Tanden bleken: wat houdt dat in?
Bleken is een chemisch proces voor het witten van materialen, dat veel wordt gebruikt in de industrie. In de tandheelkunde verwijst bleken meestal naar producten die een vorm van waterstofperoxide bevatten om de tanden een wittere kleur te geven.
De bekendste commerciële bleekproducten zijn peroxide, natriumperboraat, chloor en chloride, in afnemende volgorde van gebruik.
Peroxide bleken is het meest efficiënt en wordt het meest gebruikt. De sterkte van het peroxide of zuurstofwater, kan worden aangeduid in volume en in percentage peroxide. Deze zijn proportioneel aan elkaar gerelateerd, waarbij 1 Vol refereert naar een gewichtspercentage van 0,3%. Vol geeft het volume zuurstof aan dat vrijgezet wordt bij een bepaalde concentratie waterstofperoxide.
Hoewel bleekprocessen complex zijn, werken de meeste door oxidatie, het chemische proces waarbij organische materialen uiteindelijk worden omgezet in koolstofdioxide en water. Hout dat in een open haard brandt, is een veel voorkomend voorbeeld van oxidatie. De verschillen tussen de oxidatie die optreedt bij het bleken en die van brandend hout zijn de snelheid van elke reactie en het aantal tussenproducten dat wordt geproduceerd. Verbranding zet een stof snel om in koolstofdioxide, water en warmte. Daarentegen zet bleken een organische stof langzaam om in chemische tussenproducten die lichter van kleur zijn dan het origineel. Corrosie van metaal is een voorbeeld van een langzaam oxidatieproces. Als men het echter lang genoeg laat doorgaan, zullen zowel verbranding als bleken resulteren in de omzetting van organische materialen in koolstofdioxide en water.
De oxidatie-reductiereactie die plaatsvindt in het bleekproces staat bekend als een redoxreactie. In een redoxreactie heeft het oxiderende middel, bijvoorbeeld waterstofperoxide, vrije radicalen met ongepaarde elektronen die het afgeeft, waardoor het gereduceerd wordt. Het reducerende middel, de stof die gebleekt wordt, accepteert de elektronen en wordt geoxideerd.
Chemie van waterstofperoxide
Waterstofperoxide is een oxiderend agens en heeft het vermogen om vrije radicalen te produceren, die zeer reactief zijn. Het perhydroxyl radicaal, HO2•, is het sterkere vrije radicaal in vergelijking met het zuurstof radicaal, O•. In zuiver waterige vorm is waterstofperoxide zwak zuur om ontbinding te vertragen en de houdbaarheid te verlengen en ioniseert in het overwegend produceren van het zwakkere vrije zuurstof radicaal, O• (Fig 10-1)(6). Om de vorming van het krachtigere perhydroxyl radicaal, HO2• te bevorderen, moet de waterstofperoxide-oplossing alkalisch worden gemaakt (Fig10-2)(6). De optimale pH voor de productie van de HO2• ionen ligt tussen 9,5 en 10,0. Bij de ionisatie van gebufferd waterstofperoxide in dit bereik worden een grotere hoeveelheid perhydroxyl radicalen geproduceerd, wat resulteert in een groter blekend effect in dezelfde tijd dan bij andere pH waarden (7,8). Waterstofperoxide is het meest effectief tussen pH 9,5 en pH 10,8.
In aanwezigheid van ontledingskatalysatoren en enzymen vindt de ionisatie van waterstofperoxide plaats als: 2 H2O2 → 2 H2O + O2.
Deze reactie produceert geen vrije radicalen, waardoor het waterstofperoxide ineffectief wordt als bleekmiddel. Deze enzymen, waarvan sommige aanwezig zijn in de mond, zijn een belangrijk onderdeel van de verdediging van het lichaam tegen zuurstoftoxiciteit. Het is belangrijk om tanden droog en vrij van debris te hebben bij het aanbrengen van een bleekmiddel.
Bleekmechanisme van tanden
Bij het bleken van tanden diffundeert waterstofperoxide door de organische matrix van het glazuur en dentine (Fig 10-3) (6, 10-14). Het verhoogt de permeabiliteit van de tandstructuur, waardoor de beweging van ionen door de tand toeneemt. Dit gebeurt waarschijnlijk vanwege het lage molecuulgewicht van waterstofperoxide en zijn vermogen om eiwitten te denatureren (15).
Het waterstofperoxide ontbindt in vrije radicalen en deze hebben ongepaarde elektronen en zijn extreem elektrofiel en onstabiel en zullen reageren met andere organische moleculen om stabiel te worden, waarbij nieuwe radicalen worden gegenereerd. Deze radicalen kunnen op hun beurt reageren met de onverzadigde bindingen in verkleurende moleculen of kleurstoffen in tandglazuur en dentine, wat resulteert in een verstoring van hun elektronenconjugatie en een verandering van hun lichtabsorptie en lichtreflectie. Er worden eenvoudigere moleculen gevormd die minder licht absorberen en meer licht reflecteren, wat een succesvolle wittende/blekende uitkomst creëert.
Een eenvoudig voorbeeld van deze reactie is de oxidatie van het dieprode bètacaroteen. Bij oxidatie wordt dit molecuul in tweeën gesplitst om twee moleculen vitamine A te produceren, die kleurloos zijn (Fig 10-4) (6).
Echter, niet alle oxiderende of bleekreacties zijn zo eenvoudig. Een uitgebreider bleekproces is beschreven door Albers (16). Tijdens het initiële bleekproces worden sterk gepigmenteerde koolstofringen geopend en omgezet in ketens die lichter van kleur zijn. Bestaande dubbele koolstofbindingen, meestal geel gepigmenteerd, worden omgezet in hydroxylgroepen, alcoholachtig, die meestal kleurloos zijn. Naarmate deze processen doorgaan, wordt het gebleekte materiaal voortdurend lichter van kleur. Tetracycline verkleuringen kunnen, specifieker, worden gebleekt door een oxidatieve afbraak van de chinonring (4, 17, 18). De bleekreactie zal verschillen afhankelijk van het type verkleuring en de chemische en fysische omgeving, zoals pH, temperatuur, co-katalysatoren, fotoinitiatoren en gebruikte belichting (19).
Naarmate het bleken vordert, wordt een punt bereikt waarop alleen hydrofiele kleurloze moleculen bestaan. Dit is het verzadigingspunt. Het lichter worden vertraagt dan dramatisch en het bleekproces, als het nog doorgaat, begint de koolstofverbindingen van eiwitten en andere koolstofhoudende moleculen af te breken. Verbindingen met hydroxylgroepen worden gesplitst, waarbij de moleculen in nog kleinere bestanddelen worden afgebroken. Er treedt verlies van tandglazuur op, moleculen in de tandstructuren worden omgezet in koolstofdioxide en water (Fig 10-5) (6,16).
Tijdens het bleken vinden al deze reacties tegelijkertijd plaats, aangezien de meeste materialen variërende hoeveelheden eenvoudige en complexe chemische componenten bevatten. Omdat sommige processen echter gemakkelijker en sneller plaatsvinden dan andere, verandert de snelheid van elke chemische reactie naarmate het bleekproces vordert. Figuur 10-5 (6) illustreert de meest voorkomende oxidatieprocessen die gepaard gaan met het bleken van organische materialen. Deze reacties zijn gemeenschappelijk voor alle organische moleculen, inclusief die van de glazuur- en dentinematrix (16). Het verzadigingspunt bevindt zich dan in het midden van de illustratie. Het is daarom van cruciaal belang om te weten dat het bleken van tanden moet worden gestopt op of vóór het verzadigingspunt. Excessief verder bleken of overbleken, moet ten allen tijde vermeden worden omdat dan de sterkte en de integriteit van de tanden aangetast wordt.
Veiligheid van bleken
De werkzaamheid van het bleken van tanden met waterstofperoxide en extern toegepaste energie is goed gedocumenteerd (5,20-25). De meeste eerdere studies naar in-office bleken tijdens de late jaren ’70 en ’80 richtten zich op mogelijke schade aan de pulpa in vitale tanden. Het is al meer dan 40 jaar bekend dat stoffen door glazuur en dentine heen kunnen dringen tot in de pulpa. Het lage molecuulgewicht van waterstofperoxide en zijn vermogen om eiwitten te denatureren, vergroten zijn vermogen om tanden te penetreren. Talrijke studies van honden-, runder- en menselijke tanden hebben gekeken naar verschillende oplossingen van waterstofperoxide, warmte- en lichttoepassing en combinaties daarvan en mogelijke schade. De vroegste resultaten waren positief waarbij werd aangetoond dat een techniek van geringe opwarming en een 30% tot 35% waterstofperoxide-oplossing, histologische veranderingen binnen de tandpulpa kan veroorzaken, maar de schade lijkt altijd omkeerbaar te zijn. Histologische veranderingen in glazuur en dentine zijn aangetoond. Spectroscopische analyse onthult echter geen veranderingen in de oppervlaktechemie van glazuur na blootstelling aan waterstofperoxide (85). Negatieve klinische gevolgen op lange termijn werden niet vastgesteld. De bevindingen hebben geleid tot protocollen met kortere bleektijden en beperkt warmtegebruik. Sakagushi en Hampei (34) wezen erop dat er slechts enkele meldingen zijn geweest van bijwerkingen als gevolg van het correct bleken van vitale tanden. Deze omvatten milde ontstekingsreacties in tanden die behandeld zijn met warmte en waterstofperoxide, terwijl het gecontroleerde gebruik van zoutoplossingen en warmte, of waterstofperoxide zonder warmte, geen significant aantal ontstekingsreacties veroorzaakte.
Ten slotte leidt de snelle toename van thuisbleken tot een toegenomen bezorgdheid over de veiligheid. Tanden kunnen gevoeliger worden voor cariës tijdens het thuisbleekproces vanwege de hoge zuurtegraad van bijna alle home-bleach producten. Een andere zorg bij het ‘s nachts bleken van tanden is de mogelijkheid dat waterstofperoxide en het afbraakproduct van carbamideperoxide veranderingen in zachte weefsels veroorzaken die mutageen of kankerverwekkend kunnen zijn.
Verheyen P, Walsh LJ, Wernish J, Schoop U, Moritz A: Bleaching-Zahnaufhellung mit Laser. Moritz A. Orale Laser Therapy, Quintessenz, Berlin 2006, 407-448