Les composites bulk fill : changer le paradigme de la stratification

Évolution des composites dentaires

Les composites microchargés constituent l’une des premières catégories de composites dentaires. Leurs principaux avantages étaient leur bonne aptitude au polissage et leur faible rugosité de surface. Cependant, aujourd’hui, ils sont considérés comme n’étant plus adaptés aux charges élevées s’exerçant dans les secteurs postérieurs. En raison de leurs faibles propriétés mécaniques [¹], leur taux de fracture est élevé, particulièrement dans les cavités de classe II. Une étude menée par Hickel montrait un taux de fractures bien plus élevé que celui des composites hybrides. Les composites heavy body ou modelables ont ensuite été mis au point à la fin des années 1990. Ces matériaux de restauration étaient conçus pour les lésions des classes I et II en secteur postérieur. Ils étaient particulièrement adaptés aux exigences d’un cabinet libéral, car plus rentables que les autres [³] (^fig. 1 à ⁵).

De nombreux essais ont été effectués pour créer un matériau de la teinte de la dent mais pouvant être placé en une seule couche, comme un amalgame. Cependant, les divers matériaux élaborés n’ont pas été à la hauteur des exigences car leurs propriétés physiques et de manipulation [⁴] étaient similaires à celles des composites hybrides [⁵, ⁶]. Il n’y avait aucune amélioration de la profondeur de polymérisation, de l’aptitude au modelage ou de la facilité à obtenir des points de contact physiologiques serrés [⁷]. Quelques années plus tard, les composites nanohybrides ont fait leur apparition. Ils contenaient des charges extrêmement petites, supposées garantir d’excellentes propriétés physiques telles qu’une meilleure résistance à l’abrasion et un meilleur polissage [⁸]. Dans une récente étude, ces composites nanohybrides modernes ont montré une réelle baisse du retrait de polymérisation : Tetric EvoCeram® (Ivoclar Vivadent) est considéré comme l’un des meilleurs produits de cette catégorie [⁹]. Toutefois, les propriétés de manipulation et le temps de mise en place (obturation) sont restés identiques jusqu’à ce que les composites bulk fill (en un temps) arrivent sur le marché.

Composites bulk fill

Les matériaux d’obturation en un temps, dits bulk fill, existent en consistance modelable ou fluide. Les composites fluides sont principalement employés comme substitut dentinaire. Les fabricants recommandent de recouvrir cette couche d’un composite universel de façon à permettre le modelage des formes anatomiques (cuspides, sillons, etc.). Cependant, ce n’est pas tout à fait possible dans les cavités de classe II car le matériau est en contact avec la matrice sur une ou deux faces et ne peut pas être recouvert par la suite. Ainsi, il ne sera pas protégé dans la zone interproximale. Pour autant, la plupart de ces matériaux ne nécessitent pas de couche de recouvrement car ils contiennent des charges de grande taille, ce qui limite leur aptitude au polissage et augmente leur résistance à l’abrasion jusqu’à des niveaux cliniquement satisfaisants. Il convient de noter qu’il existe de grandes différences de taille de charges dans ce type de matériaux. À l’opposé, les matériaux modelables en un temps (bulk fill) peuvent être appliqués en une seule couche. Toutefois, cette catégorie de matériaux présente également des différences majeures dans leurs propriétés, comme le Tetric EvoCeram® Bulk Fill (Ivoclar Vivadent) qui contient des charges considérablement plus petites que les matériaux QuiXfil® (Dentsply) et X-tra fil® (Voco) (^fig. 6 à ¹¹).

Que doit-on prendre en compte ?

La mise au point d’un matériau adapté est un véritable défi qui peut prendre beaucoup de temps. C’est pourquoi les problèmes décrits n’ont été résolus que récemment. En s’intéressant aux propriétés des composites conventionnels et des lampes à photopolymériser, on découvre que plusieurs points doivent être améliorés afin de rendre possible l’obturation en un temps :

• le retrait de polymérisation (et en particulier le stress de polymérisation) du matériau doit être considérablement réduit car la quantité de composite à polymériser en une fois sera plus importante ;

• la profondeur de polymérisation et la pénétration de la lumière doivent être d’au moins 4 mm pour permettre une obturation réellement en un temps ;

• le temps de travail doit être plus long afin de permettre au praticien d’adapter correctement le composite aux parois de la cavité, sans laisser d’excès ;

• la manipulation de la lampe à photopolymériser doit permettre un accès rapide, facile et fiable à toutes les surfaces nécessitant une polymérisation, en particulier pour les enfants et pour les patients présentant une ouverture buccale limitée ou des problèmes d’articulation temporo-mandibulaire. Dans ces cas, la polymérisation en une seule fois doit être garantie, même pour les cavités de grande taille.

Stress et retrait de polymérisation

Tous les composites subissent une rétraction pendant la polymérisation (^fig. 12 et ¹³) et de nombreux problèmes sont liés à ce phénomène : irritation de la pulpe, sensibilités postopératoires lors de la mastication [¹⁰], déflexion cuspidienne lorsque le facteur C est élevé [¹¹, ¹²] et formation d’un hiatus provoquant des reprises de carie dues à la colonisation bactérienne [¹³, ¹⁴]. Des efforts importants ont été engagés pour réduire le stress de polymérisation et améliorer par là même l’adhésion des composites. De plus, des essais ont été effectués pour libérer le stress de rétraction [¹⁵], car cette force peut exercer des contraintes importantes sur la couche d’adhésif entre le composite et la structure dentaire et provoquer ainsi un échec prématuré de la restauration [¹⁶-¹⁸].

Composites conventionnels à faible retrait

Les composites à faible retrait ne sont pas nouveaux. Il y a déjà quelque temps, certains fabricants ont proposé des composites censés présenter un retrait volumétrique inférieur à 1 %. Même si ces composites se rétractaient moins que les matériaux à base de méthacrylate, ils ne répondaient pas aux attentes des praticiens. Les inconvénients suivants furent soulevés : la nécessité d’utiliser un adhésif spécial, l’incompatibilité avec les composites à base de méthacrylate, l’absence de consistance fluide et un éventail d’indications limité. Dans une étude menée en 2007, Ilie et al. [¹⁹] ont confirmé que le retrait pouvait être réduit en utilisant des modes de polymérisation différents. Finalement, en suivant un raisonnement complètement différent, une formule chimique a permis à certains fabricants de réduire le stress de polymérisation en ajoutant, au centre de la « colonne vertébrale » de la résine polymérisable, un modulateur de retrait d’un poids moléculaire élevé. Ce modulateur central soulage le réseau environnant de la résine. Même si ce matériau a montré un stress réduit, il reste un matériau de consistance fluide, dont le retrait volumétrique se situe entre 3,5 et 5 %. De plus, son module d’élasticité est faible, ce qui induit, pour les composites microchargés, un risque de fracture élevé sur les restaurations postérieures [²⁰, ²¹]. En 1982, Lambrechts et al. [²²] ont fait état d’éclats cohésifs et adhésifs sur l’émail trois ou quatre fois plus fréquents avec les composites microchargés qu’avec les composites conventionnels. Mais en même temps, en 2012, Heintze et Rousson [¹] ont découvert, dans une méta-analyse, que le taux de survie des composites microhybrides était bien meilleur que celui des compomères et des composites présentant des tailles de charges importantes.

Un composite bulk fill à la pointe de la technique

Ces résultats nous permettent de conclure qu’un matériau bulk fill idéal doit associer des modulateurs de retrait et les propriétés d’un composite nanohybride moderne avec des tailles de charges équilibrées (petites et moyennes). C’est le cas du Tetric EvoCeram® Bulk Fill (Ivoclar Vivadent) (^fig. 14) qui est un composite nanohybride indiqué pour la réalisation de restaurations directes en secteur postérieur. Le réducteur de stress breveté, incorporé aux charges, réduit le retrait et le stress de polymérisation. Le taux de charges est de 60 % (en volume) avec une taille des particules comprise entre 40 et 3 000 nm.

Profondeur de polymérisation

Avant l’arrivée des composites bulk fill, l’épaisseur maximale des incréments d’obturation était généralement de 2 mm [²³, ²⁴]. Cependant, restaurer une cavité, notamment si elle est profonde, avec des couches successives de 2 mm, peut prendre un temps important et augmente le risque d’incorporer des bulles ou des éléments contaminants entre les couches [²⁵].

Les composites permettant une plus grande profondeur de polymérisation et avec un retrait réduit leur permettant d’être appliqués en un temps, ne sont pas vraiment une nouveauté. Dès 2008, Polydorou et al. [²⁶] ont publié une étude in vitro évaluant la profondeur de polymérisation de deux composites translucides. L’étude prouvait qu’on pouvait obtenir une polymérisation suffisante d’échantillons de QuiXfil® à des profondeurs allant de 3,5 à 5,5 mm en fonction de la lampe utilisée. La profondeur maximale de polymérisation des composites microchargés atteinte avec la même méthode était de 2,5 mm seulement.

Lors d’un essai clinique contrôlé, en 2010, Manhart et al. [¹¹] ont trouvé de meilleurs taux de survie avec un composite microhybride (Tetric Ceram®) placé en 2 couches de 2 mm qu’avec un composite décrit comme bulk fill (QuiXfil®). Le taux de survie au bout de 4 ans était de 89,2 % pour le QuiXfil® et de 97,8 % pour le Tetric Ceram®. Ces valeurs correspondent à des taux d’échecs annuels respectivement de 2,7 et 0,6 %. Même si le Tetric Ceram® semble obtenir les meilleurs résultats, la performance de ces deux produits est cliniquement satisfaisante si on la compare aux résultats d’autres études longitudinales de restaurations de classe II où des valeurs comprises entre 0 et 7 %, avec une valeur moyenne de 2,2 %, ont été enregistrées [²⁷]. L’étude concluait que ces deux composites représentaient une option de traitement sûre.

Il y a trois manières d’augmenter la profondeur de polymérisation des composites :

• la première consiste à augmenter la taille des charges. En 1985, Li et al. [²⁸] prétendent que la réduction de la taille de la charge réduit la profondeur de polymérisation et la force de compression. Cependant, cet effet n’a pas été confirmé en 2012 par Czasch et Ilie [²⁹]. Dans leur étude, ils comparent le SureFil® SDR™ flow (Dentsply) au Venus Bulk Fill (Heraeus). Malgré des tailles de charges différentes, les deux composites ont montré des profondeurs de polymérisation similaires ;

• la seconde approche consiste à augmenter la translucidité du composite. La conséquence est évidente : plus de photons vont pénétrer dans les zones plus profondes du composite où ils activeront les molécules initiatrices. C’est la technique la plus utilisée dans les produits existants. Par exemple, l’X-tra fil® (Voco) présente une translucidité de 23 %, le Venus Bulk Fill® en présente une de 38,6 % et celle du SDR™ flow (Dentsply) est de 18,6 %. À titre de référence, les composites universels présentent une translucidité autour de 10 à 12 %, et les teintes émail des composites esthétiques se situent autour de 15 %, ce qui est également le cas du Tetric Evo­Ceram® Bulk Fill (valeurs de référence mesurées par Ivoclar Vivadent AG) (^fig. 15 à ²⁰) ;

• la troisième approche consiste à améliorer le spectre d’absorption et la réactivité de l’initiateur à la lumière. Même si le nombre de photons qui atteignent le fond de la cavité obturée est bien inférieur au nombre de photons en surface, il doit y avoir suffisamment de molécules initiatrices disponibles pour activer la réaction de polymérisation même dans les couches de 4 mm d’épaisseur ou plus. En 2008, Moszner et al. [³⁰] et Durmaz et al. [³¹] ont décrit des initiateurs innovants avec une activité photopolymérisante bien supérieure à la camphoroquinone (CQ) et à l’éthyl 4-(N, N-diméthylamino) benzoate (EMBO) dans les composites chargés à environ 60 % en poids. Ils ont également conclu que les composites contenant ces nouveaux initiateurs montraient une meilleure stabilité aux ultraviolets (UV). De plus, la stabilité de conservation était comparable à celle des composites à base de CQ/EMBO. La même année, Ilie et Hickel [³²] ont également prouvé qu’un remplacement total de la camphoroquinone était possible, et ce sans affecter les propriétés mécaniques du matériau, sous réserve d’utiliser une lampe à photopolymériser adaptée (avec un large spectre d’émission, comme celui des Polywave®). Un autre groupe de chercheurs [³³] a obtenu des résultats similaires concernant les propriétés mécaniques avec des initiateurs à base de germanium, sans utiliser de camphoroquinone.

Les composants du germanium synthétique présentent une absorption de la lumière bleue bien supérieure à celle de la camphoroquinone [³⁴]. Pendant l’exposition, les dérivés dibenzoyl du germanium subissent une photodécomposition avec formation de radicaux. C’est pourquoi des photo-initiateurs exempts d’amines dans le spectre du visible sont utilisés dans les colles et les composites dentaires [³⁴]. Les composites expérimentaux à base de dérivés dibenzoyl de germanium sont stables à la conservation et montrent des propriétés éclaircissantes significativement améliorées dans les composites à base de camphoroquinone/photo-initiateurs amines [³⁴].

Une subtile association d’initiateurs est exactement ce qu’il fallait dans le cas des composites d’obturation bulk fill. Pour accélérer la polymérisation, un nouvel initiateur breveté, appelé Ivocerin®, a été ajouté au système d’initiateurs standard (lucérine et camphoroquinone). De ce fait, le matériau présente une absorption maximale dans le spectre de lumière bleue compris entre 370 et 460 nm (^fig. 21). Lorsqu’il est exposé à la lumière d’une lampe à photo­polymériser puissante (par exemple Bluephase® Style, Ivoclar Vivadent), le matériau d’obturation bulk fill polymérise rapidement (10 secondes) sur une profondeur importante et constante. À l’opposé, les autres matériaux du commerce contiennent des initiateurs conventionnels qui ne sont pas capables de déclencher la polymérisation avec une quantité de lumière réduite dans les zones plus profondes de l’obturation.

Le système d’initiateurs accentue le processus de polymérisation et est responsable de la translucidité de 15 % du Tetric EvoCeram® Bulk Fill, proche de celle de l’émail (^fig. 22 et ²³). Cela n’est pas possible avec des composites conventionnels ne contenant pas de tels initiateurs.

Temps de travail

Un matériau appliqué en couches de 4 mm puis modelé doit présenter un temps de travail plus long que les composites conventionnels. Un retardateur de prise breveté évite la polymérisation prématurée du Tetric EvoCeram® Bulk Fill et garantit un temps de travail de plus de 3 minutes en conditions lumineuses de 8 000 lux. Une autre caractéristique importante de cette molécule réside dans le fait qu’elle ne compromet pas la polymérisation lorsqu’elle est exposée à la lumière d’une LED polymérisante (^fig. 24 à ²⁶).

Manipulation des lampes à photopolymériser

Comme nous l’avons dit précédemment, de nouveaux initiateurs ont été ajoutés afin d’augmenter la profondeur de polymérisation des composites. Ils sont sensibles à d’autres longueurs d’onde que la camphoroquinone (^fig. 27).

Certains fabricants utilisent déjà des photo-initiateurs qui agissent indépendamment ou en synergie avec la camphoroquinone. Les oxydes d’acylphosphine sont fréquemment ainsi ajoutés en raison de leur légère couleur jaune blanc. Le pic d’absorption de ce mélange se situe dans le spectre des ultraviolets avec une petite extension dans le domaine visible (lumière violette). Les oxydes de monoacylphosphine (Lucérine TPO®), de phénylpropandione (PPD) et de bisacylphosphine (Irgacure® 819) sont utilisés de préférence dans les composites translucides ou en teintes bleach. Dans ces cas, la concentration de l’initiateur jaune (camphoroquinone) est réduite ou totalement éliminée.

Avec leur pic d’émission à 460 nm, les lampes à LED de seconde génération correspondent parfaitement au pic d’absorption de la camphoroquinone. Cependant, elles ne sont pas compatibles avec les autres initiateurs cités plus haut. Afin de produire une lumière en sortie qui émet dans d’autres spectres de longueurs d’onde, les lampes à photopolymériser doivent être équipées d’une LED supplémentaire, par exemple violette. Ces dernières années, de nouvelles lampes avec un large spectre d’émission ont été commercialisées. Ces lampes sont théoriquement capables de polymériser tous les matériaux dentaires, c’est-à-dire également tous les composites contenant des initiateurs blanchâtres comme la Lucérine TPO®. Elles constituent la troisième génération de lampes LED à photopolymériser. Afin d’atteindre les pics nécessaires dans différentes gammes de longueurs d’onde et par là même les pics d’absorption des différents initiateurs, certaines lampes à la pointe de la technique sont équipées de différents types de LED (avec différentes longueurs d’onde). La Bluephase Style, équipée de la LED Polywave Ivoclar Vivadent, en fait partie.

Critères de choix des conducteursde lumière

Malheureusement, en raison des nombreux défis techniques rencontrés dans la mise au point des nouvelles lampes à photopolymériser, certains aspects concernant la manipulation et l’efficacité ont jadis été négligés. L’accès aux cavités postérieures, par exemple, dans les cavités de classe I ou V sur une deuxième molaire, peut être problématique chez les patients ayant une ouverture buccale limitée si l’on utilise certaines lampes avec des conducteurs de lumière droits. Chez les jeunes patients en particulier, un embout lumineux droit peut donner lieu à des situations très contraignantes. Certains fabricants ont essayé de résoudre ce problème en commercialisant des LED sans conducteur de lumière. Cependant, cela a généré un autre problème : une perte importante d’intensité liée à la distance et due à la largeur d’irradiation des LED. Un autre défaut de ce type de lampe est le fait que l’embout ne puisse pas être stérilisé en autoclave.

Néanmoins, la solution était plus simple que ce que beaucoup ont imaginé. En raccourcissant l’extrémité du conducteur de lumière de la nouvelle Bluephase Style (^fig. 28 à ³¹), la manipulation et la portée de la lampe ont été considérablement améliorées, sans perte d’intensité lumineuse.

Idéalement, l’embout lumineux d’une lampe à photopolymériser devrait être suffisamment long pour atteindre sans effort les zones postérieures. Dans le même temps, il doit avoir une extrémité courte et courbée pour concentrer la lumière sur la zone d’intérêt et réduire l’espace nécessaire à son positionnement. Les figures (^fig. 32 à ³⁵) montrent plusieurs lampes réputées et leurs problèmes de manipulation. Un embout court et courbé améliore considérablement la manipulation, comme cela est clairement montré dans le cas de la Bluephase Style.

Le design et l’ergonomie d’une lampe à photopolymériser sont des éléments très importants pour l’utilisateur, notamment en cas de traitement de longue durée. Certains fabricants proposent des lampes à photopolymériser en forme de pistolet, d’autres considèrent que la forme stylo est plus avantageuse (^fig. 36). Idéalement, une lampe à photopolymériser doit permettre les deux modes de préhension afin de laisser l’utilisateur choisir la solution qui lui convient le mieux. En fonction de l’indication, l’une peut être plus adaptée que l’autre.

Conclusion

En résumé, les composites bulk fill forment un groupe de matériaux très hétérogène. Globalement, ils peuvent être répartis en deux groupes :

• les matériaux à consistance fluide ;

• les matériaux à consistance modelable.

Le premier groupe est principalement indiqué pour les restaurations peu invasives ou les cavités d’une profondeur maximale de 4 mm [³⁵]. En raison de la taille de leurs charges et de leurs propriétés d’abrasion et de polissage, ces matériaux ne doivent pas être utilisés seuls et doivent être recouverts par un autre matériau.

Tetric EvoCeram® Bulk Fill associe le meilleur des deux groupes. Le réducteur de stress de polymérisation intégré à la matrice résineuse réduit considérablement le taux de retrait de prise. L’Ivocerin®, initiateur récemment breveté, augmente la profondeur de polymérisation jusqu’à 4 mm. Le matériau est doté des excellentes propriétés mécaniques (résistance à l’abrasion, aptitude au polissage) propres aux composites nanohybrides. Ainsi, son éventail d’indications couvre également les cavités profondes des classes I, II et V. Ce matériau permet de modeler des couches allant jusqu’à 4 mm d’épaisseur.

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