Das Streben nach ästhetischen Restaurationsmöglichkeiten mit festsitzendem Zahnersatz führte in der Zahnmedizin schon früh zur Verwendung keramischer Werkstoffe. Neben den hervorragenden ästhetischen Eigenschaften zeichnen sich keramische Materialien durch hohe Biokompatibilität aus. Doch trotz dieser positiven Attribute führte die Herstellung von vollkeramischem, festsitzendem Zahnersatz lange Zeit nicht zu zufrieden stellenden Ergebnissen. Erst durch die Anwendung ingenieurwissenschaftlicher Erkenntnisse aus dem Bereich der technischen Keramik konnten für die Zahnheilkunde vollkeramische Systeme entwickelt werden, deren mechanische Eigenschaften den sicheren Einsatz für Kronen und kleinspannige Brücken ermöglichen. So genannte Oxidkeramiken, wie Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid, die aufgrund ihres mechanischen Verhaltens als Hochleistungskeramiken bezeichnet werden, lassen sogar die Anfertigung von großspannigen Brücken im Seitenzahnbereich möglich erscheinen. Insbesondere Zirkoniumdioxid erscheint aufgrund seiner hohen Festigkeitswerte für diesen Indikationsbereich geeignet. Es wird dabei als Gerüstwerkstoff eingesetzt und mit Systemen verarbeitet, die auf der CAD/CAM- bzw. CAM-Technologie beruhen.

In der Mundhöhle ist eine zahnmedizinische Restauration verschiedenen Einflüssen ausgesetzt, die zur Degradation des Werkstoffs führen. Neben der ständigen Anwesenheit des wässrigen Mediums Speichel führen Temperaturunterschiede bei der Nahrungsaufnahme und zyklische Kaubelastungen zu einer Minderung der mechanischen Festigkeit. Bei der Beurteilung der Werkstoffeigenschaften einer zahnmedizinischen Restauration in vitro ist es daher von herausragender Bedeutung, diese Einflussfaktoren zu berücksichtigen. Nur so ist es möglich, annähernd realistische Aussagen über die Materialeigenschaften eines Werkstoffes treffen zu können und eine Prognose für einen Indikationsbereich abzugeben. Auch iatrogene Manipulationen am Werkstück, wie z. B. unsachgemäße Handhabung durch den Zahnarzt oder den Zahntechniker, können zur Festigkeitsminderung beitragen.

Ziel der prämierten In-vitro-Studie war es, die Belastbarkeit viergliedriger vollkeramischer Seitenzahnbrücken aus Zirkoniumdioxid zu untersuchen. Dabei wurde auch der Einfluss einer definierten Vorschädigung sowie einer künstlichen Alterung, unter Variation der mechanischen Wechselbelastungsparameter, auf die Belastbarkeit der Restaurationen evaluiert. Anhand der Experimente sollten Erkenntnisse darüber gewonnen werden, ob die Stabilität von viergliedrigen Zirkoniumdioxidbrücken auch für den stark belasteten Seitenzahnbereich ausreichend ist und ihr Einsatz dort empfohlen werden kann.

Insgesamt wurden 60 Seitenzahnbrücken mit Zirkoniumdioxidgerüsten hergestellt und auf sechs homogene Gruppen verteilt. An Gerüsten aus zwei Untersuchungsgruppen wurde basal am mittleren Verbinder eine definierte mechanische Vorschädigung angebracht. Vor den Bruchlastversuchen bzw. vor der Alterungssimulation wurden die Brücken auf Modellen mit resilient gelagerten Pfeilerzähnen befestigt. Die Proben der Kontrollgruppe, ebenso wie die Proben einer Gruppe mit Vorschädigung, wurden dann zur Ermittlung der Belastbarkeit einer statischen Bruchlastprüfung unterzogen. Die übrigen 40 Brücken durchliefen zur Simulation des Alterungsprozesses im Milieu der Mundhöhle während 200-tägiger Wasserlagerung sowohl eine thermische als auch eine mechanische Wechselbelastung. Zwei Gruppen, davon eine mit Vorschädigung, absolvierten 1105 thermische Wechselbelastungszyklen zwischen +5°C und +55°C sowie 1106 mechanische Wechselbelastungszyklen mit einer Schwelllast von 100 N. Bei den zwei übrigen Untersuchungsgruppen wurden zum einen die Zyklenzahl (2106) und zum anderen die Schwelllast (200 N) variiert. Nach 200 Tagen wurden dann alle Brücken bis zum Bruch belastet und so deren Belastbarkeit ermittelt. Im Anschluss erfolgten an ausgewählten Proben die Beurteilung des Frakturverlaufes und die rasterelektronenmikroskopische Analyse der Bruchflächen.

Die mittlere Belastbarkeit der Brücken aus der Kontrollgruppe lag bei 1525 N, die der vorgeschädigten Restaurationen bei 1335 N. Die in der Literatur geforderte Anfangsfestigkeit von mindestens 1000 N für festsitzenden Zahnersatz im Seitenzahnbereich wurde somit weit überschritten. Nach künstlicher Alterung nahm die Belastbarkeit der Restaurationen um ca. 40 Prozent ab. Die Mittelwerte aller wechselbelasteten Gruppen lagen in einem Intervall von 904 N bis 952 N und zeigten damit einen deutlichen Abstand zur Minimalforderung von 600 N für die Dauerfestigkeit von Seitenzahnrestaurationen. Die statistische Analyse der Ergebnisse ergab, dass die Alterungssimulation einen signifikanten Einfluss auf die Belastbarkeit der Restaurationen hatte. Die Variation der mechanischen Wechselbelastungsparameter zeigte jedoch keine signifikanten Auswirkungen auf die Bruchfestigkeit. Dies ebenso wenig, wie die Vorschädigung der Zirkoniumdioxidgerüste. Die Frakturen liefen in nahezu allen Fällen durch den mittleren Verbinder der Brücken und auf den REM-Aufnahmen konnte der Ursprung der Brüche eindeutig im basalen Anteil der Gerüste direkt an der Oberfläche ausgemacht werden.

Auch wenn eine mechanische Vorschädigung unter den gewählten Bedingungen keinen Einfluss auf die Bruchfestigkeit hatte, so sollte sie im Rahmen des zahntechnischen Herstellungsprozesses möglichst verhindert werden. Gerade die für die mechanische Vorschädigung gewählte Lokalisation im basalen Bereich der interdentalen Verbinder ist besonders kritisch, da es hier bei Kaubelastung zum Auftreten von Spannungsspitzen kommt. Dies belegen auch die im REM gefundenen Lokalisationen der Frakturursprünge.

Auf Grundlage der in dieser Studie gewonnen Daten scheint der Einsatz von viergliedrigen Zirkoniumdioxidbrücken im Seitenzahnbereich möglich. Nach Simulation einer mehrjährigen Tragedauer in vitro deuten sowohl die Werte für die Initial- als auch für die Langzeitfestigkeit darauf hin, dass die Restaurationen in der gewählten Dimensionierung für das Seitenzahngebiet geeignet sind. Eine abschließende Bewertung kann jedoch erst nach der Auswertung kontrollierter In-vivo- Studien erfolgen.

Dr. Philipp Kohorst, Medizinische Hochschule Hannover