках протеза, что обусловливает перемещение его на подлежащих тканях. Такое перемещение может вызвать постоянную травму слизистой оболочки протезного ложа, вывих зубов, на которые изготовлены кламмеры. Следовательно, материалы большой степени
Рис. 44. Зоны напряжения в протезах при откусывании.
а — на сжатие; б — на растяжение; Р — нагрузка.
Рис. 45. Зоны напряжения при разжевывании в протезах на верхнюю ® и нижнюю (II) челюсти.
а — на сжатие; б — на растяжение; Р— нагрузка.
упругости, с большой стрелой прогиба нельзя применять для изготовления базиса протеза. Уменьшить стрелу прогиба можно, увеличив толщину протеза. Однако увеличение толщины съемного протеза уменьшит объем полости рта, что нарушит функции жевания, речи, глотания, т. е. таким протезом больной не сможет пользоваться. Поэтому для съемных протезов из полимерных материалов толщина базиса должна быть 1,6—1,8 мм, что обеспечивает определенную прочность протеза при минимальной стреле прогиба.
Если базис изготовить из сплава металла, например кобальтохромового, то эту толщину можно уменьшить до 0,25-0,3 мм.
Следовательно, упругопрочностные свойства материала зависят от его природы, а также от площади и объема (толщина, ширина, длина) протеза.
При откусывании и разжевывании пищи эти фазы быстро меняются во времени, а с перемещением пищевого комка изменяется точка приложения жевательного давления. Таким образом можно видеть, что протез подвергается большим циклическим нагрузкам, причем эти нагрузки или медленно возрастают, или одномоментно происходит большое нагружение. Поэтому необходимо провести исследование на многократный изгиб одной и той же пластинки, а также установить прочность материала на удар.
На поверхностные слои протеза действуют пищевые комки различной твердости. В случае, если материал будет иметь меньшую твердость, чем пища, произойдет внедрение ее в протез или нарушение целостности его поверхности.
При наличии других возможных вариантов конструкций протезов возникающие напряжения аналогичны рассмотренным. Так, при нагрузке на промежуточную часть мостовидного протеза в местах спайки частей протеза возникает зона напряжения на разрыв (растяжение) (рис. 47).
Прочность соединения в этих участках зависит не только от однородности зоны припоя, но и от ее площади, толщины стенки коронки. Если последняя истончена в месте спайки или в близлежащих участках, то может произойти разрыв коронки.
Одновременно в самой промежуточной части возникает упругая деформация, ведущая к прогибу всего протеза с развитием по жевательной поверхности деформации сжатия, а со стороны, обращенной к слизистой оболочке, — деформация растяжения. Величина этого прогиба зависит от длины и высоты промежуточной части, а при.
наличии пластмассовой облицовки и от толщины металлического каркаса и диаметра петель, удерживающих пластмассу.
При большой длине, малой высоте промежуточной части и тонких стенках металлической коронки может возникнуть не упругая, а остаточная деформация, которая приведет к прогибу протеза и последующему перемещению опорных зубов с повреждением их опорного аппарата и к травме слизистой оболочки под протезом.
В металлокерамическом мостовидном протезе даже минимальный прогиб промежуточной части станет причиной откола керамического слоя, так как последний обладает большой хрупкостью. Следовательно, все конструкции протезов должны обладать определенной жесткостью.
При использовании бюгельного протеза при нагружении седловидной части его участок в месте соединения испытывает напряжение на растяжение пружины с дугой, а плечо кламмера съемного протеза — на изгиб.
В процессе изготовления протеза материал также подвергается различным нагрузкам: удару, изгибу, растяжению, сжатию, кручению, срезу.
Рис. 46. Зоны напряжения в протезе при наличии естественных зубов.
а — на сжатие; в — на растяжение; Р— нагрузка; в — пункт фиксации протеза.
Рис. 47. Напряжения и возможные деформации в мостовидном протезе.
о — зона сжатия; 6 — зоны растяжения и изгиба; е — зоны отрыва; Р — нагрузка.
Из рассмотренного очевидно, что материалы, применяемые для изготовления протезов, должны обладать рядом определенных свойств: 1) быть безвредными для организма; 2) химической стойкостью к среде полости рта; 3) высокими физико-механическими свойствами (твердость, прочность, упругость, пластичность, теплостойкость); 4) хорошими технологическими свойствами (малая усадка, ковкость и текучесть); 5) иметь цвет, соответствующий замещаемым тканям.