Fortbildungsteil Implantate

Keramikimplantate: Evidenzbasiert oder experimentell?

Keramische Implantate sind heute in aller Munde. Neben kleineren, spezialisierten Unternehmen hat mittlerweile eine Vielzahl der großen Implantat-Hersteller eine keramische Variante im Portfolio. Das hohe ästhetische Potenzial (zahnfarben), eine potenziell geringe Plaque-Akkumulation und eine hohe Biokompatibilität sollen für eine geringere Anfälligkeit für peri-implantäre Entzündungen sorgen – was es allerdings noch nachzuweisen gilt. Hat sich dieser Werkstoff als Implantat-Material nun also durchgesetzt?

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Zweiteilige keramische Implantate helfen Zementreste gänzlich zu vermeiden und erleichtern die Verwendung digitaler Technologien, beispielsweise zur Abformung Prof. Dr. Florian Beuer

Dieser Beitrag erörtert den aktuellen Wissensstand und thematisiert mögliche Fragen und Problemstellungen, mit denen sich vor allem prothetisch orientierte Anwender bei der Versorgung konfrontiert sehen könnten. Im Fokus stehen dabei die ideale Positionierung des Implantats sowie die kontemporäre Forschung bezüglich der Materialwahl und der Befestigung des Zahnersatzes.

Titan und Aluminiumoxid: Wie alles begann

Der erste klinische Einsatz dentaler Implantate aus Titan liegt über 50 Jahre zurück. Zur gleichen Zeit wurden auch keramische Implantate aus Aluminiumoxid entwickelt und später klinisch angewandt. Die prominentesten Vertreter waren das von Prof. Willi Schulte entwickelte „Tübinger Sofortimplantat“ und die „Crystalline Bone Screw“ von Prof. Sami Sandhaus [Schulte and Heimke, 1976; Sandhaus, 1967]. 

Implantate aus Titan werden seitdem erfolgreich zur Verankerung von festsitzendem und herausnehmbarem Zahnersatz eingesetzt und haben sich als Goldstandard etabliert. Dagegen hat sich der Werkstoff Aluminiumoxid für Implantate nicht durchgesetzt. Die geringe Risszähigkeit – die Archillesferse dieses Werkstoffs – und die konsekutiv reduzierte Frakturresistenz der Implantate scheinen hierfür ursächlich zu sein. Viele Zahnärzte fürchten bis heute Implantatfrakturen, wenn sie die Anwendung keramischer Implantate in Erwägung ziehen. Es hat sich jedoch einiges getan.

Zirkoniumdioxid:Stahlharte Keramik?

Heute hat sich bei der Herstellung keramischer Implantate eine in der Zahnmedizin vielseitig angewandte Hochleistungskeramik, das sogenannte Zirkoniumdioxid, durchgesetzt. Die bei Keramiken besonders ausgeprägte hohe Risszähigkeit ist dem Polymorphismus der zugrunde liegenden Gitterstruktur geschuldet: Es kann monoklin (Raumtemperatur bis 1.170 °C), tetragonal (1.170 bis 2.370 °C) und kubisch (2.370 °C bis zum Schmelzpunkt) strukturiert sein [Denry and Kelly, 2008]. Werden diese Temperaturschranken passiert, kommt es zu Volumenveränderungen im Gefüge. Um ungewollte Volumensprünge bei der Herstellung zu vermeiden, wird der Phasenübergang von tetragonal nach monoklin beim Abkühlen nach dem Sintervorgang (die Sintertemperatur liegt deutlich über 1.170 °C) durch die Zugabe von speziellen Oxiden unterbunden. Die nun bei Raumtemperatur metastabil – sozusagen „unfreiwillig“ – vorliegende tetragonale Phase ermöglicht den sogenannten Selbstheilungsmechanismus der Transformationsverfestigung [Lange, 1982]: Bei einer belastungsindizierten Rissbildung sind an den Riss angrenzende Kristallite in der Lage, ihr Gitter in die monokline Modifikation umzuwandeln. Dieser Prozess geht mit der zuvor erwähnten Volumenzunahme einher, und die resultierende Druckspannung im Gefüge kann ein Fortschreiten des Risses unterbinden. Die Transformationsverfestigung verleiht dem Zirkoniumdioxid die bereits erwähnte hohe Risszähigkeit und somit zuvor undenkbare mechanische Eigenschaften. Nicht ohne Grund lautete der Titel der Erstbeschreibung dieses Mechanismus im Fachjournal Nature „Ceramic steel?“ [Garvie, Hannink et al., 1975].

Abbildung 1: Ein dentales Volumentomogramm und ein prothetisches Set-up ermöglichen eine dreidimensionale Planung der Implantation (a und b; SMOP, Swissmeda, Zürich). So soll eine Prothetik-gerechte Positionierung des Implantats gewährleistet werden. Die exemplarische Schiene (c und d; 2INGIS, Brüssel, Belgien) ermöglicht eine hülsenlos geführte Implantation bei guter Sicht auf den OP-Situs (Operateur: Dr. S. Schnutenhaus). | De Moyer und Dr. Schnutenhaus

Das Fragezeichen deutet aber bereits an, dass auch diese hochfeste Keramik ihre Grenzen oder vielmehr Besonderheiten hat. Sind herstellungsbedingte Fehlstellen zu groß oder hat die transformierte Schicht eine für das jeweilige Werkstück spezifische kritische Dicke erreicht, kann es auch bei Zirkoniumdioxid-Keramiken zum Versagen kommen. Das Selbstheilungspotenzial scheint also endlich. 

Außerdem findet im feuchtwarmen Milieu der Mundhöhle auch ohne einwirkende mechanische Belastung die Umwandlung in die monokline Form statt. Man spricht von einer an der Oberfläche beginnenden und sukzessiv linear verlaufenden Alterung des Werkstoffs, der sogenannten Niedertemperaturumwandlung [Kobayashi, Kuwajima et al., 1981; Keuper, Eder et al., 2013]. Alterung des Implantat-Werkstoffs im Mund? Das klingt nicht besonders vertrauenerweckend. Man geht heute jedoch davon aus, dass diese Alterung bei korrekter Verarbeitung seitens des Herstellers klinisch nicht relevant ist. Dennoch bleibt aber festzustellen, dass man in der keramischen Implantologie mehr als bei ihrem Pendant aus Titan auf firmeninterne Qualitätskontrollen der Prozesskette angewiesen ist. Da heute keine ausreichend angepassten Standards oder Normen vorliegen, die ein verpflichtendes Mindestmaß an Stabilität und Alterungsresistenz beschreiben, wird von den Autoren dringend empfohlen, nur Produkte zu verwenden, für die wissenschaftliche Evidenz vorliegt [Spies, Maass et al., 2017].

Wofür gibt es Evidenz?

Aktuelle Übersichtsarbeiten belegen, dass Implantate aus Zirkoniumdioxid zur Befestigung von Einzelkronen und dreigliedrigen Brücken hinsichtlich der Einheilung in den Knochen und hinsichtlich ihrer Frakturresistenz Titanimplantaten ebenbürtig sind [Pieralli, Kohal et al., 2017]. Frakturen werden bei diesen Implantaten beinahe ausschließlich bei Durchmesser-reduzierten Implantaten oder in Kombination mit herausnehmbarem Zahnersatz beobachtet [Osman, Ma et al., 2013]. Dies geht häufig mit einem nicht Keramik-gerechten Design des jeweiligen Produkts einher [Gahlert, Burtscher et al., 2012]. Bis heute liegt nur für einteilige keramische Implantate eine ausreichende Evidenz vor. Infolgedessen bedarf es einer besonderen Planung sowohl bei der Implantatinsertion als auch bei der prothetischen Versorgung.

Abbildung 2: Mit einteiligen keramischen Implantaten können alle Regionen mit Einzelkronen und dreigliedrigen Brücken versorgt werden (a bis c: Ziraldent FR1, Metoxit AG, Thayngen, Schweiz; d bis f: ceramic.implant, VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen, Deutschland; Operateur: Prof. Dr. R. Kohal) [Spies, Patzelt et al., 2016; Spies, Kohal et al., 2017]. Aufgrund des präfabrizierten Abutments ist die optimale Positionierung für die anschließende Prothetik von zentraler Bedeutung. Dennoch ist die Zementfuge häufig nur erschwert zu instrumentieren. | Prof. Dr. Ralf Kohal

Wie positionieren?

Bei der Implantatinsertion ist zu beachten, dass eine Prothetik-gerechte Positionierung zwingend notwendig ist. Fehlpositionierungen können nur in einem sehr geringen Ausmaß durch die Prothetik oder durch intraorale Modifikationen des Abutments kompensiert werden. Empfehlenswert ist also, die Implantatinsertion, geführt nach vorherigem prothetischem Set-up (sogenanntes Backward-Planning) durchzuführen. Mit einzelnen Systemen (Abbildung 1) ist eine geführte Implantatinsertion zum Beispiel auch dann möglich, wenn der Implantathersteller kein eigenes Chirurgie-Tray für eine geführte Insertion nach vorheriger Planung zur Verfügung stellt. Dies liegt daran, dass man auf die Verwendung von system-spezifischen Bohrhülsen gänzlich verzichtet und die Bohrerführung samt Tiefenstopp über am Winkelstück angebrachte Führungsschienen realisiert. So können die herkömmlichen Instrumente des gewünschten Implantatsystems verwendet werden. Weitere positive Nebeneffekte: Die Schiene ist sterilisierbar und so gestaltet, dass sie dem Chirurgen eine maximale Sicht auf den OP-Situs bei adäquater Wasserzufuhr ohne die Notwendigkeit innengekühlter Bohrer ermöglicht. Die dreidimensionale Planung der Implantation kann bei diesem System auf Basis jeder offenen Planungssoftware, beispielsweise SMOP (Swissmeda, Zürich, Schweiz) oder coDiagnostiX (Dental Wings, Letourneux, Kanada), erfolgen.

 

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