Einfluss der Verbinderquerschnittfläche auf die Bruchlast von dreigliedrigen Provisorien

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1 Zusammenfassung Die CAD/CAM-Technologie bietet die Möglichkeit zur Konstruktion einer Restauration am Computer und die Fertigung der Restauration auf präzise gesteuerten vollautomatischen Fräs-/Schleifmaschinen. Diese Technologie hat sich bei Keramiken mittlerweile durchgesetzt. Nun kommen Kunststoffe auf den Markt, die bei geringerem Zeit- und Kostenaufwand mit CAD/CAM-Technologie verarbeitet werden können. Viele Parameter müssen dazu neu angepasst werden. In dieser Untersuchung wird der Einfluss der Verbinderquerschnittfläche auf die Bruchlast dreigliedriger Provisorien geprüft. Indizes Provisorien, Langzeitprovisorien, CAD/CAM-Kunststoffe, PMMA- Brücken, Bruchlast, Verbinderquerschnittfläche Einfluss der Verbinderquerschnittfläche auf die Bruchlast von dreigliedrigen Provisorien Konventionell versus CAD/CAM Bogna Stawarczyk, Andreas Ender, Albert Trottmann, Christoph Hans Franz Hämmerle Ein Provisorium stellt als Zwischenlösung bis zur Eingliederung des definitiven Zahnersatzes die ursprüngliche Form des Zahns wieder her, sodass Kau- und Sprachfunktion gewährleistet werden können. 8 Bei jeder größeren Restauration wird nach der Präparation der Zahnsubstanz ein Provisorium benötigt, da sich eine Behandlung mit festsitzendem Zahnersatz meist über mehrere Behandlungssitzungen erstreckt. Die beschliffene Zahnsubstanz muss bedeckt werden, um die Dentinwunde gegen thermische, chemische und bakterielle Reize zu schützen. 9 Provisorische Versorgungen haben zudem im Sinne einer Strukturprophylaxe alles an vorhandenem Hart- und Weichgewebe zu erhalten, zu schützen und wieder in einen gesunden Zustand zu überführen. 10,11 Daher spielen die mechanischen Eigenschaften der verwendeten provisorischen Kunststoffe eine entscheidende Rolle. Die konventionellen Provisorien werden am Patienten vom Zahnarzt (Direktprovisorium) oder im zahntechnischen Labor vom Zahn- Einleitung 922 Zahntech 2010;36(7):

2 techniker (Eierschalenprovisorium) hergestellt und anschließend vom Zahnarzt unterfüttert. Seit Neuestem sind CAD/CAM-Kunststoffe auf dem Markt, aus denen mittels einer CAD/CAM-Maschine die Rekonstruktion formgeschliffen wird. Für die CAD/CAM- Technik liegen die provisorischen Kunststoffe in einem bereits auspolymerisierten Zustand (Rohling) vor. Die Rohlinge werden unter industriellen Bedingungen hergestellt. Das bedeutet, dass das Gefüge und die Eigenschaften besser definiert und kontrolliert werden können. Auftretende Fehler im Labor bzw. in der Praxis während der Polymerisation sind ausgeschlossen. Der Gehalt an nicht umgesetzten Monomermolekülen, der so genannte Restmonomergehalt, bleibt niedrig. Der Zahntechniker im Labor bzw. der Zahnarzt in der Praxis sowie der Patient werden daher nicht mit Monomeren konfrontiert. Die Gefahr der Entstehung von Allergien während der Verarbeitung dieser Kunststoffe wird somit minimiert. Auch die Abrasionsbeständigkeit der industriell polymerisierten Kunststoffe ist im Vergleich zu manuell polymerisierten Kunststoffen besser. 5 Die initialen Bruchlastwerte sind im Vergleich zu den Direktprovisorien bei den CAD/ CAM-Provisorien höher. 6,7 Sie liegen im Bereich der durchschnittlichen Kaukräfte. 2 Sogar im Vergleich zu anderen Werkstoffen, wie Glaskeramiken, liegen die CAD/CAM-Kunststoffe bei der Bruchlast um ca. ein Drittel höher. 4 Zudem bleiben die Bruchlastwerte für die CAD/CAM-Technologie indizierten Kunststoffe während der künstlichen Alterung am stabilsten. Die Eierschalenprovisorien liegen zwar mit den Bruchlasten im gleichen Wertebereich wie das artbloc Temp, aber dort nimmt die Bruchlast mit der Alterungszeit kontinuierlich ab. Auch die Direktprovisorien aus PMMA-Kunststoffen nehmen in der Bruchlast mit der Zeit ab. 3 Mit den neuen CAD/CAM-Hochleistungskunststoffen besteht somit die Möglichkeit, Langzeitprovisorien herzustellen. Problemstellung Methode Abb. 1 Ein Stahlmodell mit präparierten Stümpfen eines Zahn 5 und eines Zahn 7. Ein Provisorium muss temporär die Funktion des definitiven Zahnersatzes übernehmen. Das Design der CAD/CAM-Gerüste muss für den Einsatz des Langzeitprovisoriums zuerst optimiert und an die CAD/CAM-Bearbeitung angepasst werden. Das Ziel der vorliegenden Untersuchung war, die höchste Bruchlast mit einer noch ästhetisch und klinisch vertretbaren Verbinderquerschnittfläche zu erreichen. Mit dieser Untersuchung soll dem Anwender gezeigt werden, welchen Einfluss die Verbinderquerschnittfläche auf die Gesamtbruchlast hat, und die kleinste, sich noch im Bereich der durchschnittlichen maximalen Kaukraft befindende Fläche soll herausgefunden werden. Zum Vergleich werden Direktprovisorien aus einem UDMA-Kunststoff mit gleichen Verbinderquerschnittflächen hergestellt. Für die Herstellung der Gerüste wurde ein Stahlmodell mit präparierten Stümpfen eines Zahns 4 und eines Zahns 6 verwendet (Abb. 1). Die Stümpfe des Modells waren rotationssymmetrisch und wiesen auf Höhe der Schulter einen Durchmesser von 7 mm (Zahn 4) bzw. 8 mm (Zahn 6) auf. Die Zahnstümpfe waren als Stahlzylinder mit kugelförmigen Aufstell-Enden, einer 1 mm breiten zirkulären Schulter und einer 6 konischen Präparation konzipiert. Die Höhe der Stümpfe betrug 5 mm. Die Stümpfe waren mit ihren Wurzeln in einem Aluminiumblock gelagert, sodass die Rotationsachsen der beiden Stümpfe einen Abstand von 16,5 mm aufwiesen. Die Lagerung im Block erfolgte mit einer 0,75 mm dicken Gummimanschette, um die Eigenbeweglichkeit natürlicher Zähne im Parodont zu simulieren. 1 Zahntech 2010;36(7):

3 SCIENCE Abb. 2 Eine Brücke mit Verbinderquerschnittfläche von 6 mm 2. Abb. 3 Eine Verbinderquerschnittfläche von 6 mm 2. Abb. 4 Eine Brücke mit Verbinderquerschnittfläche von 9 mm 2. Abb. 5 Eine Verbinderquerschnittfläche von 9 mm 2. Abb. 6 Brücke mit Verbinderquerschnittfläche von 12 mm 2. Abb. 7 Eine Verbinderquerschnittfläche von 12 mm 2. Abb. 8 Eine Brücke mit Verbinderquerschnittfläche von 16 mm 2. Abb. 9 Eine Verbinderquerschnittfläche von 16 mm 2. Abb. 10 Ein artbloc-temp-cad/cam- Rohling. Die Untersuchung wurde mit dem CAD/CAM-Kunststoff (artbloc Temp, Merz Dental, Lütjenburg) und dem UDMA-Kunststoff für Direktprovisorien (CronMix K, Merz Dental) durchgeführt. Es wurden insgesamt pro Kunststoff 60 Brücken mit vier unterschiedlichen Verbinderquerschnitten hergestellt. Die Verbindergeometrie wurde von der Software vorgeschlagen und die Querschnittfläche wurde bestimmt. Die Querschnittfläche der vier Serien bestand aus 6 mm 2, 9 mm 2, 12 mm 2 und 16 mm 2 (Abb. 2 bis 9). Die Konstruktion der Prüfkörper entsprach einer kliniknahen anatomischen dreigliedrigen Brücke vom ersten Prämolaren auf den ersten Molaren. Die Querschnitte der Verbinder hatten grundsätzlich eine kreisrunde Form. Die Herstellung der CAD/ CAM-Gerüste erfolgte mit dem Cerec 3D System (Sirona Dental Systems, Bensheim). Das Präparationsmodell wurde mit der Cerec 3D Kamera (Cerec 3D Aufnahmeeinheit SN 24883, Sirona Dental Systems) aufgenommen und das Brückengerüst mit der CAD/ CAM-Software konstruiert (inlab Software 3.10, Sirona Dental Systems). Die Verbinderquerschnittflächen wurden auf beiden Seiten auf 6 mm 2, dann 9 mm 2, 12 mm 2 und 16 mm 2 eingestellt. Anschließend wurden die Brücken aus PMMA Rohlingen artbloc Temp (Abb. 10) in einer inlab MCXL Schleifeinheit (inlab MCXL, SN , Sirona Dental Systems) formgeschliffen (Abb. 11). Jede Serie bestand aus 15 Brücken. 924 Zahntech 2010;36(7):

4 Abb. 11 Das Formschleifen eines CAD/CAM-Provisoriums. Abb. 12 Geprüfte dreigliedrige artbloc-temp-brücken mit unterschiedlichen Verbinderquerschnitten. Abb. 13 Eine artbloc-temp-brücke auf dem Prüfmodell. Abb. 14 Die Prüfanordnung zur Bestimmung der Bruchlast von dreigliedrigen Provisorien. Die vier formgeschliffenen Brücken mit den unterschiedlichen Querschnittflächen sind in Abbildung 12 abgebildet. Links ist die Brücke mit der kleinsten Querschnittfläche von 6 mm 2, dann die 9 mm 2, 12 mm 2 und ganz rechts die Brücke mit der größten Querschnittfläche von 16 mm 2 zu sehen. Um Vergleichsdaten zu ermitteln, wurden je Verbinderquerschnittfläche 15 formidentische Direktprovisorien mittels Spritzverfahren hergestellt. Die vier CAD/CAM-Provisorien mit unterschiedlichen Verbinderquerschnittflächen wurden dazu in jeweils einer Küvette mit einem A-Silikon (Dublisil 30, Dreve, Unna) dupliert. Die Hohlräume der Duplierform wurden mit dem UDMA-Kunststoff für Direktprovisorien (autopolymerisierender Kunststoff, CronMix K, Merz Dental) gespritzt. Die Polymerisation erfolgte nach Herstellerangaben. Anschließend wurde die Bruchlast der Gerüste geprüft. Dazu wurde das Gerüst unzementiert auf den Stümpfen des Prüfmodells positioniert (Abb. 13) und eine Stahlkugel mit einem Durchmesser von 5 mm wurde auf die Okklusalfläche des Zwischenglieds gelegt. In einer Universalprüfmaschine (Z010, Zwick, Ulm) wurde die Stahlkugel mit einem zylindrischen Stempel mit einer Stirnfläche von d = 5 mm belastet bis die Brücke frakturierte (Abb. 14). Die Vorschubgeschwindigkeit betrug 1 mm/min. Eine doppelt Zahntech 2010;36(7):

5 SCIENCE gefaltete Teflonfolie (0,2 mm) zwischen der Stahlkugel und der Brücke sorgte für eine homogene Lastverteilung auf dem Brückenglied. Die statistische Auswertung der Bruchlastwerte erfolgte mit ONE WAY ANOVA mit anschließendem post-hoc-scheffé-test (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). Das Signifikanzlevel lag bei p < 0,05. Die geringsten Bruchlastwerte von 357,1 ± 28,3 N wurden von Brücken mit dem kleinsten Verbinderquerschnitt (6 mm 2 ) erreicht (Tabelle 1). Eine Querschnittfläche von 9 mm 2 bei dreigliedrigen provisorischen Brücken aus artbloc Temp lieferte einen Mittelwert der Bruchlast von 528,3 ± 58,5 N. Bei 12 mm 2 Querschnittfläche wurden Bruchlasten von 616,0 ± 36,1 N und bei 16 mm 2 782,9 ± 62,8 gemessen. Zusammenfassend lässt sich die Aussage formulieren, dass die Bruchlastwerte proportional mit der Verbinderquerschnittfläche ansteigen. Das Direktprovisorium erreicht bei allen Verbinderquerschnittflächen signifikant tiefere Bruchlastwerte als das CAD/CAM-Provisorium. Die Bruchlastwerte der geprüften Direktprovisorien sowie auch der CAD/CAM-Provisorien sind in der Abbildung 15 dargestellt. Bei allen Prüfkörpern war während der Messung die Entstehung eines Risses vom Zwischenglied zum Verbinder hin zu beobachten (Abb. 16). Nach der Bruchlastprüfung wurden die Brücken mit den unterschiedlichen Verbinderquerschnittflächen in der Mitte getrennt und unter dem Lichtmikroskop fotografiert. Die Aufnahmen sind in den Abbildungen 17a bis 17d zu finden. Ergebnisse Serie Verbinderquerschnitt Bruchlasten (N) Bruchlast (N) CAD/CAM-Provisorium Direktprovisorium 1. Serie 6 mm 2 357,1 ± 28,3 186,8 ± 15,7 2. Serie 9 mm 2 528,3 ± 58,5 245,9 ± 28,0 3. Serie 12 mm 2 616,0 ± 36,1 308,9 ± 29,0 4. Serie 16 mm 2 782,9 ± 62,8 328,8 ± 54,5 Tabelle 1 Die Übersicht der geprüften Serien. Bruchlast (N) Verbinderquerschnitt (mm 2 ) Abb. 15 Die Bruchlasten der dreigliedrigen Provisorien in Abhängigkeit vom Verbinderquerschnitt. 926 Zahntech 2010;36(7):

6 Abb. 16 Eine typische Fraktur der Brücken. a b c d Abb. 17a bis 17d Lichtmikroskopaufnahmen der geprüften Brücken. Diskussion Die Kaukräfte im Molarenbereich werden mit durchschnittlich 400 N angegeben. 2 Die hier gemessenen maximalen Bruchlasten der CAD/CAM-Provisorien lagen ab dem Verbinderquerschnitt von 9 mm 2 alle weit darüber. Die Bruchlastwerte der CAD/CAM- Serien wiesen eine sehr kleine Streuung der Werte auf. Dies ist auf die industrielle und somit kontrollierte Herstellung und vor allem auf die Polymerisation der Rohlinge zurückzuführen. Das Direktprovisorium aus CronMix K liegt auch bei einer Verbinderquerschnittfläche von 16 mm 2 mit seinen Bruchlastwerten unter den durchschnittlichen maximalen Kaukräften von 400 N. Somit lässt sich die Aussage formulieren, dass das CAD/ CAM-Provisorium mit seinen wesentlich höheren Bruchlastwerten bereits bei kleineren Verbinderquerschnittflächen nach dieser In-vitro-Untersuchung als Langzeitprovisorium geeignet ist. Frühere Studien beweisen, dass die künstliche Alterung bei CAD/CAM- Provisorien keinen Einfluss auf die Bruchlast hat, während bei manuell polymerisierten Kunststoffen erst eine Nachpolymerisation und anschließend ein signifikanter Abfall der Bruchlast zu erwarten ist. 3 Die Resultate spiegeln die Weiterentwicklung der provisorischen Kunststoffe durch die Dentalindustrie wider. Die Ergebnisse hinsichtlich der Bruchlast der untersuchten Materialien zeigen die Überlegenheit der moderneren industriell polymerisierten und somit standardisierten Materialien gegenüber den selbstpolymerisierten Direktprovisorien. Zahntech 2010;36(7):

7 SCIENCE Die Verbinderquerschnittfläche kann bei Brücken in der InLab Software vom Anwender selbst bestimmt werden. Bei dreigliedrigen Langzeitprovisorien wird laut dieser Untersuchung eine Verbinderquerschnittfläche von mindestens 9 mm 2 empfohlen. So kann die Brücke unter normalen Umständen den durchschnittlichen Kaukräften im Molarenbereich von 400 N problemlos widerstehen. Die konventionellen Direktprovisorien erreichen nicht einmal bei einer Verbinderquerschnittfläche von 16 mm 2 die durchschnittlichen Kaukräfte. Schlussfolgerungen Die Autoren danken der Firma Merz Dental, Lütjenburg, für die Bereitstellung der Materialien. 1. Filser F, Kocher P, Weibel F, Lüthy H, Schärer P, Gauckler LJ. Zuverlässigkeit und Festigkeit vollkeramischen Zahnersatzes hergestellt im DCM-Verfahren. Int J Computer Dent 2001;4: Helkimo E, Carlson GE, Helkimo M. Bite force and state dentition. Acta Odont Scand 1976;35: Stawarczyk B, Ender A, Trottmann A, Hämmerle CHF, Fischer J. Einfluss der künstlichen Alterung auf die Bruchlast konventionell oder mittels CAD/CAM hergestellter Brücken-Provisorien. Zahntech 2009;35: Stawarczyk B, Jahn D, Fischer J, Hämmerle CHF. Vergleichende Bruchlastuntersuchungen dreigliedriger Brücken. Welche Kräfte halten unsere Werkstoffe aus? Zahntech 2009;35: Stawarczyk B, Schmutz F, Fischer J, Hämmerle CHF. Abrasionsbeständigkeit provisorischer Kunststoffe. Sind CAD/CAM-Kunststoffe abrasionsbeständiger? Zahntech, im Druck. 6. Stawarczyk B, Trottmann A, Fischer J. Bruchlast konventionell oder mittels CAD/CAM hergestellter Brücken-Provisorien. Zahntech 2008;34: Stawarczyk B, Trottmann A, Fischer J. Vergleichende Bruchlastuntersuchung von dreigliedrigen Provisorien. Dig Dent News 2008;2: Vahidi F. The provisional restoration. Dent Clin North Am 1987;31: Wirz J, Bangert R, Jäger K. Kronen- und Brückenprovisorien Teil 1: Anforderungen. 1992;43: Wirz J, Nigg N, Schmidli F. Moderne Provisorienkunststoffe Teil 1: Materialübersicht und Untersuchungsmethoden. 1995;46: Wirz J, Nigg N, Schmidli F. Moderne Provisorienkunststoffe Teil 2: Resultate und Diskussion. 1992;46: Danksagung Literatur Dipl.-Ing. (FH) Bogna Stawarczyk, MSc. Klinik für Kronen- und Brückenprothetik, Teilprothetik und zahnärztliche Materialkunde Bogna.Stawarczyk@zzmk.uzh.ch Dr. med. dent. Andreas Ender Klinik für Präventivzahnmedizin, Parodontologie und Kariologie ZT Albert Trottmann, Prof. Dr. med. dent. Christoph Hans Franz Hämmerle Klinik für Kronen- und Brückenprothetik, Teilprothetik und zahnärztliche Materialkunde alle: Zentrum für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde der Universität Zürich Plattenstrasse 11, 8032 Zürich, Schweiz Adressen der Verfasser Summary The CAD/CAM-technology offers the possibility to produce dental restorations means of numeric controlled machining. This technology is successfully established for ceramic materials. Today further materials (resins, composites) are introduced into the market, which can be processed with lower expenditure of time and costs. Many parameters must again be adapted in addition. In an in vitro study the influence of connector design of temporary bridges on the fracture load. 928 Zahntech 2010;36(7):