1 Einleitung Grundlagen Versuchsplanung Material und Methode...26

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1 Aus der Universitätsklinik für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau Abteilung Poliklinik für Zahnerhaltungskunde und Parodontologie Einfluss von Randfugenbreite und Zementviskosität auf die Qualität dentinbegrenzter, adhäsiv befestigter Zahnhalsinlays INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Zahnmedizinischen Doktorgrades der Medizinischen Fakultät der Albert - Ludwigs - Universität Freiburg im Breisgau vorgelegt 2000 von Matthias Gröfke geboren in Uelzen

2 Dekan Prof. Blum 1. Gutachter Prof. Attin 2. Gutachter Prof. Kappert Jahr der Promotion 2001

3 Inhaltsverzeichnis Seite I 1 Einleitung Grundlagen Epidemologie der Karies Zahnhalsläsionen Therapie der Zahnhalsläsionen Komposit Haftvermittlung Schmelz Dentin Inlaytechnik Keramik Adhäsive Befestigung Randschlußqualität von Keramikinlays Lichtpolymerisation Statistische Auswertung Ziel der Untersuchung Versuchsplanung Material und Methode Material Zähne Dentinhaftvermittler Befestigungsmaterial Keramik Materialliste Geschützte Namen Methode Herstellung der Prüfkörper Herstellen der Modelle für die Kaubelastung Belastungstest Auswertung Messung der Fugenbreite Rasterelektronenmikroskopie Farbstoffpenetrationstest Statistische Auswertung...53

4 Inhaltsverzeichnis Seite II 5 Ergebnisse Inlayherstellung Farbstoffpenetration Ergebnisse der Farbstoffpenetration Statistische Auswertung der Ergebnisse Rasterelektronenmikroskopie Ergebnisse der Rasterelektronenmikroskopie Statistische Auswertung der Ergebnisse Diskussion Material Zähne Methode Versuchsaufbau Untersuchungsmethoden Ergebnisse Inlayherstellung Ergebnisse der Auswertung Schlussfolgerungen Zusammenfassung Literaturverzeichnis Tabellarischer Anhang Definition der Proben Inlaygrößen Randfugenbreiten vor Zementieren Farbstoffpenetration Rasterelektronenmikroskopie Lebenslauf Danksagung...136

5 Kapitel 1 Einleitung Seite 1 1 Einleitung Die Zahnhalskaries gewinnt durch die zunehmende Lebenserwartung immer mehr an Bedeutung, da mit steigendem Alter die Anzahl freiliegender Wurzeloberflächen zunimmt. Durch die Anatomie und Struktur von Schmelz und Zement sowie durch die Nähe zum Gingivarand verursacht die Zahnhalsläsion erhebliche Probleme beim Legen von Restaurationen. Komposite unterliegen bei der Polymerisation einer signifikanten volumetrischen Schrumpfung. Es ist naheliegend, dass diese Materialeigenschaft zu Problemen mit der Randqualität von Kompositrestaurationen führt. Zum Ausgleich der Schrumpfung werden verschiedene Techniken empfohlen. Hierzu zählen die Säure-Ätz-Technik, die Insert-Technik oder die Verwendung von Inlay-Restaurationen anstelle der direkten Kompositfüllungen. Ein geringes Volumen des Befestigungszementes ist wünschenswert, um die im Zement auftretende Polymerisationsschrumpfung gering zu halten. Andererseits steigen die Spannungen im Komposit bei ungünstigem Verhältnis zwischen freier und gebundener Oberfläche ( configuration factor, C-Faktor). Der C-Faktor von Kavitäten, die für die Aufnahme von Keramikinlays präpariert worden sind ist hoch und somit ungünstig. Weiterhin hängt die Schrumpfung von Komposit von der Zusammensetzung und Viskosität des Materials ab. Komposite mit niedrigerer Viskosität zeigen ein besseres Fließverhalten und reduzieren dadurch am Beginn der Polymerisation die Materialspannungen. Insgesamt ist die Möglichkeit des Spannungsausgleichs in lichthärtenden Kompositen jedoch gering, da die Materialien schnell härten, wenn sie der Polymerisationslampe ausgesetzt werden. Zudem beginnt die Lichtpolymerisation an der Oberfläche der Restauration. Daher besteht keine Möglichkeit, dass das oberflächliche Komposit fließen und somit während der Polymerisation als Quelle für den Spannungsausgleich in tieferen Schichten dienen kann. Die adhäsive Befestigung von schmelzbegrenzten Füllungen und Restaurationen im Zahn hat sich bewährt. Allerdings ist die Haftkraft adhäsiver Befestigungen ist im Dentin schlechter als im Schmelz. Es gibt somit noch keine adhäsive Befestigungsmethode, die bei zervikal dentinbegrenzten Restaurationen eine ausreichend gute Randqualität aufweist. Wenn die angesprochenen Aspekte in Betracht gezogen werden, ist es denkbar, dass bei größeren Zementfugen und einem niedrigviskösen Zement geringere Kontraktionsspanungen auftreten. Dies könnte zu einer Verbesserung der Qualität dentinbegrenzter Restaurationen führen. Daher war das Ziel der vorliegenden Studie, den Einfluss von verschiedenen Zementfugenbreiten sowie Befestigungszementen mit verschiedenen Viskositäten auf die Randspaltqualität von z.t. dentinbegrenzten Keramikinlays zu testen.

6 Kapitel 2 Grundlagen Seite 2 2 Grundlagen 2.1 Epidemologie der Karies Karies ist ein lokaler pathologischer Prozess, der mit einer fortschreitenden Zerstörung (Demineralisation) der Zahnhartsubstanz einhergeht und schließlich zur Ausbildung eines klinisch sichtbaren Defekts (Kavität) führt [Schröder 1991]. Kariogene Mikroorganismen im Zahnbelag bilden bei entsprechender Substratzufuhr (niedermolekulare Kohlenhydrate) organische Säuren. Diese können bei längerer Wirkungszeit die Zahnhartsubstanzen demineralisieren [Hellwig et al. 1995]. Bei Kindern gibt es einen Wandel der Kariesprävalenz, die Anzahl kariöser Erkrankungen geht zurück [Binus et al. 1989]. Auch ein erhöhtes Bewusstsein für orale Hygienemaßnahmen in Verbindung mit einer häufigeren Inanspruchnahme zahnärztlicher Dienste [Katz et al. 1982, Nyvad und Fejerskov 1982] sowie ein gewachsenes Ernährungsbewusstsein der Patienten ist festzustellen. Durch verbesserte Mundhygiene und Prophylaxe sowie ein verbessertes Therapiespektrum geht die Zahl von zahnlosen Patienten zurück [Banting et al. 1985, Liss et al. 1982]. Zudem steigt die Lebenserwartung [Phair und Füller 1985]. Daraus ergibt sich, dass die Zähne länger kariesfördenden Faktoren ausgesetzt sein werden Zahnhalsläsionen Mit steigenden Alter nimmt die Anzahl der freiliegenden Wurzeloberflächen durch Atrophievorgänge oder Parodontopathien zu [O'Mullane und Whelton 1994, Papas et al. 1992]. Auch die Therapien der Parodontalerkrankungen (subgingivale Kürettage, parodontalchirurgische Operationen) führen teilweise selbst zu einem Rückgang der Gingiva [Fure und Zickert 1990]. Die freiliegenden Zahnoberflächen sind dem Angriff der Karies ausgesetzt [Katz et al. 1982, Renggli et al. 1984]. Darüber hinaus kommt es im Zahnhalsbereich auch zu therapiebedürftigen Substanzverlusten, die nicht kariös bedingt sind [Seichter 1986]. Häufig ist die Ursache eine Abrasion, verursacht durch falsche Putztechnik [Lee und Eakle 1984]. Durch okklusale Fehlbelastungen kann es durch laterale Kräfte zu Spannungen im Zahn kommen. Dadurch wird die Kristallstruktur in Schmelz und Dentin im Zahnhalsbereich zerstört. Durch das Eindringen kleiner Moleküle wird das Wiederherstellen der chemischen

7 Kapitel 2 Grundlagen Seite 3 Bindungen verhindert, es kommt durch Abrasion zu keilförmigen Defekten [Lee und Eakle 1984]. Außerdem trägt Erosion (Zahnhartsubstanzdefekte durch direkte Säureeinwirkung) zum Zahnhartsubstanzverlust im Zahnhalsbereich bei [Lee und Eakle 1984]. Die Wurzelkaries ist eine Dentinkaries bzw. eine Schmelz-Dentin-Karies. Sie wird als weiche, progressive, destruktive Läsion, die entweder völlig auf die Wurzeloberfläche beschränkt ist oder den Schmelz an der Schmelz-Zement-Grenze berührt und unterminiert... beschrieben [Katz et al. 1982]. Erste Studien über die Prävalenz der Wurzelkaries wurden in den 70er Jahren veröffentlicht [Hix und O'Leary 1976, Sumney et al. 1973]. Als Zeichen eines gewachsenen Interesses an der Erkrankung stieg seit 1980 die Zahl epidemiologischer Studien [Banting et al. 1980, Beck et al. 1985, Hellyer et al. 1990, Katz et al. 1982, Locker et al. 1989, Vehkalahti 1987]. Für die Entstehung der Wurzelkaries sind die gleichen Mechanismen verantwortlich wie bei der Schmelzkaries [Fure und Zickert 1990, Heinrich et al. 1989]. Deshalb kann gegen beide mit ähnlichen präventiven Maßnahmen vorgegangen werden [Vehkalahti 1987]. Eine Vielzahl von Faktoren zeigen signifikante Zusammenhänge zur Wurzelkaries: Das Risiko einer Wurzelkaries ist um so größer, je weniger Zähne und/ oder je mehr kariöse koronale Flächen ein Proband besitzt. Schlechte Mundhygiene und eine niedrige Speichelsekretionsrate erhöhen das Kariesrisiko [Ravald und Hamp 1981]. Neben einer geringen zahnärztlichen Vorsorge sind für das Alter, das Vorliegen gingivaler Rezessionen, den Attachmentverlust, den Bildungsgrad [Burt et al. 1986] sowie die Kohlenhydrataufnahme [Hix und O'Leary 1976] Zusammenhänge bewiesen. Plaque oder Zahnstein korrelieren dagegen nicht mit der Zahnhalskaries [Burt et al. 1986]. Geschlechtsunterschiede sind ebenfalls nicht nachweisbar [Burt et al. 1986, Günay et al. 1987]. Kariöse und therapierte Läsionen im Wurzelbereich sind häufiger im Unterkiefer anzutreffen [Hix und O'Leary 1976, Sumney et al. 1973]. Seitenabhängige Unterschiede sind nicht zu erkennen [Sumney et al. 1973]. Über die Lokalisation der Flächen gibt es in unterschiedlichen Einzelstudien nur die übereinstimmende Aussage, dass bukkale Flächen häufiger betroffen sind als orale [Banting et al. 1980, Günay et al. 1987, Hix und O'Leary 1976, Sumney et al. 1973]. Der Vergleich zeigt eine Relation von 3:1 [Banting et al. 1980; Hellyer et al. 1990] bis 5:1 [Günay et al. 1987, Sumney et al. 1973, Wallace et al. 1988].

8 Kapitel 2 Grundlagen Seite 4 Nur ein geringer Teil der Karies im Zahnhalsbereich (8,3 Prozent) liegt subgingival, deren Mehrheit tritt approximal auf [Günay et al. 1987]. Dies weist darauf hin, dass weniger eine Gingivarezession, sondern vielmehr der parodontale Attachmentverlust nötig ist, um eine Wurzeloberfläche mit dem oralen Milieu in Kontakt zu bringen und so einen kariösen Angriff zu ermöglichen [Burt et al. 1986] Therapie der Zahnhalsläsionen Ein entscheidender Faktor für ästhetischen und funktionellen Erfolg einer Restauration ist der Randschluss [Riethe 1984]. Läsionen im Zahnhals- und Wurzelbereich verursachen durch die Anatomie und Struktur von Schmelz und Zement sowie durch die Nähe zum Gingivarand erhebliche Probleme beim Legen von Restaurationen. Häufig liegt mindestens ein Füllungsrand im Dentin [Nyvad und Fejerskov 1982, Seichter 1987]. Dadurch stehen die Füllungsmaterialien zu verschiedenen Oberflächen gleichzeitig in Kontakt. Die daraus resultierenden Schwierigkeiten sind in Kapitel beschrieben. Die erschwerte Kofferdam-Anwendung zur absoluten Trockenlegung der Kavität stellt ein weiteres Problem dar [Roulet 1986a]. Biokompatibilität und Formbeständigkeit des Füllungsmaterials sind wegen der Nähe zur Pulpa und dem oft direkten Kontakt zur Gingiva von großer Bedeutung [Homati und Chan 1980, Roulet 1986a]. Im Frontzahnbereich sind aus ästhetischen Gründen zahnfarbenen Materialien wie Komposite oder Glasionomerzemente zu bevorzugen [Homati und Chan 1980]. Glasionomerzemente gehen zu Schmelz und Dentin chemische Bindungen ein. Als Haftmechanismen werden Ionenbindungen (insbesondere zum Hydroxylapatit), Wasserstoffbrücken und die Verdrängung von Phosphationen der Zahnhartsubstanz durch die Carboxylationen der Polycarbonsäuren diskutiert [Wilson et al. 1983]. Die Haftung der Glasionomerzemente ist im Schmelz durch den höheren Apatitgehalt stärker als im Dentin [Staehle et al. 1989]. Die Vorteile der Glasionomerzemente liegen in der guten Pulpaverträglichkeit im ausgehärteten Zustand [Roulet et al. 1980], in der Fluoridfreisetzung [Hicks et al. 1986, Hotz 1979, Tveit und Gjerdet 1981] und dem günstigen thermischen Verhalten [Kullmann 1985]. Negative Eigenschaften sind mangelhafte Polierbarkeit, Abrasionsverhalten und opakes Aussehen der Glasionomerzemente [Kullmann 1985]. Kompomere sind säuremodifizierte Komposite, die auf der Grundlage der Werkstoffe Kom-

9 Kapitel 2 Grundlagen Seite 5 posit und Glasionomerzement entwickelt wurden. So soll Schmelz- und Dentinbindung, Fluoridabgabe und Biokompatibilität der Glasionomerzemente ausgenützt werden, ohne deren Empfindlichkeit gegen Feuchtigkeit und Austrocknen zu erben. Das Feuchtigkeitsverhalten unterscheidet sich deutlich von dem der Glasionomerzemente [Cho et al. 1995]. Im Seitenzahnbereich können die Läsionen auch mit Amalgam oder Stopfgold versorgt werden [Bauer und Henson 1985]. Die Goldhämmerfüllung weist bei der entsprechenden Verarbeitung eine äußerst hohe Qualität auf. Gegen einen standardmäßigen Einsatz sprechen aber die hohen Kosten und der zeitaufwändige, gegen Fehler empfindliche Arbeitsablauf [Bauer und Henson 1985]. Der zunehmende Wunsch vieler Patienten nach zahnfarbener Versorgung auch im Seitenzahnbereich, die nötige makromechanische Verankerung und die oft emotional überlagerte Diskussion über eine Unverträglichkeit von Amalgam führen zum Rückgang der Verwendung von Amalgam auch im Seitenzahnbereich [Lutz et al. 1987, Nolden 1984]. Eine weitere Möglichkeit für die Therapie von Zahnhalsläsionen ist die Inlaytechnik. Es wird ein der Kavität angepasster Materialkörper befestigt. Hierbei können die Werkstoffe Komposit, Keramik oder Gold verwendet werden [Krejci et al. 1992a, Soom 1987]. Eine Ausführliche Beschreibung dieser in der vorliegenden Studie gewählten Therapieform findet sich im Kapitel 2.4.

10 Kapitel 2 Grundlagen Seite Komposit Komposite bestehen aus einer organischen Kunststoffmatrix mit anorganischen Füllkörpern sowie einem Silan als Haftvermittler. Schon 1942 wurden in der Literatur erste autopolymerisierende Füllungskunststoffe beschrieben [Lampert 1983]. Sie wiesen jedoch eine große Polymerisationsschrumpfung auf und enthielten toxische Monomere. Durch die 1962 eingeführten größeren Monomermoleküle (BIS-GMA) kam es zur Verbesserung der Materialeigenschaften [Petrin 1981]. Eine Einteilung der Komposite erfolgt zum Beispiel nach Größe der Füller [Lutz et al. 1983]: - konventionelle Makrofüllerkomposite Die Teilchengröße der konventionellen Makrofüller, ursprünglich 5-30µm groß, wurde im Laufe der Jahre auf 2-5µm reduziert [Wiedemann 1986]. Dadurch verbesserte sich die Polierbarkeit und die Farbbeständigkeit. - Mikrofüller-Komposite Bei Mikrofüllerkompositen liegt die Standardgröße der Füllstoffe zwischen 0.04 und 0.15µm. Sie bestehen aus amorphem Siliziumoxid, das der Kunststoffmatrix entweder direkt oder in Form eines vorpolymerisierten mikrogefüllten Komplexes beigemischt wird. Die Mikrofüllerkomposite haben günstigere optische Eigenschaften und sind polierbar [Phillips 1981]. Nachteilig sind der aus der kleinen Teilchengröße resultierende hohe thermische Ausdehnungskoeffizient sowie eine große Polymerisationsschrumpfung, da beide Eigenschaften die Bildung von Randspalten begünstigen. - Hybrid-Komposite Hybrid-Komposite bestehen aus Mikrofüllern und kleinen Makrofüllern. Durch die Zugabe von hochdispersen Siliziumoxid-Mikrofüllstoffen in die organische Matrix sind Hybrid-Komposite den Mikrofüllerkompositen überlegen [Noack 1988]. Sie erzielen bei gleichwertigem Randverhalten günstigere Werkstoffeigenschaften und Röntgenopazität. Durch einen hohen Gesamtfülleranteil (60 bis 80 Gew.%) ist eine bessere Kondensierung in die Kavität möglich [Geurtsen 1989]. Feinpartikelhybride mit einer durchschnittlichen Füllkörpergröße von 0,7µm stellen die neueste Generation der Hybrid-Komposite dar [Lutz und Phillips 1983]. Sie zeigen ähnlich gute optische Eigenschaften wie die Mikrofüller, weisen aber bessere physikalische Eigenschaften als die herkömmlichen Hybrid-Komposite auf. Sie sind hochglanzpolierbar und röntgenopak.

11 Kapitel 2 Grundlagen Seite 7 Die Komposite können auch nach dem Polymerisationsverfahren unterschieden werden. Es gibt lichthärtende, chemisch härtende sowie dual (licht und chemisch) härtende Komposite. - lichthärtende Komposite Durch die Photopolymerisation kommt es zu Zeit- und Materialersparnis, da sie vom Anwender gesteuert werden kann. Durch den Verzicht auf die Mischung von mehreren Komponenten vor dem Einbringen in die Kavität werden Lufteinschlüsse vermieden. Lichthärtendes Komposit kann sofort nach der Bestrahlung definitiv ausgearbeitet werden [Lutz 1980]. Bei der Inlaytechnik wird mit zunehmender Dicke des Inlays bei der Durchstrahlung des Restaurationsmaterials Licht absorbiert. Der Grad der Aushärtung des Komposits nimmt mit der durchstrahlten Schicht signifikant ab [Nathanson und Hassan 1987]. - chemisch härtende Komposite Chemisch polymerisierendes Material darf nicht sofort poliert werden [Lutz 1980]. Es härtet unabhängig von der Lokalisation vollständig aus [Lutz 1980]. Zwischen licht- und chemisch härtenden Kompositen besteht kein signifikanter Unterschied bezüglich der Randdichtigkeit [Macleod et al. 1987]. Die physikalischen Eigenschaften sind ähnlich, jedoch ist die Druckfestigkeit bei lichthärtenden höher als bei chemisch härtenden Kompositen [Bassiouny und Grant 1980]. - dual härtende Komposite Das Doppelhärtungsprinzip kombiniert die Vorteile der beiden Systeme. Das vollständige Aushärten ist gewährleistet und die Restauration kann sofort nach dem Polymerisieren definitiv ausgearbeitet werden [Hellwig et al. 1995].

12 Kapitel 2 Grundlagen Seite Haftvermittlung Während der Polymerisation von Kunststoffen kommt es zu einer 0,5 bis 1,0%-igen linearen Schrumpfung. Durch diese Schrumpfung kann es zu undichten Füllungsrändern kommen [Lutz et al. 1976]. Die Schaffung eines mikromechanischen Verbundes zwischen Zahn und Kunststoff durch Haftvermittler wirkt dieser Spaltbildung entgegen. Die Schrumpfung führt dann aber zu Spannungen im Material. Diesen Kontraktionskräften wirkt das Fließverhalten des Kunststoffes während dar Polymerisation ( Flow ) entgegen [Davidson und De Gee 1984]. Der Flow nimmt mit steigender Kunststoffschichtdicke ab [Alster et al. 1997]. In einem linearen Modell kann die Polymerisationsschrumpfung durch den Flow ausgeglichen werden, in einem dreidimensionalen Modell ist der Flow aber limitiert und die Kontraktionskraft kann die Haftkraft des Haftvermittlers überschreiten [Davidson et al. 1984] Schmelz Die 1955 vorgestellte Schmelz-Ätz-Technik realisiert durch Schaffung eines retentiven Ätzmusters einen adhäsiven (mikromechanischen) Verbund zwischen Zahnschmelz und Kompositmaterial [Buonocore 1955]. Dies geschieht unter Ausnutzung der unterschiedlichen Säurelöslichkeit der Schmelzprismenstrukturen. Durch die Konditionierung des Schmelzes mit Phosphorsäure werden selektiv Schmelzprismen aus dem Zahnschmelz herausgelöst. Es entstehen Mikroporositäten mit einer Tiefe von 25-50µm [Gwinnett 1988]: eine hochretentive Oberfläche. Niedrigvisköses Kompositmaterial kann in die Mikroporositäten eindringen und in Form von Kunststoffzotten ("resin-tags") eine mechanische Verbindung mit dem Schmelz eingehen. Dies führt zu einer sehr guten Verankerung [Buonocore 1955]. Durch die Entwicklung der Schmelz-Ätz-Technik veränderte sich die Kavitätenpräparation vollständig. Es sind keine makromechanischen Retentionen mehr nötig, da der Retentionsmechanismus mikromechanisch am Schmelz stattfindet. Daher wird eine zahnhartsubstanzschonendere Präparation ermöglicht [Swift et al. 1995]. Die Form und Ausdehnung der Präparation wird hauptsächlich durch die Karies bestimmt.

13 Kapitel 2 Grundlagen Seite Dentin Die Verbindung zwischen Kunststoff und Dentin stellt nach wie vor ein Problem dar. Eine Ätzung entsprechend der Schmelzätzung führt durch den histologischen Aufbau des Dentins zu anderen Strukturveränderungen als im Schmelz. Bei der Präparation entsteht eine 1-5µm dicke Schleifstaubschicht aus Hydroxylapatit- und Kollagentrümmern [Brännstrøm und Johnson 1974]. Diese sogenannte Smear-Layer hat hydrophobe Eigenschaften, im Gegensatz zum hydrophilen Dentin [Airnoldi et al. 1992, Asmussen und Munksgaard 1985b, Kullmann 1987]. Der prozentuale Anteil von Wasser am Dentinfrischgewicht beträgt 11,10% [Schuhmacher et al. 1990]. Die schlechte Haftung am hydrophilen Dentin führt im Zusammenhang mit der Polymerisationsschrumpfung zu Problemen, wenn Füllungsränder im Dentin liegen [Crim und Chapman 1986, Hotz 1979, Phair und Füller 1985, Seichter 1986]. In den vergangenen Jahren wurden einige neue Entwicklungen auf den Markt gebracht, die einen gewissen Verbund mit dem Dentin möglich machen [Albers 1990, Asmussen und Munksgaard 1985b, Richter 1990] Dentinhaftvermittler Das Ziel bei der Therapie von Läsionen im Dentin sind beständige, randspaltfreie und gegen Mikroorganismen dichte Restaurationen beim Verzicht auf makromechanische Retention. Da beim Verbund Komposit-Dentin keine molekulare Bindung zwischen den Materialien entsteht, wurden Dentinhaftvermittler entwickelt. Ein Dentin-Haftvermittlersystem muss in Gegenwart von organischen und anorganischen Strukturen des Dentins, der inhomogenen Substanz der Schmierschicht und in einem aufgrund der Dentinflüssigkeit feuchten Milieu ständigen thermischen, chemischen und mechanischen Belastungen von außen standhalten können. Dabei dürfen Toxizität, ungefüllte Einzelsysteme oder Monomere die Zahnpulpa nicht schädigen [Elbaum et al. 1991, Geurtsen 1986, Geurtsen 1987, Johnson et al. 1991]. Die Haftfestigkeit wird ermöglicht durch eine mikromechanische Verankerung im Dentin, sowie durch die amphiphilen Eigenschaften der Dentin-Bondingsysteme, die eine ionische und kovalente Bindung der hydrophoben Kunststoffe an das hydrophile Dentin vermitteln können [Asmussen und Munksgaard 1985b].

14 Kapitel 2 Grundlagen Seite 10 Die Diffusionsvorgänge im Dentin machen in vivo eine absolute Trockenlegung der Dentinwunde unmöglich. Dentinhaftvermittler müssen daher hydrophil, ihr Haftmechanismus hydrolysestabil sein [Asmussen und Munksgaard 1985a, Beech 1978, Brännstrøm und Garberoglio 1972, Brännstrøm und Johnson 1974, Johnson und Brännstrøm 1974]. Um eine Verbindung zwischen Dentin und Dentinhaftvermittler zu erreichen, wird die bei der Präparation entstandene Schmierschicht modifiziert oder entfernt [Yu et al. 1990]. - Bei der Modifikation der Schmierschicht dringen hydrophile, penetrationsfähige Monomere und Filmbildner in einer sauren Lösung in die Schmierschicht ein und verändern diese. Da das Eindringen von Wasser in die Schmierschicht nicht verhindert wird, kommt es langfristig zur Herabsetzung der Haftfestigkeit [Wieczkowski et al. 1992]. - Bei der Entfernung der Schmierschicht wird die Dentinoberfläche gereinigt und spezielle Bezirke freigelegt, so dass eine Bindung an die organischen oder anorganischen Bestand teile des Dentins erfolgen kann [Munksgaard und Asmussen 1984]. Der Vorteil der Entfernung der Schmierschicht mit einer Säure besteht in der Dentinätzung. Es kommt dadurch zu einer Vergrößerung der Mikroretention [Fusayama 1987]. Andererseits wird vor den Gefahren einer Zunahme der Dentinpermeabilität durch die künstliche Erweiterung der Tubulieingänge [Brännstrøm und Johnson 1974, Pashley et al. 1981] und einer damit verbundenen Zunahme der Oberflächenfeuchtigkeit [Brännstrøm und Nordenvall 1977] gewarnt. Es kann dann über mögliche Mikrospalten an Füllungsrändern zu einer erhöhten Infektionsgefahr der Pulpa durch die weit eröffneten Dentinkanälchen kommen [Brännstrøm 1988, Eick und Welch 1986, Pashley et al. 1983, Swift und Le Valley 1992]. Die Dentinhaftvermittler-Systeme können aus bis zu drei Komponenten bestehen. Eine genaue Differenzierung zwischen den Komponenten findet teilweise nicht statt. - Der Conditioner (Cleanser) dient zur teilweisen oder vollständigen Entfernung der Schleifstaubschicht bzw. deren Konditionierung [Prati et al. 1995]. - Der Primer soll die Adhäsion des Komposits unterstützen. Es werden funktionelle Gruppen auf das Dentin aufgebracht, um auf diese Weise eine chemische Verbindung zwischen Dentin und dem Füllungsmaterial zu erreichen. Durch die verbesserte Benetzbarkeit der Dentinoberfläche erhöht sich der Kontakt zwischen hydrophobem Kunststoff und hydrophilen Anteilen der Dentinoberfläche. Durch eine verbesserte Permeabilität der

15 Kapitel 2 Grundlagen Seite 11 Schleifstaubschicht wird eine höhere Penetration des Adhäsivs in die Schleifstaubschicht erreicht. Außerdem kommt es zur Erhöhung der chemischen Wechselwirkung zwischen vorbehandelter Schleifstaubschicht und der Dentinoberfläche und dem Schaffen mikromechanischer Retentionen [Hellwig et al. 1995]. - Das Adhäsiv (Sealer; Bonding) hat die Aufgabe, den hydrophoben Kunststoff mit dem hydrophilen Dentin zu verbinden. Grundlage für die haftungsvermittelnde Wirkung ist der amphiphile molekularen Aufbau der Dentinadhäsive. Sie bestehen aus einer Methacrylat- Gruppe, die die kovalente Bindung des Dentinhaftvermittlers an Monomere des Kompo sitfüllmaterials ermöglicht, einer Distanz-Gruppe,die durch die Vergrößerung des Moleküls die räumlichen Voraussetzungen für eine optimale Reaktion schafft sowie einer funktionellen Gruppe, die durch ihre hydrophilen Eigenschaften die chemische Verbindung des Dentinhaftvermittlers mit organischen oder anorganischen Komponenten des Dentins vermittelt [Duncanson et al. 1986]. Die funktionelle Gruppe ist für die Art der chemischen Bindung an die Dentinoberfläche verantwortlich. Die funktionelle Gruppe kann entweder mit den anorganischen Bestandteilen des Dentins (Ca 2 -Ionen des Hydroxylapatits), oder mit den organischen Komponenten (z.b. Amino-bzw. Hydroxylgruppen des Kollagens) reagieren [Hellwig et al. 1995]. Einige Adhäsive erzielen auf feuchtem Dentin ( Wet Bonding ) höhere Haftwerte als auf trockenem [Kanca 1992]. Dies wird darauf zurückgeführt, dass durch das Wasser ein Kollabieren des Kollagenfasergeflechtes vor dem Auftragen des Primers verhindert wird. Dies erleichtert die Penetration des Primers [Pashley et al. 1993]. Die Verdrängung des Wassers erfolgt dann z.b. durch das Lösungsmittel Aceton. Nach wie vor entstehen während der Polymerisation von Kompositen Kontraktionskräfte, die eine Ablösung des Bonding-Materials vom Dentin bewirken können [Richter 1990]. Der am häufigsten ermittelte Durchschnittswert beträgt 10 MPa [Asmussen und Munksgaard 1988]. Aus diesem Grunde muss man von Dentin Bonding Systemen fordern, dass sowohl die Bindungskräfte zwischen Dentin und Haftvermittler wie auch die zwischen Haftvermittler und der Füllung größer sind als die bei der Polymerisation entstehenden Kontraktionskräfte [Munksgaard et al. 1985a, Munksgaard et al. 1985b]. Die geforderte Haftkraft an Dentin sollte für die Gewährleistung randspaltfreier Restaurationen mindestens 23 MPa betragen [Munksgaard und Asmussen 1985]. Des weiteren sollten, um unnötige weitere Spannungen im Dentin und Schmelz einerseits wie auch in der Füllung andererseits zu vermeiden, die Bindungskräfte

16 Kapitel 2 Grundlagen Seite 12 zum Dentin oder Zement gleich groß wie die Kräfte zum Schmelz sein. Die neu entwickelten Dentinhaftvermittler bilden einen relativ festen Verbund zwischen Komposit und Dentin [Chappel et al. 1990]. Die Haftung ist bei den verschiedenen Haftvermittlersystemen verschieden, zum Teil variieren die Haftkräfte nicht nur in verschiedenen Studien mit einem vorgegebenen Haftvermittler, sondern auch innerhalb der Studien [Swift et al. 1995]. - Besteht das System aus einem Dentinkonditioner oder Dentinprimer, um ganz oder teilweise die Schmierschicht zu lösen, belaufen sich die Haftwerte auf 13 bis 18 MPa [Peerlings et al. 1989]. - Bei Systemen, die Schmelz und Dentin gleichzeitig verändern, spielt die mikromechanische Verankerung die Hauptrolle. Säure beseitigt die Schmierschicht und demineralisiert die Oberfläche. Der Primer dringt ein und schafft eine kunststoffverstärkte Oberfläche. Die Haftwerte liegen zwischen 14 und 27 Mpa [Bouvier et al. 1993] - Die neuesten Entwicklungen sind one step in all -Systeme, bei denen Primer und Bonding in einem Material kombiniert sind. Die Haftwerte reichen von 23 bis 29 Mpa [Kanca 1997] Trotz vielfältiger Modifizierungsversuche ist keines der bis jetzt entwickelten Dentinhaftvermittler in der Lage, die Entstehung von Randspalten an Füllungen vollständig zu verhindern [Haller et al. 1993b, Hansen und Asmussen 1989, Johnson et al. 1991, Swift und Le Valley 1992]. Dennoch haben die Dentin Bonding Systeme durch das Erreichen von Dentinhaftung sehr zur Verbesserung der Mundbeständigkeit und Ästhetik zahnfarbener Füllungen beigetragen [Asmussen und Munksgaard 1988]. Die neuen Dentinhaftvermittler werden in der Literatur als gewebefreundlich beschrieben [Hörsted-Bindslev 1987]. Aufgrund einer möglichen Pulpatoxizität [Elbaum et al. 1991, Geurtsen 1987, Schaller et al. 1985] sollten pulpanahe Bezirke der Kavität trotzdem mit einem Kalziumhydroxidpräparat abgedeckt werden [Hörsted-Bindslev 1987]. Dentinhaftvermittler Syntac Classic In dieser Studie wurden das Dentinadhäsivsystem Syntac Primer/Syntac Adhäsiv verwendet. Syntac Primer enthält 2,5%ige Maleinsäure und Dimetacrylat. Die dentinreinigenden Agentien sind zusammen mit bipolar funktionellen Gruppen bereits im Primer enthalten. Reinigung

17 Kapitel 2 Grundlagen Seite 13 des Dentins und Priming finden hier in einem Arbeitsgang statt. Syntac arbeitet mit dem hydrophilen Primer Maleinsäure [Albers 1990]. Beim Einwirken dieses Oberflächenkonditionierungsmittels wird die Smear Layer teilweise entfernt und modifiziert sowie die Dentinoberfläche dekalzifiziert, wodurch teilweise die Kollagenfibrillen freigelegt werden [Johnson et al. 1991, Pashley et al. 1993]. Der Primer fördert die Benetzung der hydrophilen Oberfläche des Dentins zum besseren Verbund mit dem Adhäsiv [Johnson et al. 1991]. Das Adhäsiv bindet chemisch an die Kollagenfibrillen des Dentins unter Miteinbeziehung der Schmierschicht [Richter 1990]. In Tabelle 2.1 sind die physikalischen Eigenschaften für die Scherfestigkeit angegeben (Herstellerangaben). nach 1 Min nach 24 Stunden nach 6 Monaten nach 12 Monaten Geätzter Schmelz 14 ± 2 N/mm² 22 ± 4 N/mm² Dentin 6 ± 2 N/mm² 14 ± 6 N/mm² 15 ± 6 N/mm² 12 ± 6 N/mm² Tab. 2.1: Scherhaftkraft von Syntac von geätztem Schmelz und Dentin 2.4 Inlaytechnik Das Hauptproblem der Kompositmaterialien besteht in ihrer Polymerisationsschrumpfung, die durch die Inlaytechnik verringert werden kann. Hierbei wird ein der Kavität angepasster Materialkörper befestigt. Der Inlaykörper verändert beim Einsetzen sein Volumen nicht. Die Polymerisationsschrumpfung beschränkt sich auf den Befestigungszement.

18 Kapitel 2 Grundlagen Seite 14 Die Herstellung der Inlays kann auf verschiedene Arten geschehen. - direktes Verfahren Beim direkten Verfahren wird ein Komposit-Material direkt im Mund des Patienten mit Licht vorpolymerisiert und anschließend extraoral durch gleichzeitige Hitze und Lichtbehandlung vergütet [Füllemann und Lutz 1988]. - indirekt/ direktes Verfahren Bei der indirekt/ direkten Methode wird das Inlay aus ausbrennbarem Kunststoff im Mund modelliert und dann im Labor durch die lost-wax-technik aus Gold oder Keramik [Jäger et al. 1988] hergestellt. Der finanzielle Aufwand der Keramikinlayherstellung am Zahnhals konnte durch diese Methode um 60% gegenüber der indirekten Technik gesenkt werden, da Abformung, Modellherstellung und Wachsmodellation entfallen. Bei dieser Technik ist allerdings mit vermehrten Fehlerquellen zu rechnen [Jäger et al. 1990]. - indirektes Verfahren Bei der indirekten Technik wird zunächst eine Abformung durchgeführt. Auf einem laborgefertigten Gipsmodell wird anschließend ein Inlay hergestellt. Hierbei können die Werkstoffe Komposit, Keramik oder Gold verwendet werden [Krejci et al. 1992a, Soom 1987]. Ein geringes Volumen des Befestigungszements scheint wünschenswert [Kunzelmann und Hickel 1990], um die im Zement auftretende Schrumpfung gering zu halten. Andererseits wurde festgestellt, dass die Spannungen durch die Polymerisationsschrumpfung steigen, je schmaler die Zementfuge ist [Davidson und De Gee 1984, Davidson 1986, Feilzer et al. 1987, Feilzer et al. 1989]. Die Geometrie einer Kavität beeinflusst die Spannung bei der Polymerisation. Zur Beschreibung der Geometrie wird der configuration-factor (C-Faktor) herangezogen. Er ist definiert als das Verhältnis von gebundener Oberfläche zu freier Oberfläche des Kompositmaterials [Feilzer et al. 1987, Feilzer et al. 1989]. Für große C-Faktoren, wie bei Inlaysystemen, sind hohe Spannungen zu erwarten [Feilzer et al. 1989].

19 Kapitel 2 Grundlagen Seite Keramik Ursprünglich wurden Werkstücke, die aus tonartigen Rohstoffen gefertigt wurden als Keramik bezeichnet. Heute werden diesem Begriff Werkstoffe zugeordnet, die aus nichtmetallischen, anorganischen Pulvern geformt und mittels Sinterung verfestigt werden [Salmang und Scholze 1982]. In der vorliegenden Studie wurde Empress-Glaskeramik als Inlaymaterial verwendet. Ein Vorteil, der für die Verwendung von Glaskeramik bei Klasse-V-Kavitäten spricht, ist die im Vergleich zum natürlichen Zahn ca. siebenmal geringere Plaqueakkumulation [Savitt et al. 1987]. Dies ist ein Merkmal, das sich besonders bei der gingivalen Lokalisation der Kavitäten positiv auswirkt. Bei dentalkeramischen Massen handelt es sich um unterschiedlich fein zermahlene Fritten mit Zusätzen anderer Stoffe, die die Eigenschaften beim Brenn- beziehungsweise Abkühlungsvorgang verändern. Transluszenz und Farbgebung werden durch Zusatz von Metalloxiden erreicht. Organische Stoffe halten die Frittenpartikel besser zusammen. Das Zufügen von Aluminiumoxid führt zu einer Erhöhung der Druck-, Zug- und Biegefestigkeit und zur Steigerung des Elastizitätsmoduls. Zur Herstellung vollkeramischer Einlagefüllungen stehen heutzutage verschiedene Fertigungstechnologien zur Verfügung: - Schichttechnik (z.b. Vitadur alpha) Keramische Brennmassen werden auf einen dimensionsstabilen und feuerfesten Stumpf gebrannt. Die verwendete hochfeste aluminiumoxidhaltige Glasurmasse bietet eine hohe Stabilität und schrumpfungsfreies Aufbrennen [Reuling und Siebert 1989]. Nach Sinterung der Glasurmasse erfolgt die Beschichtung mit Dentin-, Schmelz- und Colormassen. - Gussverfahren (z.b. Dicor) Für die Herstellung eines Inlays im Gussverfahren wird das in Wachs modellierte Inlay mit phosphatgebundener Einbettmasse eingebettet und in einer Zentrifugalschleuder aus einem Glasmaterial bei einer Temperatur von ca C gegossen und anschließend keramisiert. Die Keramisierung dient dem Kristallkeimwachstum und somit der Erhöhung der Widerstandsfähigkeit. Die Farbgebung erfolgt durch Aufbrennen von Malfarben [Soom 1987].

20 Kapitel 2 Grundlagen Seite 16 - CAD - CAM Technologie (Computer Aided Design - Computer Aided Manufacturing; z.b. Cerec-Computer Restauration) Das Cerec-System bietet die Möglichkeit, die Laborarbeitsschritte zu umgehen [Mörmann und Brandestini 1985]. Es erlaubt Präparation, Fabrikation und Einsetzen des Inlays in einer Sitzung. Die Kavität wird mit einem optischen Abtastkopf vermessen. Ein Grafikprogramm speichert die Daten, die vom Behandler durch Konstruktionseingaben ergänzt werden müssen. Anschließend erfolgt das vollautomatische Ausschleifen aus einem vorfabrizierten Keramikrohling. - Pressverfahren (z.b. Empress) Für die Herstellung eines Inlays im Preßverfahren wird das in Wachs modellierte Inlay in phosphatgebundener Einbettmasse eingebettet und im Preßofen aus einer Glaskeramik bei einer Temperatur von 1075 C gepresst. Anschließend kann es bemalt oder durch Schichttechnik modifiziert werden Empress IPS Empress wurde 1990 als neues Vollkeramiksystem entwickelt [Wohlwend und Schärer 1990] und vorgestellt [Unterbrink 1991]. Beim Empress-System wird die Keramik im heißen, plastisch verformbaren Zustand verarbeitet. Dabei kann die Keramik aufgrund der niedrigen Arbeitstemperatur individuell eingefärbt und die Transluzenz der Kronen individuell eingestellt werden. Es ist kein zusätzlicher Keramisierungsprozess notwendig. Bei dieser leuzitverstärkten Glaskeramik wird mit Hilfe des lost-wax-verfahrens (Modellation aus Wachs, Einbetten in temperaturbeständige Einbettmasse, rückstandsloses Ausbrennen des Wachses) ein erhitzter plastischer Keramikrohling via Preßvorgang in die Hohlform gebracht. Durch Mal- oder Schichttechnik wird die endgültige Farbe und Form erreicht [Heinenberg 1990]. - Bei der Schichttechnik wird eine "Kappe" aus Empress-Keramik hergestellt, die dann mit einer Aufbrennkeramik beschichtet wird. Diese Technik kommt bei Frontzahnkronen zur Anwendung. - Bei der Maltechnik wird die fertige Form in Wachs modelliert, in Keramik gepresst und mit Malfarben versehen. Hier steht mehr die Funktion und Anatomie im Vordergrund. Die Maltechnik wird deshalb bei Seitenzahnkronen und -inlays angewendet.

21 Kapitel 2 Grundlagen Seite 17 Das Abrasionsverhalten der Empress Keramik ist vergleichbar mit Schmelz [Wohlwend und Schärer 1990]. Außerdem weisen glasierte Empress-Keramik und mechanisch polierte Empress-Keramik ein vergleichbares Abrasionsverhalten auf. Das hat zur Folge, dass das Einschleifen okklusaler Kontakte nach dem Einsetzen keine wesentliche Beeinträchtigung des Abriebverhaltens mit sich bringt [Mörmann et al. 1985]. Das IPS-Empress-System hat eine vergleichsweise gute Passgenauigkeit mit einer Fugenbreite von durchschnittlich 95 µm. Ein Nachteil ist der hohe technische Aufwand, der für die Herstellung des Werkstücks erforderlich ist [Schmalz et al. 1994]. Die physikalischen Eigenschaften für Empress nach Herstellerangaben finden sich in Tabelle 2.2. Biegefestigkeit 120 N/mm 2 Chemische Löslichkeit < 200 µg/cm 2 Ausdehnungskoeffizient ( C) 17.0 µm/(m*k) Transformationstemperatur 625 C Tab 2.2: physikalische Eigenschaften Empress Adhäsive Befestigung Die Befestigung von Vollkeramik-Restaurationen mit Hilfe der Adhäsivtechnologie hat sich durchgesetzt, da im Schmelz ein nahezu randspaltfreier Verbund erreicht werden kann [Krejci 1992]. Eine gegenseitige Verstärkung der Vollkeramikrestauration und des restaurierten Zahnes wird damit erreicht. Gleichzeitig werden spontane Absplitterungen an Keramikrestaurationen größtenteils verhindert [Theis 1987]. Das Vordringen von pathogenen Mikroorganismen in Richtung Pulpa wird verhindert [Brannström und Nordenvall 1978]. Nachteilig sind der hohe Arbeitsaufwand und die hohen Anforderungen an den Behandler beim Umgang mit den Materialien, deren Qualität sensibel auf Anwendungsfehler reagiert.

22 Kapitel 2 Grundlagen Seite 18 Das Verbundsystem zwischen der Keramik und den Zahnhartsubstanzen setzt sich zusammen - aus den Substratoberflächen Schmelz, Dentin und Keramik, - dem Befestigungszement und - den Verbundphasen Schmelz/Zement, Dentin/Zement und Zement/Keramik. Eine Oberflächenbehandlung des Inlays ist für den stabilen Verbund zwischen Zementierungskomposit und Keramik notwendig [Bailey und Bennet 1988, Calamia 1985, Müller 1988]. Durch Säurebehandlung der Keramik werden den Schmelz-Ätz-Mustern ähnliche Mikroretentionen erzeugt. Beim adhäsiven Zementieren kommt es zu hohen Retentionskräften [Calamia und Simonsen 1984, Chan et al. 1987, Geppert und Roulet 1986, Mörmann et al. 1985, Müller 1988, Sheth und Jensen 1988]. Flußsäure dient durch wesentliche Vergrößerung der Verbundfläche der Bildung einer retentiven Oberfläche. Eine genaue Einhaltung von Ätzmittelkonzentration und Ätzdauer ist notwendig, um bei einem möglichst geringen Materialverlust ein gutes retentives Muster zu erhalten [Schäffer et al. 1989]. Eine zu lange Ätzzeit hat negativen Einfluss auf die Festigkeit [Calamia et al. 1985]. Durch die Behandlung der geätzten Keramikflächen mit Silan läßt sich die Retention noch vergrößern [Breustedt und Felgentreff 1972, Calamia und Simonsen 1984, Hipp 1988, Müller 1988, Sheth und Jensen 1988, Tjan und Nenmetz 1988] Kompositzement Kompositbefestigungszemente basieren auf der Technologie der Kompositfüllungsmaterialien. Die Besonderheit liegt im reduzierten Füllstoffgehalt. Dies bewirkt eine Erhöhung des Fliessverhaltens und ein Herabsetzen der Viskosität des Materials. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen, dass die Kompositzemente eine spiegelbildliche Wiedergabe des Schmelzätzmusters aufweisen [Schäffer et al. 1989]. Die Schrumpfung eines Komposits hängt von dessen Zusammensetzung und Viskosität ab [Inokoshi et al. 1993, Lambrechts et al. 1991, Schmalz et al. 1995]. Bei Kompositen mit hoher

23 Kapitel 2 Grundlagen Seite 19 Viskosität soll ein Herausfließen des Materials aus der Zementierungsfuge verhindert werden, Komposite mit niedrigerer Viskosität sollen durch ein größeres Fließverhalten zu Beginn der Polymerisation die Materialspannungen reduzieren [Davidson und De Gee 1984]. Variolink II und Variolink ultra Die in dieser Studie verwendeten Variolink II und Variolink Ultra sind der Gruppe der Feinpartikelhybride zuzuordnen. Sie garantieren als dualhärtende Zemente eine Aushärtung auch in Bereichen, in die das Licht nur noch in abgeschwächter Form vordringt. Das dünnfliessende Variolink II ermöglicht bei Restaurationen mit langen, parallelen Wänden ein sicheres Einsetzen. Der zähfließende Kompositbefestigungszement Variolink Ultra wird hauptsächlich für mehrflächige Inlay-Restaurationen verwendet, um ein Herausfließen aus der Zementierungsfuge und eine damit verbundene Unterschußbildung zu verhindern. Dieser Materialtyp zeigt ein thixotropes Verhalten: das Material fängt an zu fließen, wenn es durch Ultraschall aktiviert wird; wird die Vibration eingestellt, kehrt es in die ursprüngliche zähfließende Konsistenz zurück [Ebert und Petschelt 1996]. Die physikalischen Eigenschaften nach Herstellerangaben finden sich in Tabelle 2.3. Variolink II Variolink ultra Verarbeitungszeit bei 37 C 4.0 ± 0.5 Min. 3.0 ± 0.5 Min. Biegefestigkeit lichthärtend Base und Katalyst 110 N/mm² 130 ± 10 N/mm 2 selbsthärtend Base und Katalyst 85 N/mm² 100 ± 10 N/mm 2 Biegemodul lichthärtend Base und Katalyst 8300 N/mm² ± 500 N/mm 2 selbsthärtend Base und Katalyst 6000 N/mm² 8000 ± 500 N/mm 2 Druckfestigkeit 240 N/mm² 300 ± 20 N/mm 2 Filmdicke 22 µm 18 µm Scherhaftfestigkeit auf Keramik mit Monobond S kohesiver Bruch kohesiver Bruch Vickershärte (HV 0.5/30) 500 N/mm² (HV 0.3/50) 650 ± 20 N/mm 2 Tab. 2.3: Physikalische Eigenschaften Variolink II und Variolink ultra

24 Kapitel 2 Grundlagen Seite Randschlußqualität von Keramikinlays Der Randschluss eines Füllungsmaterials ist ein wichtiges Kriterium für die Qualität der Versorgung. Bei in vivo Untersuchungen werden dazu klinische Parameter wie Substanzverlust, Bildung von Sekundärkaries und Randverfärbungen herangezogen [Ryge 1980, Voss und Hickel 1988]. Bei in vitro Studien wird die Beurteilung der marginalen Desintegration von Inlays auf verschiedene Arten vorgenommen. Eine Möglichkeit ist die Kontrolle der Randschlußqualität der Restaurationsoberfläche im Rasterelektronenmikroskop [Roulet et al. 1989]. Die Replikatechnik mit anschließender Rasterelektronenmikroskopanalyse [Grundy 1971] ermöglicht sowohl direkt nach Legen der Füllung als auch nach einer gewissen Tragedauer eine Beurteilung der Randschlußqualität. Da hierbei wird die Probe nicht zerstört wird, sind Verlaufskontrollen möglich. Im Rasterelektronenmikroskop sind auch kleinste Randspalte erkennbar. Die Replikatechnik empfiehlt sich auch für in vitro Untersuchungen, da es durch Vorbehandlung mit kritischer Punkttrocknung und Evakuieren für das Rasterelektronenmikroskop beim natürlichen Zahn besonders an Phasengrenzflächen zu Stress-Entlastungs-Spalten kommt [Fischlschweiger 1985], die die Ergebnisse verfälschen können. Eine andere Möglichkeit bietet die Farbstoffpenetration. Schon 1895 wurde sie zum Randspaltnachweis bei Amalgamfüllungen benutzt [Going 1972]. Die Farbstoffpenetration ist die gebräuchlichste Methode zur Beurteilung von Randspalten in vitro. Für die Analyse der Farbstoffpenetration muss die Probe geschnitten werden, so dass eine Verlaufskontrolle nicht möglich ist. Eosin, Methylen-Blau, Hämatoxylin, Methylviolet, Quecksilberchlorid, Anilinfarben, Silbernitrat und basische Fuchsinlösung sind nur einige der hierzu nutzbaren Farbstoffe. In den Spaltraum eindiffundierten Substanzen lassen sich beim Einsatz von radioaktiven Isotopen durch Belichtung eines Röntgenfilmes quantitativ darstellen, bei der Verwendung von Tracern unterschiedlicher Molekülgröße sind Rückschlüsse auf die Spaltgröße möglich [Phillips et al. 1961]. Der Nachweis anhand von Bakterienpenetration [Kraus und Kraus 1951, Rose et al. 1955, Seltzer 1955] und mittels Druckluft [Kappwost 1951, Pickard und Gayford 1965] sind auf-

25 Kapitel 2 Grundlagen Seite 21 wendiger und werden daher seltener benutzt Lichtpolymerisation In einer Studie über die Absorption des applizierten Lichtes durch Keramikmassen wird empfohlen, einen dualaushärtenden Zement und eine Belichtungszeit von mindestens 40 Sekunden zu wählen [Strang et al. 1987]. Bei linearem Anstieg der Keramikstärke weist das Befestigungskomposit eine exponentielle Abnahme der Härte auf [Chan und Boyer 1989]. Gleichzeitig spielt auch die Applikationszeit des Lichts eine Rolle. Sie soll bei entsprechender Keramikdicke ausreichend sein, um eine genügende Härte des Kunststoffes zu garantieren. Generell sind Keramikstärken über 2 mm nicht empfehlenswert [Chan und Boyer 1989]. 2.5 Statistische Auswertung In der statistischen Untersuchung werden systematisch auftretende Ereignisse von rein zufälligen Ergebnissen abgegrenzt. Hierzu dient die Angabe der Irrtumswahrscheinlichkeit. Sie wird in Prozenten angegeben. Bei kleinen Werten spricht man von einem signifikanten (statistisch abgesicherten) Ergebnis. Die statistischen Wahrscheinlichkeiten sind in Tabelle 2.4 definiert. Irrtumswahrscheinlichkeit Signifikanz Darstellung > 5% (p>0,05) nicht signifikant n.s. <= 5% (p<=0,05) signifikant * <= 1% (p<=0,01) deutlich signifikant ** <= 0,1% (p<=0,001) hoch signifikant *** Tab. 2.4: Definition der statistischen Wahrscheinlichkeiten

26 Kapitel 2 Grundlagen Seite 22 Wichtige statistische Parameter sind - Mittelwert (MEAN) Der Mittelwert beschreibt das arithmetische Mittel einer Versuchsgruppe. Er stellt den Schwerpunkt einer Verteilung dar. - Zentralwert (Median) Der Median liegt in der Mitte der Anzahl der gemessenen Werte. Er ist gegen extreme Ausreißerwerte relativ unempfindlich. - Varianz Die Varianz ist ein Streuungsmaß. Sie ergibt sich als durchschnittliches Abweichungsquadrat vom Mittelwert. - Standardabweichung (STD) Bei einer Normverteilung liegen etwa 68% der Werte im Bereich eines Mittelwertes plus/minus einer Standardabweichung. Die Standardabweichung ergibt sich aus der Quadratwurzel der Varianz. - Überschreitungswahrscheinlichkeit (p-wert) Der p-wert gibt die Wahrscheinlichkeit an, mit der sich unter der Nullhypothese noch Ergebnisse einstellen. 2.6 Ziel der Untersuchung Das Ziel der vorliegenden Studie war, - den Einfluss von verschiedenen Zementfugenbreiten auf die Randspaltqualität von zervikal dentinbegrenzten Keramikinlays zu untersuchen. - den Einfluss von Befestigungszementen mit verschiedenen Viskositäten auf die Randspaltqualität von teilweise dentinbegrenzten Keramikinlays zu testen. - der Vergleich der Randschlußqualität vor, direkt und neun Monate nach thermischer und mechanischer Belastung.

27 Kapitel 3 Versuchsplanung Seite 23 3 Versuchsplanung Für diese In-vitro-Studie wurden standardisierte Klasse-V-Kavitäten in kariesfreie Weisheitszähne präpariert. Aus Empress wurden Zahnhalsinlays mit unterschiedlich breiten Zementfugen hergestellt. Eingesetzt wurden die Inlays mit hoch- und niedrigviskösem Zement. Dann wurden die Zähne einer Kaubelastung und einer neunmonatigen Lagerung in Ringerlösung unterzogen. Nach Lagerung in Fuchsinlösung wurden sagittale Schnitte durch die Inlays angefertigt, und die Penetrationstiefe des Farbstoffs im Lichtmikroskop ermittelt. Untersucht wurden die Übergänge Schmelz-Komposit, Komposit-Keramik, Keramik-Komposit und Komposit- Dentin (Abbildung 3.1). Abb. 3.1: Schematische Darstellung der Lage der Füllungsränder Außerdem wurden im Rasterelektronenmikroskop je Gruppe die Repliken von 6 randomisiert ausgewählten Inlays (jeweils vor / direkt nach / neun Monate nach Kaubelastung) bei 100facher Vergrößerung untersucht. Hierbei wurden der Rand in Teilstücken von 200 µm Breite beurteilt. Untersucht wurden wiederum die Übergänge Schmelz-Komposit, Komposit- Keramik, Keramik-Komposit und Komposit-Dentin.

28 Kapitel 3 Versuchsplanung Seite 24 Die Versuchszähne wurden in 6 Gruppen mit drei verschiedenen Fugenbreiten am zervikalen Füllungsrand und zwei verschiedenen Zementen eingeteilt. Die Definition der experimentellen Gruppen sind in Tabelle 3.1 dargestellt. hochvisköser Befestigungszement niedrigvisköser Befestigungszement ideal 200 µm 400 µm A C E n=16 n=16 n=16 B D F n=16 n=16 n=16 Tab. 3.1: Definition der experimentellen Gruppen (A-F)

29 Kapitel 3 Versuchsplanung Seite 25 In Tabelle 3.2 ist der Verlauf der Versuchsplanung dargestellt. 48 Kariesfreie menschliche Molaren Präparation von 96 Klasse-V-Kavitäten (je mesial und distal) 32 Inlays mit idealer Zementierungsfuge (Gruppe A, Gruppe B) Herstellung von Empress-Inlays 32 Inlays mit 200 µm Zementierungsfuge (Gruppe C, Gruppe D) 32 Inlays mit 400 µm Zementierungsfuge (Gruppe E, Gruppe F) Zementieren der Inlays hochvisköser Zement niedrigvisköser Zement Gruppen A, C, E Gruppen B, D, F Abformung vor Kaubelastung ( V ) Kaubelastung über Zyklen (100 N, Thermocycling 5 0 C / 55 0 C; 525 Zyklen) Abformung direkt nach Kaubelastung ( D ) Abformung neun Monate nach Kaubelastung ( N ) 24 h Lagerung in basischer Fuchsinlösung bei 37 0 C Modellherstellung für REM 6 Modelle pro Gruppe (je V, D, N ) Auswertung der Farbstoffpenetration Lichtmikroskop 40fache Vergrößerung Auswertung Rasterelektronenmikroskop 100fache Vergrößerung Statistische Auswertung der Ergebnisse Tab. 3.2: Versuchsplanung