Untersuchung zur adhäsiven Befestigung von prothetischen Attachments aus Zirkoniumdioxid

Abstract

Einleitung Die Fortschritte in Medizin und ökonomischer Entwicklung und damit einhergehend die Verbesserung der sozialen Verhältnisse haben in den letzten Jahrzehnten die Demografie entscheidend verändert. Die neue Altersstruktur hat die Zahl teilbezahnter Patienten enorm erweitert. Ein höherer Bedarf von herausnehmbaren Teilprothesen ist die Folge. Die Anfertigung funktionsfähigen Zahnersatzes erfordert genaue Überlegungen zur Art der Verbindung zwischen Prothesensattel und Restzähnen sowie der zu verwendenden Materialen. Wenngleich hochwertige Verbindungselemente wie zum Beispiel Teleskopkronen unter Verwendung von Edelmetallen hervorragende mechanische Eigenschaften aufweisen, äußern unsere Patienten doch zunehmend den Wunsch nach weniger invasiven Methoden, wobei sie als Materialvariante immer häufiger zahnfarbene Keramik bevorzugen. Für den Herstellungsprozess finden inzwischen intraorales Scannen und CAD/CAM-Technik weite Verbreitung, und selbst grazile prothetische Verbindungselemente lassen sich aus Zirkoniumdioxid-Keramik fräsen. Ziel der vorliegenden Studie war es, ein prothetisches Verbindungselement aus Zirkoniumdioxid-Keramik adhäsiv am Zahn zu befestigen und grundlegende Parameter der Haftkraft zu evaluieren. Dabei sollten die Stabilität verschiedener Präparationsformen des Ankerzahnes sowie verschieden große Belastungsabstände untersucht werden.

Material und Methode Zunächst erfolgte die Präparation von Modell-Eckzähnen, die als Ankerzähne für die Befestigung der Keramik-Attachments vorgesehen waren. Diese Modellzähne dienten als Dublier-Vorlage für die Herstellung von jeweils 10 Prüfkörpern der 7 Untersuchungsgruppen. Zur Herstellung der Prüfkörper wurden die Dublierformen der Modell-Eckzähne mit fließfähigem dualhärtenden Kunststoff ausgegossen und entsprechend gehärtet. Gruppe 1 diente als Kontrollgruppe und war ohne Präparation. In den Gruppen 2 bis 5 erfolgten die Modellzahn-Präparationen als planer lateraler Anschliff. Mit diesem Design wurde in Gruppe 2 mit einem Hebelabstand von 2 mm belastet. Die Gruppe 3 unterschied sich davon nur durch eine zusätzliche 120-tägige Wasserlagerung. In Gruppe 4 wurde bei 3 mm Hebellänge belastet und in Gruppe 5 bei 4 mm Hebellänge. In Gruppe 6 erfolgte eine okklusal-distale Präparation (OD) des Ankerzahnes und in Gruppe 7 eine mesial-okklusal-distale Präparation (MOD). In diesen beiden Gruppen erfolgte die Belastung bei einer Hebellänge von 2 mm. Die Zirkonium-Attachments für die Prüfreihen 1 bis 5 wurden aus Keramikblöcken gefräst und wiesen Stäbchenform auf. Nach dem Sintervorgang hatten sie Maße von 2,5 mm x 2,5 mm x 10 mm. Die Attachments für die Prüfreihe 6 und 7 wurden zunächst auf den präparierten Modellzähnen in Kunststoff modelliert und anschließend in einer Kopierfräse unter Verwendung eines Vergrößerungsfaktors von 20% aus Zirkoniumdioxid-Blöcken gefräst und schließlich gesintert. Nach Vorbehandlung der beiden Komponenten wurden die Attachments mit Adhäsivmaterial an den Prüfkörpern befestigt, bevor sie in einer Universalprüfmaschine den Belastungstests unterzogen und bis zum Versagen belastet wurden. Die statistische Auswertung erfolgte mit dem Shapiro-Wilk-Test, ANOVA und Games-Howell Test bei einem Alphaniveau von 0,05.

Ergebnisse Gruppe 1 diente als Kontrollgruppe und war ohne Präparation des Ankerzahnes. Die Belastung erfolgte bei 2mm Hebelarm und führte zu einem Bruchlast-Mittelwert von 59,08 N. In den Gruppen 2 bis 5 erfolgte die Modellzahn-Präparationen als planer lateraler Anschliff. Mit diesem Design wurde in Gruppe 2 mit einem Hebelabstand von 2 mm belastet und ein Wert von 73,75 N gemessen. Die Gruppe 3 unterschied sich davon nur durch eine 120-tägige Wasserlagerung und ergab 42,55N, was signifikant geringer war (p=0,001). In Gruppe 4 wurde bei 3 mm Hebellänge belastet und der erhaltene Mittelwert lag bei 49,16N, was eine deutliche Verringerung gegenüber Gruppe 2 war (p=0,002). In Gruppe 5 bei 4 mm Hebellänge betrug der Wert 33,60N und war damit signifikant niedriger als bei 3 mm Hebellänge (p=0,013). In Gruppe 6 erfolgten OD-Präparation des Ankerzahnes und Dublier-Fräsung des Attachments zur adhäsiven Befestigung. Bei einem Hebelweg von 2mm erreichte man einen Bruchwert von 91,89N, der etwas höher war als Gruppe 2 mit lateralem Anschliff und 2mm Hebelweg (p= 0,753). Die Gruppe 7 mit MOD-Präparation und einer Hebellänge von 2 mm erreichte 209,10N, was sich im Vergleich mit den sechs anderen Gruppen als signifikant höher erwies (p=0,001).

Diskussion Das minimal-invasive Präparations-Design in Form einer Anschrägung und selbst eine OD-Kavität scheinen eine Verbundfläche zu schaffen, die der klinischen Belastungssituation wohl kaum gerecht wird. Bei der MOD-Kavität mit vorteilhaften Werten hingegen kann man nicht mehr von minimalinvasiven Maßnahme ausgehen. Die Vergrößerung des Hebelarms um einen Millimeter reduzierte die aufzubringende Bruchlast signifikant. Bei einem Hebelarm von 4mm, was in etwa den Abmessungen einer Standard-Roach-Kugel entspricht, wurden die geringsten Belastungswerte bestimmt. Als konstruktive Lösung bietet sich daher generell an, die Prothesen am Verbindungselement resilient zu lagern, d.h. die vertikal wirkenden Kaukräfte auf die Kammschleimhaut weiterzuleiten. Sollten daraus verstärkte Kieferkammatrophie mit okklusaler Interferenz resultieren ist eine engmaschige Nachsorge erforderlich. Die einfache Wasserlagerung für 180 Tage hat die Bruchlast ebenfalls signifikant verringert. Da viele weitere negativ wirkende Einflussfaktoren in der Mundhöhle herrschen, welche die Hydrolyse der Verbundfläche eines Methacrylat-Adhäsivs verstärken, scheinen weitere klinische Untersuchungen erforderlich. Die Anwendung einer Kopierfräse wie bei der vorgestellten Herstellung der Keramik-Attachments bedingt ein gewisses Maß an Einarbeitungszeit. Die Fortschritte der CAD-CAM Technologie könnten noch präzisere Ergebnisse ermöglichen und die Herstellung von Proben für umfangreichere Untersuchungen erleichtern.

Schlussfolgerung Wie aus der vorliegenden in-vitro-Studie zu schließen ist, stellen Adhäsiv-Attachments aus Zirkoniumdioxid-Keramik bei der prothetischen Versorgung mit abnehmbaren Teilprothesen eine Zukunftsperspektive dar. Bis mit einem non-invasivem Präparationsdesign und verbessertem Adhäsiv-Material höhere Haftkräfte zu erzielen sind, sollte einer resilienten Lagerung der abnehmbaren Prothese der Vorzug gegeben werden.

Introduction Advances in medicine and economic development and the accompanying improvement in social conditions have decisively changed demographics in recent decades. The new age structure has enormously expanded the number of partially edentulous patients. A higher demand for removable partial dentures is the result. The fabrication of appropriate prosthetic restorations requires careful consideration of the type of connecting element or attachment between the denture saddle and the remaining teeth, as well as the materials to be used. Although high-quality connecting elements such as telescopic crowns using precious metals have excellent mechanical properties, our patients are increasingly expressing a desire for less invasive methods, with tooth-colored ceramics being more and more preferred as a material option. For the fabrication process, intraoral scanning and CAD/CAM fabrication have become commonplace. Thus, even delicate prosthetic connecting elements can be milled from zirconia ceramics, which can be attached to the natural tooth using modern adhesive techniques. The aim of the present study was to adhesively bond a prosthetic connecting element made of zirconia ceramic to the tooth and to evaluate basic parameters of the adhesive strength. The stability of different preparation forms of the anchor tooth as well as different large lever distances were to be investigated. Materials and methods First, model canines were prepared to serve as anchor teeth for the bonding of the ceramic attachments. These model teeth served as duplicating templates for the fabrication of 10 test specimens of each of the 7 study groups. To fabricate the test specimens, the duplicating molds of the model canines were poured with flowable dualcuring resin and cured accordingly. Group 1 served as the control group and was without preparation. In groups 2 to 5, the model tooth preparations were made as a lateral planar slight chamfer. With this design, group 2 was loaded with a lever distance of 2 mm. Group 3 differed from this only by a 120-day water storage. In group 4, loading was performed at 3 mm lever length and in group 5 at 4 mm lever length. In group 6, OD-preparation of the anchor tooth was applied and in group 7, MOD-preparation was applied. In these two groups, loading was carried out at a lever length of 2 mm. The zirconium attachments for test rows 1 to 5 were milled from ceramic blocks and had a rod shape. After the sintering process, they had dimensions of 2.5 mm x 2.5 mm x 10 mm. The attachments for test series 6 and 7 were first modeled in resin on the prepared model teeth and then milled from zirconia blocks in a copy milling machine using a magnification factor of 20% and finally sintered. After pretreatment of the two components, the attachments were bonded to the test specimens with adhesive material before being subjected to load tests in a universal testing machine and loaded until failure. Statistical analysis was conducted using the Shapiro-Wilk test, ANOVA and Games-Howell test at an alpha level of 0.05. Results Group 1 served as the control group and was without preparation of the anchor tooth. The load was applied at 2mm lever arm, and a mean fracture load of 59.08N was found. In groups 2 to 5, the model tooth preparations were made as a planar lateral chamfer. With this design, group 2 was loaded with a lever distance of 2 mm and a value of 73.75N was measured. Group 3 differed from this only by water immersion for 120 days and yielded 42.55N, which was significantly lower (P=0.001). In group 4, load was applied at 3 mm lever length and the mean value obtained was 49.16N, which was a significant decrease compared to group 2 (P=0.002). In group 5 at 4 mm lever length, the value was 33.60N, which was significantly lower than at 3 mm lever length (P=0.013). In group 6, OD preparation of the anchor tooth and copy milling of the attachment for adhesive bonding were conducted. With a lever path of 2mm, a fracture value of 91.89N was achieved, which was slightly higher than group 2 with slight lateral chamfer and 2mm lever path (P= 0.753). Group 7 with MOD preparation and a lever length of 2mm achieved 209.10N, which was found to be significantly higher compared with the other six groups (P=0.001). Discussion The minimally invasive preparation design in the form of a slight chamfer and even an OD cavity seem to create a bonding surface that is unlikely to meet the clinical loading situation. In contrast, the MOD cavity with advantageous values can no longer be considered minimally invasive. Increasing the lever arm by one millimeter significantly reduced the fracture load to be applied. The lowest load values were determined with a lever arm of 4 mm, which roughly corresponds to the dimensions of a standard Roach sphere. As a constructive solution, it is generally possible to support the denture resiliently at the connecting element, i.e. to transfer the vertically acting masticatory forces to the ridge mucosa. The resulting problems with occlusal interference and ridge atrophy seem well-controlled. Simple water immersion for 180 days significantly reduced the fracture load. Since many other negative influencing factors prevail in the oral cavity, which are considered to increase the hydrolysis of the bonding surface of a methacrylate adhesive, further clinical investigations seem necessary. The use of a copy milling machine as in the presented fabrication of the ceramic attachment requires a certain amount of training time. Advances in CAD-CAM technology may allow even more precise results and facilitate the fabrication of specimens for more extensive studies. Conclusion As can be concluded from the present in vitro study, adhesive attachments made of zirconia ceramics represent a future perspective in prosthetic restoration with removable partial dentures. Until higher bonding strength can be achieved with a noninvasive preparation design and improved adhesive material, a resilient bearing of the removable denture should be preferred.