En este post quiero abordar un tema que afecta al día a día del dentista restaurador ya que buena parte de los materiales que utilizamos en clínica son fotopolimerizables y no hay una idea clara de cómo pueden repercutir una serie de parámetros en la correcta polimerización de los materiales fotopolimerizables. Para conseguir polimerizar adecuadamente los materiales fotopolimerizables es necesario que las lámparas emitan luz de una determinada longitud de onda, con una intensidad suficiente y que esta luz irradie el material en cuestión el tiempo necesario.
Todos los materiales fotopolimerizables presentan una composición principal similar en cuanto a que contienen unas resinas (fase orgánica o matriz), unos fotoiniciadores y una fase inorgánica o relleno. El punto crítico en la fotopolimerización se halla en los fotoiniciadores.
Una vez la luz de longitud de onda adecuada incide sobre el fotoiniciador, éste absorbe la radiación, pasa a un estado excitado en el cual se combina con un agente reductor (una amina terciaria) y se descompone dando lugar a radicales libres. Éstos iniciarán la reacción de polimerización que dará lugar a una red tridimensional con gran cantidad de enlaces cruzados. A medida que avanza la polimerización, disminuye la difusión de los radicales libres lo que impide una conversión completa de los dobles enlaces a enlaces simples. Así pues, suelen quedar sin reaccionar de un 25 a un 40% de los dobles enlaces (o sea, el grado de conversión suele oscilar entre un 60 y un 75%).
Pero, ¿es necesario alcanzar un grado de conversión del 100%?. Parece ser que una conversión incompleta aportaría a los composites una menor contracción de polimerización, algo que puede beneficiarnos ya que reduciría la tensión que se genera a nivel de la interfase adhesivo-diente (Keogh 2001). Ahora bien, un mayor grado de conversión redundaría en unas mejores propiedades mecánicas. ¿A partir de que grado de conversión podemos considerar que el comportamiento mecánico de un composite para posteriores sería adecuado?. Se ha determinado que debería presentar un grado de conversión superior al 55% (Ferracane y col. 1997). Por lo tanto, desde un punto de vista de las propiedades mecánicas es más que suficiente el grado de conversión que alcanzan los materiales fotopolimerizables.
Pero, ¿es necesario alcanzar un grado de conversión del 100%?. Parece ser que una conversión incompleta aportaría a los composites una menor contracción de polimerización, algo que puede beneficiarnos ya que reduciría la tensión que se genera a nivel de la interfase adhesivo-diente (Keogh 2001). Ahora bien, un mayor grado de conversión redundaría en unas mejores propiedades mecánicas. ¿A partir de que grado de conversión podemos considerar que el comportamiento mecánico de un composite para posteriores sería adecuado?. Se ha determinado que debería presentar un grado de conversión superior al 55% (Ferracane y col. 1997). Por lo tanto, desde un punto de vista de las propiedades mecánicas es más que suficiente el grado de conversión que alcanzan los materiales fotopolimerizables.
Los composites llevan un fotoiniciador que iniciará la cadena de reacciones que dan lugar a la polimerización. Éste suele ser la canforoquinona, que se activa preferentemente con luz de una longitud de onda entre los 450 y los 490nm (pico en los 468nm). Tiene un color amarillo, los composites suelen presentar un contenido de canforoquinona del 0.15-0.20% y lo habitual es que se halle combinada con algún otro fotoiniciador para potenciar su efecto. Se halla en la mayoría de los materiales fotopolimerizables que hay en el mercado y se polimeriza con cualquier tipo de lámpara.
Un segundo fotoiniciador es la fenilpropandiona, cuyo espectro de absorción se sitúa a una menor longitud de onda, en concreto, va de los 370 a los 450nm (pico en los 410nm). Un tercer fotoiniciador es la lucerina TPO, cuyo espectro de absorción va de los 350 a los 430nm (pico en los 400nm). La fenilpropandiona y la lucerina TPO tienen un color claro y se suelen utilizar en ciertos adhesivos y en composites de tonos esmalte o translúcidos (en ellos se suele sustituir la canforoquinona debido a que ésta da un tono amarillo a la restauración).
El cuarto fotoiniciador ha sido desarrollado por Ivoclar para sus composites bulk fill (Tetric EvoCeram Bulk Fill y Tetric EvoFlow Bulk Fill) y es la ivocerina, cuyo espectro de absorción va de los 400 a los 460nm (pico en los 410nm) y representa el 0.2% de la composición de estos composites. Al igual que la canforoquinona tiene un color amarillo y si se combina con ella se consigue una polimerización más completa.
Para conseguir una adecuada polimerización, lo ideal sería que las curvas de emisión de las lámparas de polimerizar cubrieran las curvas de absorción de los fotoiniciadores. Por otro lado, es fundamental que el odontólogo conozca qué fotoiniciadores contienen sus materiales fotopolimerizables.
En las imágenes se muestran algunos adhesivos y composites que contienen fotoiniciadores cuyo espectro de absorción se sitúa a una menor longitud de onda que la canforoquinona.
Un segundo fotoiniciador es la fenilpropandiona, cuyo espectro de absorción se sitúa a una menor longitud de onda, en concreto, va de los 370 a los 450nm (pico en los 410nm). Un tercer fotoiniciador es la lucerina TPO, cuyo espectro de absorción va de los 350 a los 430nm (pico en los 400nm). La fenilpropandiona y la lucerina TPO tienen un color claro y se suelen utilizar en ciertos adhesivos y en composites de tonos esmalte o translúcidos (en ellos se suele sustituir la canforoquinona debido a que ésta da un tono amarillo a la restauración).
El cuarto fotoiniciador ha sido desarrollado por Ivoclar para sus composites bulk fill (Tetric EvoCeram Bulk Fill y Tetric EvoFlow Bulk Fill) y es la ivocerina, cuyo espectro de absorción va de los 400 a los 460nm (pico en los 410nm) y representa el 0.2% de la composición de estos composites. Al igual que la canforoquinona tiene un color amarillo y si se combina con ella se consigue una polimerización más completa.
Para conseguir una adecuada polimerización, lo ideal sería que las curvas de emisión de las lámparas de polimerizar cubrieran las curvas de absorción de los fotoiniciadores. Por otro lado, es fundamental que el odontólogo conozca qué fotoiniciadores contienen sus materiales fotopolimerizables.
En las imágenes se muestran algunos adhesivos y composites que contienen fotoiniciadores cuyo espectro de absorción se sitúa a una menor longitud de onda que la canforoquinona.
El espectro de emisión de las lámparas halógenas cubre todos los fotoiniciadores y, por tanto, es capaz de promover la fotopolimerización a partir de cualquiera de los fotoiniciadores presentes en los materiales fotopolimerizables.
El principal problema de los LED de segunda generación (a la derecha se citan unos cuantos LED de segunda generación) es que solamente cubren bien la banda del espectro que corresponde a la canforoquinona y, por tanto, no serán capaces de promover la polimerización a partir de los demás fotoiniciadores que se hallan en algunos composites del mercado (fenilpropandiona, lucerina TPO y ivocerina). En estos casos, o no se producirá fotopolimerización del material o ésta será inferior a la deseada. Como en muchos composites suelen encontrarse combinados algunos de estos fotoiniciadores de la parte baja del espectro con la canforoquinona, lo habitual es que, más que una ausencia de fotopolimerización, se produzca una polimerización parcial y estrictamente dependiente de la canforoquinona.
El caso de la ivocerina es interesante ya que se halla en composites tipo bulk fill de Ivoclar, aptos para ser fotopolimerizados en capas de hasta 4mm, por lo que si se utilizan LED de segunda generación la polimerización siempre será insuficiente y no se conseguirá polimerizar correctamente toda la masa del composite. Por este motivo, es fundamental utilizar en estos casos lámparas halógenas o LED de 3ª generación.
El caso de la ivocerina es interesante ya que se halla en composites tipo bulk fill de Ivoclar, aptos para ser fotopolimerizados en capas de hasta 4mm, por lo que si se utilizan LED de segunda generación la polimerización siempre será insuficiente y no se conseguirá polimerizar correctamente toda la masa del composite. Por este motivo, es fundamental utilizar en estos casos lámparas halógenas o LED de 3ª generación.
En cambio, los LED de 3ª generación (a la derecha se citan unos cuantos LED de tercera generación) sí que consiguen cubrir todos los fotoiniciadores por lo que no tendrán problemas para fotopolimerizar cualquier resina independientemente del fotoiniciador que lleve. Por este motivo hay que descartar los LED de segunda generación y optar siempre por los de tercera generación. Por otro lado, no hay diferencias entre lámparas halógenas y LED de 3ª generación en cuanto a grado de polimerización, microfiltración marginal en dentina o esmalte, contracción de polimerización, desgaste y dureza superficial del composite polimerizado, propiedades físicas del composite polimerizado o fuerza de adhesión de los adhesivos.
Conviene definir que se entiende por correcta polimerización. Se considera que si la dureza del composite a una profundidad de 2mm es un 80% de la dureza superficial habremos conseguido una buena polimerización (Burgess y col. 2002, Leonard y col. 2002, Moore y col. 2002). No se puede conseguir alcanzar el 100%, es decir, que la dureza en profundidad sea la misma que la dureza en superficie ya que no llega el mismo número de fotones a las capas profundas.
Para conseguir una polimerización correcta es necesario que se cumplan los siguientes requisitos: que la longitud de onda de la luz emitida por la lámpara sea compatible con el fotoiniciador, es decir, que caiga dentro del espectro de sensibilidad del fotoiniciador; que la intensidad de luz sea suficiente; que el tiempo de irradiación sea suficiente. La importancia de la intensidad de la luz emitida radica en que es uno de los parámetros que determinarán la calidad de la polimerización del material. En este sentido, a mayor intensidad mayor número de fotones incidirán sobre el composite, con lo que será mayor el número de moléculas de fotoiniciador que generarán radicales libres, que son los que de hecho dan lugar a la reacción de polimerización. La intensidad se mide en mW/cm2.
En esta imagen se introduce un concepto que es capital cuando se aborda la temática de la fotopolimerización, la densidad energética (se describe a continuación).
Para conseguir una polimerización correcta es necesario que se cumplan los siguientes requisitos: que la longitud de onda de la luz emitida por la lámpara sea compatible con el fotoiniciador, es decir, que caiga dentro del espectro de sensibilidad del fotoiniciador; que la intensidad de luz sea suficiente; que el tiempo de irradiación sea suficiente. La importancia de la intensidad de la luz emitida radica en que es uno de los parámetros que determinarán la calidad de la polimerización del material. En este sentido, a mayor intensidad mayor número de fotones incidirán sobre el composite, con lo que será mayor el número de moléculas de fotoiniciador que generarán radicales libres, que son los que de hecho dan lugar a la reacción de polimerización. La intensidad se mide en mW/cm2.
En esta imagen se introduce un concepto que es capital cuando se aborda la temática de la fotopolimerización, la densidad energética (se describe a continuación).
La densidad energética se determina realizando el producto entre la intensidad de luz emitida y el tiempo durante el cual la luz incide sobre el material y sus unidades son los J/cm2 (o mW * seg/cm2). Se ha determinado que la mínima densidad energética necesaria para conseguir una correcta polimerización de una capa de composite de 2mm es de 16J/cm2. Siempre que se alcance esta densidad energética, tanto la profundidad de polimerización como el grado de conversión son suficientes independientemente de cuál sea la intensidad de luz emitida o el tiempo durante el cual incida la luz sobre el composite (Nomoto y col. 1994, Abate y col. 2001).
El conocimiento de esa mínima densidad energética para una correcta polimerización nos permitirá determinar fácilmente durante cuánto tiempo debemos fotopolimerizar nuestros materiales y evitar las recomendaciones, a veces erróneas de las casas comerciales. En cuanto a esto último, no es infrecuente que se ofrezcan lámparas que emitiendo con una intensidad de de 1.000mW/cm2 la casa comercial recomienda polimerizar sólo 10 segundos. Si se hace el producto de la intensidad y el tiempo, es decir, si se determina la densidad energética, observamos que el resultado son 10J/cm2, claramente por debajo de los 16J/cm2 que nos permitirían una correcta fotopolimerización. Tomando los 16J/cm2 como referencia podemos calcular fácilmente que para alcanzarlos con una lámpara qe emita con una intensidad de 1.000mW/cm2 se precisará un tiempo de irradiación de 16 seg. En la imagen se muestran distintas intensidades con los tiempos necesarios de irradiación.
Pero además, aunque la mayoría de lámparas que hay en el mercado emiten con intensidades superiores o iguales a 800mW/cm2 hay una serie de factores muy habituales que condicionarán un descenso drástico en la intensidad de luz que alcanza el composite y, por tanto, de la densidad energética por debajo del mínimo exigible. ¿Qué consecuencias tiene una baja densidad energética? Polimerización incompleta, menor dureza superficial, mayor desgaste, peores propiedades mecánicas, deterioro marginal más rápido y una unión más débil al diente y al composite (Rueggeberg y col. 1994, Lee y Greener 1994, Nomoto 1997, Ferracane y col. 1997, Correr Sobrinho y col. 2000, Halvorson y col. 2002).
El conocimiento de esa mínima densidad energética para una correcta polimerización nos permitirá determinar fácilmente durante cuánto tiempo debemos fotopolimerizar nuestros materiales y evitar las recomendaciones, a veces erróneas de las casas comerciales. En cuanto a esto último, no es infrecuente que se ofrezcan lámparas que emitiendo con una intensidad de de 1.000mW/cm2 la casa comercial recomienda polimerizar sólo 10 segundos. Si se hace el producto de la intensidad y el tiempo, es decir, si se determina la densidad energética, observamos que el resultado son 10J/cm2, claramente por debajo de los 16J/cm2 que nos permitirían una correcta fotopolimerización. Tomando los 16J/cm2 como referencia podemos calcular fácilmente que para alcanzarlos con una lámpara qe emita con una intensidad de 1.000mW/cm2 se precisará un tiempo de irradiación de 16 seg. En la imagen se muestran distintas intensidades con los tiempos necesarios de irradiación.
Pero además, aunque la mayoría de lámparas que hay en el mercado emiten con intensidades superiores o iguales a 800mW/cm2 hay una serie de factores muy habituales que condicionarán un descenso drástico en la intensidad de luz que alcanza el composite y, por tanto, de la densidad energética por debajo del mínimo exigible. ¿Qué consecuencias tiene una baja densidad energética? Polimerización incompleta, menor dureza superficial, mayor desgaste, peores propiedades mecánicas, deterioro marginal más rápido y una unión más débil al diente y al composite (Rueggeberg y col. 1994, Lee y Greener 1994, Nomoto 1997, Ferracane y col. 1997, Correr Sobrinho y col. 2000, Halvorson y col. 2002).
El primer factor que influye en la intensidad de luz que alcanza la superficie del material es la distancia que la separa de la punta de la guía de luz. Lo ideal es situar la punta de la guía a no más de 1mm del composite pero con frecuencia no es posible esta proximidad. Si aumenta la separación, va disminuyendo la intensidad de manera inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. En la tabla de la izquierda se muestra los resultados del estudio de Pires y col. (1993) en relación a la reducción en la intensidad en función de la distancia entre el composite y la guía de luz. Se puede observar como la intensidad ya decrece en un 25% al pasar de 0 a 2mm, y aún más al pasar de 0 a 6mm.
En la tabla de la derecha se muestran los valores de intensidad que recibe el piso gingival en una clase II en función del diente posterior (según sea un premolar o un molar, superior o inferior). Se toma como referencia una intensidad de salida de la lámpara de 800mW/cm2 y teniendo en cuenta que la punta de la guía de luz quede a nivel de la cara oclusal, pero puede quedar incluso más alejada si tropieza con las cúspides adyacentes. Así pues, si tenemos una lámpara que emite luz con una intensidad de 800mW/cm2 y se trata de un premolar superior, el composite que se coloque en el piso gingival recibirá sólo 400mW/cm2 de esos 800mW/cm2 que emitía de salida la lámpara, por lo que deberemos irradiar durante 40 segundos si queremos alcanzar los 16J/cm2. De esta manera debemos ir acomodando los tiempos de irradiación según el caso.
En la tabla de la derecha se muestran los valores de intensidad que recibe el piso gingival en una clase II en función del diente posterior (según sea un premolar o un molar, superior o inferior). Se toma como referencia una intensidad de salida de la lámpara de 800mW/cm2 y teniendo en cuenta que la punta de la guía de luz quede a nivel de la cara oclusal, pero puede quedar incluso más alejada si tropieza con las cúspides adyacentes. Así pues, si tenemos una lámpara que emite luz con una intensidad de 800mW/cm2 y se trata de un premolar superior, el composite que se coloque en el piso gingival recibirá sólo 400mW/cm2 de esos 800mW/cm2 que emitía de salida la lámpara, por lo que deberemos irradiar durante 40 segundos si queremos alcanzar los 16J/cm2. De esta manera debemos ir acomodando los tiempos de irradiación según el caso.
Si ya se produce una atenuación al aumentar la distancia a la superficie del material, esa atenuación es aún mayor cuando el haz de luz atraviesa el composite, una carilla de porcelana o el mismo diente. Una vez penetra la luz en el composite se va produciendo un descenso progresivo en la intensidad de la misma a causa de la absorción de fotones por las capas de composite más superficiales y la dispersión de los que atraviesan el material (Marais y col. 1997, Price y col. 2000). Así pues, llegan menos fotones a las capas más profundas y todo ello redunda en un descenso en el grado de conversión y, por tanto, en unas peores propiedades mecánicas resultantes. Una forma de aumentar ese número de fotones y la profundidad de polimerización es aumentar la intensidad de la luz emitida.
El color del propio composite también influye de manera que la profundidad de polimerización es mayor cuando se polimeriza a través de un A1, B1 o C1 que no cuando se hace a través de un A4, B4, C4 o D4. Esta carencia la podemos compensar aumentando el tiempo de exposición a la luz. Por otro lado, los estudios parecen demostrar que la profundidad de polimerización es menor en los composites de microrrelleno que no en los composites híbridos o de macrorrelleno (Ruyter y Oysaed 1982, Ferracane y col. 1986, Rueggeberg y col. 1994, Leonard y col. 2001, Aravamudhan y col. 2006). Se cree que la causa estaría en que el pequeño tamaño de las partículas de relleno de los composites de microrrelleno provocaría una mayor dispersión de los fotones incidentes disminuyendo la eficacia de la fotopolimerización. De hecho, se ha comprobado que si las partículas de relleno tienen un diámetro igual a la mitad de la longitud de onda de la luz emitida (o sea, unas 0.025 micras) la dispersión será máxima y la profundidad de polimerización menor. Desde un punto de vista clínico, sería aconsejable alargar los tiempos de irradiación 10 o 20 segundos más de lo recomendado por el fabricante cuando se deban polimerizar composites de microrrelleno, y más aún si son tonos oscuros (p.e. A3 o A4). Por otro lado, los composites de microrrelleno deberían aplicarse en capas más delgadas para facilitar su correcta polimerización.
El color del propio composite también influye de manera que la profundidad de polimerización es mayor cuando se polimeriza a través de un A1, B1 o C1 que no cuando se hace a través de un A4, B4, C4 o D4. Esta carencia la podemos compensar aumentando el tiempo de exposición a la luz. Por otro lado, los estudios parecen demostrar que la profundidad de polimerización es menor en los composites de microrrelleno que no en los composites híbridos o de macrorrelleno (Ruyter y Oysaed 1982, Ferracane y col. 1986, Rueggeberg y col. 1994, Leonard y col. 2001, Aravamudhan y col. 2006). Se cree que la causa estaría en que el pequeño tamaño de las partículas de relleno de los composites de microrrelleno provocaría una mayor dispersión de los fotones incidentes disminuyendo la eficacia de la fotopolimerización. De hecho, se ha comprobado que si las partículas de relleno tienen un diámetro igual a la mitad de la longitud de onda de la luz emitida (o sea, unas 0.025 micras) la dispersión será máxima y la profundidad de polimerización menor. Desde un punto de vista clínico, sería aconsejable alargar los tiempos de irradiación 10 o 20 segundos más de lo recomendado por el fabricante cuando se deban polimerizar composites de microrrelleno, y más aún si son tonos oscuros (p.e. A3 o A4). Por otro lado, los composites de microrrelleno deberían aplicarse en capas más delgadas para facilitar su correcta polimerización.
Las carillas de porcelana se suelen cementar con cementos de composite fotopolimerizables ya que así podemos controlar mejor el tiempo de trabajo. El inconveniente que esto representa es que debemos garantizar la polimerización de todo el composite a través de la carilla y la porcelana atenúa la luz que alcanza el cemento de composite. Por ello es necesario alargar el tiempo de polimerización hasta los 60 segundos. Además, se ha comprobado que lo realmente determinante es la intensidad de luz que alcanza el cemento y que esa luz caiga dentro del espectro de sensibilidad del fotoiniciador (Rasetto y col. 2001), aunque la mayor o menor opacidad de la porcelana repercutirá en un descenso en el paso de fotones a su través.
Muchos factores dependientes del estado de los componentes de la lámpara afectan la intensidad de luz emitida: rotura de las fibras ópticas, degradación de la bombilla, degradación del filtro, restos de composite o restos orgánicos en la punta de la guía de luz, utilización de ciertos productos desinfectantes. Es importante tener presente que, con el tiempo, el filtro pierde eficacia y va dejandopasar radiación de longitud de onda de más de 500nm (luz roja e infrarroja), que produce mucho calor sin favorecer la polimerización. Se considera inaceptable toda lámpara cuya radiación calórica supere los 50mW/cm2, por lo que deberemos cambiarle el filtro (hay radiómetros específicos para detectar esa radiación calórica).
Los diferentes estudios realizados en las consultas de distintos países y que han evaluado el estado de las lámparas de polimerizar demuestran que una gran parte de ellas emiten con una intensidad por debajo de los 400mW/cm2 (Miyazaki y col. 1998, Martin 1998, Pilo y col. 1999, Abalos-Labruzzi y col. 1999, Mitton y Wilson 2001, Santos 2005, El-Mowafy 2005, Ernst 2006, Mahn 2008, Matosevic y Tarle 2011). Por ello, es conveniente revisar periódicamente la intensidad que emiten las lámparas. Una ópción es utilizar el radiómetro que lleva la lámpara, pero no todas lo llevan, por lo que si éste es el caso tenemos dos alternativas: comprar un radiómetro o realizar el scrap test con nuestros composites (se explica en la siguiente imagen).
Los diferentes estudios realizados en las consultas de distintos países y que han evaluado el estado de las lámparas de polimerizar demuestran que una gran parte de ellas emiten con una intensidad por debajo de los 400mW/cm2 (Miyazaki y col. 1998, Martin 1998, Pilo y col. 1999, Abalos-Labruzzi y col. 1999, Mitton y Wilson 2001, Santos 2005, El-Mowafy 2005, Ernst 2006, Mahn 2008, Matosevic y Tarle 2011). Por ello, es conveniente revisar periódicamente la intensidad que emiten las lámparas. Una ópción es utilizar el radiómetro que lleva la lámpara, pero no todas lo llevan, por lo que si éste es el caso tenemos dos alternativas: comprar un radiómetro o realizar el scrap test con nuestros composites (se explica en la siguiente imagen).
En el scrap test hay que polimerizar, dentro de un cilindro opaco (por ejemplo, de cobre) de un calibre igual al de la guía de luz, 4mm de composite, es decir, el doble de lo que se suele recomendar. Se carga el cilindro con composite del tipo que queramos y del color que deseemos. Se polimeriza durante el tiempo de polimerización habitual en función de la intensidad de la lámpara y con la punta de la guía en contacto con el composite. Se corta el cilindro y se elimina con un Hollenback o un plástico todo el composite que esté blando. Se mide la longitud de composite que haya endurecido y si es de al menos 4mm significará que nuestra lámpara es capaz de polimerizar ese composite adecuadamente (Fan y col. 2002).
