Forschungspreis

So wirken sich Keramiken auf ihre Antagonisten aus

Wie beeinflusst die Oberflächenhärte den Verschleiß des Antagonisten? Die Studie zu vollkeramischen Restaurationswerkstoffen um das Münchener Team von PD Dr. Jan-Frederik Güth wurde mit dem Forschungspreis Vollkeramik der AG Keramik ausgezeichnet.

Abbildung 1: Überlagerung der digitalen Analysedarstellung mit der klinischen Situation Güth/Edelhoff/Erdelt

Abbildung 2: Exemplarische Darstellung des Abrasionsverhaltens von Restaurationen aus experimentellem CAD/CAM-Komposit. Güth/Edelhoff/Erdelt
Abbildung 3: Exemplarische Darstellung des Abrasionsverhaltens von Restaurationen aus Lithiumdisilikat-Keramik. Güth/Edelhoff/Erdelt
Abbildung 4: Bernd Reiss (rechts), 1. Vorsitzender der AG Keramik, überreicht den Forschungspreis an PD Dr. Jan-Frederik Güth, München (links), Zahnarzt Florian Peters, Aachen. AG Keramik

Die  Arbeitsgemeinschaft für Keramik in der Zahnheilkunde (AG Keramik) zeichnete 2016 für den „Forschungspreis Vollkeramik“  gleich zwei Autorenteams mit dem 1. Preis aus:

Prof. Dr. Sven Reich, Florian Peters und Oliver Hartkamp von der Uniklinik RWTH Aachen sowie Prof. Dr.-Ing. Ulrich Lohbauer, Zahnklinik 1 der Uni Erlangen-Nürnberg, für ihre Arbeit "24-Monate Antagonisten-Verschleiß durch monolitische Zirkonoxid-Seitenzahnkronen, ausgewertet auf Basis der digitalen, intraoralen Abformung."

und PD Dr. Jan-Frederik Güth, Prof. Dr. Daniel Edelhoff, Dr. Kurt Erdelt von der Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik der Universität München für ihre Studie „Verschleißverhalten von monolithischen Restaurationen aus einem experimentiellen CAD/CAM-Komposit und Lithiumdisilikat-Keramik“, die wir hier vorstellen.

 

 

Harte versus dämpfungsfähige Okklusalflächen

Vollkeramische Restaurationswerkstoffe haben in den vergangenen Jahren deutlich an Festigkeit gewonnen. Der Einfluss der Oberflächenhärte, besonders von ZrO2, auf die Antagonisten wurde bisher fast nur in vitro simuliert, die klinischen Auswirkungen auf das Kiefergelenk wurden dagegen noch nicht weiter untersucht.

Interessanterweise kamen dann kunststoffbasierte Materialien mit hoch gehärteter Polymermatrix für die CAD/CAM-Verarbeitung auf den Markt, die sich durch dentinähnliche E-Module auszeichnen. Da das Biegemodul näher an dem von Dentin und dem adhäsiver Befestigungsmaterialien liegt, ist eine einheitliche Stressverteilung in der Restauration zu erwarten [Gierthmühlen et al., 2016].

Zum Beispiel für den temporären Einsatz bei der Wiederherstellung der Vertikal-Dimension durch Kauflächen-Veneers, sind CAD/CAM-Komposite laborverarbeiteter PMMA-Materialien hinsichtlich ihrer Abrasionsstabilität überlegen.

Die durch das niedrige E-Modul unterstützte Resilienzfähigkeit scheint das CAD/CAM-Komposit auch für Implantatkronen zu qualifizieren [Magne et al., 2013]. In vitro wurde festgestellt, dass CAD/CAM-Komposite auf endodontisch behandelten Zähnen eine erhöhte Ermüdungsresistenz gegenüber Feldspatkeramik zeigt [Magne und Knezevic, 2009]. Dies belegt, dass die organische Matrix mit verbesserten mechanischen Eigenschaften die klinischen Möglichkeiten der Verbundwerkstoffe noch ausweiten wird.

Die Studie

In der Arbeit von Güth et al. aus München wurde das Verschleißverhalten von Lithiumdisilikatkeramik (LS2, gepresst) gegenüber einem neuen experimentiellen CAD/CAM-Komposit an 18 Patienten nach rund zwei Jahren Liegezeit klinisch untersucht (Abbildung 1).

Mit den Werkstoffen wurden Zahnhartsubstanz-Defekte mit Teilrestaurationen zur Veränderung der Vertikaldimension der Okklusion (Kauflächen-Veneers) versorgt. Die prospektiv angelegte, klinische Studie hatte das Ziel, Ergebnisse zur funktionellen Langzeitstabilität und zum maximalen Erhalt der natürlichen Zahnhartsubstanz zu erlangen.

Die Autoren erwarteten auch Hinweise auf die Einflüsse parafunktioneller Belastungen (Malokklusion, Bruxismus) auf die Restaurationswerkstoffe.

Lithiumdisilikatkeramik (LS2 Press) verfügt über eine biaxiale Biegefestigkeit von 400 MPa; das E-Modul beträgt 95 GPa (vergleiche Schmelz 50-85 GPa); als okklusale Mindeststärke für Teilrestaurationen wurden 1,0 mm festgelegt. Das CAD/CAM-Komposit enthielt 22 Gewichts-Prozent Dimetacrylate und 78 Prozent Bariumglas-Füller. Die Biegefestigkeit betrug 167 MPa, das E-Modul 11,4 GPa (vergleiche Dentin 15-20 GPa).

Als Mindestschichtstärke für Frontzahn- und Kauflächenveneers wurden 0,3 mm gewählt. Die Innenflächen wurden silikatisiert (Rocatec 30 μm, 1 bar, 5 sec.) sowie konditioniert (Monobod Plus); die Teilrestaurationen aus Lithiumdisilikat wurden 20 sec mit HF geätzt und adhäsiv im OK und UK befestigt (Syntac/Variolink II).

Die Verschleiß-Messung erfolgte periodisch in Intervallen von zwölf Monaten über Präzisionsabformungen (Polyether), indirekter Digitalisierung zur Erzeugung von STL-Datensätzen, die anschließend mittels eines neuen, iterativen Verfahrens überlagert wurden.

Ergebnisse: Geringerer Verschleiß mit Lithiumdisilikat

Aus den mittleren Verschleißtiefen pro Monat ergaben sich durchschnittliche Verschleißraten von 16,8 μm für Restaurationen aus CAD/CAM-Komposit (Abbildung 2) und 4,8 μm für LS2 (Abbildung 3). Aus den mittleren maximalen Verschleiß-Tiefen pro Monat ergaben sich für ein Jahr Tragedauer Verschleiß-Raten von 168 μm für das CAD/CAM-Komposit und 59 mm für LS2.

Dies belegt das deutlich unterschiedliche Verschleiß-Verhalten beider Materialien. Bei der Interpretation ist allerdings zu beachten, dass Patienten mit Parafunktionen beziehungsweise generalisierten, biokorrosiven Defekten eingeschlossen wurden.

Es ist anzunehmen, dass die Verschleiß-Differenzen bei funktionell unauffälligen Probanden geringer ausfallen. Es wurde festgestellt, dass Restaurationen aus CAD/CAM-Komposit über die Tragedauer eine körperlichen Verformung durchliefen. Für den natürlichen Zahnschmelz wurden in anderen Studien Abrasionswerte von 30 bis 40 μm pro Jahr ermittelt [Xu et al., 1989].

Da die Substanzverluste der Vertikal-Dimension in beiden Kiefern stattfinden, verdoppeln sich die Verschleiß-Werte für die Restaurationen. Daraus resultiert ein Höhenverlust für das CAD/CAM-Komposit von 336 μm im Seitenzahnbereich und 117 μm für LS2.

Damit scheint LS2 die günstigere Langzeitprognose aus verschleiß-prophylaktischer Sicht aufzuweisen.
Restaurationen aus CAD/CAM-Komposit erfordern jedoch eine geringere Invasivität bei der Präparation und bieten eine höhere Flexibilität gegenüber Keramik. Die polymeren Eigenschaften ermöglichen aufgrund der gesteigerten Kantenstabilität der Restauration eine sehr geringe Schichtstärke, die in vielen Indikationen auch ohne Präparation auskommt.

Ferner weisen CAD/CAM-Komposite bei In-vitro Kausimulationen günstigere Verschleiß-Erscheinungen am Zahnschmelz-Antagonisten auf [Stawarczyk et al., 2015]. Allerdings fehlen bislang klinische Daten zum Verschleiß-Verhalten in Korrelation zu anderen Parametern (statische und dynamische Okklusion, Parafuktionen).

Fazit

 

Es ist zu erwarten, dass sich die Verschleiß-Unterschiede (LS2 vs CAD/CAM-Komposit) in einem erweiterten Zeitfenster noch verstärken werden. Vor dem Hintergrund, dass die Verschleiß-Fläche bei der Generierung von Schliff-Facetten zunimmt und somit die einwirkende Kraft zur Fläche geringer wird, kann vermutet werden, dass die vertikale Komponente des Verschleißes über die Zeit geringer ausfällt. Dies zu untersuchen, ist unter anderem das Ziel der Gruppe im weiteren Verlauf dieser klinischen Vergleichsstudie.

Manfred Kern
Fritz-Philippi-Straße 7, 65195 Wiesbaden

Literatur

 

  • [1] Horvath SD, Spitznagel FA, Gierthmühlen PC: Hybridmaterialien – Indikation und Bewährung. Zahnärztl. Mitteil 106; 10A: 56-62 (2016)
  • [2] Magne P, Silva M, Oderich E, Boff LL, Enciso R: Damping behavior of implant-supported restorations. Clin Oral Implants Res 24: 143-148 (2013)
  • [3] Magne P, Knezevic A: Influence of overlay restorative materials and load cusps on the fatigue restistance of endodontically treated molars. Quintessence Int 40(9): 729-737 (2009)
  • [4] Magne P, Knezevic A: Thickness of CAD-CAM composite resin overlays influences fatigue resistance of endodontically treated premolars. Dent Mater 25(10): 1264-1268 (2009)
  • [5] Magne P, Knezevic A: Simulated fatigue resistance of composite resin versus porcelain CAD/CAM overlay restorations on endodontically treated molars. Quintessence Int 40(2): 125-133 (2009)
  • [6] Xu KQ, Wang YU: Advanced tooth wear and restoration. Zhonghua Kou Qiang Yi Xue Za Zhi 29(2): 112-114 (1994)
  • [7] Xu J: The properties of dentin and resinified dentin in the tensiile test. Zhonghua Kou Qiang Yi Xue Za Zhi 24(4): 197-200 (1989)
  • [8] Stawarczyk B, Liebermann A, Eichberger M, Güth JF: Evaluation of mechanical and optical behavior of current esthetic dental restorative CAD/CAM composites. J Mech Behav Biomed Mater 55: 1-11 (2015)
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