Tema 36. BIOCOMPATIBILITATEA MATERIALELOR UTILIZATE

ÎN PROTETICA DENTARĂ

! Biocompatibilitatea, conform definiției stabilite de cea de-a

doua Conferință de Consens din 1991 de la Liverpool, este

„capacitatea unui material de a se manifesta printr-un răspuns

corespunzător al gazdei într-o aplicație specifică″. Un material

biocompatibil nu este neapărat unul inert; de fapt răspunsul

corespunzător al gazdei este cel decisiv. Inițial, pentru a fi

biocompatibile, materialele dentare s-au selecționat și s-au

dezvoltat pe baza unor caracteristici: să fie lipsit de

toxocitate, non-imunogenetic, non-trombogenetic, non-

carcinogenetic, neiritant și așa mai departe. O astfel de listă de

efecte negative nedorite a devenit de fapt definiția

biocompatibilității.

! O reevaluare a acestei poziții a fost impusă de doi factori

importanți: - In primul rând, numărul crescut de aplicații cerea

ca materialul să reacționeze specific cu țesuturile, mai curând

decât să fie ignorat de acestea, cum se întâmplă în cazul unui

material bioinert;

! ! ! - In al doilea rând și într-un context similar,

unele aplicații necesită ca materialul să fie degradat în timp în

organism și să nu persiste nedefinit. Ca urmare, termenul de

biocompatibilitate a fost redefinit în 2008 ca fiind „ abilitatea

unui material de a-și îndeplini funcțiile dorite, cu respectarea

terapiei medicale, fără exercitarea a nici unui efect nedorit

local sau sistemic privind beneficiarul terapiei, dar generând cel

mai benefic răspuns celular sau tisular în situația specifică și

optimizând performanțele cu relevanță clinică ale acelei terapii ″

(Williams, 2008).

! Componentele biocompatibilității

! Pe lângă răspunsul tisular benefic și a performanțelor cu

relevanță clinică ale biomaterialului, sunt considerate elemente

componente ale biocompatibilității citotoxicitatea sistemică și

cea locală, genotoxicitatea, mutagenicitatea, carcinogenicitatea

și imunogenicitatea.

! Toxicitatea unui material descrie abilitatea acestuia de a

vătăma un sistem biologic prin mijloace chimice. In organismele

superioare (animale, om) toxicitatea locală - adică reacții

adverse care se produc la locul de aplicare - se se deosebește de

toxicitatea sistemică, în care reacția adversă apare la distanță

de locul aplicării materialului.

Citotoxicitatea se referă la afectarea celulelor individuale,

de exemplu a culturilor celulare. Moartea celulelor poate surveni

datorită necrozei sau apoptozei (moartea celulară programată).

! Imunogenicitatea se referă la capacitatea unei substanțe de a

provoca un răspuns imun, sau gradul în care aceasta provoacă un

răspuns. O reacție alergică la o substanță poate fi declanșată

dacă organismul a fost în prealabil sensibilizat la această

substanță. Concentrațiile care declanșează o reacție la o persoană

deja sensibilizată variază de la un subiect la altul. Nivelele

dozelor care cauzează reqacții alergice sunt în general

semnificativ mai mici decât cele care cauzează reacții toxice.

! Genotoxicitatea descrie o alterare a secvenței ADN a

genomului. Celulele posedă numeroase mecanisme de reparare a

leziunilor genotoxice. Transferul acestor vătămări genetice la

generții următoare de celule poate fi evitat prin moartea celulară

programată(apoptoză). Dacă aceste afectări genetice sunt transmise

generației următoare, efectul poartă denumirea de mutagenicitate.

Mutagenicitatea și carcinogenicitatea nu sunt același lucru.

Carcinogenicitatea înseamnă că alterarea ADN a cauzat o creștere

și o diviziune celulară necorespunzătoare; cu alte cuvinte,

alterarea ADN promovează generarea tumorilor maligne.

Carcinogenicitatea rezultă din mutații multiple. Este important să

se înțeleagă că nu toate evenimentele mutagenice conduc la

carcinogeneză. Totuși, mutagenicitatea poate fi apreciată ca un

indicator al posibilei carcinogenicități a substanțelor care atacă

în mod direct ADN-ul.

!

A. Bioceramica

! Termenul de bioceramică se referă la un grup de materiale

ceramice utilizate în domeniul medical și care vin în contact cu

proteine, celule, țesuturi, organe și sisteme.

! In mod tradițional, ceramicile sunt utilizate pe scară largă

ca materiale restaurative în medicina dentară. Masele ceramice

sunt materiale rigide, care pot fi configurate prin sinterizare,

turnare, presare, topire sau sonoeroziune. Ceramica dentară este

de asemenea disponibilă ca inserturi prefabricate. Cele mai noi

aplicați ale bioceramicii sunt cele din domeniul ortodonției

(bracketuri ortodontice), ca materiale de reparație tisulară în

boala parodontală, sau ca substitute osoase. Ceramica de sticlă

bioactivă și ceramicile pe bază de fosfat de calciu sunt două

tipuri de ceramică utilizate ca substitut osos, sau pentru

procesul de vindecare osoasă. Ceramica de sticlă bioactivă aderă

de os fără interpunerea la nivelul interfețelor a unui țesut

conjunctiv fibros (Schepers et al.,1991). Când granulele de

ceramică bioactivă se inseră în defectele osoase, ionii sunt

eliberați în fluidele organismului și precipită pe suprafață sub

forma unei apatite asemănătoare osului, promovând adeziunea și

proliferarea celulelor osteogenetice ( Neo et al., 1993).

! Bioceramicile se clasifică pe baza rectivității lor chimice

cu mediul fiziologic cu care vin în contact în trei categorii de

bază:

a) ceramicile bioinerte;

b) ceramicile bioactive;

c) ceramicile rezorbabile.

! !

! Ceramica bioinertă, de genul aluminei, reacționează puțin sau

de loc fiziologic în corpul uman și tinde să prezinte nivele

coborîte de reactivitate,atinse în ordinul a sute de ani.

! Ceramicile bioactive sau reactive de suprafață sunt cele de

tipul ceramicii de sticlă bioactive (bioglass), reacționează în

manieră pozitivă cu celulele locale, adică se atașează direct prin

legături chimice și au un nivel de reactivitate substanțial mai

ridicat,atins în perioade de ordinul a 100 de zile.

! Ceramicile rezorbabile sunt structuri poroase sau neporoase

care sunt înlocuite lent și gradual de os, cum este fosfatul

tricalcic. Nivelul lor de reactivitate este foarte înalt, atins

într-o perioadă de 10 zile (Shackelford, 2005).

! Studiile existente până la ora actuală referitoare la

bioceramică au permis creionarea următoarelor concluzii generale:

- substanțele componente sunt eliberate din ceramică în țesuturile

înconjurătoare; ele sunt reprezentate în principal de către

silicon, aluminiu și potasiu;

- toxicitatea sistemică a ceramicii este puțin probabil să apară

datorită cantității relativ reduse de elemente eliberate, de

tipul litiului sau plumbului;

- puține ceramici s-au dovedit a fi citotoxice in vitro; relevanța

clinică a acestor constatări rămâne neclară;

- în general, toxicitatea locală a ceramicilor este considerată

coborâtă. Totuși, sunt necesare mai multe studii de

citotoxicitate datorită posibilelor excepții;

- nu există dovezi care să evidențieze că ceramica cauzeză sau

contribuie la neoplazii ale organismului;

- deși sunt destul de puține date disponibile, în general

ceramicile sunt considerate materiale biocompatibile;

- cercetările viitoare ar trebui să se orienteze spre determinarea

funcțiilor celulare ca de exemplu formarea de proteine ( sinteza

colagenului), funcțiile celulare de digestie și respirație ca

răspuns la elementele eliberate din masele ceramice;

- de asemenea ar fi utile testările combinațiilor sărurilor

elibearte din materialele ceramice pentru detectarea efectelor

sinergice, antagonice sau aditive ale diferitelor amestecuri de

cationi.

B. Materialele polimerice

$ Se consideră că aproximativ jumătate din efectele adverse la

materialele dentare sunt asociate materialeleor polimerice

( Hensten-Pettersen și Jacobsen, 1991). Materialele rășinoase,

care conțin un lichid reprezentat de metilmetacrilat (monomerul)

și o pulbere compusă din polimetilmetacrilat (polimer) sunt cele

mai utilizați polimeri pentru realizarea protezelor dentare.

Polimerizarea poate fi inițiată termic, fotochimic sau prin

activare chimică. Pe lângă conținutul în acceleratori (amine),

materialele polimerice conțin co-polimeri de tipul

dibutilftalatului și un inhibitor reprezentat de obicei de

hidrochinonă. În plus, mai conțin coloranți reprezentați de

sărurile de cadmiu.Toate aceste ingrediente nu sunt considerate a

fi probleme pentru sănătatea pacienților, dar ele pot reprezenta

un factor important de risc pentru tehnicienii dentari care

prelucrează acerste rășini în activitatea zilnică prin frezare și

finisare (Rosow și Koppang, 1975). Monomerul poate determina

reacții toxice șirăspunsuri alergice la pacienți sensibilizați

anterior, în special în situația polimerizării insufuciente. Este

adeseori dificil să se facă diferența între aceste două tipuri

fundamental diferite de reacții, deoarece manifestările clinice

sunt similare, caracterizate de hiperemia și tumefierea mucoasei

afectate. De asemenea trebuie făcut diagnosticul diferențial cu

infecțiile micotice, frecvent asociate defectelor microscopice în

structura materialului insuficient polimerizat.

! O serie de monomeri utilizați în medicina dentară, la

realizarea bazelor protezelor sau în compoziția rășinilor

compozite, au ca produs de degradare formaldehida, care este

capabil de a iniția reacții adverse la nivelul țesuturilor cu care

vine în contact.

! Rășinile termopolimerizabile sunt în general bine tolerate de

țesuturile bucale. Cele autopolimerizabile de obicei determină

reacții ale mucoasei orale datorate prezenței monomerului rezidual

în concentrație mai ridicată decât în produsele termopolimerizate

și senzații subiective ale pacientuluiasemănătoare celor din

tabloul sindromului de arsură bucală. De fapt, senzația de arsură

se datorează manipulării intraorale a rășinii și prezenței

monomerului rezidual. Poate să apară astfel un răspuns alergic,

unul direct iritativ asupra mucoasei de către monomerul rezidual,

sau senzația de arsură datorită reacției exoterme din timpul

polimerizării în cavitatea bucală.

! Reacții adverse sunt de asemenea raportate la activatorul

etilen-aminic utilizat într-o serie de materiale polimerice,

inclusiv în unele materiale de amprentare și materiale pentru

restaurări provizorii ( Churgin și Payne, 1981).

C. Aliajele metalice

$ Există la ora actuală un număr foarte mare de aliaje metlice

utilizate în medicina dentară. Tasker A.M. (1986) arăta că în

Statele Unite erau disponibile acum peste 30 de an un număr de

aproximativ 550 de diferite aliaje protetice. In aceste aliaje se

regăselte o mare varietate de elemente metalice componente minore

și majore. În plus, în aceste aliaje sunt prezente ca impurități

neintenționate urme de metale. Unele din metalele componente ale

aliajelor dentare sunt binecunoscute ca fiind biologic active sau

de risc potențial. Astfel de metale sunt nichelul, cromul,

cobaltul, cadmiul și beriliul. Aproximativ una din patru reacții

adverse la materialele dentare sunt legate de metale, în special

de reacția la crom, cobalt, nichel și chiar unele aliaje de aur

utilizate pentru restaurații metalo-ceramice. In mod surprinzător,

literatura de specialitate indică faptul că reacțiile alergice la

aceste restaurații din aliaje cu conținut de aur sunt mai

frecvente decât cele la aliajele cu conținut de nichel! ( Hensten-

Pettersen, 1992). Acest lucru a fost confirmat și de Mjor în

1993, pe baza observațiilor asupra reacțiilor mucoasei, pe 1000 de

elemente protetice.

! Multe cercetări au fost efectuate pentru elucidarea

problemelor potențiale de biocompatibilitate pe care le poate

induce prezența nichelului în aliajele dentare. In unele țări

scandinavice, autoritățile sanitare au elaborat recomandări ferme

împotriva utilizării aliajelor pe bază de nichel la om. Aceste

recomandări se bazează pe faptul că nichelul este un potențial

alergen, are efect cancerigen și se regăsește distribuit în

variate organe interne în studii pe animale de experiență (Bergman

et al., 1980). De fapt însă, așa cum arată o serie de alte

cercetări ulterioare, nichelul este un oligoelement esențial, iar

utilizarea intraorală a aliajelor cu conținut de nichel poate

induce toleranța imunologică la nichel, cu efect benefic în cazul

pacienților cu reacții cutanate de hipersensibilitate la nichel

(Spiechowicz et al., 1984)

! Reacțiile biologice la aliajele dentare sunt dependente de

eliberarea elementelor componente ale acestora, fenomen care se

produce prin coroziune. Conform datelor actuale însă, se pare că

nu există nici o corelație între reacțiile mucozale la protezele

fixe și coroziunea sau înnegrirea aliajelor utilizate. Acest fapt

susține opinia că reacțiile biologice observate sunt cauzate de

alți factori decât de materialul în sine.

! Saliva îndeplinește rolul de electrolit, fiind mediul în care

se produce procesul de coroziune. Potențialul coroziv al salivei

crește pe măsura scăderii pH-ului și odată cu creșterea

concentrației de cloruri. Prezența fluorurilor în salivă crește de

asemenea tendința la coroziune a aliajelor dentare,mai ales a

celor pe bază de FeCrNi și Co-Cr, dar și a celor de titan.

Titatnul însă, datorită caracteristicilor sale electrochimice,

este cel mai biocompatibil metal. Comparativ cu restul aliajelor

dentare, aliajele pe bază de titan prezintă cea mai mare

rezistență la coroziune. In cazul majorității aliajelor utilizate

pentru reconstituiri protetice în cavitatea bucală, coroziunea se

limitează la un strat foarte subțire pesuprafața aliajului prin

crearea unui strat de oxizi care conferăo bună protecție la

coroziune.In cavitatea bucală există de altfel pe suprafața

restaurărilor metalice două straturi protective împotriva

coroziunii : stratul de oxizi și biofilmul(precipitarea

proteinelor și glicoproteinelor salivare).

! Aliajele de aur prezintă și ele o oarecare coroziune in

mediul bucal. După determinarea concentrației de Pt și Au in urină

consecutiv inserării de lucrări protetice din aliaje de aur

platinat, s-a constatat o mare csntitate de ioni de platină

dizolvați și una mai mică de ioni de aur ( Johansson si colab.,

1989).

! Aliajele pe bază de paladiu (seminobile) sunt în general mai

bine tolerate decît alte aliaje metalice sau decât aliajele de aur

destinate metalo-ceramicii, deși ele se închid la culoare mai mult

comparativ cu alte aliaje. Aliajele de paladiu pot însă determina

reacții adverse și o reactivitate încrucișată cu nichelul.

! Cadmiul este un element regăsit îndeosebi în lipituri. Chiar

adacă prin cantitatea extrem de mică nu constituie o problemă

pentru pacient, el poate deveni element nociv prin evaporare

pentru tehnicianul dentar care efectuează operații de lipire a

pieselor protetice (importanța mijloacelor de protecție a muncii,

în special utilizarea exhaustorului).

! În scopul diminuării coroziunii aliajelor dentare

neprețioase, s-au imaginat o serie de tehnici de acoperire a

acestora cu filme protective anticorozive. Asfel, aliajele de

Co-Cr pot fi acoprite cu un strat subșire de ZrO2 pentru a crește

considerabil rezistența la coroziune a aliajului. Odată cu

apariția aliajului amorf rezistent la coroziune de Fe-Cr-P-C în

1974, o serie de alte aliaje de acest gen au apărut pe piață.

Cercetările efectuate pe aliajul de Al-W au arătat că acesta

prezintă o caracteristici chimice și electrice excelente, precum

și o rezistență mare la cristalizare și modificarea temperaturii.

La ora actuală se consideră că utilizând astfel de filme

protectoare aliajele neprețioase mai puțin rezistente la coroziune

ar putea înlocui costisitoarele aliaje din aur.

! Zirconiul (Zr) este un metal de tranziție asemănător

titanului. Are o mare rezistență la coroziune, este maleabil și

ductil, rezistă la atacul acid și alcalin. El formează o mare

varietate de compuși orbganici și anorganici. Cel mai important

dintre aceștia, cu aplicații în medicina dentară, este oxidul de

zirconiu- ZrO2. Acest material prezintă o mare rezistență la

fracturare și o mare rezistență chimică, mai ales în forma sa

cubică. Din punctul de vedere al biologic, dioxidul de zirconiu

prezintă o mare biocompatibilitate, mai ales când este purificat

de elementele radioactive care-l însoțesc. (Andreiolli et al.,

2009). Este un material inert, fără reacții adverse tisulare.

Atunci cînd suprafața sa este netedă, oxidul de zirconiu nu

permite acumularea pe suprafața sa a plăcii dentare microbiene.

Este inert chimic, dar în același timp permite o bună adeziune

celulară pe suprafața sa. Nu s-au raportat efecte sistemice, iar

toxicitatea in vitro este mai mică decât a oxidului de titan și

este similară aluminei. NU s-au observat fenomene de

cititoxicitate, carcinogenicitate, efecte mutagenice sau alterări

cromozomiale în culturi de fibroblaști sau celule sanguine

(Vagkopoulou et al.,2009). Oxidul de zirconiu este însoțit de

elemente radioctive cu timp de înjumătățire îndelungat, ca toriul

(Th) sau uraniul (U). Separarea acestor elemente este dificilă și

costisitoare. S-au observat nivele semnificative de radiații alfa

în ceramica de zirconiu utilizată la realizarea implanturilor

datorită ionizării ridicate. In privința radiațiilor gamma,

literatura de specialitate sugerează că în cazul oxidului de

zirconiu nivelul de radiații nu este îngrijorător ( Vagkopoulou et

al., 2009).

B. Cimenturi de fixare

$ Cimenturile oxifoasfat de zinc au fost și încă mai reprezintă

cele mai utilizate cimenturi de fixare pentru coroane și punți

dentare. Din punct de vedere al biocompatibilității li se

reproșează posibilitatea de a determina reacții pulpare datorate

pH-ului și reacției de priză exoterme, efecte care însă sunt

incerte. La fel și în cazul cimenturilor ionomere de sticlă s-au

raportat cazuri se sensibilitate pulpară post-cimentare. Stidiile

mai recente privind capacitatea iritantă asupra pulpei dentare a

cimenturilor de fixare au evidențiat că după cimentarea cu ciment

fosfat de zinc sensibilitatea pulpară apare mai rar decît după

cimentarea cu ionomer de sticlă în primele 2 săptămâni de la

fixare, dar după 3 săptămâni nu mai există nici o diferență între

efectele celor două cimenturi ( Johnson et al., 1993).

! Materialele pe bază de oxid de zinc-eugenol sunt utilizate pe

scară largă ca materiale de amprentare și ca cimenturi provizorii.

Eugenolul este cunoscut pentru efectul său citotoxic și alergenic.

Perioada relativ scurtă de prezență a acestui material în

cavitatea bucală poate să atragă atenția asupra posibilelor

reacții alergice, dar este mai puțin probabil să apară reacții

toxice la material.

!