Komplexní průvodce kostním a kalciumsilikátovým cementem

Tento článek se zaměřuje na dva klíčové typy cementů používaných v medicíně a stavebnictví: polymetylmetakrylátový (PMMA) kostní cement a kalciumsilikátové cementy. Poskytneme detailní přehled jejich složení, funkcí, výrobních procesů a klinických aspektů, včetně problematiky alergií a ochrany.

Kostní cement na bázi polymetylmetakrylátu (PMMA)

Kostní cement se vyrábí z materiálu zvaného polymetylmetakrylát (PMMA). Ortopedi jej používají již více než šest desítek let. Kostní cement umožňuje implantaci endoprotéz a jejich fixaci do kosti. Spolu s tím, jak dochází ke zdokonalování operační techniky, je průběžně zdokonalován i kostní cement.

Složení a příprava

Příprava kostního cementu sestává ze smíchání práškového PMMA s tekutinou obsahující monomerní metylmetakrylát (MMA) za přítomnosti katalyzátoru. Prášek se rychle rozpouští v monomeru a při pokojové teplotě polymerizuje, čímž vzniká těstovitý cement, který je však natolik řídký, že jej lze aplikovat do dřeňové dutiny stehenní kosti.

Funkce a aplikace

Kostní cement byl zprvu používán pouze při implantaci kloubních náhrad, následně pak i při léčbě zlomenin, operacích nádorů a perkutánních vertebroplastikách. Kostní cement má spíše funkci plniva než lepidla.

Alergie na kostní cement a ochrana zdravotnického personálu

Je známo, že MMA je silný kontaktní alergen. V literatuře se proto vyskytuje mnoho zmínek o alergické dermatitidě vzniklé následkem pronikání MMA přes ochranné vyšetřovací rukavice používané v zubním lékařství, neboť stomatologové často pracují s různými druhy kostního cementu. Několik zpráv informuje také o výskytu kontaktní dermatitidy vyvolané průnikem MMA skrz některé operační rukavice používané při ortopedických výkonech. Většina těchto článků však byla publikována v 70. letech minulého století, kdy technika cementování první generace z té doby vyžadovala, aby operatér pracoval s cementem přímo rukama a zatlačoval cement prsty do dřeňové dutiny kosti. Modernější cementovací techniky přinesly míchání cementu v uzavřených kontejnerech, cementem se poté naplní aplikační pistole, pomocí nichž se cement vtlačuje do dřeňové dutiny kosti. Tím se minimalizuje kontakt cementu s rukama operatéra. Použití této techniky se však může v jednotlivých nemocnicích lišit. Stanovit propustnost operačních rukavic (Ansell Healthcare) je přesto důležité, neboť tento údaj může být vyžadován pro příslušná doporučení či pokyny k použití těchto rukavic při operačních výkonech.

Čtěte také: Výroba cementu a vápna: Klíčové milníky

Test permeace operačních rukavic Ansell

Testy se uskutečnily s pomocí standardní skleněné permeační komory ASTM (American Society for Testing Materials = Americká společnost pro testování materiálů). Tato metoda využívá atmosférického vzduchu coby sběrného média a permeace je měřena kontinuálně plynovou chromatografií s plamenným ionizačním detektorem (FID = flame ionisation detector). Důkladné manuální smísení PPMA a MMA probíhalo po dobu 30 sekund, přesně podle návodu. Operační rukavice Ansell byly upevněny mezi dva oddíly komory a vnější strana rukavic byla pokryta vrstvou čerstvě připraveného kostního cementu. Testovaná plocha měla velikost 19,6 cm2 a všechny testy probíhaly při teplotě 23 ± 2 °C. Všechna měření byla třikrát opakována. Vnitřní strana membrány byla omývána sběrným médiem a permeace (pronikání) těkavých organických rozpouštědel byla kontinuálně monitorována až do okamžiku, kdy permeace dosáhla hodnoty 1 g (cm2) / minutu. Jako měřítko ochrany byla podle evropské normy EN374-3 (Ochranné rukavice proti chemikáliím a mikroorganismům) použita délka rezistenční doby (BTT - breakthrough time). Výsledná měření rezistenční doby s použitím nejnižší hodnoty z trojnásobného měření jsou uvedena v tabulce.

* Rezistenční doba: doba, za kterou dojde k proniknutí látky skrz materiál rukavice.

Na podkladě výsledků uvedených v tabulce je pro práci s kostním cementem nutno důrazně doporučit používání dvojích či trojích rukavic. Zevní rukavice je třeba stáhnout a vyměnit ihned po kontaktu s kostním cementem.

Kalciumsilikátové cementy

Kalciumsilikátové cementy patří mezi hydraulická pojiva. To znamená, že reagují s vodou a po proběhlé reakci uchovávají svou pevnost a stálost. Jsou hydraulické práškové pojivo, které po smíchání s vodou tuhne a tvrdne. Cement tuhne a tvrdne i pod vodou, a proto patří mezi hydraulická pojiva, která nepotřebují k tvrdnutí vzduch. Kalciumsilikátové cementy byly původně uvedeny na trh jako materiály pro překrytí perforací a jako retrográdní výplňové materiály. Pro jejich výbornou klinickou úspěšnost v těchto indikacích se jejich terapeutické využití rozšířilo i do dalších výkonů nejen endodoncie, ale i konzervačního zubního lékařství. Kalciumsilikátové cementy se vyznačují poměrně obtížnou přípravou a zpracováním. I přes vynikající klinické vlastnosti a úspěšnost ošetření při využití kalciumsilikátových cementů mají tyto cementy pověst hůře zpracovatelného materiálu, který se velmi obtížně připravuje a ještě hůře se s ním manipuluje.

Výroba cementu

Hlavním úkolem při výrobě cementu je vytvořit látky, které jsou schopny reagovat s vodou. Nejdříve se ze suroviny vypařuje voda. K reakci mezi oxidy vápníků, křemíku a hliníku dochází při teplotě asi 1300 °C. Reakce však probíhají pouze na povrchu. Teprve při teplotě 1400 °C nastává slinování taveniny. Slínky odvážíme na skládku, kde je ponecháváme delší dobu odležet. Uvolňuje se oxid vápenatý, který se navázal na jiné oxidy.

Čtěte také: kvalitní stavební materiály z betonárny ve Vyškově

Druhy kalciumsilikátových cementů

Původní kalciumsilikátové cementy vycházející z portlandského cementu se v poslední době rozšířily o materiály, které vycházejí pouze z určité složky portlandského cementu. Je to například materiál vycházející z trikalciumsilikátu (např. Biodentin, Septodont), trikalciumaluminátu (např. Well Root, Vericom) nebo dikalciumsilikátu (např. Endocem Zr, Maruchi).

Portlandský cement

Portlandský cement je vhodný pro běžné nosné konstrukce, jakož i pro betonování v zimě. Jsou vyráběny na bázi portlandského cementu. Největší měrnou hmotnost mají čisté portlandské cementy (ρ=3050 až 3150 kg . m-3, pro výpočty ρ=3100 kg . U směsných cementů měrná hmotnost klesá (struskoportlandský cement asi ρ=3000 kg . m-3).

Složení a přísady kalciumsilikátových cementů

Jelikož kalciumsilikátové cementy patří mezi hydraulická pojiva, tudíž materiály tuhnoucí za přítomnosti vody, je ve všech tekutinách hlavní složkou voda. U každého materiálu jsou ale přítomny různé příměsi, které mají zajistit danému materiálu různé výhody. Jako jedna z velkých nevýhod se udává špatná manipulovatelnost s kalciumsilikátovými cementy. Příměsí propylenglykolu dochází ke zlepšení konzistence kalciumsilikátového cementu. Jako optimální se udává 20% koncentrace propylenglykolu. Další, často zmiňovanou nevýhodou, je dlouhá doba tuhnutí. Tu je možno zkrátit s využitím akcelerátorů tuhnutí. Mezi nejčastěji používané patří vodný roztok chloridu vápenatého. Poprvé bylo toto působení popsáno ve stavebnictví v roce 1935 a v zubním lékařství v roce 2002. Při použití 10 - 15% vodného roztoku dochází k výraznému zkrácení doby tuhnutí portlandského cementu a materiálu ProRoot MTA (Dentsply, Tulsa, USA), zlepšení parametrů manipulace s ním, lepšímu utěsnění, ale ke zhoršení mechanických vlastností. Příměs vodného roztoku chloridu vápenatého nemá nežádoucí efekt na biokompatibilitu kalciumsilikátových cementů. Chlorid vápenatý je v některých materiálech obsažen spolu s polymery rozpustnými ve vodě. Další příměsí, která vzbudila velké naděje, byly fosfáty. Při skladování ztuhlého kalciumsilikátového cementu ve fosfátovém pufru došlo na povrchu ke krystalizaci apatitu podobným krystalům, u kterých se předpokládalo, že by mohly bioaktivně působit a být zodpovědné za vytvoření specifické mezivrstvy mezi kalciumsilikátovým cementem a dentinem, což se ale nepotvrdilo. Při využití 15% vodného roztoku hydrogenfosforečnanu sodného došlo k výraznému zkrácení doby tuhnutí, bez změny pevnosti v tahu a biokompatibility. Při využití jiné tekutiny (např. destilovaná voda) než od výrobce můžeme očekávat jiné vlastnosti při manipulaci, odlišnou dobu tuhnutí a jinou kinetiku tuhnutí.

Příprava a manipulace

Při přípravě kalciumsilikátového cementu je velmi obtížné zajištění správného poměru prášku a tekutiny. Většina výrobců udává jediné pokyny, a to pro poměr míchání tekutiny a prášku (1 : 3; 0,33). Změna poměru tekutiny a prášku ve prospěch tekutiny vede ke zvýšené porozitě a rozpustnosti takto připraveného materiálu. Rovněž vykazuje menší odolnost v tlaku. Takto připravený materiál ale není dostatečně viskózní, aby jej bylo možné klinicky použít. Jako minimální poměr tekutiny a prášku, který je dostatečně soudržný, aby jej bylo možné klinicky použít, se udává zhruba 1 : 4 (0,26). Výrobci dodávají větší balení prášku a k tomu adekvátní množství tekutiny. V případě, kdy chceme využít menší množství materiálu, dochází při smíchání k různým poměrům prášku a tekutiny. Podstatnou informací je žádoucí konzistence materiálu, která se popisuje jako vlhký písek (angl. wet sand) a zhruba odpovídá poměru jednoho dílu tekutiny na tři díly prášku. Při míchání je vhodné si nachystat spíše menší množství tekutiny k předpokládanému množství kalciumsilikátového cementu. Je vhodné si s asistencí domluvit velikost „standardní dávky“ a před přípravou zmínit, kolik dávek materiálu zhruba bude potřeba. Je vhodné najednou nesmíchávat celou připravenou tekutinu, ale spíš menší část tekutiny. Častou chybou je zamíchání většího množství tekutiny a při následné snaze asistence zlepšit konzistenci materiálu dojde k vmíchání dalšího, často nadbytečného množství prášku. V případě, že dojde k vmíchání nadbytečného množství tekutiny, je možné přebytečnou tekutinu odsát sušením nebo papírovým čepem. Většina výrobců dodává materiál v 1g balení s příslušným objemem vody. Další variantou je vysychání materiálu po smíchání, než dojde ke kompletní kondenzaci materiálu. Je ale důležité vyzdvihnout, že se nezdá, že by tyto odchylky v poměru tekutiny a prášku měly zásadní vliv na klinické využití kalciumsilikátových cementů. Konvenční příprava kalciumsilikátových cementů spočívá v ručním smíchání daného poměru prášku a tekutiny na sklíčku s pomocí lancety. Byly prozkoumány i alternativní možnosti přípravy s pomocí triturátoru, nebo pomocí ultrazvuku. Vliv jednotlivých druhů míchání na kalciumsilikátové cementy není zcela jasný. Zdá se, že při použití ultrazvuku při míchání materiálu má takto připravený materiál vyšší povrchovou tvrdost, při mechanickém míchání materiálu je výsledkem vyšší odolnost v tlaku. Nicméně vliv různých druhů míchání se neprojevuje na vazbě na tvrdé zubní tkáně. Striktní dodržení postupu přípravy kalciumsilikátových cementů je důležité pro dosažení optimální konzistence, která je nutná pro příjemnou manipulaci a správné ztuhnutí materiálu.

Existují i kalciumsilikátové cementy v tzv. „předmíchané“ formě, a to i v různých konzistencích. Vyskytují se jako sealery (např. Well Root ST, Vericom), v krémovité konzistenci (např. Totalfill RRM, FKG Dentaire), nebo až v konzistenci těstovité (např. Well Root PT, Vericom). Tyto materiály získávají vlhkost nutnou ke ztuhnutí z okolí, tudíž je nutné velmi obezřetně a důsledně zamezit kontaktu ještě nevyužitého materiálu se vzdušnou vlhkostí. Jinak dochází k tuhnutí materiálu, čímž se stává jen obtížně použitelným.

Čtěte také: Cement: Podrobný průvodce

Kontaminace kalciumsilikátových cementů

Při manipulaci s kalciumsilikátovými cementy nebo při jejich kondenzaci může dojít i k jejich kontaminaci. Při aplikaci kalciumsilikátových cementů v místě styku s vnitřním prostředím dochází ke kontaktu s tkáňovým mokem ještě před kompletní hydratací materiálu, což může vést k prodloužení doby tuhnutí, případně až k zábraně ztuhnutí materiálu. Pravděpodobnou příčinou je výskyt fosforečnanů a glukózy, které zpomalují hydrataci materiálu. V místě styku s vnitřním prostředím taktéž může dojít ke kontaktu s krví. V současné době není pochyb, že kontamince kalciumsilikátových cementů krví má škodlivý vliv na jejich povrch, a v případě, že dojde k její integraci do materiálu, tak i na hydrataci. Čím více krve je inkorporováno do kalciumsilikátového cementu, tím k horší hydrataci materiálu dochází. Z klinického hlediska je důležité omezit možnou kontaminaci krví na co nejmenší míru. Dalším možným zdrojem kontaminace jsou zbytky výplachových roztoků v kořenovém kanálku nebo v cavum pulpae při výkonech se zachováním vitality. Při kontaminaci materiálu chlornanem sodným dochází k zlepšení síly vazby materiálu v časných fázích hydratace a nejsou nijak ovlivněny jeho fyzikální vlastnosti. Nicméně při kontaktu s chlornanem sodným dochází k dyskoloracím, zvláště při kontaktu s kalciumsilikátovými cementy obsahujícími bizmut. Kontaminace ethylendiamintetraoctovou kyselinou (EDTA) je poměrně málo pravděpodobná, protože v rámci závěrečného výplachu je kořenový kanálek následně zaplaven chlornanem sodným, který reaguje s EDTA. Při kontaminaci EDTA dochází k zhoršení mechanických vlastností kalciumsilikátového cementu. Mechanické vlastnosti jsou taktéž zhoršeny při kontaktu s již ztuhlým materiálem.

Tuhnutí a tvrdnutí cementu

Tuhnutí je chemický a fyzikální pochod, při němž kašovitá směs cementu a vody tuhne v pevnou hmotu. Začátek tuhnutí je min. po 60 min, konec tuhnutí max. každý druh cementu normou. (Běžné portlandské cementy mají počátek tuhnutí stanoven po 45 min. a nejpozději do 12 hod. Tvrdnutí je chemický a fyzikální pochod při němž se tuhá směs přeměňuje v tvrdou hmotu. jemností cementu. Zkoušení pevnosti v tlaku se provádí na zlomcích trámečků.

tags: #mathys #kostni #cement #informace

Oblíbené příspěvky:

• Výběr průchodek z PVC
• Průvodce výběrem dětských brankářských betonů
• Vlastnosti lamino desek olše
• Historie chrudimských truhlářů
• Vše o shodě laminátových podlah