Les résines à prise retardée : utilisation rationnelle en fonction de leurs propriétés physico-chimiques

Parmi le grand nombre de résines à prise retardée proposées, cinq d'entre elles couramment utilisées ont fait l'objet d'une étude permettant de clarifier leur indication et leur mode d'utilisation :

- le Coe Comfort^® et le GC Soft Liner^® de GC Dental ;

- le Fitt^® de Kerr, l'Hydro-cast^® de Kay See Dental ;

- le Visco-Gel^® de De Trey.

La composition exacte de ces produits et les propriétés chimiques et physiques qui en découlent sont restées longtemps ignorées.

Un choix intuitif est ainsi laissé au praticien conforté par l'idée que ces produits semblent similaires. De plus, les fabricants les recommandent indifféremment pour :

- une mise en condition tissulaire permettant d'améliorer les structures histologiques, anatomiques et physiologiques des tissus en contact avec la prothèse ;

- un rebasage temporaire permettant la stabilisation d'une prothèse d'usage devenue instable et inconfortable ou d'une prothèse immédiate pendant la phase de cicatrisation ;

- réalisation d'une empreinte complémentaire ambulatoire dite fonctionnelle.

Or, les qualités physico-chimiques de ces matériaux peuvent les destiner à une application clinique particulière plutôt qu'à une autre et, face à un cas considéré, ces mêmes qualités physico-chimiques peuvent être optimisées ou au contraire atténuées.

Cette étude a pour objectifs :

- de présenter les résines à prise retardée (composition et comportement) ;

- de définir leurs propriétés physiques en relation directe avec leur composition chimique ;

- de permettre au praticien d'appliquer la technique d'utilisation appropriée de ces produits en adéquation avec leurs propriétés physico-chimiques.

Rappels

Dans la littérature, les termes employés pour qualifier les résines « molles » (termes empruntés à la mécanique des fluides) ne le sont pas toujours à bon escient, ce qui conduit à donner quelques définitions pour favoriser la compréhension.

Plasticité : propriété de conserver indéfiniment des modifications dimensionnelles après la suppression de la contrainte qui les a provoquées.

Élasticité : propriété que possède un corps déformé momentanément par l'action d'une force extérieure de recouvrer sa forme première dès que la force a cessé d'agir.

Viscosité : propriété pour un corps soumis à une déformation d'opposer une résistance.

Fluage : déformation en fonction du temps que subit un matériau soumis à une contrainte permanente à une température normale ou anormale.

Rhéologie : étude du comportement mécanique, c'est-à-dire des relations entre contraintes et déformations.

Propriétés que doit présenter un conditionneur tissulaire :

- être biocompatible avec la fibro-muqueuse et compatible avec les propriétés physiques des résines thermopolymérisées ;

- présenter une importante capacité de fluage sur toute la surface de la prothèse et s'adapter étroitement aux tissus. De plus, ce fluage doit durer suffisamment longtemps pour suivre les changements d'état de surface et de volume des tissus en contact avec la prothèse ;

- être élastique, c'est-à-dire amortir, tel un coussin, les forces masticatoires et retrouver sa forme initiale dès que la force n'agit plus ;

- être visqueux pour présenter une résistance à la déformation et ainsi conserver une épaisseur optimale afin d'assurer une répartition équitable des charges.

Propriétés que doit présenter un produit de rebasage temporaire :

- être élastique ;

- être visqueux.

Propriétés que doit présenter un produit pour empreinte fonctionnelle :

- présenter une importante capacité de fluage ;

- avoir une élasticité et une viscosité faibles.

Un même produit peut difficilement réunir toutes ces propriétés puisque l'élasticité est le contraire de la plasticité et que le corollaire d'un bon fluage est une viscosité basse.

Une indication bien posée doit donc être le fruit d'un équilibre entre ces différentes qualités.

Propriétés chimiques

Composition des conditionneurs tissulaires

Ces produits sont composés d'une poudre et d'un liquide à mélanger selon des proportions variables, les qualités de fluage et de visco-élasticité étant influencées par le rapport poudre/liquide (^{tabl. I}). La poudre est soit un polymère, le polyéthyl méta-crylate (PEMA) soit un copolymère, l'éthyl méthacrylate de méthyle. Le poids moléculaire de ces polymères ainsi que la granulométrie de la poudre sont variables. Le liquide est de l'éthanol en quantité variable avec un ester plastifiant (composé chimique résultant de l'action d'un acide carboxylique sur un alcool ou un phénol avec élimination d'eau). Cet ester est du dibutyl phtalate, du butyl phtalate-butyl-glycolate ou du butyl benzoate. Le phtalate est un solvant pour le métacrylate mais, la réaction étant très lente, l'éthanol est nécessaire pour assurer le rapide gonflement des particules de poudre. Ce gonflement rompt la chaîne de polymère et permet la pénétration de molécules de plastifiant plus grosses.

La réaction est de nature physique, le produit se présentant sous forme de particules de polymère partiellement dissoutes enrobées d'une matrice gélifiée de polymère et de plastifiant. La vitesse d'absorption dépend :

- de la concentration en éthanol ;

- du poids moléculaire ;

- de la granulométrie des billes du polymère.

On peut en déduire que, pour une gélification rapide, il faut une concentration en alcool élevée et, pour les billes du polymère, un poids moléculaire et une granulométrie faibles.

Le ^{tableau I} montre les compositions de Fitt^®, Coe Comfort^®, GC Soft Liner^®, Hydro-cast^® et Visco-gel^® telles qu'elles sont communiquées par les fabricants. Ce sont en fait des fiches de sécurité destinées à faire apparaître les produits réputés dangereux. Remarque : les pourcentages en concentration des différents composants sont peu précis, on peut en déduire que la liste des composants énoncés par les fabricants n'est que rarement complète.

Le Fitt^® ayant la quantité d'alcool (associé à un copolymère) la plus importante (20 %) a donc la vitesse de gélification la plus rapide. Les autres produits ont des quantités d'alcool (associé à un polymère) plus faibles, d'où une vitesse de gélification plus lente.

Du point de vue biocompatibilité, l'association « polymère + alcool en faible quantité » est le meilleur compromis. Le plastifiant, de basse viscosité, pourrait diminuer le temps de gélification, mais les différences sont peu significatives. C'est donc la quantité d'alcool qui détermine la rapidité de gélification. Enfin, les polymères de poids moléculaire élevé se dissolvent plus lentement mais, les chaînes libérées étant plus longues, le gel est plus consistant. Cette gélification est également plus rapide si la granulométrie des billes de polymère est faible.

L'étude de Parker et Braden [¹] montre que la vitesse de gélification des polyéthylmétacrylates est plus affectée par la granulométrie de la poudre du polymère et par le poids moléculaire du plastifiant que les copolymères. L'incidence du poids moléculaire et de la granulométrie sur le comportement du produit est essentielle : il serait donc utile qu'ils soient communiqués avec précision par les fabricants, pour orienter ainsi les choix du praticien en fonction de ses besoins.

Comportement des conditionneurs tissulaires (fig. 1)

La spatulation du mélange « poudre + liquide » forme un fluide qui augmente en viscosité au fur et à mesure que l'éthanol et le plastifiant du liquide pénètrent les particules de poudre (phase I). L'action du plastifiant transforme le fluide en gel (phase II) qui entre en phase plastique (phase III). Après application en bouche, cette plasticité diminue, le matériau passant à une phase élastique due à la perte de l'éthanol et à des phénomènes de sorption d'eau et de perte du plastifiant (phase IV).

La perte d'éthanol commence immédiatement après l'immersion du matériau dans un milieu aqueux (cavité buccale) ; simultanément, des phénomènes d'absorption d'eau à partir de l'environnement et de désorption à partir du polymère entraînent une perte de poids et une instabilité dimensionnelle après mélange. Cette instabilité est variable selon la concentration d'éthanol initiale, selon la composition chimique du polymère et selon la proportion de polymère présente dans le gel. Ceci est dû :

- dans un premier temps, à une perte importante d'éthanol, qui provoque l'augmentation de dureté du matériau ;

- dans un deuxième temps, à l'absorption d'eau, qui provoque son ramollissement ;

- dans un troisième temps, quand les phénomènes d'absorption d'eau atteignent un équilibre, le matériau redurcit progressivement tandis que le reste d'éthanol et éventuellement le plastifiant se dissolvent dans la salive.

La déperdition d'alcool pour Jones et al. [³] est de 16 à 42 % lors du mélange, la totalité de l'alcool ayant disparu après 24 heures. Pour Murakami et al. [⁴], l'élimination totale de l'alcool demande 48 heures, la libération du plastifiant étant beaucoup plus faible et beaucoup plus lente. Selon les produits utilisés et d'après les observations cliniques, le temps nécessaire au durcissement varie de 2 semaines à quelques mois.

Propriétés physiques

L'étude de la rhéologie des conditionneurs tissulaires, réalisée par Murata et al. [⁵], montre à quel point la composition chimique influence les propriétés physiques. Les auteurs ont successivement étudié les propriétés physiques des résines en respectant le rapport poudre/liquide recommandé par le fabricant puis en augmentant les concentrations de poudre.

Temps de gélification

Sur le plan expérimental

Mesuré à l'aide d'un rhéomètre à oscillations, le temps de gélification est défini comme le temps nécessaire à la réduction de 75 % de la largeur de la trace du rhéomètre. Pour que ces conditions expérimentales se rapprochent le plus possible des conditions cliniques, la température des composants lors du mélange est de 37 °C ; cinq tests ont été conduits pour chaque produit (^{fig. 2}).

Résultats

Lorsque le mélange poudre/liquide est effectué selon le rapport recommandé par le fabricant (^{fig. 3}) :

- Fitt^® a le temps de gélification le plus court : 1,59 min ;

- GC Soft Liner^® : 3 minutes ;

® - Hydro-cast : moins de 5 minutes ;

- Coe Comfort^® et Visco-Gel^® : entre 8 et 10 minutes.

Incidences cliniques

• Si, on respecte le rapport poudre/liquide recommandé par le fabricant

Pour Fitt^® et GC Soft Liner^®, la vitesse de gélification est rapide et, par voie de conséquence, le praticien dispose de peu de temps pour les différentes manipulations réalisées lors de la phase d'insertion en bouche de la prothèse.

Pour Coe Comfort^® et Visco-Gel^®, le temps de gélification étant long, l'insertion en bouche doit être retardée si l'on veut éviter qu'une grande partie du produit ne s'écoule hors de la prothèse. Ceci permet une répartition équitable des charges grâce à une épaisseur uniforme et optimale de 2 à 3 mm qu'il est impossible d'obtenir avec l'emploi d'un produit trop fluide dont la viscosité n'a pas encore augmenté.

• Si on ne respecte pas le rapport poudre/liquide recommandé par le fabricant

Plus le rapport poudre/liquide est élevé, plus la gélification est rapide car le coefficient de diffusion du plastifiant et l'enchevêtrement des chaînes sont plus grands. Autrement dit, le temps de gélification diminue exponentiellement lorsqu'on aug mente la concentration de poudre (^{fig. 4)}, ce qui a une incidence clinique considérable.

Pour le Fitt^®, une diminution de ce temps de gélification déjà trop bas ne présente aucun intérêt mais, inversement, une diminution de la quantité de poudre augmente le temps de gélification.

Pour le Visco-Gel^® et le Coe Comfort^®, en revanche, on peut augmenter la quantité de poudre. L'étude de Newsome et al. [⁶] montre que le Visco-Gel^® donne satisfaction pour une augmentation de 50 % de la quantité de poudre.

Sur le plan clinique

À partir des résultats obtenus sur le plan expérimental, Murata et al. ont essayé de déterminer les limites cliniquement acceptables dans les variations de concentration de poudre pour chaque produit. Pour chacun d'entre eux, ils ont adapté les concentrations de poudre jusqu'à obtention d'un temps de gélification compris entre une minute 59 et 10 minutes Ils ont ensuite testé les possibilités de manipulation après mélange. La ^{figure 5} montre que :

- Coe Comfort^® peut être utilisé avec des concentrations de poudre largement au dessus de celle conseillée ;

- GC Soft Liner^® doit être utilisé à des concentrations proches de celle conseillé par le fabricant ;

- Fitt ne peut pas être utilisé à des concentrations de poudre au dessus de celle conseillée par le fabricant ;

- Hydro-Cast^® et Visco-Gel^® peuvent être utilisés pour des concentrations de poudre au dessus et en dessous de celle conseillée par le fabricant.

Visco-élasticité

Cinq spécimens de chaque conditionneur tissulaire ont été réalisés par Murata et al. [⁵] sous forme de disques de 2 mm d'épaisseur et 18 mm de diamètre. Une série de tests comprenant application d'une force et d'une relaxation ont été conduits à 37 °C, 2 heures après le mélange poudre + liquide.

Pour évaluer la déformation et le temps de relaxation du matériau, Murata et al. [⁷] ont procédé par analogie avec un modèle de Maxwell généralisé où l'élément élastique et l'élément visqueux sont connectés en parallèle. Dans le modèle de Maxwell généralisé, chaque élément subit une contrainte égale mais sa déformation est différente. L'élasticité (Eo) est définie comme la réponse à une force instantanée et de forte amplitude : elle est mesurée en Pascal. La viscosité (No) est définie comme la réponse à une contrainte de plus longue durée et de faible amplitude : elle est mesurée en Pascal/seconde.

Enfin, la visco-élasticité est le temps maximum de relaxation : elle est calculée selon la formule :

T = No/Eo (en Pa/s/Pa donc en s).

Résultats (fig. 6)

Si le mélange poudre/liquide est réalisé selon les conseils du fabricant :

- pour l'élasticité :

• Fitt^® a la valeur la plus haute 6 (1,68.10⁶ Pa) ;

• Coe Comfort^® a la valeur la plus 5 basse (1,88.10⁵ Pa) ;

- pour la viscosité :

• Fitt^® a la valeur la plus haute 8 (3,76.10⁸ Pa/s) ;

- pour la visco-élasticité :

• Fitt^® a la valeur la plus haute (962, 1 s) ;

• Fitt^® > GC Soft Liner^® (600 s) > Visco-Gel^® (200 s) > Hydro-cast^® (60 s) et Coe Comfort^® (50 secondes.)

Remarque : les valeurs montrent que la viscosité est plus importante que l'élasticité. L'élasticité, la viscosité et la visco-élasticité de tous les matériaux augmentent avec le temps et tendent à atteindre leur valeur définitive 4 jours après mélange (^{fig. 7}, ⁸ et ⁹).

Coe Comfort^® et Visco-Gel^® augmentent moins que les autres, mais Fitt^® augmente considérablement.

Murata et al. [⁸], dans une autre étude, ont combiné de l'éthanol à des concentrations variables avec divers plastifiants. Les produits contenant la plus grande concentration en éthanol voient leur élasticité, leur viscosité et leur visco-élasticité augmenter le plus rapidement. La différence entre les matériaux décroît avec le temps (les liquides contenant davantage d'éthanol en perdent davantage dans l'eau). Le mélange ne contenant pas d'éthanol ne montre pas de changement de l'élasticité et de viscosité avec le temps. Les produits contenant du butylphtalate butylglycolate ont des valeurs plus élevées. Le plastifiant influence davantage la viscosité que l'élasticité ; il influence peu la vitesse d'augmentation de ces valeurs avec le temps. Si, pour les cinq résines étudiées, la concentration de poudre augmente, la viscosité et l'élasticité augmentent pour tous les matériaux, la viscosité augmentant plus que l'élasticité (^{fig. 10} et ¹¹). À partir des deux groupes de tableaux précédents, l'équipe de Murata a pu établir des rapports optimals poudre/liquide en fonction de l'élasticité et de la viscosité requises pour le cas clinique considéré (^{fig. 12}).

Incidences cliniques

Les expérimentations décrites ci-dessus évaluent les propriétés physiques des matériaux et leur changement dans le temps. Cependant, comme le fait remarquer Grimonster [⁹], ces propriétés subissent en bouche l'influence de la salive, des forces masticatoires et des changements de température, « paramètres » qu'on ne peut maîtriser. Néanmoins, on peut tirer les conclusions suivantes (^{tabl. II}) :

- Fitt^® et GC Soft Liner^® présentent des propriétés d'élasticité et de viscosité très importantes qui les destinent plus particulièrement à un rebasage temporaire. Cependant, Fitt^® peut voir ses propriétés visco-élastiques diminuer en abaissant la concentration de poudre et en le remplaçant tous les 2 jours (avant augmentation de sa visco-élasticité) ; ainsi, on peut exploiter une certaine plasticité et un très léger fluage dans le cadre d'une mise en condition tissulaire ou d'une empreinte fonctionnelle ambulatoire (^{fig. 13}, ¹⁴, ¹⁵, ^16a, ^16b, ¹⁷, ^18a, ^18b, ¹⁹ et ²⁰). Même démarche pour GC Soft Liner^® qui a une élasticité élevée ; celle-ci peut être diminuée en abaissant la concentration de poudre, mais la viscosité est difficile à réduire, et la visco-élasticité chute fortement après le 7^e jour ;

- Hydro-cast^® présente une élasticité plus faible et une basse viscosité donc un bon fluage ; sa viscosité augmentant fortement après le 1^er jour : il peut donc être utilisé aussi pour des empreintes fonctionnelles ;

- Visco-gel^® et Coe Comfort^® présentent une très faible viscosité, donc un fluage très important qui se maintient dans le temps. Ces qualités sont celles que l'on recherche lors d'une remise en condition tissulaire ; mais ce fluage doit être contrôlé pour maintenir une épaisseur de 2 mm sous la prothèse, épaisseur indispensable à une bonne répartition des charges et au maintien des propriétés physiques du produit.

Ainsi, pour contenir ce fluage, on peut user d'artifices techniques (réalisation de joints périphérique en Fitt^® faisant ainsi barrière et maintien du Visco-Gel^® dans les limites désirées) et/ou varier les concentrations de poudre (^{fig. 21}, ²², ²³ et ²⁴) ; or, comme évoqué plus haut, ces deux produits peuvent être utilisés avec des concentrations de poudre largement au-dessus de celle conseillée par le fabricant, ce qui augmente la viscosité et diminue le fluage ainsi que le temps de gélification.

Cette technique est intéressante à plus d'un titre. Elle fait appel à deux produits utilisés pour leurs propriétés antagonistes, qui sont ainsi optimisés pour en atténuer les inconvénients. Après aménagement de l'intrados de la prothèse, les joints périphériques sont redéfinis à l'aide du Fitt^® dont la concentration de poudre est sensiblement augmentée. On obtient ainsi une viscosité maximale avec pratiquement absence de fluage après gélification. De plus, les sur-extensions sont évitées et l'importante élasticité du produit permet un amortissement des forces. L'intrados de la prothèse est ensuite rempli de Visco- Gel^® dont la concentration en poudre est augmentée ; il peut donc être inséré assez rapidement, son fluage exagéré est réduit et les joints en Fitt^® aident au maintien d'une épaisseur optimale (^{fig. 25}, ²⁶ et ²⁷).

Conclusion

Parmi les produits étudiés aucun ne présente toutes les propriétés souhaitées pour un rebasage temporaire, une mise en condition tissulaire, une empreinte fonctionnelle ; aussi il est inutile de chercher à affecter un produit à une utilisation clinique et d'en faire une règle. Mieux vaut connaître pour chaque situation clinique les qualités à privilégier et les capacités d'adaptation des produits. De plus, en modifiant le rapport poudre/liquide, une résine à prise retardée peut présenter des qualités semblables à une autre résine mélangée avec le rapport poudre/liquide conseillé par le fabricant.

Bibliographie

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• 6 Newsome PR, Basker RM, Bergman B, Glantz PO. The softness and initial flow of temporary soft lining materials. Acta Odontol Scand 1988;46:9-17.
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• 9 Grimonster J. Les conditionneurs tissulaires et leurs emplois en prothèse adjointe:composition et propriétés physico-chimiques. Actual Odonto-Stomatol 1996;196:581-592.
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