義歯床用加熱重合レジンは1日乾燥させただけでも変形して、なかなか元に戻らない

2023/09/20

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5代目歯科医師(高知市開業)
東京医科歯科大学卒業(47期）
同大学院修了
【非常勤講師】
徳島大学
岩手医科大学

義歯は水中保管というのは当たり前の様に患者指導しますが、実際エビデンスを確認した事はありませんでした。以前「義歯は本当に夜間乾燥保管しては駄目なのか？」で実際の義歯を夜間乾燥保管して寸法変化をスキャンして重ね合わせて比較したところ、乾燥保管は寸法変化が少なかったという論文を読みました。今回は結構古い論文ですが、材料学的な実験の論文を読んでいきたいと思います。老年歯学でダウンロードフリーです。

床用樹脂の大気中での保管と煮沸による変形
河畑誠司, 柿本和俊, 権田悦通
老年歯学　2000 年 15 巻 2 号 p. 102-114
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jsg1987/15/2/15_102/_article/-char/ja/

抄録

ポリメチルメタクリレート樹脂 (PMMA) の義歯を大気中に保管すると乾燥して収縮するために、水中での保管が必要である。しかしながら、大気中に保管した場合の変形や、保管後の吸水による変形の回復については明確ではない。また,、ポリカーボネート樹脂 (PC) やポリスルホン樹脂 (PSF) では、その性質から大気中での保管や煮沸消毒が可能とも考えられる。そこで、本研究ではPMMA、PCおよびPSFの大気中での保管とその後の水中の浸漬および煮沸による変形について検討した。
PMMAの試料はマイクロ波重合用レジンでPCおよびPSFの試料はプリフォーム圧縮成形用の材料でそれぞれ製作した。計測点を刻入した試料および防水型のひずみゲージを接着した試料を24時間恒湿器内に保管後、最大42日間37℃ 温水中に浸漬した。そして、この間の大きさおよび重量の変化、さらに、ひずみ挙動を計測した。また、同様の方法で煮沸時および再度の煮沸時についても計測した。
PMMAは大気中に保管すると人きく収縮した。その後、水中浸漬すると、収縮量は1日後には大きく減少したが、42日後でも完全には無くならなかった。PCおよびPSFは大気中に保管してもPMMAほどには変形しなかった。PMMAは煮沸すると大きく変形し、煮沸が不可能であることが確認された。PCとPSFは煮沸によって変形しなかった。

実験方法

実験材料

PMMA(マイクロ波)、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂

50×30×1.5mmの立方体を製作→室温水中に6か月以上浸漬して吸水

計測方法

大きさの変化：計測点を2点→計測点間距離を測定
重量変化：試料表面の水分を拭き取った後、電磁式はかりで測定
歪みゲージを表面に設置：歪みゲージは温度の影響を受けるため、温度変化に対するひずみの変化を計測して、温度補正

実験条件

大気保管

大きさの変化を計測するための計測点を付与した試料5枚ずつと、歪みゲージを接着した資料5枚ずつを湿度60%の恒湿器内で24時間保管→1時間毎に計測点間距離、重量、歪み変化を測定

大きさ、重量変化

大きさ、重量を計測している試料は37度に設定した恒温槽に浸漬、浸漬1日後、2日後、3日後、5日後、7日後、14日後、21日後、28日後、42日後の計測点間距離、重量の変化を測定

42日浸漬後、さらに室温水中に6日間浸漬→計測点間距離、重量の変化を測定

歪み

歪みを計測している試料：28日間浸漬、1時間毎にひずみ挙動を測定　

計測後に40度の温水に浸漬し、室温までの冷却時の測定

煮沸

室温水から徐々に加熱して1時間煮沸、放冷後に計測点間距離、重量変化

ひずみおよび水温を計測しながら温度を100度付近まで上昇→放冷→再度100度付近まで加熱後冷却

結果

大気中の保管による影響

大気中での保管後は、全ての樹脂において収縮、および重量が減少しました。PMMAの収縮は非常に大きく0.113%でしたが、ポリカーボネートは非常に小さく0.002%でした。PMMAとポリスルホンの大きさの変化は有意差を認めましたが、ポリカーボネートでは認めませんでした。

分散分析の結果、レジンの種類による有意差を認めました。さらにい、最少有意差法の検定で、PMMAとポリカーボネート、PMMAとポリスルホン、ポリカーボネートとポリスルホン間で有意差を認めました。

重量の減少量もPPMAが最も大きく、ポリスルホン、ポリカーボネートの順になりました。保管前後で全てのレジンで有意差を認めました。

分散分析の結果、レジンの種類による有意差を認めました。また、最少有意差法の検定では、PMMAとポリカーボネート、PMMAとポリスルホン、ポリカーボネートとポリスルホン間で有意差を認めました。

大気保管後の浸漬

PMMAで、1日浸漬すると収縮率は大きく低下し、3日目までは減少したが、42日後においても0.045%の収縮が残りました。

ポリカーボーネート、ポリスルホンは、浸漬1日で大気中保管での収縮よりも大きな膨張が生じ、3日目まで膨張は続きました。42日後では、ポリカーボネートは0.016%、ポリスルホンは0.007%の膨張となりました。

PMMAは、浸漬後1日で重量が大きく増加し、その後7日目まで少しずつ増加しました。7日目以降は重量の変化は殆どなく、42日後で3.64mgの減少となりました。

ポリカーボネート、ポリスルホンでも浸漬後1日で重量は大きく増加し、大気保管前とほぼ同じになりました。3日目まで重量はわずかに増加し、その後は殆ど変化はなくなりました。42日後では、ポリカーボネートは1.24mg、ポリスルホンでは1.30mgの増加となりました。

さらに、6日間の室温水中浸漬によって、PMMAの収縮は0.045%から0.022%に、重量は3.64mgの減少から0.58mgの増加になりました。ポリカーボネートの膨張は0.016%で変化無し、重量の増加量は1.24mgから0.02mgになりました。ポリスルホンでは膨張が0.007%から0.003%に、重量の増加量が1.30mgから0.20mgになりました。

温度によるひずみの変化を調べた結果では、PMMAが温度の影響を受けやすい結果となりました。

いずれのレジンも大気中の保管時間に比例して圧縮歪みが増加しました。大気中での保管後に37度温水中に浸漬すると、ポリカーボネートでは圧縮歪みがすぐに増加しましたが、PMMAとポリスルホンでは殆ど変化しませんでした。浸漬後にPMMAの圧縮ひずみは大きく増加し、55時間後に最大となり、その後減少しましたが、計測終了時でも大気保管前の状態には戻らず、圧縮歪みが残りました。ポリカーボネートでは28日後はわずかに引っ張り歪みが残りました。ポリスルホンでは、引っ張り歪みがある程度残りました。

煮沸

PMMAは煮沸により1.150%収縮し、肉眼的にも湾曲しました。ポリカーボネートは0.002%、ポリスルホンは0.017%の膨張でした。煮沸前後の比較では、PMMAとポリスルホンは有意差を認めましたが、ポリカーボネートは有意差を認めませんでした。

重量の増加は、PMMAが最も少なく0.38mgで、ポリカーボネートは2.06mg、ポリスルホンは1.82mgでした。煮沸前後の比較では、PMMAは有意差を認めませんでしたが、ポリカーボネートとポリスルホンは有意差を認めました。

分散分析の結果、レジンの種類による煮沸時の寸法変化率に統計的有意差を認めました。PMMAとポリカーボネート、ポリスルホンとの間に有意差を認めましたが、ポリカーボネートとポリスルホンの間には有意差を認めませんでした。

PMMAは約76度までは温度に比例して引っ張り歪みが増加しました。温度が76度を超えると、引っ張り歪みの増加が徐々に少なくなり、86度を超えると引っ張り歪みは大きく減少しました。

100度からの放冷時には、全てのレジンで引っ張り歪みは温度に反比例して減少しました。そして冷却後にはPMMAには大きな圧縮歪みが残りました。

煮沸した試料を再加熱した場合、PMMAは88度を超えても温度に比例して引っ張り歪みが増加しました。冷却時には引っ張り歪みは全ての材料で消失しました。

考察の一部

計測方法

マイクロ波重合によるPMMAは、重合後数日間はモノマーの溶出と思われる重量の減少が生じ、その後1ヶ月間は吸水によると思われる重量の増加と膨張が起こります。ポリカーボネートやポリスルホンは残留モノマーがないので溶出はありませんが、吸水が生じると考えられます。そのため、今回は6か月以上の期間室温水中に保管してから実験を行っています。

大気中の保管→浸漬

義歯を大気中に放置すると水分が揮発して適合性が悪くなる事が知られています。今回の結果から、PMMAはポリカーボネートやポリスルホンよりも水分量の減少にたいして大きさが敏感に反応する材料といえます。また、ポリカーボネートは水分量の減少に対して殆ど変形しません。
PMMAの義歯では1日間の大気中の放置により生じた変形は、1か月以上回復しない事が予想されます。ポリカーボネートは乾燥や吸水に対して、非常に安定した材料であるといえます。ポリスルホンは、大気中に放置したとしても収縮は大きくなく、その後に水中保存する事で早期に変形が回復すると考えられます。そのため、ポリカーボネートやポリスルホンは夜間義歯を撤去して乾燥保管できる可能性があります。ただし、変形はわずかとはいえ、それが臨床的に問題になる程度かは不明です。

煮沸

PMMAは74～99度に熱変形温度があり、煮沸消毒は応用できません。ポリカーボネートは熱変形温度が146度であり、煮沸消毒は可能ですが、加水分解が発生する可能性があります。圧力釜による煮沸によって加水分解によると思われる白化が報告されています。ポリスルホンは熱変形温度が177度であり、煮沸により殆ど変形しなかったこと、圧力釜内での煮沸でも全く変化がないという報告もあり、煮沸消毒可能と考えられます。

まとめ

大気中で24時間保管しただけでPMMAは0.1%以上変形するのが衝撃的ですが、これが臨床上重要になるかどうかがわかりません。特に全部床義歯は沈下する粘膜の上に乗っていますので、0.1%程度の誤差は許容される可能性も考えられるでしょう。あくまで線変形を計測しているようなので、三次元だとより変形が大きいんですかね？まあ、わざわざ変形させる方法を試してもらう必要も無いので、ずっと水中に浸漬してもらった方がいいでしょうね。PMMA、こう考えるとなかなか管理方法が難しい材料です。

以前読んだ乾燥保管の寸法変化の論文では、乾燥が一番寸法変化が少なかったと結論づけていましたが、この論文の被験者の6割が通常使用で夜間乾燥保管しているので、そりゃ乾燥が最も寸法変化が少ないのは当たり前でしょう。つまり実験方法に問題があるといえます。