グラスアイオノマーセメントの機能や種類について

状態に合わせた幅広い用途に使われ、優れた接着性や強度を持つ歯科材料！

普段、私たちが歯の治療をしてもらう際には、どのような材料を使用するかは医師に委ねている部分だと思います。どの種類を使用することが最適なのかを判断することが重要になりますが、今回のグラスアイオノマーセメントは、むし歯治療での充填、詰め物（インレー）や被せ物（クラウン）の接着、歯の溝を埋めるシーラントなど、幅広い用途に使われ、特に小児歯科や高齢者の治療で重要視されています。

歯科材料のグラスアイオノマーセメントは、1960年代にケイ酸塩セメントから開発され、「ポリアルキレングリコールベースのセメント」という大きなグループに属しています。このグループには、亜鉛ポリカルボン酸塩、亜鉛ガラス、バイオガラスも属しています。これらの材料はすべて、使用されている粒子が反応性であるという点において共通しています。表面は、水の存在下でカルボン酸と反応し、材料を硬化させます。したがって、水は重要な成分ですが、これは材料に添加される水、または光硬化後（グラスアイオノマーベースの合成樹脂セメントの場合）に吸収される水に限られます。余分な水分は材料を希釈し、硬化を妨げます。材料技術的には、グラスアイオノマーは水性セメントのグループに属し、これは樹脂ベースのセメントにも当てはまります。この文脈では、「セメント」という用語は多少誤解を招く可能性があります。粘度や充填剤の含有量に応じて、セメントとしても充填材としても使用することができます。

グラスアイオノマーセメントは、カルシウムと化学的に結合するカルボキシル基を介して、歯の構造とよく結合します。この材料は、長期間の臨床使用後も良好な接着性を示します。

もう1つの利点は、高濃度のフッ化物が歯に取り込まれると、このヒドロキシアパタイトからさらに硬いフルオロアパタイトが沈着するため、フッ化物を放出する能力があることです

しかし、二次う蝕の発症に対する材料のフッ化物効果に関する臨床的利点についてはコンセンサスがなく、長期的な化学結合が最大の利点である可能性が高いと考えられます。

化学的に硬化したグラスアイオノマー（GIC）は生体適合性があると考えられています。一方、樹脂改質型（RMGIC）にはさまざまなモノマーやその他の反応性物質が含まれており、患者にとってのリスクは最小限であると考えられているものの、アレルギーを引き起こす可能性があります。ただし、有害反応のリスクを減らすために、担当者は複合材料などの樹脂改質材料や類似の材料を取り扱う必要があります。

グラスアイオノマーの強度は、一般的に複合材料の強度よりも低いと考えられてきました。しかし、現代のグラスアイオノマーは充填剤技術の変化により機械的特性が向上し、化学的に硬化するものでは凝固が速くなりました。コーティング材を塗布することで、化学硬化材の乾燥に対する感受性も低下します。審美性も向上しましたが、光硬化材料は依然として化学硬化材料よりも優れています。

主な適応症は、乳歯の充填およびClass Vの永久歯の充填であり、ART（審美修復治療）における機能的な咬合修復としても説明されています。グラスアイオノマーは、長期的な仮材としても使用されていますが、その強度の限界から、これまで大規模な修復には不向きとされていました。しかし、現在ではこの材料は改良され、化学硬化型グラスアイオノマーをClass IIの小規模な充填に使用した長期研究では良好な結果が得られています。

グラスアイオノマー材料は、乾燥状態を維持することが困難な場合に有利であるという誤解が広くありますが、これは完全に正しいとは言い難いでしょう。グラスアイオノマー材料は、コンポジットと同様に湿気に敏感であり、良好な接着強度を得るためには、象牙質の自然な水分を必要とします。しかし、プラスチック変性グラスアイオノマーでは、材料全体を複数の層ではなく 1 つの層で塗布することができるため、コンポジットよりも乾燥状態を維持するための時間が少なくて済みます。

長年の開発を経て、プラスチック変性グラスアイオノマーセメントよりもコンポジットに近いハイブリッド材料も開発されました。これは主に、優れた機械的特性および審美的特性の要求を満たすために行われました。最もよく知られている2つは、コンポマーとジャイオマーであり、これらについてはファクトシートの最後で簡単に説明します。

グラスアイオノマーは、用途に応じて3つのグループに分けられます。

• タイプI：セメント（低粘度）
• タイプII：充填材（高粘度）
• タイプIII：象牙質シーラント（低粘度、ただし現在はごく少量しか使用されていない）。

充填材用のタイプIIグラスアイオノマーセメントは、次のように分類されます。

• 従来型（化学硬化型） (GIC)
• 樹脂改質剤（光硬化型） (RMGIC)

重要な機能

• グラスアイオノマーは、接着剤を使わなくても、歯のエナメル質や象牙質に直接接着します。ただし、材料を塗布する前に、歯の表面を「コンディショナー」で処理することをお勧めします。コンディショナーは主にカルボン酸で構成されており、表面を洗浄し、濡れ性を向上させ、材料と歯の構造との化学的結合を改善する条件を作り出します。この結合は、化学的メカニズムと微細な機械的メカニズムの両方によって生じます。グラスアイオノマーは親水性であるため、歯の表面を十分に濡らすことができます。最も重要な部分は、グラスアイオノマーのカルボキシル基と歯の表面のCa²⁺との間の、歯の構造への化学的結合です。グラスアイオノマーと歯の構造との接触部分では、過石灰化が起こります。実施された試験では、材料は歯との結合が失われる前に破損したため、この結合の正確な強度は不明です。グラスアイオノマーは、くさび形の欠損に対して長期間にわたって臨床的に非常に優れた性能を発揮しており、その優れた接着強度を明らかに実証しています。研究結果によると、その接着強度は、時間の経過とともに、接着剤/コンポジットの接着強度を上回る可能性があることが示唆されています。
• グラスアイオノマーのフッ化物放出効果は数年間持続します。これは特に、歯磨き粉やその他のフッ化物製剤からフッ化物を吸収して「充電」できる化学硬化材料に当てはまります。フッ化物イオンの放出は、酸と塩基の反応によって、新しく充填した詰め物で最も顕著に現れ、その後徐々に減少しますが、フッ化物を含む口腔ケア製品を使用することで再び活性化されます。
• 摩耗や曲げ強度などの機械的特性はコンポジットよりも劣りますが、特に化学硬化材料に使用される最新の充填技術によって改善されています。反応性ガラス粒子のサイズを小さくし、混合比率を改善し、その含有量/体積を増やすことで、強度と耐摩耗性が向上しています。ガラス粒子は硬化反応にも積極的に関与しており、粒子サイズが小さくなるほどガラス粒子の反応表面積が増加し、硬化反応が改善（短縮）されます。さらに、粒子サイズが小さいほど一般的に半透明性が高まり、審美性が向上するという利点もあります。

化学硬化型グラスアイオノマーセメント

• 従来のグラスアイオノマーセメントはガラス粉末で構成されており、その粒子サイズは古い材料に比べて小さくなり、今日の平均粒子サイズは1～5µmです。ガラス粒子は主に Ca、Al、Na、フッ化ケイ酸塩ガラスで構成されており、表面は酸に溶けます。フッ化物含有量は最大 20% で、材料にX線コントラストを与えるためにストロンチウム (Sr)、バリウム (Ba)、ランタン (La) を添加することができます。ストロンチウムには再石灰化効果があることもわかっています。
• 液体はポリカルボン酸を含む水溶液で構成されています。ポリアクリル酸を主成分とし、酒石酸、マレイン酸、イタコン酸などが含まれています。後者は、作業時間の延長と設定時間の短縮により取り扱い性を向上させるために追加されます。
• 硬化は2段階で行われ、酸性環境により、まずCa2+イオンがガラス表面から溶解します。その後、Al3+イオンが溶解し、より長い期間にわたってCa2+と置き換わり、より最適に架橋された材料が生成されます。こうして、Ca2+とAl3+がカルボン酸の間に架橋を形成します。カルボン酸は、Ca2+との結合を介して、材料のエナメル質および象牙質への結合も媒介します。硬化の過程で、フッ化物イオン（F-）がガラス粒子から放出され、ガラス粒子の周囲の液体に溶解します。その後、Al3+イオンとCa2+イオンの周りに蓄積されます。口内の湿った環境では、フッ化物イオンが徐々に環境中に放出されます。
• 水は酸塩基反応におけるイオン交換に必要ですが、過剰になると硬化が悪くなり、弱くて多孔質な材料になります。硬化プロセスの後、水が構造内で緩く結合しているため、化学的に硬化したグラスアイオノマーが乾燥しないように保護することが重要です。脱水が起こると、機械的特性や物理的特性に大きな悪影響が生じ、表面にひび割れが生じるなどの問題が発生します。
• 詰め物を保護するため、また固化中に唾液などにさらされないようにするために、薄い光硬化性接着剤（樹脂）を塗布することもできますが、マトリックスまたはグリセリンゲルも使用できます。完成した詰め物（新しいものでも古いものでも）が乾燥する恐れがある場合（近くの歯を修復するためにラバーダムを設置する場合など）は、必ず製造元が指定したコーティングを使用する必要があります。現在、化学的に硬化する材料の耐摩耗性を向上させ、乾燥のリスクを軽減するコーティング材料が開発されています。

メリット

• グラスアイオノマーはエナメル質と象牙質に化学的に結合し、収縮が最小限であるため、ひび割れのリスクは低くなる。
• フッ化物の放出による臨床的な虫歯抑制効果の可能性については議論されてきたが、コンセンサスが得られていない。
• 歯質とグラスアイオノマーの熱膨張係数はほぼ同じであるため、詰め物と歯の結合は口内の温度差による影響をほとんど受けない。

デメリット

• 咀嚼負荷が高いと、素材が弱くなり、損傷することがよくある。
• 曲げ強度は、複合材料の最小要件である80MPa (タイプI ISO4049:2018) と比較するとまだ劣っている。しかし、ヒドロキシアパタイト (HA) を添加すると、充填剤技術が変更されるだけでなく、機械的特性も改善されることが示されている。
• 耐摩耗性は向上しているが、表面をコーティングで保護しないとまだ不十分。これは、例えば口腔乾燥症の患者または非常に活動的な虫歯のある患者の場合の、材料からイオンが著しく高い速度で放出される酸性環境では特に当てはまります。
• 透明性は向上したが、コンポジットと比較すると審美性はまだ劣る。
• 硬化プロセス中に材料が乾燥しないように保護されていない場合、ひび割れが発生するリスクが高まる。

適応症

主な用途は、

• 乳歯列期の咬合におけるClass I、II、III、Vの虫歯用充填材。
• 永久歯列期の咬合におけるClass VおよびART Class Iとしてのの虫歯用充填材。
• 研究では、より新しい、さらに開発されたGICを、より小型のClass I およびClass IIで長期間にわたって永久修復すると、良好な臨床結果が得られることがわかっているが、より多くの臨床研究の結果が発表されるまでは、依然として制限的であるべきである。
• 永久歯列期の咬合における仮充填用の充填材。
• セメント固定および矯正用バンド用のMK、タイプI GIC。

この材料は、さまざまな理由で除去すべきでない歯根の残存部分を覆ったり、歯冠の遷移部分を修復したりするのに適しています。

簡単な臨床アドバイス

• 窩洞形成の際には、エナメル質のエッチングは行いません。
• 充填療法中は、最適な接着を実現するために、製造元の指示に従って、窩洞をコンディショナー（ポリカルボン酸溶液）で処理する必要があります。
• 象牙質表面は自然に湿潤した状態に保たれ、乾燥は避けるべきです。これにより、最適な結合が実現し、合併症のリスクが軽減されます。
• 新しく混合した材料はすぐに使用する必要があります。
• 詰め物は乾燥から保護する必要があります（コーティング、光硬化樹脂、またはグリセリンゲル）。マトリックスを使用すると、充填材の形状を整えると同時に表面を保護します。
• 充填材が硬化した後、ベースコートを塗布します。最終仕上げは24時間以内に完了してください。Al3+交換（成熟段階）。
• 研磨は、スプレーを使用して行うようにしてください。

化学的に硬化したガラスアイオノマーは、脱水のリスクがあり、材料の品質が低下し、臨床生存率が低下するため、口腔乾燥症の患者には使用しないでください。

光硬化型グラスアイオノマーセメント

これらの材料は、従来のグラスアイオノマーに、両親媒性メタクリレート（HEMA、ジメタクリレート）、開始剤、活性剤、安定剤などの添加剤を加えたものです。ポリアクリル酸は化学的に修飾することでメタクリレートユニットとの結合を可能にします。光硬化中、モノマーは重合して架橋ネットワークを形成しますが、ガラス粒子は不活性のままです。結合したHEMA分子は、-OH基を介して環境中の水分を吸収し、イオン交換による酸塩基反応を可能にします（化学硬化型グラスアイオノマーについて上記で説明した通り）。コンポマーには不活性粒子が含まれており、これにより処理時間の延長、耐湿性の低下、硬化初期段階における強度の向上が期待できます。

吸水が起こるまでグラスアイオノマー反応は起こらず、その結果グラスアイオノマー反応が遅れることに注意してください。これは当初は機械的特性に影響を与え、フッ化物イオンの放出と歯質への結合が遅れる原因となります。

メリット

• 従来のグラスアイオノマーセメントと比較すると、樹脂改質材料は強度と摩耗特性がわずかに優れている。
• 曲げ強度は化学的に硬化したGICよりも優れているが、ISOに準拠した複合材の最低レベルを下回っている。
• 材料の作業時間は長く、硬化時間は短くなる。
• RMGICの審美的特性は、化学的に硬化した GICよりも優れている。
• 樹脂改質材料は乾燥の影響を受けにくい。
• 歯質形成後の硬組織に対して優れた接着強度を示し、口腔内での溶解性が低い。
• 初期のフッ素放出は従来のグラスアイオノマーセメントと同等であるが、光硬化により架橋したポリマーマトリックスであるため、フッ素の吸着性が低いと考えられている。

デメリット

• 複合材料と比較すると、樹脂改質グラスアイオノマーは機械的特性と審美的特性が劣る。
• RMGICは複合材料よりも酸溶解度が高い。
• 収縮補正は材料に依存し、親水性特性を持つモノマーの含有量に応じて、化学GIC (前述していない略語) よりも大きな吸湿膨張を示すことがある。
• 樹脂改質グラスアイオノマーセメントの熱膨張係数は歯質よりも大きいため、縁部の結合が影響を受ける可能性がある。
• 光硬化性材料中のモノマーの量は重合の深さに影響するため、好ましくないC係数 (Class Iの空洞) のリスクがある場合は、増分技術を適用する必要がある可能性がある。

適応症

主な用途は、

• 乳歯列期の咬合におけるClass I、II、III、Vの虫歯用充填材。
• 永久歯列期の咬合におけるClass Vの虫歯用充填材。
• 永久歯列期の咬合における仮充填用の充填材。

この材料は、従来のGICと同様に、さまざまな理由で抜歯すべきではない残根をカバーするのに最適です。

簡単な臨床アドバイス

• 窩洞形成の際には、エナメル質のエッチングは行いません。
• 充填療法中は、窩洞をエッチングするのではなく、製造元の指示に従って治療し、推奨されている場合はコンディショナーを使用して治療する必要があります。これは最適な結合を実現するためです。
• 新しく混合した材料はすぐに使用する必要があります。
• 中身が乾燥しないように保護する必要はありません。
• 充填材が硬化したら、仕上げの作業を開始できます。本当に満足のいく結果を得るためには、最終的な仕上げの段階を待つことが不可欠です。その理由は、残留モノマー（コンポジット材料の場合と同様）や、吸水によるグラスアイオノマーセメントの遅発性反応が生じるためです。
• 研磨は、スプレーを使用して行うようにしてください。

口腔乾燥症の患者にとって、RMGICは化学的に治療する薬剤よりも脱水症状の影響を受けにくいため、より良い選択肢となります。ただし、これらの材料には過敏反応のリスクがあるモノマーが含まれており、最適な硬化には光重合が必要であることに留意する必要があります。したがって、RMGICはクラウン接合部の修復には適していません。

コンポマーとジオマー

組成、特性、硬化プロセス

前述のように、コンポマーとジオマーはグラスアイオノマーよりも複合材料に似ています。コンポマーは、モノマーにカルボン酸基が結合しているため、ポリアクリル酸修飾複合材料とも呼ばれます。ジオマーに関しては、マトリックス構成は複合材料と比較して変更されていませんが、違いはフィラーに関するものです。そこでは、コンポマーとジオマーは両方とも、グラスアイオノマーのような充填剤粒子が反応性表面を持っている点で類似しています。粒子はストロンチウム、アルミニウム、フッ化ケイ酸ガラスで構成されています。コンポマーでは、粒子は部分的にシラン処理されており、シラン化された粒子は酸塩基反応には関与しませんが、複合材料の場合と同様に、光重合中にモノマーと反応します。非シラン化粒子は酸に溶けるため活発に反応し、酸塩基反応において水の存在下で反応すると予想されます。コンポマーの重合は複合材料の重合と完全に一致しています。湿気の多い環境では、水が材料に浸透し、その存在により、Al 3+、Ca 2+、Sr 2+、Na 2+、F -が放出され、カルボン酸基と活性ガラス粒子からのイオン交換が可能になります。その結果、グラスアイオノマーの硬化中に起こる反応と同様の反応が起こります。この材料は、歯質に接着し、エナメル質（象牙質ではない）を選択的にエッチングするために、結合も必要です。

ジオマーにはカルボン酸が含まれていないため、粒子は同じように反応しませんが、材料は複合体として重合します。反応性粒子は、とりわけ、再石灰化作用（ストロンチウムなど）またはギ酸抗菌作用（ホウ素）を持つフッ化物イオンやその他のイオンを放出します。 素材の吸水性によるものです。臨床研究では、コンポマーとジオマーの両方で長期にわたる良好な結果が示されています。

メリット

• コンポマーとジオマーは、複合材料と同様に、比較的優れた審美性と強度を備えている。
• コンポマーは吸湿性と伸縮性があり、複合材よりも剛性が低いため、複合材ではClass Vの空洞内の隙間の形成を減らすことができる。

デメリット

• どちらのタイプ（コンポンとジオマー）も複合材のような性質があり、硬化中に収縮を起こし、ひび割れが発生するリスクがある。
• 両方ともエナメルエッチングとボンディングと組み合わせる必要がある。
• コンポマーは、より耐久性のある複合材料に比べて耐摩耗性が低く、時間の経過とともに審美性が失われる。この点では、ジオマーは複合体に似ている。
• どちらの材料も、複合材料と同様に、特に未硬化状態で取り扱う人に対しては、アレルギー反応を起こすリスクが高くなる。

適応症

• メーカーによれば、ジオマーは複合材料と同じ適応症を有する。
• コンポマーは樹脂ベースのグラスアイオノマーと同じ適応症があり、乳歯列期の咬合に関しては十分に根拠のある推奨事項がある。永久歯列期の咬合では、この材料はClass I、II、V に適していると評価されている。

簡単な臨床アドバイス

• 乾いた状態で使用することが重要です。
• 製造元の指示に従って、エッチングとボンディングで前処理します。
• 仕上げの作業は、複合修復の手順に従って行います。

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