نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 استادیار گروه آموزشی پروتزهای متحرک دانشکده دندانپزشکی دانشگاه علوم پزشکی شیراز
2 دندانپزشک
چکیده
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Introduction:
One of the most widely used materials in prosthetic dentistry is polymethyl methacrylate. Despite it's popularity, the primary problem is it's poor flexural strength and low impact strength. The aim of this study was to compare the flexural strength of unreinfored heat-cured polymer (group 1) with wire-reinforced polymer (group 2) and with glass fiber –reinforced polymer (group 3).
Materials & Methods:
In this invitro experimental study 24 uniform specimens of 65.0´10.0´3.5 mm were fabricated as the manufacturer’s recommendation and were assigned to 3 groups of eight. In the first and second group the samples were reinforced by glass fibers and wire respectively. The samples speciemens of third group were made of heatcure resin and served as control group. All of them were loaded up to failure, using a three-point bending test, and then the flexural strength was calculated. Data were analysed by one way analysis of variance (ANOVA).
Results:
The results showed that wire and fiber-reinforced polymers have higher flexural strength than unreinforced polymer. The one-way ANOVA revealed significant difference between group 1 and other groups statistically (P<0.05) however, there was no significant differences between groups 2 and 3.
Conclusion:
Based on the achieved results, we can use wires or fibers in order to reinforce polymer, regarding that glass fibers can be used as reinforcement of denture acrylic resin in patients who care about esthetic.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه:
از حدود 60 سال پیش تاکنون، علیرغم
پیشرفت های سریع در تکنولوژی پلی مرها، پلی متیل متاکریلات (PMM) هنوز اصلی ترین و متداولترین ماده در پروتز می باشد. قابلیت پالیش شدن و کاربرد آسان، زیبایی، سهولت تعمیر و ثبات رنگی آن باعث گردید از PMM برای ساخت بیس پروتز، تری،
دندان های مصنوعی، پروتز های Provisional و … استفاده شود(2و1).
در کنار این مزایا این ماده معایبی نیز دارد از جمله استحکام ضربه ای کم و مقاومت به خستگی پایین. مطالعات متعدد حاکی از شکسته شدن تعداد بسیار بالائی از بیسهای رزینی بعد از 2-3 سال استفاده است(3و2). علت اصلی این مسئله شکست در اثر ضربه افتادن پروتز بر روی سطحی سخت شکست در اثر خستگی خمش (flexure) مکرر بیس پروتز تحت
نیرو های اکلوزالی است. در فک بالا این خمش باعث deflection فوقانی دو نیمه چپ و راست پروتز و در نتیجه شکستن بیس پروتز در خط وسط می گردد. در فک پائین خمش عمدتاً در جهت لترال به نحوی انجام می گردد که باعث دور شدن قسمت خلفی بیس پروتز می گردد که این نیز منجر به شکستن پروتز از خط وسط می شود(4و3).
نازکی بیس پروتز در بعضی مناطق مهم، تماسهای اکلوزالی نابجا، تفاوت در قابلیت ارتجاع بافتها، تحلیل استخوان و نیز وضعیت آناتومیک بستر پروتز
می تواند علاوه بر افزودن به میزان خمش، الگوی شکستن را نیز تغییر دهد(5و4).
برای جلوگیری از شکستن بیس ها تلاش های متعددی انجام شده است مانند تغییر دادن ساختمان شیمیایی رزین با اضافه کردن عوامل ایجاد کننده اتصال عرضی و یا کوپلیمره کردن با لاستیک ها که با روش اخیر اگر چه استحکام ضربه ای بالا می رود ولی استحکام عرضی، ضریب الاسیتسیته و مقاومت به خستگی کاهش می یابد(6و5).
عدم موفقیت چشمگیر در تغییر ساختمان برای بهبود مقاومت به خستگی، باعث گردید که تلاش ها متمرکز بر تقویت رزین ها توسط سیم ها، فلزات ریخته گری شده و بالاخره الیاف (fibers) گردد.
اضافه کردن سیم اگر چه مفید است ولی مشکل اصلی اتصال ضعیف آن با آکریل است. البته با روشهای گوناگون مانند سندبلاست کردن می توان باند سیم با آکریل آن را بهتر نمود و موجب افزایش استحکام عرضی شد(8و7).
راه دیگر، تقویت آکریل توسط الیاف است. این الیاف از سال 1960 معرفی شده اند. الیاف آرامید (Aramid) و کربن باعث تقویت آکریل می شوند، به هر حال این مواد زیبا نیستند و پالیش آنها دشوار
می باشد. اما مشکلات کلینیکی مهمی از جمله عدم زیبائی و پالیش مشکل را در پی دارند(11-9). الیاف پلی اتیلن طبعا موجب خصوصیات Anisotropic در کامپوزیت ها می شوند و اگر چه زیباتر هستند اما پروسه اچ نمودن، آماده سازی و قرار دادن این الیاف در کلینیک چندان عملی و آسان نمی باشد(13و12).در مقایسه، الیاف گلاس هم خصوصیات مکانیکی دنچر و هم مقاومت شکستگی بیس را افزایش می دهند و در ضمن زیبا نیز هستند(16-14).
بنابر این اگر چه می دانیم هم الیاف شیشه و هم سیم ها استحکام خمشی را افزایش می دهند، اما اینکه این افزایش در مورد هر کدام چقدر است و چه مقدار با یکدیگر تفاوت دارند و اینکه آیا این تفاوت از لحاظ کلینیکی چشمگیر می باشد یا خیر، موضوع این تحقیق است.
لذا هدف از این مطالعه مقایسه استحکام خمشی متداولترین پلی مر گرما سخت تقویت نشده، با پلی مر تقویت شده توسط الیاف شیشه(Glass fiber) و بالاخره با پلی مر تقویت شده توسط سیم فلزی
می باشد.
در این مطالعه تجربی آزمایشگاهی رزین مورد استفاده، رزین گرما سخت بایر (Germany، Meliodent، Kulzer Heraeus ،Bayer ) بود که بیشترین آکریل مورد استفاده توسط دندانپزشکان و لابراتور ها می باشد.
الیاف استفاده شده در این تحقیق Fibrante (Fibrante, Odontologicos LTD, Angelus, Argantina) بود که به عرض 3 میلی متر و ضخامت 3/0 میلی متر در قوطی های مهرو موم شده، فقط برای استفاده در زرین های آکریلی گرما سخت عرضه گردیده است. این الیاف جهت اتصال بهتر، با ماتریکس پلی مری رقیق (highly porous polymer) از قبل آماده و بسته بندی شده اند. این الیاف از جنس شیشه بوده و تک جهتی (Unidirectional) می باشند.
متداول ترین سیم برای تقویت دنچرها سیم ارتدنسی (Germany Remanium, Dentaurum, Pforzheim,) است که عمدتاً، شکلی از آن که مقطعی گرد به قطر mm1 داشته و از جنس استیل زنگ نزن می باشد، استفاده می گردد. سیم ها در این مطالعه برای اتصال بهتر با رزین، سندبلاست شدند. سندبلاست با ذرات اکسید آلومینیوم (μm250 و 50) با فشار bar5/5 انجام گردید.
نمونه های مورد آزمایش شامل سه گروه 8 تائی به شرح زیر بود:
گروه 1: رزین گرماسخت بدون تقویت کننده
گروه 2: رزین گرماسخت تقویت شده با سیم فلزی
گروه 3: رزین گرماسخت تقویت شده با الیاف شیشه
نمونه ها برای آزمایش استحکام خمشی بر اساس استاندارد بین المللی ISO/ DIS 1567 ساخته شدند. بنابراین مولدهای فلزی با دو عدد درب متحرک به ابعاد mm5/3´10´65 ساخته شد.
برای گروه اول آکریل با نسبت پودر / مایع = 1ml/ gr2/2، با زمان خمیری (dough time) 10 دقیقه در دمای اتاق آماده شد. بعد خمیر در مولد پرس گردید. همانند مطالعات انجام شده در مورد اثر الیاف شیشه بر روی استحکام عرضی، نمونه ها ابتدا در آب °c1°c±20 و سپس به مدت 30 دقیقه در آب c°5/0c°±100 قرار داده شدند تا پخت صورت گیرد. برای گروه دوم با توجه به طول مولدها، سیم های فلزی به اندازه 60 میلی متر بریده شدند. زمانیکه نصف مولد با آکریل پر شد، سیم را قرار داده و سپس بقیه مولد پر گردید و بعد عمل پرس نمودن و پخت انجام شد (مانند گروه اول). برای گروه سوم نیز الیاف به اندازه 60 میلی متر بریده شدند و بقیه مراحل مانند گروه اول و دوم اجرا گردید.
پس از پلیمریزاسیون هر 24 نمونه با کاغذ سمباده پرداخت شدند تا اضافات حاصل از پخت زدوده شود و سپس اندازه آنها با میکرومتر ارزیابی شد. قبل از آزمایش استحکام خمشی، نمونه ها به مدت دو روز در آب °c 37 قرار داده شدند و بلافاصله تست خمش سه نقطه ای با سرعت 5 میلی متر در دقیقه برای هر کدام از نمونه ها انجام شد و حداکثر نیروئی که موجب شکستگی نمونه ها شد ثبت گردید. توسط فرمول زیر استحکام خمشی نمونه ها محاسبه شد:
L ´ F ´ 3
S = ------------
H2 ´ b ´ 2
که در این فرمول S استحکام خمشی، F حداکثر نیروی وارده، L فاصله بین دو نقطه اتکا، b عرض نمونه و h ضخامت نمونه می با شد.
از روش آماری One way ANOVA از نوع کروسکال والیس (Kruskal wallis) برای آنالیز آماری داده ها استفاده شد.
یافته ها:
استحکام خمشی در سه گروه رزین گرما سخت بدون تقویت کننده، رزین گرما سخت تقویت شده با سیم و رزین گرما سخت تقویت شده با الیاف توسط تست خمش سه نقطه ای (Three point – bending test) مطابق ISO /DIS 1567 اندازه گیری شد. میانگین استحکام خمشی در سه گروه فوق همانگونه که در نمودار 1 مشخص است به ترتیب عبارت است از: MPa 67/67، MPa 87/81 و MPa 87/87. برای مقایسه ارقام فوق و آنالیز آماری آنها از آنالیز واریانس یکطرفه (Kruskal wallis) One way ANOVA همراه با Mann-Whiteny u test استفاده شد. بر اساس آزمون آنالیز واریانس یک طرفه، میانگین سه گروه مورد مطالعه با هم تفاوت داشت (P-value=0.000 و (2,21)=df و 7.5=F). همچنین بر اساس آزمون کروسکال والیس نیز بین سه گروه تفاوت وجود داشت P-value= 0.008) و(X2=10.35, df=2. جدول یک علاوه بر میانگین استحکام خمشی نمونه ها، انحراف معیار، واریانس و دیگر یافته های مربوط گروه های آزمایش شده را نشان می دهد. تجزیه و تحلیل داده ها مشخص نمود که:
|
|
میانگین(MPa) |
تعداد |
انحراف استاندارد |
حداقل |
حداکثر |
واریانس |
خطای استاندارد میانگین |
گروه 1 |
67/67 |
8 |
18/3 |
80/63 |
00/72 |
15/10 |
12627/1 |
|
گروه 2 |
81/81 |
8 |
58/12 |
30/70 |
50/107 |
34/158 |
44/4 |
|
گروه 3 |
87/87 |
8 |
34/13 |
50/70 |
90/105 |
99/177 |
71/4 |
|
جمع |
12/79 |
24 |
42/13 |
80/63 |
50/107 |
19/180 |
74/2 |
نتیجه آزمون کروسکال والیس: X2 = 10.35 df = 2 P - value = 0.008
تحقیق حاضر، بر روی سه گروه آزمایشی صورت گرفت. در گروه اول آکریل گرماسخت طبق دستور کارخانه سازنده آماده و سپس پخت گردید. میانگین استحکام خمشی در این گروه برابر MPa67/67 بود. پس از تقویت با سیم فلزی مقاومت آن به MPa81/81 رسید و در نمونه های تقویت شده با الیاف میانگین استحکام خمشی MPa87/87 شد.
این نتیجه با تحقیقات دیگر که در آن ها از سیم برای تقویت رزین ها استفاده نمودند همخوانی دارد و نشان می دهد که استفاده از سیم ها به نحوی قابل توجه باعث استحکام خمشی رزین ها می شود. در مطالعه Vallittu و Lassila(7) از سیم هائی به ضخامت mm8/0 و mm1 استفاده شد. مقطع عرضی این
سیم ها گرد بود ولی سطح آنها در گروهی سندبلاست شد، در گروهی صاف نگه داشته شد، در گروهی
سیم ها بهم بافته شدند (Braided) و در گروهی
سیم ها بوسیله دیسک خشن شدند. در پایان این مطالعه مشخص گردید، سیم های ضخیم تر چنانچه سندبلاست شوند، گیر بهتری با آکریل نشان می دهند و مقاومت شکستگی رزین ها را بطور چشمگیری بالا می برند.
در مطالعه دیگری توسط Ruffino(17) مشخص شد که: 1 - بهتر است سیم ها نسبت به خط شکستگی عمود قرار بگیرند. 2 - سیم های استیل ضخیم به قطر 1/1 میلی متر موثرتر از سیم های استیل به قطر 8/0 میلی متر عمل می کنند.
استفاده از دو سیم، چنانچه با فاصله چند میلیمتر از هم قرار بگیرند، مقاومت شکستگی را بالاتر
می برند. این مطالعه بطور کلی استفاده از سیم ها را برای تقویت رزین های آکریلی توصیه می نماید.
از الیاف گوناگون هم برای تقویت آکریل ها استفاده شده است. الیاف کربن و کولار (Kevlar)(18و10و9) بدلیل پرداخت و پالیش مشکل و نیز به دلیل رنگ تیره و انعکاس نامطلوب نور کمتر استفاده می شوند و استفاده از آنها به نقاطی خاص از دنچر محدود می شود، در ضمن به اندازه الیاف شیشه و الیاف پلی اتیلن در بهبود بخشیدن به خواص مکانیکی رزین ها موثر نیستند. بنابراین در اکثر بررسیها، از الیاف پلی اتیلن و یا شیشه استفاده شده است.
در مورد اثر الیاف پلی اتیلن بر خصوصیات
رزین های آکریلی، در بررسی های گوناگون نتایج مختلفی بدست آمده است. در بعضی مطالعات الیاف پلی اتیلن در افزایش خصوصیات مکانیکی رزین ها موثر بودند(19و13)، اما در تحقیقاتی دیگر الیاف
پلی اتیلن هیچگونه اثری بر روی این خصوصیات نداشتند(20).
علاوه بر تناقضات فوق، بطور کلی اگر چه الیاف پلی اتیلن باعث ایجاد خصوصیت Anisotropy در کامپوزیت ها می شوند و زیبا نیز هستند، اما پروسه اچینگ، آماده سازی و قرار دهی آنها در کلینیک، چندان آسان نمی باشد. بعنوان مثال این الیاف هنگام بریدن با قیچی، پخش می شوند و یا اینکه اغلب موقع پک نمودن آکریل، در جهات مختلف پخش می شوند و حتی خارج از رزین قرار می گیرند طوری که در هنگام عمل پرداخت گاهی بریده و ناپدید می گردند(16).
استحکام رزین ها و کامپوزیت ها، علاوه بر اینکه به کمیت الیاف و جهت قرار دادن آنها بستگی دارد، بسیار وابسته به چسبندگی مطلوب الیاف به ماتریکس پلی مری است. علیرغم تلاشهای بسیار، بنظر می رسد که الیاف پلی اتیلنی، چسبندگی خوبی به پلی مرهای ماتریکس رزینی ندارند. لذا از آنجائی که الیاف شیشه راحت تر Sialanized می شوند و چسبندگی مناسبی با ماتریکس خود ایجاد می کنند، ترجیح داده می شود که از الیاف شیشه استفاده شود(16-14).
الیاف شیشه استفاده شده در مطالعه حاضر
تک جهتی ((Unidirectional)) بوده و از قبل آماده و بسته بندی شده بودند. بعبارتی رشته ها، توسط
Highly porous resin، مرطوب گردیده بودند. این امر باعث می شود که فیبر به حالت پلاستیکی در آمده و این امکان را بوجود آورد تا تقویت کننده به شکل دلخواه و در ناحیه دلخواه برای تقویت و یا ترمیم پروتز قرار داده شود. بعد از پخت و پلی مریزاسیون رزین، تقویت کننده یک ساختار کامپوزیتی سختی ایجاد می کند. این گونه آماده سازی الیاف موجب افزایش چشمگیر استحکام خمشی شده و باعث شده است که نتایج حاصل از مطالعه حاضر با دیگر مطالعات انجام شده برای تقویت رزین های آکریلی توسط الیاف شیشه همخوانی داشته باشد.
در مطالعه Vallittu(16) نیز میانگین استحکام خمشی در آکریل های تقویت شده با الیاف اگر چه مانند مطالعه حاضر، نسبت به گروه بدون الیاف بیشتر بود، اما بطور کلی بنظر می رسد که تقویت رزین ها با بعضی از انواع الیاف به نحوی موثر تر انجام
می شود. این مسئله شاید به علت نوع الیاف، ضخامت و کیفیت آنها و نیز به مقدار آنها در رزین مربوط باشد. چنانچهStipho (21) اثرات مقادیر مختلف
فیبرهای گلاس را امتحان نمود. در این مطالعه با مقدار 1 درصد الیاف شیشه استحکام عرضی افزایش یافت. در مطالعات گوناگون که از کمیت و مقادیر مختلفی فیبر استفاده شده است، اگر چه همگی در افزایش استحکام خمشی موثر بودند اما به یک اندازه مقاومت در مقابل شکستن را، بالا نبرده اند. به نظر
می رسد که کیفیت الیاف و نیز چگونگی آماده سازی قبلی آنها در افزایش استحکام خمشی رزین ها بسیار موثر تر از دیگر عوامل می باشد(22).
رزین های آکریلی اتوپلی مریزان با قوام کم، مرطوب سازی رشته های الیاف را بهتر از
پلی مرهایی که بطور معمول در پروتز استفاده
می شوند، انجام می دهند. با این وجود حتی در یک مخلوط رزینی اتوپلی مریزان با قوام کم، نواحی مرطوب شدگی ضعیف در کامپوزیت های فیبری و یا بعبارتی حباب هائی میان الیاف می توان مشاهده کرد، که این مسئله بطور قابل توجهی استحکام کششی و مدول الاستیک کامپوزیت های فیبری را در مقایسه با آنچه که در تئوری محاسبه می شود تحت تاثیر قرار می دهد. ویسکوزیته مخلوط پلی مرومونومر را
می توان توسط تغییر نسبت P/L کم کرد. از لحاظ تئوری توسط این ویسکوزیته کاهش یافته، مرطوب سازی فیبرها توسط رزین باید بهتر انجام گیرد، اما نشان داده شده است که مقدار بالاتر مونومر در مخلوط، انقباض پلی مریزاسیون رزین را در مقایسه با رزینی که دارای نسبت P/L نرمال است، افزایش
می دهد(23و22). در نتیجه این انقباض، تغییر شکل در پروتز های با فیبر تقویت شده در مقایسه با
پروتز های تقویت شده با سیم های فلزی بیشتر رخ می دهد(24).
علاوه بر این، حباب ها و نواحی ضعیف مرطوب شده در کامپوزیت، جذب آب را افزایش داده و ممکن است سبب اثر هیدرولیتیک زیان آور آب گردد و در نتیجه خواص مکانیکی پلی مر را کاهش دهد(25).
بنابراین همانگونه که ذکر شد، مقادیر الیاف، نحوه قرار گرفتن آنها و بخصوص تفاوت در مرطوب سازی و در نتیجه چسبندگی الیاف به پلیمر، عواملی هستند که در میزان کاهش یا افزایش خصوصیات مکانیکی کامپوزیت ها موثر می باشند. لذا در مطالعه حاضر اگر چه الیاف شیشه، استحکام خمشی رزین ها را بسیار افزایش داده بودند اما به دلایل ذکر شده در بحث، میزان این افزایش با دیگر مطالعات مشابه، یکسان نمی باشد.
شکستن دنچرهای آکریلی یک مشکل کلینیکی متداول است. برای افزایش مقاومت و استحکام
دنچر ها می توان خصوصیات شیمیایی رزین ها را تغییر داد و آنها را بدینوسیله تقویت نمود. راه حل دیگر افزودن سیم و یا الیاف به دنچر می باشد. سیم ها بخصوص اگر سندبلاست شوند، بخوبی قادرند استحکام خمشی رزین ها را افزایش دهند. الیاف نیز مانند الیاف شیشه تک جهتی که در این مطالعه استفاده شدند، چنانچه به درستی مرطوب wet شده باشند و به نحوی صحیح مورد استفاده قرار گیرند، بیش از سیم ها می توانند استحکام خمشی را افزایش دهند لذا توصیه می گردد در جاهائی که زیبایی مدنظر می باشد از الیاف و در نواحی که در معرض دید قرار ندارد، از سیم های سندبلاست شده ضخیم (حداقل به قطر 1 میلی متر) برای استحکام پروتز های رزینی استفاده نمود.
)