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«Dissertation Klinische Nachuntersuchung und quantitative Randanalyse von im Studentenkurs gelegten Kompositfüllungen im Frontzahngebiet. Eine ...»

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Aus dem Zentrum für Zahnmedizin

Abteilung für Zahnerhaltung und Präventivzahnmedizin

Medizinische Fakultät der Charité – Universitätsmedizin Berlin

Dissertation

Klinische Nachuntersuchung und quantitative Randanalyse

von im Studentenkurs gelegten Kompositfüllungen

im Frontzahngebiet.

Eine 6-Jahres-Studie.

zur Erlangung des akademischen Grades

Doctor medicinae dentariae (Dr. med. dent.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät

Charité – Universitätsmedizin Berlin von Zahnarzt Björn Claessen aus Berlin Gutachter: 1. Prof. Dr. J.-F. Roulet

2. Priv.-Doz. Dr. R. Haak

3. Priv.-Doz. Dr. H. Meyer-Lückel Datum der Promotion: 29. Januar 2010 Inhaltsverzeichnis Seite

1. Einleitung 4

2. Literaturübersicht 7

2.1 Kompositmaterialien 7 2.1.1 Organische Matrix 7 2.1.2 Füllstoffe 8 2.1.2.1 Makrofüller-Komposite 11 2.1.2.2 Mikrofüller-Komposite 11 2.1.2.3 Hybridkomposite 13 2.1.2.4 Einteilung nach der Konsistenz 13 2.1.3 Verbundphase 14 2.1.4 Weiterentwicklung moderner Komposite 14 2.1.4.1 Nanofüllerkomposite 14 2.1.4.2 Silorane 15

2.2 Werkstoffkundliche Materialeigenschaften 17 2.2.1 Ablauf und Initiation der Polymerisation 17 2.2.2 Polymerisationsschrumpfung 18 2.2.3 Wasseraufnahme und Löslichkeit 20 2.2.4 Thermischer Ausdehnungskoeffizient 20 2.2.5 Festigkeit 21 2.2.5.1 Härte 21 2.2.5.2 Biegefestigkeit 22 2.2.5.3 Elastizitätsmodul 23 2.3 Adhäsivtechnik 24 2.3.1 Aufbau und Struktur des Zahnschmelz 24 2.3.2 Haftungsmechanismen am Schmelz 26 2.3.3 Aufbau und Struktur des Dentins 28 2.3.4 Haftungsmechanismen am Dentin 30 2.3.5 Primer 33 2.3.6 Adhäsiv 35 2.3.7 Etch&Rinse-Systeme 36 2.3.8 Non-Rinse-Systeme 37 2.3.9 Untersuchungsmethoden 38 3. Z

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1. Einleitung Kunststoffbasierte Materialien wurden bereits in den 30er Jahren in die Zahnmedizin eingeführt, jedoch machten die ersten selbsthärtenden Materialien in den 40er Jahren die Kunststoffe für die direkte Versorgung von Zähnen erst interessant. Als Meilenstein in der Kompositentwicklung gilt die Vereinigung von Kunststoffen und Füllstoffen durch BOWEN (Bowen 1962a).

Komposit wird in der heutigen Zeit routinemäßig als Füllungswerkstoff in der Zahnheilkunde eingesetzt. Im Frontzahngebiet wird es bereits über lange Jahre hinweg als plastisches Füllungsmaterial zur Rehabilitation von kariös oder traumatisch zerstörten Frontzähnen verwendet. Hier wird es für die Kavitätenklassen III und IV sowie V nach BLACK (1914) angewandt. Auch der Aufbau von Zapfenzähnen und der Diastemata-Schluss kann mittels Komposit geleistet werden (Hugo 2008). Um den Zahn naturgetreu nachbilden zu können, kann man heute auf verschiedene Kompositmaterialien zurückgreifen, die aus Schmelz- und Dentinmassen bestehen. Durch ihre unterschiedliche Transluzenz können alle Zahntypen und deren individuelle Besonderheiten nachempfunden werden. Dem Anspruch der Patienten hinsichtlich der Ästhetik nachkommend, eignet sich Komposit durch die große Farbenvielfalt und gute Polierbarkeit hervorragend für diese Aufgabe.

Da sich in den vergangenen Jahren vor allem bei Primärversorgungen die restauratorischen Maßnahmen von den Blackschen Regeln losgelöst haben (Lutz 1976, Hugo 1996b, Hugo 1996a, Hugo et al. 1996), um Defekt bezogen therapieren zu können, mussten andere Wege der Verankerungen an der restlichen Zahnhartsubstanz gefunden werden. Abgehend von der makromechanischen Verankerung werden Kompositfüllungen mit der sogenannten Adhäsiv-Technik appliziert. Die dieser Technik zugrunde liegende Schmelz-Ätzung wurde von Buonocore 1955 in die Zahnmedizin eingeführt (Buonocore 1955). Die heute durch einige Modifikationen vorgenommene Schmelz-Ätz-Technik (SÄT) führt zu einer fast 100-%igen Randdichtigkeit der Kompositfüllungen im Schmelzbereich. Dies konnte in

Einleitung_______________________________________________________

In-vivo- und In-vitro-Tests nachgewiesen werden (Roulet 1976, Meißner et al. 1992, Retief 1992). Weitaus schwieriger lässt sich der randdichte Verbund zwischen dem einerseits hydrophoben Komposit und dem hydrophilen Dentin herstellen. Hierzu wird heutzutage auch das Dentin mit Säuren konditioniert. Für die Konditionierung des Dentins wird entweder die Etch&Rinse-Technik oder die Non-Rinse-Technik mittels selbst-ätzender Systeme verwendet, um in Kombination mit Monomerlösungen einen engen Verbund mit dem Komposit eingehen zu können (Van Meerbeek et al.

2003).

Im Dentin haben daher Haftvermittler einen positiven Einfluss auf die Randabdichtung, egal ob es sich dabei um Wurzel- oder Kronendentin handelt (Meißner et al. 1992, Van Meerbeek et al. 2003).

Ein wesentliches Kriterium für die Beurteilung einer zahnärztlichen Restauration aus Komposit ist die Qualität des Randschlusses zu der angrenzenden Zahnhartsubstanz (Roulet 1987b, Rueggeberg 1991). Durch den engen Verbund von Füllungsmaterial und Zahn soll ein Eindringen von Mikroorganismen zwischen diese beiden verhindert werden, ebenso wie von deren Stoffwechselprodukten, Speichel oder Pigmenten, um postoperative Sensibilitäten (Brännström 1986), Sekundärkaries und Randverfärbungen zu verhindern. Ein weiterer wichtiger Faktor für den Erfolg ist die Oberflächenqualität einer Restauration. Eine glatte Oberfläche kann die Langlebigkeit und Ästhetik optimieren, indem sie eine Plaqueansammlung verhindert bzw. verringert (Barsotti et al. 1989, Lu et al. 2005).





Trotz der häufigen Anwendung dieses Werkstoffes zur Rehabilitation zerstörter Frontzähne wurden in der Vergangenheit überwiegend Kompositrestaurationen im Seitenzahngebiet untersucht. Bei Betrachtung der wissenschaftlichen Literatur der letzten 10 Jahre fällt auf, dass nur wenige Publikationen zu Frontzahnrestaurationen existieren.

Vor diesem Hintergrund sollte in dieser retrospektiven In-vivo-Studie geklärt werden, wie sich Kompositfüllungen der Black-Klassen III und IV nach 6 Einleitung_______________________________________________________

Jahren klinisch und mikroskopisch bewähren. Es sollte eine Aussage über das Abnutzungsverhalten und Randverhalten gemacht werden und zugleich dem praktizierenden Zahnarzt wissenschaftliche Daten an die Hand geben, um Kompositfüllungen im Mund besser beurteilen zu können. Hierzu wurden klinische Parameter, wie die visuelle Einschätzung mit bloßem Auge unter zu Hilfenahme eines Spiegels und die taktile Beurteilung unter zu Hilfenahme einer Sonde, herangezogen. Weiterhin wurden die Ergebnisse einer rasterelektronenmikroskopischen Untersuchung von Füllungsrändern der nachuntersuchten Füllungen herangezogen, um einen möglichen Zusammenhang zu den klinischen Ergebnissen herstellen zu können.

Literaturübersicht_________________________________________________

2. Literaturübersicht

2.1 Kompositmaterialien Komposit leitet sich aus dem Lateinischem (componere = zusammensetzen) ab und beschreibt einen Werkstoff, der aus mindestens zwei verschiedenen Stoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften zusammengesetzt ist. Die prinzipielle Zusammensetzung der kunststoffbasierten Restaurationsmaterialien hat sich in den letzten Jahren nicht wesentlich geändert, jedoch gab es einige wichtige Veränderungen im Hinblick auf die Zusammensetzung der Komposite, die die Eigenschaften der Komposite entscheidend beeinflussten.

Grundsätzlich bestehen Kompositmaterialien aus einer organischen Matrix, anorgansischen Füllstoffen und einer Verbundphase, die die beiden ersten miteinander vereint (Bowen 1962b, Lutz et al. 1983).

2.1.1 Organische Matrix Die organische Matrix besteht bei den heute verwendeten Kompositmaterialien aus Estern der Methacrylsäure mit ein- oder mehrwertigen Alkoholen. Überwiegend handelt es sich hierbei um Bisphenol-A-Glycidyl-Methacrylat (BisGMA) (s. Abb. 1) und dessen Modifikationen (Bowen 1962b, Janda 1988a, Janda 1988b, Janda 1988c).

BisGMA ist das so genannte Bowenharz, das als Verbindung zwischen einem Methacrylat und einem Epoxydharz entstanden ist. Durch seine beiden Phenolringe gilt es als ein starres Molekül und hat in einem Polymernetzwerk ein höheres Elastizitätsmodul (E-Modul) (s. Kap. 2.2.5.3) zur Folge. Ein solches E-Modul korreliert in der Regel auch mit besseren mechanischen Eigenschaften. Die beiden Hydroxylgruppen in den Seitenketten ermöglichen Wasserstoffbrückenbindungen bei den Monomeren untereinander, was das Monomer sehr zäh macht und deshalb mit nicht so zähen Monomeren wie z.B. TEGDMA (Triethylenglykoldimethacrylat) verdünnt wird (Roulet 1987c, Peutzfeldt 1997). Damit wird die Viskosität verringert. Da die organische Matrix das Bindemittel für die Füllstoffpartikel darstellt, die durch Oberflächensilanisierung einen Literaturübersicht_________________________________________________

chemischen Verbund mit der organischen Matrix eingehen (Pluddemann 1970), können die Füllstoffe besser in ein niedrigvisköses Monomer eingebettet werden.

Abb. 1:BisGMA 2.1.2 Füllstoffe Erst der Zusatz von anorganischen Füllstoffen verleiht den Produkten verglichen mit nicht gefüllten Kompositen überlegene mechanische und ästhetische Materialeigenschaften (Bowen 1979). Bei den Füllstoffen handelt es sich um konventionelle Makrofüller. Sie werden durch Mahl- und Brechprozesse hergestellt. Dabei handelt es sich neben Quarzpulver (SiO2) vor allem um verschiedene Silikate unterschiedlicher Mengen und Formen wie Splitter oder Kugeln, sowie um Glaskeramiken oder Metalloxide (Oysaed und Ruyter 1986). Die Teilchengröße der Füllkörper der ersten Jahre liegt zwischen 10 und 100 µm, der Trend zu immer kleiner werdenden Teilchen hat mikrofeine oder kolloidale hervorgebracht, die leicht aggregieren und bei weniger als 50 nm liegen.

So kann nun eine Einteilung der Komposite nach Art und Größe der enthaltenen Füllkörper vorgenommen werden. Diese Einteilung der Kompositmaterialien geht zurück auf Veröffentlichungen von ROULET (1982) sowie von LUTZ et al. (1983) (siehe Abb. 2).

Literaturübersicht_________________________________________________

Abb. 2: Komposit-Klassifikation nach LUTZ 1983 Obwohl diese Klassifikation heute noch sehr häufig erwähnt wird, ist sie nicht mehr zeitgemäß, da sie die weitere Entwicklung der Dentalkomposite nicht mehr widerspiegelt. Diese zielt darauf ab, durch immer neue Mischungsverhältnisse an Füllkörpern unterschiedlicher Größen die Polymerisationsschrumpfung und Polierbarkeit zu verbessern, denn eine Kombination von verschiedenen Füllkörpergrößen und –arten beeinflusst die Eigenschaften der Komposite stark. Diesen Veränderungen wollte WILLEMS 1992 mit Einbeziehung des Füllstoffgehalts (mittelgefüllt = Füllergehalt 60 Vol.-%, hochgefüllt = Füllergehalt 60 Vol.-%) in seiner Klassifikation Rechnung tragen. BAYNE (1994) hat eine Einteilung auf Grundlage der Partikelgrößen vorgenommen. Durch Kombination verschiedener Füllkörpergrößen kann eine weitere Einteilung aufgrund des verwendeten Füllkörpersystems wie von KUNZELMANN und HICKEL 2001 beschrieben vorgenommen werden (siehe Tab. 1).

Der Füllgrad solcher Komposite liegt heute bei 65 bis 70 Vol.-%. Da bei den Kompositen das Verschleißverhalten wichtig ist, wurde es in der Vergangenheit hinsichtlich des Füllgrades untersucht. So scheint das Abrasionsverhalten an den Anteil der Füllkörper pro Volumeneinheit und damit an die Füllkörpergröße gekoppelt zu sein. Filtek Z100 (3M Espe) z. B.

zeigt im Vergleich zu anderen Kompositen einen hohen Füllkörperanteil von Literaturübersicht_________________________________________________

66 Vol.-% und das niedrigste, dem Amalgam ähnliche Verschleißverhalten im Gegensatz zu anderen, niedriger gefüllten Kompositen (Sindel 1998).

–  –  –

Literaturübersicht_________________________________________________

2.1.2.1 Makrofüller-Komposite Die Makrofüllerkomposite haben eine mittlere Korngröße von 5 bis 10 µm.

Partikel mit einer Größe von mehr als 100 µm wurden nicht verwendet, da sie mit bloßem Auge zu erkennen sind und die Oberfläche eines Komposits dadurch so rau geworden wäre, dass sie den ästhetischen Ansprüchen nicht genügen würde.



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