Kronen/Brücken


Neue Materialien – neue Perspektiven

Verkleben der definitiven Krone.
Verkleben der definitiven Krone.

An zahnmedizinische Materialien, speziell in der restaurativen Zahnheilkunde, sind zahlreiche Anforderungen zu stellen: Biokompatibilität, Langzeitbeständigkeit, optimale Farb- und Lichtwirkung, Abriebfestigkeit, Härte, mechanische Festigkeit auf Druck, chemische Resistenz, Oberflächendichte, einfache Herstellung, intraorale Wartbarkeit und – nicht zu vergessen – der Faktor Kosten. Alle bislang in der Zahnheilkunde als Kronenund Brückenmaterial verwendeten Keramiken und Kunststoffe weisen materialspezifische Eigenheiten auf, die nicht ausschließlich positiv sind. Eine Vereinigung aller Anforderungen in einem einzigen Material gibt es bisher nicht … aber es gibt Perspektiven.

Einen immer höheren Stellenwert hat Keramik erlangt. Vom Verblendmaterial hat sie sich zur Vollkeramik gemausert. Jedoch: Zu den Nachteilen von Keramik gehört bspw. eine hohe Sprödigkeit, die ein Risiko für Randausbrüche, Frakturen und Chipping nach sich zieht. Die Entwicklung stabilerer Keramiken zielte darauf ab, Lunker und Einschlüsse in der Struktur weitgehend zu minimieren, sodass heute industriell gefertigte Keramiken zur Verfügung stehen, welche ein äußerst homogenes Gefüge aufweisen, jedoch zwingend den Einsatz von CAD/CAM-Systemen erfordern.

Stellenwert der Biegezugsfestigkeit

Die Zuordnung der Wertigkeit keramischer Werkstoffe wird weitgehend über das Ausmaß der Biegezugfestigkeit getätigt. Je höher die Biegezugfestigkeit, desto geeigneter für kaudruckbelastete Restaurationen – wird argumentiert (Abb. 1). Es ist jedoch kritisch zu hinterfragen, ob dieser Betrachtungsstandpunkt eines Materials für den zahnärztlichen Bereich der richtige ist – oder ob dadurch klinisch nicht unbedingt relevante Schlüsse gezogen werden. Die Biegezugfestigkeit wird entsprechend DIN an genau definierten Werkstoffprüfkörpern, entweder im 3- oder 4-Punkt-Testverfahren, ermittelt, durch Einmalbelastung bis zum Bruch. Die durchschnittliche Belastungsfähigkeit von Feldspatkeramiken liegt in einem solchen physikalischen Test bei etwa 100 MPa. Wir müssen jedoch davon ausgehen, dass dentale Keramiken keiner Einmalbelastung ausgesetzt sind, sondern einer millionenfachen Dauerbelastung. Unter diesen Bedingungen reduziert sich die Belastungsfähigkeit auf ca. die Hälfte. Das ergibt also 50 MPa statt der plakativen 100, 350 oder 1.000 MPa (Abb. 2).

  • Abb. 1: Biegezugsfestigkeit verschiedener Dentalmaterialien in Megapascal (MPa). Der Vergleich zeigt, dass Glas auf ganz ähnliche Werte wie Schmelz und Dentin kommt.
  • Abb. 2: Würden wir uns unter dem Sicherheitsaspekt (siehe Abb. 1) das optimale Stadtauto zulegen wollen, müssten wir uns konsequenterweise einen Panzer kaufen müssen – wenn wir, wie Zahnärzte ihre Materialwahl treffend, von diesem Betrachtungsstandpunkt aus an die Sache herangehen.
  • Abb. 1: Biegezugsfestigkeit verschiedener Dentalmaterialien in Megapascal (MPa). Der Vergleich zeigt, dass Glas auf ganz ähnliche Werte wie Schmelz und Dentin kommt.
  • Abb. 2: Würden wir uns unter dem Sicherheitsaspekt (siehe Abb. 1) das optimale Stadtauto zulegen wollen, müssten wir uns konsequenterweise einen Panzer kaufen müssen – wenn wir, wie Zahnärzte ihre Materialwahl treffend, von diesem Betrachtungsstandpunkt aus an die Sache herangehen.

Es sollte uns allerdings zu denken geben, dass wir unter dem Aspekt der Biegezugfestigkeit von der Natur mit ganz armseligen Materialien ausgestattet worden sind: Schmelz wartet mit ca. 85 MPa auf und Dentin bietet auch nur ca. 100 MPa. Wer käme demnach jemals auf die Idee, unter den angebotenen Materialien (siehe Abb. 1) Schmelz oder Dentin auszuwählen? Ist also die Biegezugfestigkeit der geeignete Maßstab aller Dinge für die Auswahl zahnärztlicher Materialien? Es scheinen andere physikalische Faktoren maßgebender zu sein.

Bruchmechanik

  • Tab.: Wichtige physikalische Größen zum Bestimmen von Eigenschaften dentaler Materialien.

  • Tab.: Wichtige physikalische Größen zum Bestimmen von Eigenschaften dentaler Materialien.
Die Belastbarkeit und Verlässlichkeit einer Keramik (siehe Tabelle) wird wesentlich besser durch den Weibull-Modul und Spannungsintensitätsfaktor (KIc-Wert) abgebildet. Daran sollten wir uns primär orientieren. Die so gefundenen Prüfergebnisse beruhen wesentlich auf der Elastizität eines Materials. Diese beschreibt die physikalische Eigenschaft von Werkstoffen, reversibel auf eine einwirkende Kraft zu reagieren und wird durch den Elastizitäts-Modul rechnerisch fixiert. Ein Bauteil aus einem Material mit hohem Elastizitäts- Modul ist steifer als ein Bauteil gleicher Konstruktion (mit gleichen geometrischen Abmessungen), welches aus einem Material mit niedrigem Elastizitäts-Modul besteht. Spannungen im Material hängen von der Last (einwirkende Kräfte) und der Geometrie ab (Kraft pro Fläche). Werkstoffe mit niedrigerem Elastizitäts-Modul können dazu führen, dass Bauteilspannungen reduziert werden.

Das biologische System Zahn und Zahnhalteapparat erfüllt zwar nicht die Kriterien hoher Biegezugfestigkeit, ist jedoch durch resiliente Verankerung mittels Sharpey´scher Fasern und Materialien (Schmelz und Dentin) mit niedrigem Elastizitäts-Modul gekennzeichnet.

Zirkoniumdioxid

  • Abb. 3-5: Höckerfraktur einer keramischen Implantatsuprastruktur an Zahn 13.

  • Abb. 3-5: Höckerfraktur einer keramischen Implantatsuprastruktur an Zahn 13.
Zirkoniumdioxid mit einem Elastizitäts-Modul von 210 GPa ist unter diesem Aspekt nicht als 1. Wahl zu bezeichnen. Besonders die hohen Frakturraten von Keramiken auf Implantaten (Abb. 3-5) stellen einen größer werdenden Problemkreis dar [1].

Primär wurde die Verbindung zur keramikverblendeten Krone über Titanabutments hergestellt. Die Rezessionen freiliegender Titananteile und der dadurch bedingte negative ästhetische Effekt führten zur Verwendung von Zirkoniumdioxidabutments. Nach dem Motto: je hochfester – desto besser. Dabei wurden und bleiben meines Erachtens folgende Faktoren unberücksichtigt:

  • Implantate weisen gegenüber natürlichen Zähnen keinerlei Resilienz auf, sie sind starr mit dem Knochen verbunden und es fehlt ihnen jegliche sensible Affinität. Kaukräfte wirken ungepuffert auf die Suprastruktur ein. Die höchsten Bruchraten von Keramik auf Implantaten sind die Folge.
  • So wurden im Prämolaren- und Molarenbereich Kaukräfte bis zu 1.800 N zwischen natürlichen Zähnen und Implantat gemessen, während die Kaukräfte zwischen natürlichen Zähnen bei nur ca. 400 N lagen.
  • Sekundäres Beschleifen führt zu radialen bis 60 ?m in die Tiefe reichenden Rissen, welche die Beständigkeit von Zirkoniumdioxid um bis zu 60 % senken, d.h., dass sich die vermutete Biegezugfestigkeit von ca. 1.000 MPa auf etwa 400 MPa reduziert.
  • Zirkoniumdioxidabutments können höchste ästhetische Ansprüche nicht erfüllen.
  • Eine höhere Transluzenz des Zirkoniumdioxids wird entweder durch höhere Sintertemperaturen oder längere Sinterzeiten erreicht. Diese Änderung der Sinterparameter führt zu einem Kornwachstum der Zirkoniumdioxid- Kristalle und schwächt das Material zusätzlich.
  • Grundsätzlich liegen unterschiedliche Zirkoniumdioxid- Qualitäten mit verschiedenen mechanischen und optischen Eigenschaften vor, die abhängig von der Rohstoff-Qualität, Rohling-Herstellung, den Sinterparametern und der maschinellen Bearbeitung sind.

Was eignet sich derzeit am besten auf Implantaten?

  • Abb. 6: Wie wähle ich das geeignete Material? Nur Vorteile gibt es (noch) nicht.

  • Abb. 6: Wie wähle ich das geeignete Material? Nur Vorteile gibt es (noch) nicht.
Die Frage ist also zu stellen, welche Suprastruktur auf Implantaten die geeignete ist (Abb. 6). Grundsätzlich stehen uns im nichtmetallischen Bereich sehr unterschiedliche Materialien zur Verfügung: Polymere, ungefülltes und verstärktes PEEK, Lithium-Disilikat-Keramik, Zirkoniumdioxid- Lithium-Silikat-Keramik, Aluminiumoxid-Keramik, Zirkoniumdioxid-Keramik und transluzentes Zirkoniumdioxid. Die entscheidende Frage lautet: Von welchem physikalischen Standpunkt ausgehend bewerten wir positiv oder negativ? Hier stehen als Kriterien insbesondere die Härte, Biegezugfestigkeit, Weibull-Verteilung, Risszähigkeit, Elastizität und Resilienz zur Verfügung. Die klinischen Erfahrungen zeigen, dass es angebracht erscheint, Resilienz in Form von Materialien mit niedrigem Elastizitäts-Modul in das starre System Implantat einzubringen, um Überlastungen der Suprastruktur zu vermeiden. Interessant in diesem Zusammenhang sind Publikationen der jüngsten Zeit, die zeigen, dass Materialien mit niedrigem Elastizitäts-Modul in der Indikationsstellung als Abutments die gleiche Haltbarkeit wie Zirkoniumdioxidabutments aufweisen [2] und in der Kombination mit Keramikversorgungen höhere Erfolgsraten als Zirkoniumdioxidabutments zeigen. In diesen Studien wurden Polymerabutments verwendet. Vor diesem Hintergrund lässt sich in der neuen Werkstoffentwicklung der Hybridkeramiken ein durchaus großes Potenzial vermuten [3-17].

Hybridkeramiken

Bei der Entwicklung von Hybridmaterialien wurden die Vorteile der beiden Materialklassen Keramik und Kunststoffe zu einem neuen Werkstoff miteinander kombiniert, um so die jeweiligen Nachteile aufzuheben. Im Wesentlichen sind zurzeit 3 verschiedene Hybride auf dem Markt: Lava-Ultimate als Nano Resin Ceramic (3M ESPE, Seefeld), zweitens das erst im November 2014 in Europa präsentierte Cerasmart (GC EUROPE, Bad Homburg) sowie VITA Enamic (VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen). VITA Enamic zeichnet sich durch eine Dual-Netzwerk-Struktur aus Keramik und Polymer aus, wobei sich das dominierende keramische Netzwerk und das verstärkende Polymernetzwerk gegenseitig vollkommen durchdringen. Die Hybridkeramiken empfehlen sich nicht nur für das Labor, sondern auch für die chairside-Anwendung mittels CEREC-Methode und sind zur Herstellung von hochästhetischen Einzelzahnrestaurationen wie Inlays, Onlays, Veneers und Kronen indiziert – vorausgesetzt es sind die Bedingungen für eine adhäsive Befestigung gegeben. Die Biegefestigkeit ist zwischen 150 und 210 MPa zwar im Vergleich zu anderen Materialien nicht auffallend hoch, wird aber erstmals mit einem Elastizitäts-Modul zwischen 13 und 30 GPa kombiniert, was im Bereich von menschlichem Dentin liegt. Daraus resultiert eine außergewöhnlich hohe Belastbarkeit, die sich unter anderem in einem Weibull-Modul von 20 – mehr als doppelt so hoch als bei vergleichbaren Materialien für die Fertigung monolithischer Einzelzahnrestaurationen – widerspiegelt. Damit steht eine Werkstoffgruppe zur Verfügung, die in ihrer Struktur und ihren Eigenschaften den natürlichen Zahn imitiert (Abb. 7-9).

  • Verkleben der definitiven Krone.
  • Abb. 7: Amelogenesis imperfekta.
  • Verkleben der definitiven Krone.
  • Abb. 7: Amelogenesis imperfekta.

  • Abb. 8: Nach der Versorgung mit VITA Enamic.
  • Abb. 9: Die Zweijahreskontrolle zeigt die exzellente Farbbeständigkeit der Restaurationen.
  • Abb. 8: Nach der Versorgung mit VITA Enamic.
  • Abb. 9: Die Zweijahreskontrolle zeigt die exzellente Farbbeständigkeit der Restaurationen.

Die Abbildungen 10-19 demonstrieren die Schritte an einem klinischen Fall.

  • Abb. 10: Insuffiziente Versorgung.
  • Abb. 11: Situation nach Entfernung der Krone.
  • Abb. 10: Insuffiziente Versorgung.
  • Abb. 11: Situation nach Entfernung der Krone.

  • Abb. 12: Sofortimplantation und Sofortversorgung mit zentrisch und exzentrisch reduzierter Hybridkeramik.
  • Abb. 13: Nach der Einheilphase.
  • Abb. 12: Sofortimplantation und Sofortversorgung mit zentrisch und exzentrisch reduzierter Hybridkeramik.
  • Abb. 13: Nach der Einheilphase.

  • Abb. 14: Reduzierung der interimistischen Kronenversorgung zum Abutment.
  • Abb. 15-17: Konditionierung und Verkleben der definitiven Krone.
  • Abb. 14: Reduzierung der interimistischen Kronenversorgung zum Abutment.
  • Abb. 15-17: Konditionierung und Verkleben der definitiven Krone.

  • Abb. 18: Lichthärtung.
  • Abb. 19: Die Versorgung in situ.
  • Abb. 18: Lichthärtung.
  • Abb. 19: Die Versorgung in situ.

Schlussbemerkung

Die neue Werkstoffentwicklung bringt etliche Vorteile in die Zahnmedizin, Zahntechnik und Versorgung unserer Patienten. Geringe Schichtstärken ermöglichen minimalinvasives Präparieren. Für uns Zahnärzte ergibt sich durch schnelleres Schleifen ein geringerer Schleifkörperverbrauch. Patienten berichten von einem angenehmen Kaukomfort. Der Elastizitäts-Modul ist dentinähnlich und ermöglicht in kaufunktionell schwierigen Situationen – wie im Fall von Bruxismus – eher, an eine restaurative Versorgung mit Hybridwerkstoffen zu denken. Vorteile bei der Indikation „Implantatsuprastruktur“ sind in der Literatur bereits beschrieben: Prothetik mit Hybridkeramik zeigt sich demnach als Alternative. Klinische Langzeitstudien sind jedoch zur Bestätigung dieser Vorteile noch zu beobachten. Als letztes: Beim Abwägen sollte nicht vergessen werden, dass ein Vorteil von Hybridmaterialien gegenüber Keramiken in der intraoralen Wartbarkeit liegt.

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Näheres zum Autor des Fachbeitrages: Prof. Dr. Gerwin Arnetzl

Bilder soweit nicht anders deklariert: Prof. Dr. Gerwin Arnetzl



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