Valumetallipinteen väsyminen

Taustaa

Valupinteiden materiaali on yleisimmin koboltti-kromilejeerinki, mutta myös muita lejeerinkejä kuten kulta- ja titaanilejeerinkejä käytetään valupinteissä. Tyypillistä valetulle koboltti-kromilejeeringille on metallirakeiden suuri koko. Kultalejeeringeissä raekoko on sensijaan pienempi kuin koboltti-kromilejeeringissä. Suurirakeisen metallin useat fysikaaliset ominaisuudet ovat huonommat kuin pienirakeisen metallin. Syynä tähän on murtuman helppo eteneminen suuria rakeita pitkin. Pienirakeisessa metallissa murtuma kohtaa edetessään useita lujia raerajoja. On esitetty, että koboltti-kromilejeeringin rakeiden suuruus vaikuttaa lejeeringin huonoon väsymiskestävyyteen.

Osaproteesin pinne taipuu proteesia suuhun sovitettaessa ja proteesia otettaessa pois suusta. Lisäksi pinne taipuu hieman purentasyklin aikana, etenkin mikäli proteesihampaiden välissä on tahmeaa ruokaa. Proteesin retention kannalta on tärkeää mitoittaa pinne oikein hampaan retentiivisen allemenon syvyyteen nähden. Koboltti-kromilejeeringin fysikaalisten ominaisuuksien takia on esitetty, että koboltti-kromista valutun pinteen kärkeä ei tulisi asettaa suurempaan kuin 0,5 mm syvyiseen allemenoon. Tämä on kuitenkin yleistys monimutkaisesta asiakokonaisuudesta. Valumetallin koostumus ja käsittely, pinteen poikkileikkauksen muoto, pinteen varren pituus ja kaarevuus sekä pinteen pintakäsittely ovet esimerkkejä tekijöistä, jotka vaikuttavat jännityksen jakaantumiseen pinteessä. Pinteeseen muodostuvat jännitykset vaikuttavat pinteen kestävyyteen ja retentiokykyyn.

Materiaalitukimuksessa pyritään yksinkertaistamalla koejärjestelyjä poistamaan mahdollisimman monia tutkimuksen tuloksia sekoittavista tekijöistä. Erityisen tärkeää tämä on tutkimuksen alkuvaiheessa, ns. pilottitutkimuksessa, jossa ennakkoarvioinnit tuloksista voivat poiketa hyvinkin paljon saaduista tuloksista. Valupinteiden taivutusväsymistutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa vertasimme eräiden kaupallisten valumetallilejeerinkien väsymistä toistuvassa taivutuksessa. Lisäksi selvitimme pinteen aktivoinnin vaikutusta pinteen väsymiseen.

Koejärjestelyt ja tulokset

Tutkimusta varten valettiin suoria poikkileikkaukseltaan puolipyöreitä pinteitä, joita testattiin vakiotaipumaan perustuvalla väsytysmittausmenetelmällä (jänne = 5.0 mm; taipuma = 0,6 mm, f = 3,3 Hz). Tuloksina rekisteröitiin muun muassa pinteen taivuttamiseen tarvittu voima ja pinteen murtumiseen tarvittujen taivutuskertojen lukumäärä. Näiden suureiden avulla mittalaite piirsi väsymisprofiilit tutkituille pinteille. Pinteiden, jotka oli aktivoitu taivuttamalla pinnettä 0,5 mm ominaisuudet tutkittiin samanlaisella koejärjestelyllä. Aktivointi jäljitteli pinteen kiristämistä taivuttamalla. Tutkimuksessa verrattiin myös lämpökarkaisun vaikutusta kultalejeeringin ominaisuuksiin. Pinteiden murtopinnan morfologia tutkittiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM).

Pinteen taivuttamiseen tarvittu voima, joka kuvaa pinteen retentiovoimaa, oli suurempi koboltti-kromilejeerinkipinteillä kuin titaani- tai kultalejeerinkipinteillä. Pinteen aktivointi alensi pinteen taivuttamiseen tarvittua voimaa kaikissa tutkituissa ryhmissä. Väsymismurtuman muodostamiseen tarvittujen taivutuskertojen määrä vaihteli eri metallilejeeringeillä 4500 ja 30 000 välillä. Pinteen aktivointi lisäsi pinteen väsymiskestävyyttä kaikissa muissa ryhmissä paitsi titaani-lejeeringin ja puhtaan titaanin ryhmissä. Kultalejeerinkipinteen lämpökarkaisu lisäsi pinteen jäykkyyttä mutta alensi sen väsymiskestävyyttä. Metallilejeerinkien raekoko pieneni seuraavassa järjestyksessä: koboltti-kromilejeerinki, puhdas titaani, titaanilejeerinki ja kultalejeerinki.

Mitä tulokset tarkoittavat?

Tutkimuksessa taivutettiin pinnettä enemmän kuin mitä pinne taipuu proteesia käytettäessä. Tässä suhteessa tutkimusolosuhteet provosoivat väsymismurtuman muodostumista. Tutkimuksella saatiin kuitenkin tietoa eri valumetallien käyttäytymisestä toistuvan taivutuksen aikana. Tilastollisesti analysoidut tulokset osoittivat selvästi, että eri metallilejeeringeistä valettujen pinteiden sekä aktivoitujen ja eiaktivoitujen pinteiden välillä on eroa kun tarkastellaan pinteen jäykkyyttä ja väsymiskestävyyttä.

Vielä julkaisemattomien tutkimustulosten perusteella tiedetään, että koboltti-kromilejeeringin sulatuksella on selvä merkitys metallin mekaanisiin ominaisuuksiin kuten venyvyyteen, väsymiskestvyyteen ja pintakovuuteen. Saattaa olla, että osa nyt esitetyistä eroista kaupallisten koboltti-kromilejeerinkien välillä pystytään myöhemmin selittämään eroilla lejeeringin sulatuksessa.

Vaikeinta kokeellisessa materiaalitutkimuksesa on soveltaa tilastollisesti analysoituja tulokisia kliiniseen käyttöön. Tulosten tilastollisella merkitsevyydellä ei ole välttämättä yhteyttä kliinisiin havaintoihin. Tutkijoiden subjektiivinen analyysi tutkimustulosten kliinisestä merkitsevyydestä on tekijä, jonka tutkijat tuovat esille tutkimusraportissaan. Tässä tutkimuksessa johtopäätöksenä oli, että vaikka kaupallisilla koboltti-kromilejeeringeillä on selvä tilastollinen ero väsymiskestävyydessä, ei tuloksilla ole varmaa kliinistä merkitystä. Sen sijaan tulokset koboltti-kromi-, titaani- ja kultalejeerinkien välillä sekä aktivoitijen ja ei-aktivoitujen pinteiden välillä olivat myös kliinisesti merkittäviä.

Pinteiden ominaisuuksien selvittäminen vaatii vielä lisätutkimuksia. Tällä hetkellä Kuopion yliopiston protetiikan ja purentafysiologian laitoksella tutkitaan muun muassa metallilejeeringin sulatuksen ja korroosio-olosuhteiden vaikutusta pinteiden väsymiseen. Tutkimuksen tarkoituksena on löytää tekijöitä proteesin valmistuksessa, joiden huomioon ottamisella voidaan parantaa lopputuotteen ominaisuuksia. Lisäksi nykyisin käytössä olevien menetelmien tutkiminen luo pohjan uusille innovaatioille hammasprotetiikan alalla.

Lopuksi

Koboltti-kromi- ja kultalejeerinkipinteitä aktivoitaessa niiden retentiokyky heikkenee, mutta samalla niiden kestävyys toistuvaa taivutusta vastaan lisääntyy. Titaani- ja titaanilejeerinkipinteitä aktivoitaessa sekä pinteen retentiokyky että väsymiskestävyys heikkenevät. Tämä tarkoittaa sitä, että titaanista valettujen pinteiden aktivointia taivuttamalla tulee välttää. Toisaalta titaanin väsymisprofiili osoitti, että titaanipinne säilyttää retentio-ominaisuudet hyvin, joten titaanipinteiden aktivoimiseen ei pitäisi olla tarvetta.

• Bates JF. Retention of partial dentures. Br Dent J 1980;149:171-74.
• Biffar R, Appel Th. Zum Gefugeaufbau von Modelleinstuckgussgerusten aus Kobalt-Crom-Legierungen. Dtsch Zahnärtztl Z 1988;43:1055-8.
• Dharmar S, Rathnasamy RJ, Swaminathan TN. Radiographic and metallographic evaluation of porosity defects and grain structure of cast chromium cobalt removable partial dentures. J Prosthet Dent 1993; 69:369-73.
• Fraunhofer von JA. Scientific aspects of dental materials. 1 ed. Lontoo: Butterworths, 1975:32-6.
• Ghani F, Mahood M. A laboratory examination of the behaviour of cast cobalt-chromium clasps. J Oral Rehabil 1990;17:229-37.
• LaVere AM. Clasp retention: The effects of five variables. J Prosthod 1993;2:126-21.
• Vallittu PK, Kokkonen M. Deflection fatigue of cobalt-chromium, titanium and gold alloy cast denture clasp. J Prosthet Dent 1995;74:412-9.
• VandenBrink JP, Wolfaardt JF, Faulkner MG. A Comparison of various removable partial denture clasp materials and fabrication procedure for placing clasps on canine and premolar teeth. J Prosthet Dent 1993;70:180-8.