Fortbildung „Aktuelle Perspektiven der restaurativen Zahnerhaltung“

Lichtpolymerisation heute

Die Lichthärtung von zahnärztlichen Materialien ist ein essenzieller Bestandteil der zahnärztlichen Behandlung geworden. Dabei können sich leicht Fehler einschleichen, die die Langlebigkeit der Restaurationen entscheidend beeinflussen. In diesem Beitrag sollen daher die wichtigsten Aspekte für eine sichere Polymerisation lichthärtender Kompositmaterialien dargestellt werden.

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In fast allen Behandlungssituationen werden Lichtgeräte zur Polymerisation von Monomersystemen eingesetzt:

  • bei der direkten Füllungstherapie
  • bei der Fissurenversiegelung und Infiltration
  • beim adhäsiven Befestigen von indirekten Restaurationen
  • bei dual-härtenden Stumpfaufbau-Materialien
  • beim Kleben von Brackets

Leider aber wird diesem Arbeitsschritt nicht immer die Aufmerksamkeit geschenkt, die für eine sichere Aushärtung nötig wäre [Sabbagh et al., 2017]. Umfragen unter niedergelassenen Zahnärzten zeigen, dass das Wissen über die technischen Voraussetzungen und die notwendigen Sicherheitsmaßnahmen bei der Lichthärtung in sehr unterschiedlichem Maße vorhanden ist [Kopperud et al., 2017] und dass die eingesetzten Lichtgeräte nicht immer den erforderlichen Ansprüchen genügen [Ernst et al., 2018]. Wenn aber plastische Komposit-Füllungsmaterialien nur unzureichend lichtgehärtet werden, kann das zu

  • erhöhtem Herauslösen von Substanzen und verstärkter Zytotoxizität [Ak et al., 2010; Sunitha et al., 2011; Ergun et al., 2010],
  • geringerer Härte und höherer Abrasion [Ferracane et al., 1998; Calheiros et al., 2008; Bhamra und Fleming, 2009],
  • eingeschränkter Farbstabilität [Brackett et al., 2007],
  • verringerter Haftung an der Zahnhartsubstanz [Price et al., 2015],
  • postoperativen Sensitivitäten,
  • Sekundärkaries und
  • Füllungsfrakturen [Ferracane et al., 1997] führen.

Obwohl die Oberfläche lichthärtender Komposite schon nach kurzer Belichtung hart 
erscheint, sind die Monomerumsatzraten vor allem am Kavitätenboden – sowie die physikalischen Werte (wie die erzielte Härte und die Festigkeit) sowie die Abrasionsbeständigkeit, die letztlich entscheidend für die Langzeitperspektive der Restauration sind, noch nicht voll erreicht [Rueggeberg et al., 2009]. 

 

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Kompositmaterialien, die eine vereinfachte, weniger fehleranfällige und zeitsparende Füllungstherapie ermöglichen, sind von großem Interesse für die tägliche Praxis.

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Wenn in der Füllungstherapie Misserfolge auftreten, werden diese oft auf die Materialien zurückgeführt, obwohl nicht selten die ungenügende Aushärtung des Füllungsmaterials ursächlich sein dürfte, das seine Eigenschaften gar nicht voll entfalten kann, wenn es nicht in ausreichendem Maß polymerisiert wird. 

Abbildung 1: Darstellung der Absorptionsspektren von Photoinitiatoren und der Emissionsspektren von blauen (Peak 456 nm) und violetten (Peak 412 nm) LEDs | Blunck

Abbildung 2: Begriffe zur Lichthärtung | Blunck 

Lichthärtende Komposit-Füllungsmaterialien

In der täglichen Praxis werden vor allem lichthärtende Komposit-Füllungsmaterialien eingesetzt. Sie vernetzen zu Polymeren, wenn Radikale die Doppelbindungen an den Monomeren aktivieren, und bewirken durch diese Vernetzung die angestrebten physikalischen Eigenschaften der Restaurationen [Ferracane et al., 1998].

Die dazu benötigten Radikale werden durch lichtsensitive Initiatoren, den Photoinitiatoren, wie zum Beispiel dem Campherchinon (CQ)-Amin-System, durch Spaltung von Atombindungen nach Bestrahlung durch bestimmte Wellenlängen gebildet. Das am häufigsten verwendete CQ absorbiert Licht im Wellenlängenbereich von circa 390 nm bis 510 nm bei einem Absorptionsmaximum (Lambdamax) von 470 nm [Neumann et al., 2005], also im Wellenlängenbereich des blauen Lichts. Wegen der gelben Eigenfarbe und der geringeren Effizienz in der Bildung von Radikalen (CQ bildet lediglich ein Radikal pro Molekül) werden auch weißlichere Varianten wie zum Beispiel Lucirin TPO oder Phenyl-Propan-Dion (PPD) beigemischt [Rueggeberg, 2011]. Im Zusammenhang mit der Entwicklung der Bulk-Fill-Komposite wurden weitere Alternativen wie zum Beispiel Ivocerin (Fa. Ivoclar Vivadent) entwickelt [AG, 2013].

Diese alternativen Photoinitiatoren absorbieren das Licht überwiegend im Wellenlängenbereich von 380 bis 430 nm (Acrylphosphynoxid: 300 < Lambda < 440; 
Lambdamax = 381 nm; PPD, Phenylpropandion, 330 < Lambda < 460; Lambdamax = 398 nm) [Neumann et al., 2005; Gan et al., 2018]. Anders als CQ benötigten alternative Photoinitiatoren keine Co-Initiatoren, um Radikale zu bilden, und können – je nach Struktur – zwei oder mehr Radikale bilden, die alle die radikalische Polymerisation initiieren können. Sie sind somit deutlich effizienter als CQ [Ikemura und Endo, 2010].

Die Bildung von Radikalen endet mit dem Ausschalten des Lichtgeräts, das die entsprechende Wellenlänge abstrahlt. Ein ausreichender Reaktionsumsatz erfordert daher eine Mindestbelichtungszeit beziehungsweise eine bestimmte Energiemenge, auch Belichtungsdosis genannt. Eine nur kurz belichtete Kompositmasse erscheint an der Oberfläche durchaus als ausgehärtet, während in der Tiefe keine ausreichende Polymerisation stattgefunden hat [Lovell et al., 2003]. Das kann dann zu den oben dargestellten Folgen führen.

Um ein schnelles Aushärten in besonders kurzer Zeit zu ermöglichen, werden Polymerisationslichtgeräte mit hoher Intensität angeboten. Dabei ergibt sich allerdings das Problem, dass ein Initiatorsystem nur eine bestimmte Menge an Energie pro Zeiteinheit aufnehmen kann und ab einer bestimmten Intensität keine weitere Erhöhung der Radikalbildung mehr erfolgt [Halvorson et al., 2002; Leprince et al., 2012]. Somit können bei sehr kurzen Belichtungszeiten die auftretenden Effekte nicht mehr durch eine entsprechende Erhöhung der Intensität kompensiert werden. Es ist dabei auch zu beachten, dass eine hohe Lichtintensität mit einer hohen Wärmeentwicklung gekoppelt wird, was die Gefahr der Pulpaüberhitzung oder von Verletzungen des Weichgewebes erhöht.

Metaanalysen von In-vitro-Studien haben ergeben, dass durch eine geringere Bestrahlungsstärke bei längerer Belichtungszeit (zum Beispiel Soft-Start-Polymerisation), mit intermittierenden Belichtungen bei 
gleicher Belichtungsdosis (Total Energy Concept – siehe unten) und ähnlichen Herangehensweisen geringerer Schrumpfungsstress gemessen werden konnte. Diese Vorteile konnten aber in klinischen Studien bisher nicht bestätigt werden [Munchow et al., 2018], so dass der Soft-Start-Polymerisation heute keine große Bedeutung mehr zugemessen wird.

Zu den Absorptionsspektren der Photoinitiatoren müssen die Emissionsspektren der Lichtgeräte passen. Während das Emissionsspektrum für die sichere Aushärtung des Kompositmaterials entscheidend ist, bereiten insbesondere diese Wellenlängen für das menschliche Auge enorme Probleme [Soares et al., 2017]. Gerade der blaue Wellenlängenbereich ist für die Netzhaut besonders gefährlich und durch kumulative Effekte kann es gegebenenfalls zur Beeinträchtigung der Sehfähigkeit kommen. Daher sind Orange-Filter unbedingt erforderlich, um die korrekte Lage des Lichtaustrittsfensters visuell überprüfen zu können [Price et al., 2016].

Abbildung 3: Bestrahlungsstärke verschiedener Lichtgeräte, gemessen vom Lichtaustrittsfenster von 0 mm (direkt am Lichtleiter) bis hin zu 10 mm Abstand | Illie

Lichtintensität in Abhängigkeit vom Durchmesser des Lichtaustrittsfensters bei gleicher Lichtstärke der Lichtquelle
Lichtstärke der Lichtquelle [mW]Durchmesser des Lichtaustrittsfensters [mm]Lichtintensität am Lichtaustrittsfenster [mW/cm2]
80081591
800101018
80012707
Tabelle 1, Quelle: Blunck
22479442236800223680122368022247945 2247946 2236804
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