und Sekundär
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Der Klinik und Poliklinik für zahnärztliche Prothetik, Alterszahnheilkunde und medizinische Werkstoffkunde (Direktor: Univ.- Prof. Dr. Reiner Biffar) im Zentrum für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde (Geschäftsführender/e Direktor/in: Univ.- Prof. Dr. Georg Meyer) der Medizinischen Fakultät der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald In vitro-Abzugsversuche an Mesostrukturen mittels Folienprägetechnik auf Primärkoni aus Zirkonoxidkeramik (ZrO2) und Sekundärkoni aus Kobalt-Chrom-Molybdän (Co-Cr-Mo) Inaugural - Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Zahnmedizin (Dr. med. dent.) der Medizinischen Fakultät der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald 2010 vorgelegt von: Annette Siebert-Steeb geb. am: 16.12.1977 in: I Mainz Literarum radices amaras esse, fructus iucundares. Meinen Eltern gewidmet. Dekan: Prof. rer. nat. Heyo K. Kroemer 1. Gutachter: Prof. Dr. med. dent. Reiner Biffar 2. Gutachter: Prof. Dr. med. Karl-Heinz Utz Ort, Raum: Greifswald, Neue Zahnklinik, Hörsaal Tag der Disputation: 08.11.2010 II Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung...................................................................................................... - 1 1.1 Abschätzung des prothetischen Behandlungsbedarfs ................................ - 2 2 Literaturübersicht über Doppelkronen ...................................................... - 2 2.1 Unterteilung der Doppelkronen .................................................................. - 4 2.1.1 Vorteile der Doppelkronen...............................................................................- 4 2.1.2 Nachteile der Doppelkronen ............................................................................- 5 - 2.2 Materialien von Doppelkronen .................................................................... - 6 2.2.1 Edelmetall-Legierungen...................................................................................- 8 2.2.1.1 Hochgoldhaltige Legierungen ................................................................- 8 2.2.1.2 Goldreduzierte Legierungen ..................................................................- 8 2.2.2 NEM-Legierungen............................................................................................- 9 2.2.2.1 Korrosion ................................................................................................- 9 2.2.3 Dentalkeramiken............................................................................................- 14 2.2.3.1 Materialübersicht..................................................................................- 16 2.2.3.2 Herstellungsverfahren ..........................................................................- 17 2.2.3.3 Bedingungen bzw. Grenzen der Herstellungsverfahren ......................- 19 2.2.3.4 Definition Grün- und Weißkörper ........................................................- 20 2.2.3.5 Materialien und deren Indikationsbereich ............................................- 21 2.2.3.6 Eigenschaften Zirkonoxid.....................................................................- 23 2.2.4 Mesostrukturen ..............................................................................................- 24 2.2.5 Konsequenz...................................................................................................- 25 - 2.3 Technisch-physikalische Grundlagen der Haftung von Doppelkronen ..................................................................................... - 26 2.3.1 Haftmechanismen..........................................................................................- 26 2.3.2 Weitere Haftmechanismen ............................................................................- 28 2.3.3 Grenzflächenspannung (Adhäsion, Kohäsion und Van-der-Waals-Kräfte)...- 29 2.3.4 Hydraulischer Effekt.......................................................................................- 31 2.3.5 Anwendung der Strömungslehre auf Doppelkronen .....................................- 32 2.3.6 Unterdruck im okklusalen Spaltraum.............................................................- 33 2.3.7 Die Unterdruck-Formel angewandt auf Doppelkronen ..................................- 34 2.3.8 Das Tribosystem............................................................................................- 36 - 2.4 Haftvermittler - Speichel............................................................................ - 36 - I 3 Doppelkronensysteme............................................................................... - 38 3.1 Konuskronen ............................................................................................. - 38 3.1.1 Prinzip der Konuskronen ...............................................................................- 38 3.1.2 Fertigung von Konuskronen ..........................................................................- 40 3.1.3 Materialien, Legierungen und Konuswinkel von Konuskronen .....................- 41 3.1.4 Untersuchungen zur klinische Bewährung von Konuskronen.......................- 41 - 3.2 Parallelteleskope (Teleskopkronen).......................................................... - 43 3.2.1 Prinzip der Teleskopkronen (Zylinderteleskop) .............................................- 44 3.2.1.1 Parallelteleskope mit starrer Lagerung ................................................- 44 3.2.1.2 Parallelteleskope mit beweglicher Lagerung .......................................- 45 3.2.1.3 Haftmechanismus der Parallelteleskope..............................................- 45 3.2.2 Fertigung von Parallelteleskopen ..................................................................- 46 3.2.3 Materialien und Legierungen von Parallelteleskopen....................................- 47 3.2.4 Untersuchungen zur klinischen Bewährung von starr und beweglich gelagerten Teleskopprothesen ....................................................- 47 - 3.3 Doppelkronen mit zusätzlichen Retentionsmechanismen......................... - 49 3.3.1 Marburger Doppelkrone.................................................................................- 50 3.3.2 Hybridkrone (parallelwandige Doppelkrone mit Friktionsstift) .......................- 51 - 3.4 Galvanodoppelkronen (parallel oder konisch)........................................... - 51 3.4.1 Prinzip der Galvanodoppelkrone ...................................................................- 51 3.4.2 Fertigung von Galvanodoppelkronen ............................................................- 52 3.4.3 Untersuchungen zur klinischen Bewährung von Galvanodoppelkronen.......- 54 3.4.4 Materialien und Legierungen von Galvanodoppelkronen..............................- 55 - 3.5 Foliendoppelkronen................................................................................... - 55 3.5.1 Prinzip der Foliendoppelkrone.......................................................................- 55 3.5.2 Fertigung von Folienkonuskronen mit Kobalt-Chrom/Titan-Primärteil ..........- 56 3.5.3 Vergleich der Herstellungsprinzipien von konventionellen Doppelkronen und Folienkonuskronen.................................................................................- 57 3.5.4 Untersuchungen zur klinischen Bewährung von Folienkonuskronen............- 61 3.5.5 Materialien und Legierungen von Folienkonuskronen...................................- 61 - 4 Fragestellung.............................................................................................. - 62 - II 5 Methode ...................................................................................................... - 63 5.1 In vitro-Haftkraftuntersuchungen (Versuchsmethode) .............................. - 63 5.2 Herstellungsmethode der Prüfkörper ........................................................ - 66 5.2.1 Keramisches Primärteil..................................................................................- 66 5.2.2 Mesostruktur ..................................................................................................- 68 5.2.3 NEM-Tertiärstruktur .......................................................................................- 69 5.2.4 Der künstliche Speichel .................................................................................- 70 - 5.3 Auswertungsmethode (Statistische Auswertung)...................................... - 71 6 Ergebnisse.................................................................................................. - 74 6.1 Ergebnisse trocken ................................................................................... - 74 6.2 Ergebnisse unter Wasser/H2O .................................................................. - 76 6.3 Ergebnisse unter Speichelersatz (Glandosane®)...................................... - 77 6.4 Zusammenfassung.................................................................................... - 79 6.5 Varianzanalyse mit sukzessiver Reduktion der Faktoren ......................... - 79 7 Diskussion .................................................................................................. - 81 7.1 Methodenkritik (I) - Kritische Beurteilung des Prüfsystems....................... - 81 7.1.1 Einflüsse verschiedener Faktoren (Aufpresskraft Fp, Abzugsgeschwindigkeit v, Milieu) auf die Abzugskraft Fz .............................- 81 7.1.1.1 Adhäsion ..............................................................................................- 81 7.1.1.2 Hydraulischer Effekt .............................................................................- 81 7.1.1.3 Innere Reibung.....................................................................................- 82 7.1.1.4 Medium.................................................................................................- 83 7.1.1.5 Konuspassung .....................................................................................- 83 7.1.1.6 Aufpresskraft Fp....................................................................................- 84 7.1.1.7 Abzugsgeschwindigkeit v .....................................................................- 84 - 7.2 Methodenkritik (II) - Kritische Beurteilung der Probenkörper .................... - 85 7.3 Diskussion anhand der Fragestellung aus Kapitel 4 ................................. - 86 7.3.1 Besteht die Möglichkeit das Verfahren des NEM/NEM Folienkonus auf keramische Primärteile zu übertragen? ..................................................- 86 7.3.2 Existieren Zusammenhänge zwischen der Aufpresskraft Fp und der Abzugskraft Fz ähnlich dem konventionellen Folienkonus? ...................- 86 - III 7.3.3 Wie verändert sich die Abzugskraft bei unterschiedlicher Abzugsgeschwindigkeit?...............................................................................- 87 7.3.4 Welche Auswirkungen hat eine Änderung des Milieus besser der Viskosität auf die Haftkraft des Folienkonus mit keramischem Primärteil?...................- 88 7.3.5 Ist das Hagen-Poiseuille-Gesetz bei Foliendoppelkronen ebenso wie bei Galvanoteleskopen Hauptursache der Haftung?..........................................- 89 7.3.6 Warum Foliendoppelkrone, was bietet die Folie für den Praktiker an Vorteilen? .....................................................................- 90 7.3.7 Kann das Verfahren als praxisreif empfohlen werden, d.h. sind die Ergebnisse reproduzierbar? .....................................................- 91 - 7.4 Vergleich mit Galvanodoppelkronen ......................................................... - 92 7.4.1 Vorteile gegenüber der Galvanotechnik ........................................................- 92 7.4.2 Nachteile gegenüber der Galvanotechnik .....................................................- 92 - 7.5 Erläuterungen zur Auswertungsmethode– Beurteilung der Effektstärke η² und des Bestimmtheitsmaßes R2 .............................................................. - 92 7.6 Schlussfolgerung ...................................................................................... - 93 7.7 Ausblick..................................................................................................... - 94 8 Zusammenfassung .................................................................................... - 95 9 Literaturverzeichnis ................................................................................... - 97 10 Abbildungsverzeichnis.......................................................................... - 113 11 Tabellenverzeichnis ............................................................................... - 115 12 Geräte- und Materialliste ....................................................................... - 117 13 Lebenslauf .............................................................................................. - 118 14 Danksagung............................................................................................ - 119 15 Eidesstattliche Erklärung ...................................................................... - 120 - IV 1 Einleitung Bereits 1728 stellte Pierre Fauchard fest, dass die Zähne nicht nur zum Erhalt der Gesundheit wichtig sind, sondern auch „für die Aussprache und Artikulation der Worte und zur Zierde des Gesichts“ [53]. Funktionelle Störungen im orofazialen System, sowie strukturelle Schäden und Defekte zu kompensieren und folgende zu verhüten, ist laut Strub und Weiskopf das Behandlungsziel prothetisch orientierter Zahnheilkunde [181, 196] und nicht nur die Wiederherstellung der mastikatorischen, phonetischen und physiognomischen Funktion. Zur Rehabilitation des Kauorgans gehören die Behandlung von Erkrankungen der Zahnhartsubstanz, des Parodontiums, der Gingiva und der Kieferknochen sowie deren Folgen. So auch die Rekonstruktion einer funktionstüchtigen Zahnreihe und die Linderung bereits eingetretener Schäden der Kiefergelenke und der Kaumuskulatur, zu deren Schutz parafunktionelle Reize ausgeschaltet und neuromuskuläre Fehlbelastungen vermieden werden müssen. [101] Die individuelle Auswahl der Konstruktions- und Halteelemente sowie der Materialien bekommt dadurch bei der Planung eines anzufertigenden Ersatzes eine tragende Rolle. -1- 1.1 Abschätzung des prothetischen Behandlungsbedarfs Es liegen derzeit nur unzureichende Erfahrungen über den objektiv einschätzbaren Bedarf an zu ersetzenden Zähnen vor. Bei einer Würzburger Studie an älteren Patienten durch Stark und Kollegen stellte sich 1999 heraus, dass 80% der durchschnittlich 77,5-Jährigen Prothesen tragen, 55% an Karies und 70% an Parodontopathien leiden [177]. Etwa jedem fünften Patienten wurde angeraten, seine Teil- oder Totalprothese erneuern zu lassen. Der Trend zur teilprothetischen Versorgung wurde bereits 1998 durch Lenz [120] bestätigt: Je nach Alter und Kiefer sollen bei 7,3-21,0% der über 55Jährigen eine Neuanfertigung der Teilprothesen durchgeführt werden. Daher beschreiben Gerabek und John, dass selbst unter optimistischen Annahmen der Zahnverlust durch die Veralterungstendenz der Bevölkerung [59, 86] weiter zunehmen wird, diesem stimmen Biffar und Kollegen 2004 in ihrer Arbeit zu [19]. Schroeder kommt 2001 [165] zum Schluss, dass sich bis zum Jahre 2020 die Gesamtzahl fehlender Zähne nicht wesentlich verändern wird. Somit sind Studien, die sich mit der Qualitätsoptimierung teilprothetischer Therapiemittel beschäftigen, von aktueller Bedeutung. 2 Literaturübersicht über Doppelkronen In der Literatur ist oft nur der neutrale Oberbegriff „Doppelkronen“ zu finden, obwohl sich die Form des Verankerungselementes im Laufe der Zeit weiterentwickelt hat; der Begriff ist geblieben und wird allgemein für intrakoronal wirkende Retentionsformen verwendet. Starr (1886) [178], Peeso (1916) [149] und Goslee (1923) [62] beschrieben dieses Halte- und Stützelement als Erste; Eine Innen- und Außenkrone aus verlötetem Goldblech, die als zylindrische Ringbanddeckelkronen ineinander geschoben werden konnten. Erst Jahrzehnte später beschrieben Häupl und Reichborn-Kjennerud [70] 1929 die Technik der ineinander greifenden Hülsenkronen die in der neueren Zeit von Böttger [26] technisch verfeinert ab 1970 für die Prothetik anwendbar gemacht wurde. Dieses Verankerungselement erhielt wohl in Anlehnung an das klassische Fernrohr die Bezeichnung Teleskop bzw. Zylinderteleskop. 1966 wurde gleichzeitig von Hofmann, M. [79] und -2- Graber, G. [63] die resiliente (bewegliche) Lagerung von Teilprothesen durch Doppelkronen mit Spielpassung speziell für das stark reduzierte Lückengebiss beschrieben. Der Zahnersatz wird hierbei nicht primär von der Restbezahnung abgestützt, sondern vorwiegend auf den zahnlosen Kieferabschnitten. Durch die zahntechnische Perfektion der folgenden Jahre wurden Retentionsformen erwartet, die leicht aufeinander gefügt in der Endposition fest miteinander verbunden und wieder leicht lösbar sind. Mit dem Ziel ein technisch berechenbares Retentionselement mit anhaltend gleicher Passung und Haftung zu finden, entwickelte Körber, K.H. 1968 die Konuskrone [103]. Sie ist ein Halteund Stützelement, bei welchem die Haftkraft der Suprakonstruktion in definierten Werten zahntechnisch vorgegeben werden kann. Nach technischem Verständnis ist sie kein Haftkraft-Reibungsanker, sondern weist eine klassische Fügepassung auf. Sie fand ihre Anwendung vor allem im stark reduzierten Lückengebiss, in welchem festsitzender Zahnersatz nicht mehr möglich war [107]. Doppelkronen im Allgemeinen konnten in verschiedenen Studien ihre Eignung als Verankerungselemente für herausnehmbaren Zahnersatz, welche Abstützung, Retention und Absteifung in sich vereinen [56, 60, 71, 73, 81, 98, 123, 137, 135, 159] nachweisen und befinden sich flächendeckend hauptsächlich in Deutschland und Japan in der Anwendung [197]. Voraussetzung für eine gute Funktion ist aber vor allem eine exakte Passung der beiden Partner einer Doppelkrone. Die Verbindung von Matrize (Sekundärkrone) und Prothesengerüst muss einen spannungsfreien Sitz der Prothese auf der, auf dem Zahn oder Implantat aufgebrachten Patrize (Primärteil) garantieren [32]. Galvano- und Foliendoppelkronen (siehe Definition Kapitel 3.4 und 3.5) weisen hierbei viele Vorteile gegenüber den konventionellen Parallelteleskopen oder Konuskronen auf. Basis dieser Untersuchung ist ein System zur Herstellung von Mesostrukturen für Doppelkronensysteme mittels Folienprägetechnik [144, 145], welches eine weitere rationelle Methode mit ähnlichen Eigenschaften wie beim Galvanoforming darstellt. Geprüft werden Primärteile, die im Gegensatz zu früheren Untersuchungen [144, 145] nicht aus NEM oder Titan, sondern aus hochfester Zirkoniumdioxidkeramik kurz: Zirkonoxid ZrO2 (Cercon®, Fa. Degu Dent, Hanau) bestehen. -3- Ziel der Arbeit ist die Frage zu klären, wodurch die Haftung der Folienkonuskronen mit keramischem Primärteil beeinflusst wird. 2.1 Unterteilung der Doppelkronen [146] Folgende Doppelkronensysteme werden unterschieden: 1. Konuskronen (siehe Kapitel 3.1) 2. Parallelteleskope (starr oder resilient) (siehe Kapitel 3.2) 3. Sonderformen mit zusätzlichen Retentionselementen (siehe Kapitel 3.3) - Marburger Doppelkrone mit TC – Snap - Hybridkronen (Doppelkronen mit Friktionsstiften) 4. Doppelkronen mit Mesostrukturen - Galvanomesostrukturen (parallel oder konisch) (siehe Kapitel 3.4) - Folienmesostrukturen (siehe Kapitel 3.5) 2.1.1 Vorteile der Doppelkronen Auf Doppelkronen abgestützter Zahnersatz wird auch als kombiniert festsitzendherausnehmbarer Zahnersatz bezeichnet. Kombi, da die Primärkrone fest auf dem Zahn oder dem Implantat verankert ist, die Sekundärkrone sich aber in der abnehmbaren Prothese befinden. Diese Konstruktion bietet dem Patienten einen guten Tragekomfort. Weitere Vorzüge sind, dass die Suprakonstruktion (Prothese) beim Eingliedern von selbst die Lage findet und selbst an gekippten Pfeilern eine gemeinsame Einschubrichtung erreicht werden kann. Bezüglich der Gesamtpassung besitzt sie eine große Toleranz. Sie verbindet alle restlichen Pfeilerzähne im Sinne einer biostatischen Pfeilerintegration, überträgt die Kaukraft aus dem Okklusionsfeld in eine intaalveolär gerichtete, axiale Pfeilerbelastung (so genanntes Abstützendes Element). Scherkräfte werden reduziert [107], d.h. es wird eine horizontale Lagesicherung gewährleistet und sie dient in bestimmten Lokalisationen als reziprokes Widerlager für retentive Elemente (so genanntes Absteifendes Element) [17]. Der Kombi-Zahnersatz ermöglicht durch freie Zugänglichkeit des marginalen Parodontiums [175] laut Stark eine sehr gute Parodontalhygiene. Eine sekundäre Schienung [69] von -4- parodontal gelockerten Zähnen kann durch die Suprakonstruktion ebenfalls erreicht werden [24, 26, 85, 113, 159, 162, 189]. Vereinfachte Mundhygiene ist gewährleistet, da keine Nischen vorhanden sind, sowie ein hoher Selbstreinigungseffekt durch den Speichel vorliegt [17, 31]. Doppelkronengestützter Zahnersatz besticht auch durch die leichte Handhabung gerade für den motorisch eingeschränkten Patienten [17], sowie durch die leichte Erweiterungs-, Reparatur- und Unterfütterungsmöglichkeiten [188]. 2.1.2 Nachteile der Doppelkronen Doppelkronen benötigen zirkulär einen höheren Hartsubstanzabtrag als herkömmliche Einzelzahnkronen. Die Summe aus den Mindestschichtstärken von Primärkrone (0,3-0,5mm), Gerüst der Sekundärkrone (0,5mm) zuzüglich einer notwenigen Verblendung (mind. 1mm) ergibt zirkulär 1,8-2mm und okklusal 1,5-2mm Zahnhartsubstanzabtrag [76]. Vor allem im Frontzahn- und Prämolarenbereich ist der Platz für die Verblendung oft unzureichend, wodurch die Doppelkrone unnatürlich bauchig und opak erscheint. Eine ausgedehntere Präparation, verbunden mit der Gefahr der Pulpaschädigung wäre hierfür der einzige Ausweg. Das zeigt, dass die Vitalerhaltung der Zähne und Ästhetik des Zahnersatzes häufig nicht korrelieren [60, 188]. Der sichtbare Metallrand der Primärkrone, bedingt durch subgingivalen Präparationsrand und damit verbundene Retraktion der Gingiva, wird von Patienten teilweise als störend empfunden [192]. Bei einer zu hohen, unphysiologischen Retention >10N, ist die Lebenserwartung eines Pfeilerzahnes eingeschränkt [137]. Das Aussehen der metallfarbenen Primärkrone nach Ausgliederung des Zahnersatzes, der so genannte „Demaskierungseffekt“, ist eine nicht zu unterschätzende psychologische Beeinträchtigung [18]. Bei Teleskopen Verschleißverhalten Betrachtung Sekundärteils, der konnte Stark zeigen, Außenseite [176] dass des Verschleißspuren bei in seiner Untersuchung zum rasterelektronen-mikroskopischer Primärteils überwiegend und der punktuell Innenseite oder des kleinflächig lokalisiert auftraten. Die Summe aller punktuell auftretenden Metallnasen bildet -5- die wahre Haftreibungsfläche, welche je nach bestehendem Fügedruck elastisch oder plastisch verformt wird. Aufgrund dieser gusstechnischen Passungenauigkeiten bei Teleskopen kann die endgültige geometrische Form ineinander einschiebbarer Elemente erst durch deren Funktion erreicht werden. Dadurch nimmt bei einigen Legierungen die Haftkraft während des Gebrauches zu, bei anderen ab [140, 164]. 2.2 Materialien von Doppelkronen Bei der Auswahl der Legierungen ist zu berücksichtigen, dass seit den Empfehlungen des BGA zu Dental-Legierungen [29] vom 1. August 1993 der Zahnarzt für die Legierungsauswahl verantwortlich ist. Seit Beginn des Jahres 2000 besteht eine „Gewährleistung“ des Zahnarztes gegenüber dem Patienten für die Dauer von zwei Jahren. Außerdem müssen die Werkstoffe den Anforderungen des Medizinproduktegesetzes [44] entsprechen und der speziellen mechanischen und korrosiven Beanspruchung angepasst werden. Mechanische Beanspruchung ergibt sich durch das mehrmals tägliche Lösen und Zusammenfügen des Primär- und Sekundärteils, sowie deren funktionelle Belastung. Korrosion (siehe Kapitel 2.2.2.1) kann, bedingt durch die Beständigkeit des verwendeten Materials, durch die Geometrie des Fügespalts und den Elektrolyt „Speichel“ auftreten [170]. Die Auswahl der Legierungen erfolgte nach Hagner [65] daher nach drei Kriteriengruppen: 1. allgemeine Kriterien: • Grundlage: Vorgaben des Medizinproduktegesetzes [134] • Empfehlungen der Hersteller zu den Legierungen • Möglichst lange Präsenz auf dem Dentalmarkt • Legierungen von Herstellern mit ausreichendem Marktanteil -6- 2. biologische Kriterien: • Geringe Anzahl von Legierungsbestandteilen • Gleiche Legierung für Matrize und Patrize oder Keramik und Metall • Hohe Korrosionsresistenz, hohe Löslichkeitsgrenze • Kein Cadmium (Cd), Gallium (Ga), Beryllium (Be), Blei (Pb), Nickel (Ni) und Vanadium (V) • Möglichst wenig Indium (In), Eisen (Fe), und Kupfer (Cu) • Keine Palladium-Kupfer- und keine Nickel-Basis-Legierungen 3. funktionelle und klinische Kriterien: • Legierungen vom Härtetyp IV • Hohe Härte nach dem Gießen (HV > 200) • Hohe Duktilität (0,2%-Dehngrenze > 500 N/mm²) • Hohes Elastizitätsmodul (E-Modul > 100.000) • Breites Indikationsspektrum Im Jahr 2001 wurden 1118 Dentallegierungen für das zahnärztliche Einsatzspektrum durch die Dentalindustrie angeboten [65]. Nach DIN EN 1562 [43] unterscheidet man bei dentalen Goldgusslegierungen nach ihrer Härte (nach dem Gießen) in vier Typen: Typ 1: (weich) 50 bis 90 HV Typ 2: (mittelhart) 90 bis 120 HV Typ 3: (hart) 120 bis 150 HV Typ 4: (extrahart) über 150 HV Die Vickershärte der Typ 4 Legierungen soll nach dem Aushärten mindestens 220 HV betragen [65]. -7- Nach K.-H. Körber ist durch die Auswahl einer harten Metalllegierung mit hohem Elastizitätsmodul eine konstante Haftkraft an jeder Doppelkrone zu gewährleisten [107]. Es wurden zu Beginn harte oder extraharte hochgoldhaltige Legierungen des Typs 3 oder des Typs 4 nach DIN 13906 [39] für die Herstellung von Teleskopsystemen verwendet, da über deren Verarbeitbarkeit, langfristige Erhaltung der Haftkraft und Korrosionsresistenz die meisten Erfahrungswerte vorlagen. Heute werden nur noch extraharte Legierungen Typ 4 mit einer Vickershärte von 150-220 HV [45, 95] verarbeitet. 2.2.1 Edelmetall-Legierungen 2.2.1.1 Hochgoldhaltige Legierungen Hochgoldhaltige Legierungen enthalten mehr als 75% Gold und Platinmetalle, in der Regel Platin (Pt) und Palladium (Pd). Der Goldgehalt beträgt mindestens 70%. Silber (Ag) und Kupfer (Cu) sind weitere Legierungsbestandteile, ebenso Zink (Zn). Sie werden nach dem Metall mit dem jeweils höchsten einzelnen Gewichtsanteil in Gold (Au)-, Palladium (Pd)- und Silber (Ag)-Legierungen eingeteilt. Bei Gold- und Palladiumlegierungen wird noch zwischen Legierungen für Metallkeramik und den nicht aufbrennfähigen Legierungen unterschieden [160]. 2.2.1.2 Goldreduzierte Legierungen Bei goldreduzierten Legierungen beträgt der Gehalt an Gold- und Platinmetallen maximal 75%. Der Goldgehalt sollte mindestens 50% betragen. Der reduzierte Gehalt an Gold wird bei diesen Legierungen in der Regel durch höhere Palladium- (Pd), Silber- (Ag) und Kupfer- (Cu) Gehalte ausgeglichen. Goldreduzierte, silberfreie Legierungen besitzen als Ersatz für Silber (Ag) ca. 40% Palladium. Auch hier wird zwischen aufbrennfähig und nicht aufbrennfähig unterschieden. Diese goldreduzierten Legierungen haben ein höheres E-Modul als hochgoldhaltige Legierungen [160]. -8- 2.2.2 NEM-Legierungen Nichtedelmetall-Legierungen enthalten in geringen Mengen Edelmetalle (Silber, Gold, Quecksilber, Rhenium und die Platinmetalle Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin). Ihr Anteil darf maximal 25% betragen [170]. Der Gebrauch von Kobalt-Chrom-Basislegierungen, mit einem gegenüber Goldlegierungen höheren und somit günstigeren Elastizitätsmodul, findet verstärkt Anwendung in der Zahnheilkunde [170], da durch wirtschaftliche Zwänge Alternativen geschaffen werden mussten. Ihre Herstellung beschreibt Düchting als verfahrenstechnisch schwieriger [48]. Laut Lenz und Kollegen [123] muss vor einer routinemäßigen Anfertigung von Konuskronenarbeiten die Haftungsziffer (Degulor M z.B. µ0=0,212) jeder einzelnen Legierung durch den Zahntechniker per vorherigem Haftungsziffer ist abhängig Testverfahren von der ermittelt werden. Diese Materialpaarung, der Oberflächenbeschaffenheit (Rauheitsgrad) und dem Schmierungsgrad der Kontaktflächen. Bei einer ununterbrochenen Schmiermittelschicht strebt die Haftgrenze gegen Null. Normalerweise stellt sich ein Zustand der „Mischreibung“ ein, bei dem die Haftungsziffer zwar deutlich herabgesetzt, aber noch von Null verschieden ist. Diese ist unabhängig von der Größe der Berührungsflächen. Für implantatgetragene Konstruktionen oder bei Allergiepatienten kann als Ausweichkonstruktion Reintitan verwendet werden [15, 18]. Simon [171] wies hierfür nach, dass ein Klemmen der Primär- und Sekundärteile beim Ausgliedern durch die Oberflächenveränderung vermehrt vorkommt. Die dabei auftretende Verschleißreibung führt zu einem schnelleren Haftungsverlust. 2.2.2.1 Korrosion Korrosion ist die Reaktion eines Werkstoffes mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffes bewirkt und zu einem Korrosionsschaden führen kann. Unter einem Korrosionsschaden wird im verallgemeinerten Sinne jede Beeinträchtigung der Funktion eines Bauteiles oder eines gesamten Systems verstanden [47]. -9- Unter dem Oberbegriff „Korrosion“ versteht man eine Sammlung von einzelnen Korrosionsarten, z.B.: • Lochfraßkorrosion • Gleichförmiger Flächenabtrag • Selektive Korrosion (z.B. Spaltkorrosion) • Kontaktkorrosion • Intrakristalline Korrosion • Spannungsrisskorrosion • Korrosionsermüdung Für das Auftreten von Korrosionsprozessen müssen, laut Müller, zwei Voraussetzungen erfüllt sein [142]. 1. eine wässrige Lösung muss vorhanden sein. Ausreichend sind bereits die bei hoher Luftfeuchtigkeit gebildeten dünnen und unsichtbaren Flüssigkeitsfilme auf Metalloberflächen. 2. ein Oxidationsmittel muss vorhanden sein. In der Chemie gibt es zahlreiche Oxidationsmittel, von denen vor allen Dingen der Luftsauerstoff bei der Korrosion eine wichtige Rolle spielt. Bei der Spaltkorrosion zum Beispiel kommt es zu Sauerstoffmangel in der Flüssigkeit in mikroskopisch kleinen Ritzen, wodurch die Flüssigkeit im Spalt stark sauer wird. Die jetzt im Überschuss vorhandenen Wasserstoff-Ionen "bedienen" sich der Chlorid-Ionen aus dem Kochsalz (das im Organismus überall vorkommt) und bilden Salzsäure. Das Gleichgewicht zwischen Oxidation und Reduktion (vereinfacht: "Oxid-Auflösung") verschiebt sich stark zum Letzteren hin, die Passivierungsschicht wird angegriffen und löst sich auf. Zusätzlich entsteht eine elektrische Spannung zwischen der Glattfläche und der Oberfläche im Spalt - es bildet sich lokal (örtlich) ein Element (Batterie) mit nur einem Metall daher dann der Name "Lokalelement". Die Flüssigkeit im Spalt ist sehr aggressiv, so dass sie jede Edelmetall-Legierung angreift. Erstaunlicherweise sind im Gegensatz dazu Titan und gut verarbeitete - 10 - Kobalt-Basislegierungen so widerstandsfähig, dass sie keine Spaltkorrosion erleiden [206]. Im Mund ist der schwach saure Speichel als Elektrolyt für die Korrosion verantwortlich. Der Speichel enthält Ionen und ist somit leitend [170]. Elektrode kann jedes Metall sein, da Metalle das Bestreben haben in Elektrolyten (Speichel) in den Ionenzustand überzugehen bzw. sich aufzulösen. Dies ist bei jedem Metall unterschiedlich stark ausgeprägt. Entsprechend kann man die Metalle einem Korrosionspotential zuordnen [164]. Hierbei ist Wasserstoff die Bezugsgröße und wird dem Potential 0 zugeordnet. Links vom Wasserstoff stehende Metalle mit negativem Potential sind unedel und leicht lösbar; rechts stehende sind edel und weniger lösbar [161]. Das Korrosionsverhalten einer Legierung beeinflusst laut Schinkner [161] auf Dauer den Gesundheitszustand des Patienten. Die gelösten Metalle können zu entzündlichen und allergischen Reaktionen führen. Sie können im Darmkanal resorbiert werden und so weitere Gesundheitsschäden hervorrufen. Sekundär kann es an korrodierten Flächen zu Verfärbungen und verstärkten bakteriellen Besiedlungen kommen. Durch die verstärkte Löslichkeit der Legierung wird natürlich auch die Haltbarkeit eines Werkstücks verkürzt [161]. Aufgrund verschiedener Chargennummern, Gussbedingungen oder späterer Weiterbearbeitung können selbst bei gleichen Metalllegierungen Produkte mit ungleicher Zusammensetzung entstehen und so ein Lokalelement herbeirufen [89]. Die Korrosion unter in vivo-Bedingungen, d.h. in der Mundhöhle, steht in kausalem Zusammenhang mit allen Aspekten der Biokompatibilität von Dentallegierungen [96, 130]. Bei der so genannten biologischen Korrosion handelt es sich, im Gegensatz zu allen physikalisch-chemischen Korrosionsmodellen, nicht um einen in vitro nachvollziehbaren, einfachen elektrochemischen Reaktionsmechanismus, sondern um einen komplexen, durch eine Vielzahl biologischer Faktoren herbeigeführten und katalysierten Zustand [84, 96, 200]. Zu diesen Faktoren zählen neben der Zusammensetzung, dem physikalischen Zustand und der Oberflächenbeschaffenheit der Legierungen auch Temperaturveränderungen, - 11 - pH-Verschiebungen sowie die chemische Zusammensetzung und Veränderungen des Mundhöhlenmilieus. Weiterhin muss berücksichtigt werden, dass auch der physikalische Stress, d.h. die Belastung der Legierung als Werkstoff einer Krone oder Brücke während des Kauens, ein Korrosion begünstigender Faktor sein kann. Deshalb sind auch die Untersuchungsmethoden bisher zur bekannten Prüfung des und eingesetzten in vitro- Korrosionsverhaltens von Dentallegierungen für in vivo-Verhältnisse ungeeignet und Angaben zum Korrosionsverhalten dieser Legierungen aufgrund solcher in vitro-Tests sind irrelevant für ihr Verhalten im biologischen Milieu der Mundhöhle [170]. Die durch Korrosionsvorgänge der Legierungen in der Mundhöhle freigesetzten Metallionen werden an organische Speichelbestandteile (z.B. Glykoproteine, Muzine, Amylase und Lysozyme) gebunden [140]. Diese Bindung ist abhängig vom Typ des Metallions, dem Proteintyp und dem vorliegenden pH-Wert. Die Metalle Kobalt und Nickel weisen dabei eine stärkere Bindung an organischen Speichelbestandteilen auf, als z.B. das Metallelement Chrom [141]. Obwohl für die Beurteilung der Biokompatibilität von Dentallegierungen die biologische Korrosion von entscheidender Bedeutung ist, wurde sie bisher nicht in die nationalen und internationalen Prüfrichtlinien integriert [28]. Ebenso sind in der Literatur bislang nur relativ wenige Untersuchungen zur Korrosion von Dentallegierungen unter in vivo-Bedingungen beschrieben [2, 12, 13, 14, 28, 61, 74, 160, 179]. Bisher liegen nur vereinzelte, orientierende Untersuchungen zum in vivoKorrosionsverhalten von Dentallegierungen beim Menschen vor [2, 55, 179, 191]. Im Gegensatz zu den Dentallegierungen existieren zahlreiche Untersuchungen zum in vivo-Korrosionsverhalten von orthopädischer Metallimplantatwerkstoffe beim Menschen [1, 5, 46, 78, 138, 139, 186]. Aus diesen Studien zeigt sich, dass es bei der Verwendung von Hüftgelenkendoprothesen mit einem Gelenkkopf aus einer Kobalt-ChromLegierung und einer Gelenkpfanne aus Polyethylen, post operativ, im Vergleich - 12 - zu den Werten direkt nach dem Eingriff, zu signifikant erhöhten Serum-ChromWerten kommt [5, 20]. Die Serum-Kobalt–Konzentrationen bleiben unverändert, während die Serum-Chrom-Spiegel erst zwischen zwei und sechs Wochen nach der Implantation ansteigen [25]. Im Gegensatz hierzu geben Autoren [186] an, dass es bei Verwendung von Metall-Kunstoff-Endoprothesen aus Kobalt-ChromLegierungen zu keinem nachweisbaren Anstieg der Kobalt- bzw. Metallionengehalt nach Chrombelastung im menschlichen Organismus kommt. In einer weiteren Untersuchung [46] wird der Langzeitimplantationen von Kobalt-Chrom-Hüftgelenkendoprothesen mit Hilfe der Neutronenaktivierungsanalyse getestet. Dabei finden sich bei Verwendung von Metall-Metall-Hüftgelenkendoprothesen im periimplantären Gewebe hohe Kobaltund Chrom-Werte. Dies muss vorrangig auf mechanische Abriebvorgänge zwischen dem metallischen Hüftgelenkkopf und der metallischen Hüftgelenkpfanne zurückgeführt werden. Bei Hüftgelenkendoprothesen aus Kobal-Chrom-Legierungen mit einem metallischen Gelenkkopf und einer Hüftgelenkpfanne aus Polyethylen lassen sich deutlich geringere Werte nachweisen. An dieser Stelle muss ausdrücklich betont werden, dass die Ergebnisse des Korrosionsverhaltens orthopädischer Kobalt-Chrom-Legierungen nicht ohne weiteres übertragbar sind auf das Korrosionsverhalten von Kobalt-ChromLegierungen in der Mundhöhle. Die mechanische Belastung sowie das biologische Milieu sind nicht vergleichbar. Grundsätzlich ist bekannt, dass der Korrosionswiderstand von Kobaltbasislegierungen mit wachsendem Chromgehalt zunimmt [50]. Bei einem Chromgehalt unter 16% lassen sich atomabsorbtionsspektometrische signifikant gesteigerte nachweisen, Nickelfreisetzungsraten während eine aus Freisetzung von Nichtedelmetall-Legierungen Nickel und Chrom aus Nichtedelmetall-Legierungen bei einem Chromgehalt von über 27% nicht nachweisbar ist [50]. In französischen Untersuchungen [21] wird darauf hingewiesen, dass es bei der zahnärztlichen Verwendung von - 13 - Edelmetall-Legierungen häufige Korrosionsveränderungen gibt, wobei die edelmetallreduzierten Legierungen am korrosionsanfälligsten sind . Zur Einschätzung des Korrosionsverhaltens von Dentallegierungen wurden zahlreiche in vitro-Korrosionstests beschrieben, wobei versucht wurde, mundähnliche Bedingungen zu simulieren [119]. In der Mehrzahl wurden dabei Messungen der so genannten anodischen Polarisation durchgeführt. Hierbei wird eine Legierungsprobe in einem definierten Elektrolyt, z.B. Kochsalzlösung oder Kunstspeichel, einer bestimmten Spannung ausgesetzt und der fließende Strom, d.h. die Stromdichte, gemessen. So entstehen Strom-Spannungs- (Stromdichte-Potential-) Kurven, wobei die Stromdichte ein Maß für die korrosive Freisetzung von Metallionen aus der Legierungsoberfläche ist. Kobalt-Basislegierungen zeigten in diesen in vitro-Korrosionstests eine ausgeprägte Passivierung, und erst ab einer angelegten Spannung von 750 mV ist bei einem neutralen pH-Wert eine Auflösung, d.h. das Durchbruchspotential, festzustellen [198]. Bei Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierungen, die sowohl für orthopädische Implantate als auch für zahnärztliche Zwecke weit verbreitet sind, zeigte sich bei in vitro-Korrosionstests [127], sowohl bei verschiedenen Zuständen der Legierungsoberfläche als auch bei differierenden Elektrolytbedingungen, eine hohe Korrosionsresistenz [127, 199]. Sie beruht vor allem auf der Bildung stabiler Chromoxid-Passivierungsschichten auf der Legierungsoberfläche. Durch partielle oder vollständige Zerstörung dieser Passivierungsschicht kann es aber auch hier zu Korrosionsvorgängen kommen [127]. 2.2.3 Dentalkeramiken Keramiken umfassen eine große Familie anorganischer Werkstoffe innerhalb der Gruppe der Nichtmetalle. Sie werden in drei Untergruppe eingeteilt, in Silikat-, Oxid- und Nichtoxidkeramiken. Den Silikatkeramiken liegen als gemeinsames Merkmal die gleichen Ausgangsstoffe zugrunde: die natürlich vorkommenden - 14 - Mineralien Quarz und Feldspat, die zu einem Werkstoff führen, der aus Silikat besteht. Silikatkeramiken können aber auch aus anorganischen Reinstoffen synthetisiert werden. Unter Oxidkeramiken versteht man keramische Werkstoffe aus einfachen Oxiden wie Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkondioxid (ZrO2) sowie komplexe Oxide wie Spinelle. Oxidkeramiken im engeren Sinne sind polykristalline Stoffe, die nur aus den jeweiligen Oxiden aufgebaut sind. Eine Zwischenstellung zwischen den Silikatkeramiken und den polykristallinen Oxidkeramiken nehmen glasinfiltrierte Keramiken (Leuzitverstärktes Lithiumdisilikat) ein, die einen hohen Oxidanteil haben, aber durch das Infiltrationsverfahren einen Glasanteil besitzen. Nichtoxidkeramiken sind Verbindungen aus Nitriten und Carbiten, die als restaurative Materialien keine Rolle spielen, aber als „Hartmetallbohrer“ und Poliermittel im täglichen zahnärztlichen und zahntechnischen Gebrauch sind. Die dentalkeramischen Massen selbst bilden nur einen sehr kleinen Bereich innerhalb des Gesamtspektrums der Keramiken [151]. Dentalkeramische Werkstoffe sind spröde. Ihre Druckfestigkeit ist hoch, die Zugfestigkeit ist jedoch sehr begrenzt. Sie sind härter als Stahl. Der Abrasionswiderstand der dentalkeramischen Werkstoffe entspricht dem des natürlichen Zahnschmelzes. Sie sind gegen korrosive Substanzen ausgesprochen widerstandsfähig [169]. Die sicherste Möglichkeit Korrosion und Kaltverschweißungen auszuschließen, ist einen der Partner des Patrizen/Matrizen-Systems metallfrei zu gestalten. Die eingeführten Oxidkeramiken wie z.B. die ZrO2-Keramik sind stabil genug, um auch Anforderungen an dünnwandigen Primärkronen zu genügen. Die Oberflächenbearbeitung der Keramiken ist so gut, dass absolut glatte Flächen geschaffen werden können und so eine verringerte Plaqueanlagerung [193] erreicht wird. Das Fehlen von metallischen Rändern sowie der ausbleibende Demaskierungseffekt sind weiter Vorteile. - 15 - 2.2.3.1 Materialübersicht Verarbeitung Charakteristik Gas- oder Leuzitverstärktes Silikatkeramik Lithiumdisilikat Schlickertechnik, Pressen Oxidkeramik CAD/CAM oder Celay- Sintern, Pressen Verfahren (siehe Kapitel oder Ausschleifen 2.2.3.2) Schmelzähnliche Wegfall der Transluzenz und Sinterschrumpfung, Transparenz Farbgebung durch (Chamäleoneffekt) Einbrennen von Opazität, Einfarbigkeit Malfarben Einsatzgebiet Inlay, Onlay, 3-gliedrige 3-gliedrige Teilkrone, Veneer, Prämolarenbrücken bis Seitenzahnbrücken Kronen im Front- regio Zahn 5 und Prämolarenbereich Fabrikate Empress 1® Empress 2® (Ivoclar, (Ivoclar, FL- FL-Schaan), Cercon Alumina® (Vita, Bad Schaan), Ceram S® (Degundent, Säckingen), Procera® Vitapress® (Vita, Hanau) (nobel Biocare, Köln) Bad Säckingen), a) Aluminiumoxid: InCeram b) Zirkonoxid: Cercon Dicor® (Dentsply, base® (DeguDent, Konstanz) Hanau), Zeno® (Wieland, Pforzheim Biegefestigkeit Bis ca. 150 – Ca. 300MPa Bis ca. 1000MPa Adhäsiv mittels Adhäsiv mittels Zementieren mittels Komposit Komposit Phosphatzement oder 200MPa, nur gering mech. belastbar Befestigung adhäsiv mittels Komposit - 16 - 2.2.3.2 Herstellungsverfahren Celay-Verfahren Manche Hersteller wählen den Weg über ein Kopierfräse, d.h. eine modellierte Restauration wird per Scanverfahren abgetastet und digitalisiert. Ein Taster, der an eine Turbine gekoppelt ist, fährt die Modellation ab und der Schleifköper führt zeit- und bahnidentisch dieselben Bewegungen durch. In Zukunft kann auch ein fester Vergrößerungsfaktor das Formfräsen von Zirkonoxidkeramik im Grünzustand ermöglichen [151]. CAD/CAM-Verfahren Andere Hersteller arbeiten mit einem vollständig computerbasierten Design (CAD = computer aided design), bei welchem der Kopiervorgang durch elektronische 3D-Vermessung von Zähnen ersetzt wird, d.h. die Präparation wird durch eine Messaufnahme optisch im Mund oder auf dem Modell nach konventioneller Abformung und Herstellung eines Meistermodells erfasst. Das computergestützte Modellieren der Restauration (CAM = computer aided manufacturing) übernimmt die zahntechnische Aufwachsarbeit. Die Konstruktion der Restaurationen (Inlay, Onlay, Teilkrone, Veneer, Krone) erfolgt auf einem handelsüblichen PC; eine Zahndatenbank liefert Vorlagen für Höcker, Fissuren und Okklusalflächen. Alternativ zum CAD-Prozess lassen sich die Gerüste auf dem Meistermodell aufwachsen. Ein Spezialwachs ermöglicht ein Einscannen der Modellation [151]. Nacharbeiten beim Eingliedern, wie das Einschleifen der Kauflächen sind erforderlich. Generell unterscheidet man Chairside und Non-Chairside Herstellungsverfahren. Chairside bedeutet, dass die optische Erfassung der Präparation im Mund ohne Abformung geschieht. Die Konstruktion der Restauration vollzieht sich auf einem handelsüblichen PC und die Restauration wird direkt am Behandlungsstuhl ausgefräst. Beim Non-Chairside Verfahren dagegen erfolgt die optische Erfassung der Präparation extraoral am Sägemodell nach der Abformung. Die Konstruktion, das Ausfräsen und die Nachbearbeitung findet komplett im Labor statt. - 17 - Die längste Erfahrung mit der CAD/CAM-Technologie kann das chairside arbeitende Cerec®-System nachweisen. Als einziges System verzichtet es auf die Abformung im Mund. Mit Cerec® wurde es erstmals möglich, den Patienten in einer Sitzung mit einer vollkeramischen Restauration zu versorgen. Den Vorteil der extraoralen, lichtoptischen Abtastung am Sägemodell nutzt das System Cerec inLab®, ein Digitalisier- und Schleifautomat für das Dentallabor, das einen Laserscanner und eine Fräseinheit auf engstem Raum vereinigt. Dadurch können subgingivale Präparationsränder, die konventionell mit Retraktionsfäden gegen die Einwirkung von Speichel und Blut abgeformt werden sowie Unterschnitte exakt mit dem extraoralen Laserscanner erfasst werden. Wahlweise kann auch ein Wax-up gescannt werden. Hergestellt werden Kronenkappen und Gerüste für dreigliedrige Brücken aus Silikatkeramik oder InCeram® Blanks zur Lanthan-Infiltration [110]. Elektrophorese-Tauchverfahren Aluminiumoxidkeramik- oder Zirkonoxidkeramik-Schlicker wird mit Hilfe eines elektrophoretischen Dadurch wird eine Tauchprozesses besonders auf dichte den und Modellstumpf homogene aufgebracht. Schichtung der Keramikpartikel erreicht. Die Stabilität der Käppchen ist groß genug, um sie mit rotierenden Instrumenten auszuarbeiten und ohne Modellstumpf zu sintern. Das Herstellen von Dublikatstümpfen ist nicht mehr erforderlich. Das elektrophoretische Abscheiden erfolgt mit großer Präzision, so dass die Gerüste eine hohe Passgenauigkeit besitzen. Die Indikation für Restaurationen, die mittels dieses Verfahrens hergestellt werden, umfassen vor allem Kronengerüste, aber auch die Herstellung individueller Implantat-Abutments und dreigliedrige Brückengerüste [151]. Elektrophoretische Abscheidung: Ähnlich dem Galvanoforming ist die Elektrophorese die Wanderung elektrisch geladener Teilchen in einem flüssigen Medium und möglichst homogenem, elektrischem Feld. Bei der elektrophoretischen Abscheidung können zwei Teilprozesse unterschieden werden: 1. die elektrophoretische Wanderung Suspension im elektrischen Feld. - 18 - der geladenen Partikel einer 2. die Abscheidung der Partikel an einer Membran (Membranabscheidung). Bei diesem Verfahren wird Schlicker aus Aluminiumoxidkeramik oder Zirkonoxidkeramik elektrophoretisch auf ein Duplikatmodell abgeschieden. Im Vergleich zum manuellen Schlickern wird eine hohe Dichte und Homogenität erzielt. Das elektrophoretisch abgeschiedene Gerüst ist sehr passgenau und wird schrumpfungsfrei (porös) gesintert und anschließend mit Spezialglas infiltriert [151]. Die Indikationen sind Kronen und dreigliedrige Brückenkonstruktionen im Seitenzahngebiet ebenso wie bei den Schleifverfahren. 2.2.3.3 Bedingungen bzw. Grenzen der Herstellungsverfahren Die Gestaltung der Zahnpräparation für vollkeramische Restaurationen wird maßgeblich von zwei Einflussgrößen bestimmt: 1. Systemspezifische Limitationen durch die zu fräsende Formgebung 2. Festigkeit des Vollkeramiksystems Die Vermessungseinrichtungen von CAD/CAM-Systemen, insbesondere die taktil arbeitenden, zwingen zu einer Präparation mit ausgeprägten Stufen oder Hohlkehlen, damit die Sensoren den Präparationsrand erkennen und verarbeiten können. Damit verbunden ist häufig ein hoher Hartsubstanzabtrag. Die Präparationsgrenze muss präzise gelegt und vom jeweiligen Scannersystem klar erfasst werden. Doch nicht nur die Abtastung ist bei mäßig bis schlecht ausgeführten Präparationsgrenzen völlig überfordert, auch der Form gebende Fräser kann die korrespondierenden, oft im Raum komplex verlaufenden Restaurationsränder nicht korrekt ausarbeiten. Zahntechniker hingegen können bei der handwerklichen Methode (Goldränder, Keramikschulter) auf Erfahrungen zurückgreifen und die Restauration auch bei fehlerhaften Präparationsgrenzen mit einem akzeptablen Randschluss versehen. Dem maschinellen Fertigungsprozess fehlt diese Fähigkeit; er ist auf eindeutige Präparationsformen angewiesen. Deshalb ist der Präparationsaufwand höher als bei der VMKTechnik oder für Presskeramiken [110]. - 19 - 2.2.3.4 Definition Grün- und Weißkörper [110] a) „Grünkörper“: ein Pressling aus Glaskeramik ohne Wärmebehandlung, d.h. ein aus Keramikpulver und Bindemittel gepresstes Objekt, das sich leicht beschleifen lässt, da es weich und instabil ist und erst nach dem Formschleifen dichtgesintert wird. Extrem hohe Sintertemperaturen über 1500°C lassen noch eine Schrumpfung von ca. 20-30% auftreten, je nach Hersteller und Rohling. Die Bearbeitung wird mit Hartmetallfräsen ohne Flüssigkeitskühlung durchgeführt. b) „Weißkörper“: ein Pressling mit thermischer Vorbehandlung, durch die sich organische Presshilfsmittel verflüchtigt haben und der Rohling über eine ausreichende Eigenfestigkeit verfügt. Dieser porös vorgesinterter Rohling wird bei Oxidkeramik (Zirkonoxid) verwendet. Durch das Vorsintern hat der „Weißling“ einen Schwund von 5% erfahren und bei der CAD/CAMHerstellung (siehe Kapitel 2.2.3.3) muss nur noch ein nachträglicher Sinterschwund von z.B. 20% bei Leuzitkeramik (linear) bedacht werden [57]. „Weißkörper“ können mit Hartmetallfräsen und mit Diamantschleifkörpern unter Wasserkühlung bearbeitet werden. Die Mehrheit der CAD/CAMTechnologien benutzt diesen Rohlingstyp. - 20 - c) „gehipter Weißkörper“: ein Pressling im heiß-isostatisch-gepressten Zustand (hot isostatic postcompaction = hip). Die Bearbeitung dieser Zirkonoxidrohlinge erfolgt dann mit (v.a. durchgesinterten) Wasserkühlung. Diamantschleifern Manche Firmen unter nutzen diese Verarbeitungsweise um Sinterverzüge zu vermeiden, Zeit für den Sinterungsprozess und Kosten für den Sinterofen zu sparen. Die verlängerten Fräszeiten entsprechen in etwa der Zeitersparnis durch den fehlenden Sinterprozess. Der erhöhte Schleifkörperverschleiß und die nicht eingefärbten Rohlinge sind als nachteilig zu beachten. 2.2.3.5 Materialien und deren Indikationsbereich Um die Eignung eines keramisches Systems für einen Indikationsbereich abzuschätzen, sollen die Biegefestigkeit und die Bruchzähigkeit des Werkstoffs verglichen werden. Liegt die initiale Biegefestigkeit unter 200MPa, so ist der Werkstoff nur für Einlagefüllungen, Teilkronen und Veneers geeignet; die adhäsiv befestigt werden müssen [151]. Mit dem kraftschlüssigen Klebeverbund bietet die Restaurationsinnenseite keine mechanische Grenzfläche mehr, an der Riss auslösende Zugspannungen wirksam werden können. Verklebte Inlays und Teilkronen aus Silikatkeramik haben sich klinisch sehr gut bewährt. Damit ist die Presskeramik (Leuzitverstärkte Silikatkeramik) der adäquate Werkstoff für ästhetisch anspruchsvolle Restaurationen im Frontzahngebiet und im Prämolarenbereich. Für vollkeramische Kronen oder Brücken sind Festigkeiten von 400-600MPa oder höher notwendig; Kronen aus Keramik bis 200MPa weisen inakzeptable Überlebensraten auf. Die leuzitverstärkte Presskeramik ist auch für Molarenkronen und für dreigliedrige Brücken bis zum zweiten Prämolaren vorgesehen. Ebenfalls für Kronen geeignet sind Käppchen aus Aluminiumoxid und Kronenkäppchen aus Zirkonoxidkeramik. Gute Überlebensraten nach fünf Jahren liegen für Infiltrations-Keramikkronen und für Oxidkeramikkronen vor; - 21 - Lithiumdisilikat-Kronen stehen seit 1998 unter klinischer Beobachtung mit guten Bewertungen [110]. Bisher war der zweite Prämolar der endständige Zahn für vollkeramische Eingliederungen. Die neue Systemkeramik (Zirkonoxid vor- und nachgesintert) für Molaren-Restaurationen weist in neueren Untersuchungen ermutigende Zwischenergebnisse auf [110]. Gründe für einige Abplatzungen der Verblendungen müssen noch rekonstruiert werden. Bei Bruxismus, eine Herausforderung für jede Keramik, sollte zu Zirkonoxid gegriffen werden, weil hier Festigkeiten von über 1000 MPa erreicht werden. Auch die Silikatisierung der Kroneninnenseite ist eine Option zusätzliche Verbundkräfte zu mobilisieren. Anders als bei der Formgebung von Glaskeramik – Sintern, Pressen oder Ausschleifen – können Restaurationen aus Oxidkeramik derzeit nur aus industriell vorgefertigten Keramikblocks gefräst werden. Die initiale Werkstoffqualität des Keramikblocks ist aufgrund der homogenen Kornverteilung und Dichte hervorragend. Bei der mechanischen subtraktiven Bearbeitung bzw. bei evtl. unsachgemäßem Umgang bei der Nachbearbeitung wird die Oberflächenstruktur geschwächt. Diese Schädigung kann jedoch wieder durch nachfolgende Prozessschritte wie Infiltration von Lanthanglas oder Sinterbrand (Cercon®) teilweise bis vollständig repariert werden. Ein aparativ einfaches Verfahren für die subtraktive Bearbeitung von Keramik bietet das Celay-Verfahren. Diese Kopierfräsvorrichtung eignet sich für Einlagefüllungen, Teilkronen und Kronen. Die mechanische Kopplung zwischen Taster und Schleifkörper lässt auch einen festen Vergrößerungsfaktor zu, der in Zukunft auch das Formfräsen von Zirkonoxidkeramik im Grünzustand ermöglicht. Die CAD/CAM-Technologie ersetzt den Kopiervorgang durch die elektronische 3D-Vermessung von Zähnen und durch das computerunterstützte Modellieren der Restauration. Neuerdings kann auch Zirkonoxidkeramik als Grünling gefräst werden zur anschließenden Dichtsinterung. - 22 - 2.2.3.6 Eigenschaften Zirkonoxid Das hochfeste Zirkonoxid, auch „keramischer Stahl“ genannt, gilt als Türöffner für die maschinelle Frästechnik – also Kopierfräsen, CAM- oder CAD/CAM-Systeme. Zirkonoxid wird in zwei Aggregatzuständen verarbeitet. Die Systeme DCS® und Digident® fräsen die Restauration aus dem hartgesinterten Keramikblock (Weißling); dadurch kann der Zahntechniker unmittelbar nach dem Ausschleifen die Passgenauigkeit am Modell prüfen. Weitspannige Brückengerüste bis 12 und mehr Glieder sind technisch möglich. Allerdings ist der Zeitaufwand für den Schleifprozess sehr hoch, weil sich die Sinterdiamantwerkzeuge über mehrere Stunden durch das harte Zirkonoxid arbeiten müssen. Die andere Methode bedient sich des Grünlings. Zirkonoxid wird hier im teilgesinterten Zustand bearbeitet; der Werkstoff ist noch ungehärtet und leicht zu fräsen. Die gefrästen Restaurationen sind, je nach System, um 20-30 Prozent überdimensioniert und werden in einem Sinterofen unter Hitze verdichtet. Der Werkstoff schrumpft dreidimensional, die Restauration nimmt die Größe des Ausgangsmodells an. Allerdings kann der Techniker erst jetzt die Passgenauigkeit prüfen. Vom Grünling aus Zirkonoxid mit Schrumpfsinterung machen das Cercon®-System Gebrauch [110]. Cercon smart ceramics® (DeguDent, Hanau) ist eine polykristalline Oxidkeramik. Dies bedeutet, dass die Keramik ausschließlich aus kristallinen Metalloxiden besteht und keine Glasphase aufweist. Sie besteht aus mindestens 91% Zirkonoxid (Zi20) und 5% Yttriumoxid (Y2O3). Das kubische Yttriumoxid hat die Aufgabe, die kleinvolumige tetragonale Kristallstruktur, die Zirkonoxid bei sehr hohen Temperaturen besitzt, beim Abkühlen bis auf Raumtemperatur zu erhalten und zu stabilisieren. Das Yttrium im Zirkonoxid verhindert die Phasenumwandlung von der bei Raumtemperatur natürlichen Kristallstruktur in die größervolumige monokline Struktur. Bilden sich bei Belastung Risse in der Keramik, wandeln sich die Zirkonoxidkristalle in ihrer unmittelbaren Umgebung in die monokline Struktur um. Diese Phasenumwandlung ist lokal mit einem Volumenwachstum von 3-5% verbunden. Die so entstehende Druckspannung im Umfeld des Risses wirkt der Rissausbreitung entgegen. Diese „Riss-StopFunktionen“ sind für die hohe initiale Festigkeit und Risszähigkeit sowie für die hohe Dauerlastfestigkeit von Zirkonoxid verantwortlich [94]. - 23 - Die initiale Biegefestigkeit der Yttrium-stabilisierten Zirkonoxidkeramiken liegt bei etwa 1000 MPa, die Dauerfestigkeit nach langjähriger Wechsellast im feuchten Milieu sinkt auf etwa 500 MPa, so dass selbst nach einer langen Gebrauchsperiode eine ausreichend hohe Festigkeit gegeben ist [151, 94]. Der Werkstoff Zirkonoxid oder besser (teil)stabilisiertes Zirkoniumdioxid (ZrO2) entsteht nach Zugabe von 2 bis 3% Yttriumoxid (Y2O3). Stabilisiertes Zirkonoxid wird es wegen der Bildung einer mehrphasigen Struktur genannt, die überwiegend aus kubischem Zirkonoxid mit zusätzlichen Anteilen von homogenen und fein verteilten monoklinen und tetragonalen Kristallen besteht. Diese Phasenanteile führen zu einer Hemmung des Risswachstums. Die tetragonale Struktur ist bei Raumtemperatur instabil, wodurch sie die Tendenz hat, sich spontan in die monokline Struktur umzuwandeln [94]. Die Oberfläche steht wegen der vereitelten Umwandlung des Yttriumstabilisierten Zirkonoxids unter Spannung, was zu einer Art Vergütung führt und der Rissentstehung und -ausbreitung entgegenwirkt. Dieses behindert eine Defektausbreitung indem ein Spannungsfeld aufgebaut wird, welches einer weiteren Rissöffnung entgegenwirkt. Das Ganze wird als martensitische Phasenumwandlung bezeichnet und ist z.B. bei Stahl zu beobachten [90]. Gehiptes Zirkonoxid weist durch die zusätzliche Bearbeitung eine nochmals höhere Festigkeit auf, da die Anzahl der Gitterfehler im Materialgefüge weiter reduziert wird [94]. 2.2.4 Mesostrukturen Weigl und Kollegen [195] erläutern ein Haftprinzip für Teilprothesen durch ein bis dahin wenig beachtetes physikalisches Funktionsprinzip: der Widerstand einer strömenden Flüssigkeit in dünnen Kanälen entsprechend dem Hagen-Poiseuille-Gesetz bringt zwei auseinander gleitende Gegenstände zum Haften. Hahn und Kollegen [66] übertragen dies auf die Funktionsweise der Doppelkronen (Parallelteleskop): der Widerstand beim Lösen der Prothese ergibt sich durch den nachströmenden Speichel in den Spalt zwischen Primär- und Sekundärkrone. - 24 - Untersuchungen von zum Gahr [208, 209] zeigen, dass der Verschleiß durch Kaltverschweißung nicht möglich ist. Die erforderlichen Spaltbreiten von wenigen Mikrometern können nur mit der Galvanodoppelkronentechnik [22, 35, 93] oder der Foliendoppelkronentechnik [144] erreicht werden. Die Wahrscheinlichkeit eines Verklemmens dieses Systems durch Oberflächenrauhigkeiten ist hierdurch geringer als bei konventionellen gussgeformten Doppelkronen aus Metall [147]. 2.2.5 Konsequenz Um möglichst repräsentative und geeignete Werkstoffe zu nutzen, wird in diesem Versuch ein CAM-gefrästes Cercon®-Zirkonoxid- (ZrO2) Primärkrone der Fa. DeguDent, Hanau verwendet sowie eine ViComp®-Sekundärkrone der Fa. Austenal, Köln aus Kobalt-Chrom-Molybdän (Co-Cr-Mo). In der Sekundärkrone klebt eine Gold-Platinfolie der Fa. Tanaka, Skokie, Illinois als Mesostruktur. - 25 - 2.3 Technisch-physikalische Grundlagen der Haftung von Doppelkronen 2.3.1 Haftmechanismen Friktion: All jene Kräfte, die der gleitenden Relativbewegung von teleskopierenden Elementen einen Widerstand entgegensetzen. Laut Beitrag von Lenz, J. von 2009 [122] ist dieser Begriff aber eine Chimäre des prothetischen „Terminus technicus“, der seit Jahrzehnten in der deutschsprachigen Zahnmedizin herumgeistert, aber eigentlich die Haftkraft und die Gleitreibungskraft bezeichnet. In der Nomenklatur der Doppelkronen wird das Haftverhalten durch Definitionen aus dem Maschinenbauwesen beschrieben: Haftkraft: Stützt man sich mit der Hand schräg gegen die Wand, so haftet die Hand (unter der Wirkung der Haftkraft) auf ihr und kann erst durch Aufbringen einer endlichen, tangential zur Kontaktfläche wirkende Kraft gegen die Wand verschoben werden. Diese hängt nicht, wie immer angenommen, von der Größe der Kontaktflächen ab, sondern vielmehr vom Konvergenzwinkel (= halber Kegel/Konuswinkel Abb. 1). Kleiner Konvergenzwinkel = höhere Haftkraft [122]. Die Arretierung von kraftschlüssigen Verbindungen, wie z.B. bei Konuskronen wird durch die Haftkraft bewerkstelligt. Die Haftreibungszahl (µo) ist eine dimensionslose Materialkonstante, die zum Betrag der Normalkraft (N) summiert wird und dementsprechend die maximale Haftreibung (To) beeinflusst. Daraus ergibt sich folgender mathematischer Kontext: To = µo + N Bezogen auf Innen- und Außenkrone ist N der Anpressdruck, der bei der Auflast zwischen Innen- und Außenteil entsteht. Beim Abzug der Außenkrone ist eine Kraft zu überwinden, die maximale Haftreibung. - 26 - Diese ist abhängig von den Werkstoffen der sich berührenden Körper, der Oberflächenbeschaffenheit (Rauhigkeit) und vom Schmierungsgrad, z.B. durch Speichel (Abb. 1) [67, 97, 122]. Nach Körber [104] sinkt die Haftreibungszahl bei glatten Oberflächen und Becker [7] stellte in Versuchen fest, dass Speichel im Fügespalt die Haftreibungszahl erhöht. Abb. 1: Erläuterung Haftreibung [146] Gleitreibung: Reiben wir unsere Hände aneinander, d.h. gleiten sie übereinander, so wird in der Berührungsfläche die Gleitreibungskraft übertragen, deren Wirkung - im Gegensatz zur Haftungskraft - stets mit der Produktion von Wärme verbunden ist. Auch das Gleitreibungsphänomen ist unabhängig von der Größe der Berührungsflächen. Bei der Relativbewegung , also beim Füge- und Lösevorgang der Konuskrone und der Teleskopkrone ist die (eingeprägte) Gleitreibungskraft als Widerstand wirksam. Bei der Konuskrone spielt die Gleitreibung, wegen der kleinen Wege untergeordnete Rolle [122]. - 27 - im Bereich von 50µm, eine Passung: Eine Beziehung, die sich auf den Unterschied zwischen den Maßen zweier zu fügender Formelemente ergibt. Die zu einer Passung gehörenden Passteile haben immer dasselbe Nennmaß. Passteile haben je nach Lage des Maßes ein unterschiedliches Spiel oder Übermaß. Spielpassung: Ein Stab, der in einer Bohrung eingeführt wird, besitzt keinen Halt. Damit können ineinander gefügte Teile ohne Kraftaufwand und Zerstörung getrennt werden [175]. Übergangspassung: Ein Stab wird in eine Bohrung eingeführt, findet dort Halt und kann somit ohne Zerstörung daraus entfernt werden (Prinzip der Teleskopkronen). Presspassung: Diese geht, nach vorherigem Halt, mit einer Zerstörung eines Stabes oder der Bohrung einher (Prinzip der Konuskrone). 2.3.2 Weitere Haftmechanismen Die Lösekraft (L) muss mit der Fügekraft (F), die das Anpressen der korrespondierenden Doppelkronenflächen bewirkt, verknüpft werden. Dies ist nur möglich wenn ein okklusaler Spalt eingearbeitet ist, der groß genug ist, um ein ausreichendes Aufschieben der Außenkrone auf die Innenkrone zu ermöglichen. Lenz [120] zeigt, dass die vertikale Außenkronenabsenkung proportional mit der Fügekraft zunimmt und überproportional mit der Wandstärke und mit dem Konvergenzwinkel abnimmt. So errechnet er beispielsweise für einen 6°-Konus mit einer Wandstärke von 0,3mm bei einer Fügelast von 200N eine Absenkung um ca. 14µm. Die erwähnte Tatsache impliziert, dass ein okklusaler Spalt in der Größenordnung von 8-12µm gerade ausreichen würde, um Konushaftung zu bewirken, wenn sich die Mantelflächen vor Einwirken der Fügelast spannungsfrei berühren. Für 6°-Koni verkleinert sich der Fügespalt um ca. 1µm. Würde man den Spalt schließen, bräuchte man einen okklusalen Spalt von ca. 110µm. Dies bedeutet, dass unter Verwendung der Mesostruktur-Technik keine Konushaftung resultieren kann, da der Toleranzbereich je nach Konuswinkel um das zehn bis - 28 - dreißigfache überschritten wird [157]. Lenz erscheint aus der Sicht der Mechanik die Konuskrone dem Zylinderteleskop überlegen. Wegen der geometrischen Asymmetrie bezüglich Fügen und Lösen ist die Lösekraft bei Konuskronen stets kleiner als die Fügekraft [122]. Das Verhältnis von Füge- und Lösekraft wird allein durch die beiden Parameter – Konvergenzwinkel und Haftungsziffer (beide durch die Materialpaarung und Oberflächenbearbeitung festgelegt) – gesteuert. 2.3.3 Grenzflächenspannung (Adhäsion, Kohäsion und Van-der-Waals-Kräfte) Das Zusammenhaften von Atomen oder Molekülen unterschiedlicher Art wird als Adhäsion bezeichnet. Selbst zwischen Flüssigkeiten können Grenzflächen entstehen, solange sich diese nicht vermischen, d.h. solange die Adhäsion (lat. adhaerere = anhaften) kleiner als die Kohäsion (lat. cohaerere = verbunden sein) ist. Befindet sich die Flüssigkeit auf einem Feststoff, so würde diese Relation zu keiner Benetzung führen. Somit entstünde keine Haftung. Flüssigkeiten benetzen Festkörper, wenn die Adhäsion die Kohäsion übersteigt [77]. Liegen zwei Körper sehr dicht aneinander, so können sich atomare Anziehungskräfte zwischen ihnen aufbauen, die als Haftung sichtbar sind. Die Reichweite dieser Kräfte liegt bei ca. 10-9m [136]. Die Oberflächen von Festkörpern sind in der Regel zu rau, um sie so weit annähern zu können, dass diese Kräfte wirksam werden. Dies wäre nur bei kurzzeitiger Verflüssigung eines der beiden Feststoffe, wie z.B. beim Löten zu erreichen [77]. Direkte Kohäsionskräfte können zwischen den Berührungsflächen von Konuskronensystemen ausgeschlossen werden. Da die Van-der-Waals-Kräfte (nicht-kovalente Wechselwirkungen zwischen Molekülen) in einer zur Oberfläche parallelen Ebene allseitig gleich wirken, lassen sich die Moleküle einer Flüssigkeit bei tangential wirkenden Kräften leicht verschieben. Dies bewirkt die gute Haftung beim Auseinanderziehen von flüssigkeitsbenetzten Platten. Wobei die Wechselwirkungsenergie mit ca. der 6. Potenz des Abstandes abfällt. Da für diese Fälle angenommen wird, dass die Adhäsion stärker als die Kohäsion ist, d.h. Kohäsionsbruch eintritt, ist die Kraft die benötigt wird um den Flüssigkeitsfilm zu zerreißen, die limitierende Größe. Somit ist die Adhäsion vom Flächeninhalt (A) und von der Oberflächenspannung (σ) abhängig. [157] - 29 - Laut Rößler [157] wird für diesen Vorgang keine Abhängigkeit zur Abzugsgeschwindigkeit beschrieben, die dennoch experimentell gefunden wurde. Es steht fest, dass sich Flüssigkeitsmoleküle mit langsamer Geschwindigkeit leicht gegeneinander bewegen lassen, was in Abhängigkeit zur Viskosität bei höheren Geschwindigkeiten viel höhere Kräfte erfordert [136]. Bevor der Flüssigkeitsfilm zerreißt, passt sich seine geometrische Form unter Beibehaltung des Volumens den Anforderungen der Plattenbewegung an. Da die dazu notwendigen Molekülbewegungen in Abhängigkeit zur Viskosität und Hubgeschwindigkeit unterschiedliche Kräfte erfordern, ist es nahe liegend, dass beim Variieren dieser beiden Parameter experimentell unterschiedliche Lösungskräfte gemessen werden. Rößler [157] beschreibt, dass die Abzugskraft von der Viskosität des Mediums wegen der inneren Reibung abhängig ist. Die Viskosität ist temperaturabhängig. Sie steigt bei Luft mit steigender Temperatur, bei Flüssigkeiten dagegen steigt die Viskosität bei sinkender Temperatur [136]. Da die Wirksamkeit von Kräften sehr stark von deren Richtung abhängt, werden sie mit Hilfe von Vektoren beschrieben. Dies gilt auch für Doppelkronen: Die Adhäsion entsteht zwischen den Okklusalflächen - Innenseite Sekundärkrone und Außenseite Primärkrone. Die Abzugskräfte können dort senkrecht ansetzen. An der Mantelfläche wirkt die Adhäsion bei parallelwandigen Zylinderteleskopen nicht, da die Abzugskräfte dort nur horizontal angreifen können. Je konischer Kronen werden, desto größer werden die Haftungskräfte. Da größere Konizität nicht über zervikale Vergrößerungen, sondern nur über okklusale Verkleinerung erreicht werden, wird auf der anderen Seite die Okklusalfläche mit größerem Konuswinkel α/2 kleiner (Abb. 2). Verringert man die Kronenhöhe, so wird zwar der Flächeninhalt der Mantelfläche kleiner, bei gleichen basalen und okklusalen Durchmessern folgt aber eine größere Konizität. Hält man den Konuswinkel α/2 konstant, so vergrößert sich die Okklusalfläche [157]. - 30 - Abb. 2: Konuswinkel [146] 2.3.4 Hydraulischer Effekt Becker [7] bemerkte einen enormen Einfluss von Zwischenflüssigkeiten auf die Lösekraft schon vor mehr als zwei Jahrzehnten. Er begründet die Beobachtung mit Hilfe des Hagen-Poiseuille-Gesetzes: Legende: V = Volumenstrom R = Rohrdurchmesser p1,2 = Druck an den Rohrenden η = Zähigkeit Die Stromstärke i (pro Zeiteinheit ausfließendes Volumens V/t) ist umgekehrt proportional zur Zähigkeit η und zur Länge l des Rohres, direkt proportional zur Druckdifferenz p1-p2 = ∆p und zur 4. Potenz des Rohrradius r. Aufgrund des kleinen Flüssigkeitspaltes treten während des Abzuges Strömungswiderstände auf. So strömen die Zwischenflüssigkeiten aus dem Spalt - 31 - verzögert nach, wodurch ein Unterdruck im okklusalen Spaltraum resultiert, der die Lösekraft erhöht. Da das Hagen-Poiseuille-Gesetz nur für rotationssymmetrische Röhren gilt, ist dessen Anwendung auf die Konuskrone physikalisch unzulässig. Es gibt Anhalte, dass das Prinzip nahe der geschlossenen Fügung gelten kann. Auch Faber und Huber [52] erläutern 2001 die Doppelkronenhaftung auf ähnliche Weise auf ihrem Tagungsposter zum 50. Symposium der Werkstoffkunde Deutschen (DGZPW) in Gesellschaft Bad zahnärztliche Homburg. Sie Prothetik zeigen, dass und der strömungsdynamisch entstehende Druckabfall bewirkt, dass der äußere Luftdruck die Deckfläche der Außenkrone auf die Innenkrone presst. Dabei kann der Unterdruck und somit die Lösekraft ein bestimmtes Maximum nicht überschreiten. Ein weiteres Ergebnis ist, dass durch eine erhöhte Viskosität die Lösekraft nicht gesteigert werden kann [52]. Dasselbe gilt bei der Abzugsgeschwindigkeit; niedrige Viskosität erfordert eine höhere Geschwindigkeit, um höhere Haftwerte zu erreichen und umgekehrt [157]. Eine Steigerung jenseits des Haftmaximums ist nutzlos [157]. Eine Kieferöffnung bei klebrigen Speisen geschieht um ein Vielfaches schneller als der Mundschluss. Rößler [157] weist dies in seiner Arbeit nach. Bemerkenswert ist der überproportional ungünstige Einfluss der Fügespaltweite (3. Potenz) auf die Haftung. Die Abzugsgeschwindigkeit, mit welcher ein Patient ausgliedert, kann nicht beeinflusst werden. Werden Lösungsgeschwindigkeiten über 500mm/min [157] benötigt, so kann keine zufrieden stellende Retention mehr erwartet werden. 2.3.5 Anwendung der Strömungslehre auf Doppelkronen Will man den Strömungsverlauf näherungsweise realistisch beschreiben, so muss man auf die Kenntnisse der technischen Strömungslehre zurückgreifen [157]: Strömen Flüssigkeiten an Festkörpern vorbei, so haften diese aufgrund mikroskopischer Rauhigkeiten an der Wand, wobei diese Haftung von der Materialkombination unabhängig ist. Für Strömungen an schmalen Stellen gilt weiterhin, dass die Strömung fast immer laminar und schleichend (nur relativ - 32 - kleine Beschleunigungen der Fluidteilchen) verläuft und dass sich Druck- und Reibungskräfte nahezu im Gleichgewicht halten [23]. Faber und Huber [52] skizzieren das Geschwindigkeitsprofil der strömenden Zwischenflüssigkeit im Doppelkronenfügespalt parabolisch (Abb. 3a). Dies trifft nur für laminare Strömungen in Spalträumen mit unbewegten Wänden zu. Bewegt sich nur eine der beiden Platten, so entsteht in der zuvor unbewegten Flüssigkeit ein lineares Geschwindigkeitsgefälle (Abb. 3b). Für den Doppelkronenabzug folgt das Geschwindigkeitsprofil nicht einem der beiden genannten Profile, sondern es kommt zu ihrer Überlagerung (Abb. 3c). Abb. 3: Geschwindigkeitsprofile strömender Flüssigkeiten in Spalträumen. a) Volumenstrom durch einen Spalt unbewegter Platten b) Bewegung einer Platte c) Volumenstrom durch einen Spalt mit einer bewegten Platte Die gekennzeichneten Linien geben nur die Geschwindigkeit in der jeweiligen Flüssigkeitsschicht wieder. Dies bedeutet, dass die Schichten laminar übereinander gleiten. Die Moleküle diffundieren zwischen den Schichten. Die Flüssigkeit fließt im Ganzen und verformt sich dabei [23, 52]. 2.3.6 Unterdruck im okklusalen Spaltraum Nach dem Boyle-Mariotte-Gesetz [105] (Spezialfall des allgemeinen Gasgesetzes = kinetische Gastheorie) bedingen sich Druck (c) und Volumen (V) einer Flüssigkeit gegenseitig: - 33 - V•c=const. Dies gilt streng genommen nur für Gase. Das Volumen nicht komprimierbarer Flüssigkeiten kann durch Druckerhöhung nicht verringert werden. Trotzdem führt eine Volumenvergrößerung zu einem Unterdruck im Spaltraum; zwar nicht durch Flüssigkeitsvergrößerung, sondern durch Ausbildung eines Vakuums. 2.3.7 Die Unterdruck-Formel angewandt auf Doppelkronen Ein Unterdruck kann nur aufrechterhalten werden, wenn die Volumenvergrößerung dem nachströmenden Flüssigkeitsvolumen entspricht. Da die Volumenvergrößerung pro Zeit dem Produkt aus Abzugsgeschwindigkeit (vl) und Deckenflächeninhalt (AD) und die nachströmende Menge dem Volumenstrom (V) entspricht, gilt folgende Grundbedingung: dVokkl dVnach = = vl • AD = V dt dt Für Konuskronen und alle Konvergenzwinkel gilt folgende Formel: Für Zylinderteleskope entfallen alle Terme mit Winkelfunktion, wodurch die Formel vereinfacht dargestellt werden kann: Legende: • ∆p ….. Druckveränderung • η ……..Viskosität • vl ……..Abzugsgeschwindigkeit • K ……..Kronenformfaktor • ds …… Fügespaltweite • h……..Spaltweite - 34 - Da bei messbaren Einzelwerten der Kronenformfaktor K negative Werte annimmt, resultiert ein negative Druckveränderung ∆p. Dies besagt, dass der Druck im okklusalen Spaltraum abfällt, statt anzusteigen [136]. Druckabfall bewirkt, dass der äußere Luftdruck (atmosphärischer Druck ca. 101325Pa bei N.N. -> Greifswald liegt auf 6m über N.N.) [136] über die Querschnittsfläche (A0) der Krone deren Abziehen entgegenwirkt. Eine Flüssigkeit siedet, wenn der Sättigungsdampfdruck (Druck der dampfförmigen Phase eines Stoffes, wenn flüssigförmige, d.h. Verdampfung, und dampfförmige Phase, d.h. Kondensation, sich im Gleichgewicht befindet) gleich dem äußeren Druck ist [77]. Bei gekrümmten Oberflächen ist der Sättigungsdampfdruck höher als bei planen. Dies wird als Krümmungseffekt bezeichnet. Faber und Huber [52] stellen die These auf, dass die Zwischenflüssigkeit zu sieden beginnt, wenn der Druck im okklusalen Spaltraum beim Kronenabzug auf ihren Dampfdruck absinkt. Jede weitere Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit kann dann keinen zusätzlichen Druckabfall mehr bewirken, sondern nur zur Vergrößerung der Siedeblase führen. Wasser siedet bei Körpertemperatur (37°C) bei einem äußeren Druck von 6200Pa (2330Pa bei ca. 20°C Zimmertemperatur) [136]. Deshalb beginnt die Zwischenflüssigkeiten (Wasser und Speichelersatz) zu sieden. - 35 - 2.3.8 Das Tribosystem Seit 1966 wird die Nomenklatur „Tribologie“ als umfassender Begriff für sämtliche Reibung-Verschleiß-Schmierungen [41] genutzt. Ein tribologisches System besteht bei Doppelkronensystemen aus folgenden Bestandteilen: • Grundkörper (Primärteil) • Gegenkörper (Sekundärteil) • Zwischenstoff (Speichel) Beim Gebrauch des Systems kommt es zu einer tribologischen Beanspruchung (Reibebeanspruchung) der einzelnen Werkteile. Zur Evaluation der auftretenden Verschleißbeanspruchung im Tribosystem bedarf es nicht nur einer Begutachtung der Verschleißteile, sondern der Zwischenstoff (Speichel) muss ebenfalls berücksichtigt werden. Im Falle der tribologischen Beanspruchung des „Gleitens“ von Festkörper zu Festkörper sind Adhäsion, Abrasion und Oberflächenzerrüttung als Verschleißmechanismen zu erwarten. 2.4 Haftvermittler - Speichel Der Speichel entsteht durch Sekretion der Speicheldrüsen, welche an diversen Stellen in der Mundhöhle lokalisiert sind. Der größte Anteil des Speichels wird in den drei großen (paarigen) Drüsen produziert: Ohrspeicheldrüse (Glandula parotis), Unterkieferspeicheldrüse (Glandula submandibularis) und Unterzungenspeicheldrüse (Glandula sublingualis). Beim Gesunden weist er einen pH-Wert von 7,0-7,1 bei Körpertemperatur (ca. 37°C) auf. Seine Funktionen lassen sich zusammenfassen: • Schmierstoff im Tribosystem • Haftvermittler bei Totalprothetik (Ventilfunktion) • Einspeichelung des Chymus, um diesen schluckfähig zu machen • Enthaltene Muzine erleichtern die Kau- und Sprechbewegungen • Teilauflösung von Nahrungsbestandteilen, um Geschmacksreize wirksam werden zu lassen • Natürliches Schutzsystem des menschlichen Organismus, Immunglobulin A und Lysozym im Speichel enthalten sind - 36 - da Eine Abnahme der Speichelmenge (Xerostomie) wird hervorgerufen durch bestimmte Kautelen (Verzehr von niedermolekularen Kohlenhydraten, wie Süßwaren, Stress, Alter, Medikamente, Radiotherapie im Kopfbereich, getriggert durch den ansteigenden Adrenalinspiegel. Die Haftreibung wäre so bei Doppelkronenprothesen nachhaltig gestört. Die Viskosität (Zähigkeit) des Speichels beim Gesunden beträgt ca. 3,5mPas ebenfalls bei Körpertemperatur (ca. 37°C) und wird durch diverse Faktoren beeinflusst: sie nimmt nach Krosch [109] mit dem Vorhandensein von zellulären Anteilen (z.B. Epithelzellen), mit dem Gehalt an Kohlenstoffdioxid und an Eiweiß des Speichels zu. Mit steigender Temperatur nimmt die Viskosität laut der Braun`schen Molekularbewegung ab. Wenn der Schmierstoff im tribologischen System fehlt, steigt die Reibungshitze. Als Folge treten verstärkt Verkanntungen auf, eine Ausgliederung wird erschwert. Wenn die Viskosität steigt, würde ebenfalls die Haftreibung verstärkt werden [157]. - 37 - 3 Doppelkronensysteme 3.1 Konuskronen Im Gegensatz zu den parallelwandigen Teleskopkronen, welche eine Spielpassung haben, weist die Konuskrone kegelförmige Passflächen auf, welche erst in der Endpassung Haftreibungskräfte überträgt. Erst durch den okklusalen/inzisalen Entlastungsspalt ergibt sich, dass der Außenkonus auf den Innenkonus gepresst werden kann (Presspassung). Die Haftreibung lässt sich beim Konus durch den Konuswinkel steuern, der für jede Legierung und ihren Reibungskoeffizienten spezifisch ist und so auch auf die prothetische Wertigkeit des Pfeilers abgestimmt werden kann [105]. 3.1.1 Prinzip der Konuskronen Bei Konuskronen handelt es sich nach K.H. Körber [103] um Doppelkronen mit konisch gestalteter Primärkrone, deren okklusale/inzisale Außenseite mit der okklusalen/inzisalen Innenseite der Sekundärkrone einen kleinen Spalt von ca. 0,1mm bildet. Die Seitenflächen liegen durch Presspassung exakt aufeinander, d.h. ihre Haltewirkung beruht auf eine Verkeilung beider Teile. Je kleiner der Konuswinkel (Abb. 1), desto größer die Haftkraft. Bei einem Konuswinkel von 6° bei Degulor M beträgt diese 8 bis 10N [103]. Im Gegensatz zu Teleskopkronen sind Konuskronen nur endständig, d.h. im Ruhezustand in Haftung. Sobald die terminale Stellung der Sekundärkrone gelöst wird, geht der Halt verloren. Konuskronen sollen bei korrekter Ausführung eine stetige Selbstaktivierung durch stetes Abwärtsgleiten der Sekundärkrone mittels Verkleinerung des okklusalen Spaltes aufweisen [15] oder laut Lehmann [116] durch die elastischen Verformung ihrer Außenkrone. Konuskronen können in Haft- und Stützkonus unterteilt werden. Der Haftkonus besitzt einen Winkel von 6° bei Degulor M® und hat eine Retention von ca. 5-10N [103]. Der Stützkonus besitzt einen größeren Winkel von 7°-8° bei Degulor M® und weist keine Retention auf. Er dient ausschließlich zur Abstützung als so genannte „Kippmeider“. - 38 - [105, 148, 180]. Somit muss der Konuswinkel, korrespondierend zur Haftreibungszahl, gearbeitet werden. NEM-Legierungen erfordern einen Winkel zwischen 5,5° und 6,5° [15, 167]. Lenz und Kollegen [123] geben für Remanium CD® und Dentitan® sogar nur einen Winkel von 4° als optimal an; Konuskronen aus hochgoldhaltigen Legierungen benötigen einen Konuswinkel von 6° bis 7° [97]. Die Haftreibungszahl ist vom betreffenden Werkstoff abhängig und jedes Material hat ein eigenes Elastizitätsmodul (E-Modul), welches entscheidend ist [106, 109, 156]. Hochgoldhaltige Legierungen (ca. 100GPa) und NEM-Legierungen (ca. 225GPa) haben ein hohes E-Modul und werden demzufolge bevorzugt eingesetzt. Aufgrund dieser Eigenschaft wird das plastische Verformen weiterer beteiligter Komponenten verhindert [6, 8, 48, 105, 167]. Letztgenanntes Faktum kann auch durch eine massivere Kronenwandstärke erreicht werden. Bei geringerer Außenkronenwandstärke (< 0,3mm) kommt es zu erhöhten Abzugskräften [124, 180]. Die bei den vorliegenden Versuchen verwendeten Materialien (Kobalt-Chrom(Co-Cr-) Basislegierung und Zirkonoxid (ZrO2) – Keramik) besitzen ein Elastizitätsmodul, welches über dem Bereich von hochgoldhaltigen Legierungen liegt (E-Modul: NEM ca. 225+/- 20GPa, Zirkon ca. 210GPa, hochgoldhaltige Legierung ca. 100GPa) [11]. - 39 - 3.1.2 Fertigung von Konuskronen Das Primärteil wird aus Wachs modelliert und daraufhin mittels Konometer (Konator-Flex-System “Hamm“, Fa. DeguDent, Hanau) exakt auf den Winkel von 6° gefräst oder geschabt. Da die Haftkraft jeder Konuskrone vom Konuswinkel bestimmt wird, ist die Winkelvorgabe die kritische Größe und verlangt eine Herstellungsgenauigkeit von 0,1°. Winkelfehler beeinflussen die reproduzierbare Haftkraft mehr als jeder andere Herstellungsfehler [106]. Die Wachmodellation wird eingebettet, gegossen und ausgearbeitet. Das Bearbeiten der planen Flächen mittels weicher Schleifmittel wird nach der allgemeinen Technik Honen und Läppen genannt. Der Konuswinkel ändert sich nicht und die Fügefläche hat eine reproduzierbare Oberfläche. Nach der Passkontrolle im Mund wird ein Fixationsabdruck mit Polyäther oder Silikon genommen. Der Bezug der Primärkronen zueinander aus der Mundsituation wird auf diese Weise auf einem Fixationsmodell im Artikulator reproduziert. Wachsmodellation, Einbettung, Guss und Ausarbeitung der Sekundärteile erfolgen nach dem gleichen Prinzip. Daraufhin können die Sekundärkronen mit dem Prothesengerüst intra- oder extraoral verklebt, extraoral geschweißt oder gelötet werden. Die Verblendung geschieht im Abschluss mittels Komposit oder Keramik . Eine andere Herstellungsmöglichkeit für den Sekundärkonus ist die Präzisionsaufgusstechnik (PAT) nach WALL-BUSCH. Der Sekundärkonus wird auf das Primärteil (Ni- oder Co-Basis) direkt aufgegossen und keramisch verblendet, nachdem vorher eine Trennschicht aufgebracht wurde. Diese Technik weist ihre Probleme vor allem während der Trennung beider Teile nach dem Aufguss [135] auf. - 40 - 3.1.3 Materialien, Legierungen und Konuswinkel von Konuskronen Den einzelnen verwendeten Materialien sind folgende Konuswinkel zuzuordnen (bei einer zu erwartenden Haftkraft von 5-10N): a) Hochgoldhaltige Legierungen wie z.B. Degulor M ® Fa. Heräus, Pforzheim benötigen nach Körber [97] einen Konuswinkel von 6° bis 7°. b) Reintitan sollte nach Mundt et al [144] einen Konuswinkel von 5° aufweisen. c) NEM-Legierungen erfordern nach Besimo und Seffert [15, 167] einen Winkel zwischen 5,5° und 6,5°, laut Mundt und Kollegen [145] ist ein 5° Winkel (ViComp® Fa. Austenal, Köln) zu bevorzugen. Lenz und Mitarbeiter [123] schlagen sogar nur einen 4° Winkel (Remanium CD®, Fa. Dentaurum, Ispringen und Dentitan®, Fa. Austenal, Köln) als Optimum vor. d) Dentalkeramik für das Primärteil z.B. Cercon® (ZrO2) Fa. DeguDent, Hanau braucht einen 6° Winkel, wie in dieser Arbeit dargestellt oder 4° laut Weigl [193] in Verbindung mit Galvanokronen. 3.1.4 Untersuchungen zur klinische Bewährung von Konuskronen Konuskronensysteme besitzen eine gleichmäßige Kaudruckverteilung auf Zähne und Alveolarfortsatz [124]. Diese Tatsache beruht darauf, dass sie fest miteinander gekoppelt sind. Daraus ergibt sich dann eine Auflastkraft [131], welche in vielen Versuchen beschrieben wird. Folgende Druckwerte sind festgestellt worden: Körber [97] ermittelte Druckwerte bis 24,5N/cm²; Schnell [163] bis 72,5N/cm². Windecker [201] unternahm an bilateralen Freiend- und Kombinationsprothesen Belastungsversuche bis zur Schleimhautschmerz- schwelle - 98N/cm² konnten erreicht werden. Die Versuchsreihen von Körber, K.H. [105] geben eine erwünschte Haftkraft für Konuskronen zwischen 5N und 10N (aus hochgoldhaltiger Legierung) mit einem Konuswinkel von 6°(Degulor M®) an. Becker [6] konnte unter ähnlichen Kautelen einen Mittelwert von 3,5N feststellen. Mundt [144] beschreibt in seinem Artikel für NEM-Legierungen (Vicomp® der Fa. Austenal GmbH, Köln) einen optimalen Konuswinkel von 5°, sowie für Titan ebenfalls von 5°. Diese Tatsache ist von - 41 - großer Wichtigkeit, da die benachbarten Werte eine praktische Anwendung ermöglichen. Bei Abweichungen von diesen Werten kommt es zu folgenden Erscheinungen: • Wenn die Abzugskraft von Haftkoni unter 3N fällt, wird der Prothesenhalt unzureichend. Zähe Nahrungsmittel können die Prothese aus der Verankerung lösen; Uhlig [185] ermittelt 5N für diese als maximale Abzugskraft. • Beim Ausgliedern des betreffenden Zahnersatzes dürfen die angreifenden Kräfte nicht unphysiologisch hoch sein, damit der Pfeilerzahn unbeschädigt bleibt. Körber, K.H. [105] weist in Versuchen nach, dass eine Abzugskraft von 14N, zu einer Überbelastung führen kann. • Temporäre Zugkräfte von 10N werden beim gesunden Parodont als physiologisch angesehen und bewirken keine Schädigung [115]. Lenz und Gernet [124] untersuchten 28 einseitig gelagerte Freiendprothesen mit Konuskronen nach einer Tragezeit von 1-12 Jahren. In 23 Fällen waren keine Schäden am Alveolarkamm und Parodontium feststellbar. Fünf Versorgungen mussten als Misserfolg gewertet werden, davon waren vier nur durch einen Pfeiler abgestützt. An 312 Teilprothesen mit Konuskronen nach Art von Körber führten 1983 Gernet und Mitarbeiter [60] eine Nachuntersuchung durch. Mit 238 Prothesen waren über die Hälfte der erfassten Arbeiten länger als 5 Jahre in situ. Wodurch laut Autoren der erhöhte technische und klinische Aufwand einer Konuskronenprothese sinnvoll ist. Diese Annahme bestätigt Heners [72], Körber und Kollegen [99, 102]. Sie weisen in ihren Untersuchungen nach 5 Jahren bei Modellgussprothesen einen rapiden Verlust der Funktionstüchtigkeit aus. Gernet und Mitarbeiter [60] zeigen, dass in parodontaler Hinsicht eine gute Strukturerhaltung und -verbesserung des Restgebisses durch Konuskronen anstelle von Klammer-Modellgussprothesen möglicht ist. In 69% der Fälle ist der Gingivaindex nach Löe und Silness [126], in 78% der Knochenabbau und in 76% die Beweglichkeit der Pfeilerzähne geringer als bei den Restzähnen. Gründe hierfür sehen die Autoren in der sekundären Verblockung, die sich positiv auf den - 42 - parodontalen Zustand der Pfeilerzähne auswirkt, womit sie die Angaben von Fuchs [58] und Böttger [24] bestätigen. Ericson und Mitarbeiter [49] veröffentlichen klinische Resultate von 25 Patienten, die mit Konuskronenprothesen versorgt wurden. Bei einer Nachuntersuchung nach einer Tragedauer von durchschnittlich 20 Monaten sowie einer weiteren Studie nach Tragedauer von durchschnittlich 35 Monaten, zeigt der durchgeführte Retentionstest nur eine geringe Verschlechterung der Haftung. Bei der zweiten Nachuntersuchung war die Retention bei 88% der Restaurationen noch „stark“ oder „extrem stark“. Zwischen der Anzahl der Pfeilerzähne und der Haftung der Suprakonstruktion kann kein Zusammenhang festgestellt werden. Durch Untersuchungen von Johnke [87] zur Eingliederung von Konuskronenprothesen im Vergleich mit Brücken- und Vollprothesen, ergab sich, dass Konuskronen ein ähnliches Verhalten zeigten wie Brückenersatz, wobei die Eingewöhnungszeit proportional mit zunehmendem Alter der Patienten stieg. Die Kauleistung und Akzeptanz so gearteten Zahnersatzes lag ebenso im Bereich von fest eingegliedertem Brückenersatz. 3.2 Parallelteleskope (Teleskopkronen) Doppelkronen, die nach dem Prinzip eines Teleskops wie ineinander geschobene Röhren erscheinen, bestehen aus zwei Komponenten: Das Innenteleskop wird als Patrize oder Primärkrone fest auf den Pfeilerzahn zementiert, das Außenteleskop, auch Sekundärkrone oder Matrize genannt, ist in den abnehmbaren Teil der Versorgung integriert. Zur Eingliederung der Prothese wird die, das Außenteleskop beinhaltende Suprakronstruktion über die Innenkrone geschoben, bis beide durch Haftkraft und Gleitreibung [122] in Ruhe und Bewegung, der exakt aufeinander passenden Wände [88] an ihren Kontaktflächen aneinander halten. - 43 - 3.2.1 Prinzip der Teleskopkronen (Zylinderteleskop) Lehmann [117] erläutert 1998, dass die Größe der Haftkraft zwischen Primärund Sekundärteil auf Dauer gesehen von der Größe der in Haftung stehenden Flächen, Wandrauhigkeiten, Schmiermedium (Speichel) und von deren Präzision abhängig. Streng genommen besteht ein Winkel von 0°, der technisch jedoch schwer erreichbar ist. Somit spricht man hier von einer Spielpassung. Teleskope sollen während des Zusammenfügens und Lösens stetig haftend sein, wodurch dann eine Übergangspassung Kaltverschweißungen erreicht entstehenden wird. Durch Oberflächenabrieb den kann, was durch Stark beschreibt [174], ein Frikationsverlust auftreten. Lenz [122] stimmt diesem 2009 nicht mehr zu. Der nachträgliche Einbau von aktiv retentiven Elementen wie federnden Bolzen oder Kunststoffeinlagen ist laut Böttger zur Wiederherstellung der Retention notwendig aber wegen der Feinabstimmung meistens problematisch [26]. Wie in den folgenden Unterkapiteln erläutert, unterscheiden sich Teleskopkronen als Element der starren Lagerung von denen der beweglichen Lagerung. Das Besondere der mobilen Lagerung ist ein Resilienzspielraum zwischen Primärkrone und Sekundärkrone, welcher das Nachgeben der Gingiva beim Zusammenbeißen ausgleichen soll. Typische Vertreter sind Resilienz- teleskopkronen und Ringteleskopkronen. 3.2.1.1 Parallelteleskope mit starrer Lagerung Die parallelisierten Wände der Innen- und Außenkrone weisen eine Übergangspassung auf, wodurch die benötigte Haftreibung entsteht [25]. Durch Bearbeiten der Innenseite der Außenkrone kann die Stärke der Haftreibung verringert werden. Die Kraft zum Lösen der ineinander geschobenen Innen- und Außenkrone eines Teleskops ist unter anderem abhängig von: - der Berührungsfläche der Kronen - der Oberflächengüte der Außenfläche des Primärteils - der Oberflächengüte der Innenfläche des Sekundärteils - den Ausmaßen der Kronen zueinander - das Elastizitätsmodul des verwendeten Materials - 44 - 3.2.1.2 Parallelteleskope mit beweglicher Lagerung Die so genannte Resilienzteleskopkrone weist einen okklusalen Spalt von 0,30,5mm auf. Erreicht wird dieser durch eine entsprechend dicke Zinnfolie, welche bei der Fixierung des Sekundärteiles als Platzhalter eingelegt wird. Dieser Zwischenraum wird erst unter Kaubelastung der Prothese aufgehoben [33] und soll so vorgeschädigten Parodontien schonen. Biffar [18] stellt die These auf, dass der Resilienzspielraum sofort nach der Einlagerung der Prothese in die Schleimhaut verloren geht und die bewegliche Lagerung nach kürzester Zeit entfällt. Die Ringteleskopkrone umschließt mit ihrer okklusal offenen Sekundärkrone die Innenkrone ringartig. Diese Variante findet bei Platzmangel im Seitenzahngebiet Anwendung, da die Okklusalfläche durch die Innenkrone gebildet wird. Diese kompensiert die Resilienz durch den fehlenden okklusalen Stopp, wobei sie nur als Abstützung (Kippmeider) dient nicht zur Retention. 3.2.1.3 Haftmechanismus der Parallelteleskope Für das Haftverhalten von Teleskopkronen während des Funktionsgeschehens sind Reibung, Verschleiß und Schmierung, kurz „Tribologie“ die wesentliche Einflussgröße. Neben der Reibung, die der Bewegung sich berührender Flächen entgegenwirkt und als Haft- und Gleitreibungskraft während des Fügens und Trennens wirksam wird, treten Verschleißphänomene zwischen Primär- und Sekundärkronen auf. Spielpassung oder eine ausreichende Schmierfilmdicke zwischen den Reibungspartnern besteht nicht, wodurch einem Verschleiß vorgebeugt hätte werden können. Vier Verschleißmechanismen werden als sehr wichtig erachtet: Adhäsion: Bildung und Trennung von atomaren Bindungen (Mikroverschweißungen) zwischen Grund- und Gegenkörper. Abrasion: Ritzung und Mikrozerspannung des Grundkörpers durch harte Rauheitshügel des Gegenkörpers oder durch harte Partikel des Zwischenstoffes. Oberflächenzerrüttung: Rissbildung, Risswachstum und Abtrennung von Partikeln infolge wechselnder Beanspruchung in den Oberflächenbereichen von Grund- (Primärkrone) und Gegenkörper (Sekundärkrone). - 45 - Tribochemische Reaktion: Chemische Reaktion von Grund- und/oder Gegenkörper mit Bestandteilen des Schmierstoffes oder Umgebungsmediums infolge einer reibbedingten, chemischen Aktivierung der beanspruchten Oberflächenbereiche. Die Verschleißmechanismen können einzeln, nacheinander oder sich überlagernd auftreten. Im Falle der tribologischen Beanspruchung des „Gleitens“ von Festkörper zu Festkörper (Trennens und Fügens von Prothesenankern) wären alle angegebenen Verschleißmechanismen zu erwarten. Unter näherer Betrachtung sind es elastische oder plastische Verformungen der benachbarten metallischen Flächen, die die Haftung verursachen. An den Kontaktpunkten gegenüber liegenden Flächen kommt es bei nicht oxidierten Flächen durch die plastische Verformung zu Kalt- oder Mikroverschweißungen, so genannte diskrete Bindungen [41]. Das Lösen der beiden ineinander gepressten Körper verursacht Abrisse oder Brüche an den kalt verschweißten Stellen oder in tieferen Metallschichten [208]. Dieses Phänomen erzeugt eine Oberflächenzerrüttung, die sich im Ansteigen der mechanischen Reibung und im Verschleiß der Reibepartner bemerkbar macht. [40]. In diesem Fall bedeutet das eine Zu- oder Abnahme der Haftkraft [155, 181]. Ein Metall-Keramik-Verbund über diskrete Bindungen kann unter klinischen Bedingungen laut Schwickerath [166] jedoch nicht auftreten, da sich Keramik ausschließlich elastisch verformt. 3.2.2 Fertigung von Parallelteleskopen Das Gussverfahren ist wie bei Konuskronen die gängigste Herstellungsmethode von Teleskopkronen. Nach der Pfeilerzahn-Präparation wird mittels Polyäther oder Silikon abgeformt. Woraufhin die Primärkrone aufgewachst, eingebettet, gegossen und ausgearbeitet wird. Entgegen der Konuskronenherstellung wird nun ein Parallelometer zum Parallelisieren der wachsmodellierten Wände vor dem Guss verwendet. Der Passkontrolle im Mund folgt der Fixationsabdruck. Das Primärteil wird auf dem neuen Arbeitsmodell mit Schleifpapier bis zu einer Körnung von 120µm nachbereitet, das auf Konatoren (Konator-Flex-System “Hamm®“, Fa. DeguDent, Hanau) befestigt ist. Im Folgenden werden die Sekundärteile auf dieselbe Art und Weise hergestellt wie bei den Konuskronen, - 46 - auch die Fügetechnik für Sekundärkrone und das Tertiärgerüst mittels Lötung, Schweißung oder Klebung intraoral wie extraoral sind identisch. 3.2.3 Materialien und Legierungen von Parallelteleskopen Folgende Materialien und Legierungen finden bei Teleskopkronen Anwendung: a) Goldlegierung (hochgoldhaltige aufbrennfähige Legierung) b) Reintitan c) NEM- Legierungen (Kobalt (Co) – Chrom (Cr)) sind möglich, aber laut Weber ist es schwer Friktion zu erreichen [190]. Die NEM-Technologie hatte sich lange wegen der großen Verarbeitungsschwierigkeiten beim Guss und der aufwendige Fräsung nicht durchsetzen können. Diese Probleme konnten weitestgehend beseitigt werden. d) Dentalkeramik für das Primärteil (ZrO2) e) DC – Tell (glasfaserverstärkte Polyamidmatrix) 3.2.4 Untersuchungen zur klinischen Bewährung von starr und beweglich gelagerten Teleskopprothesen Bei 61 Patienten mit Teleskopprothesen wird das Parodontium der Pfeiler (hier 248 Stück) von Riedel [154, 155] nach Tragedauer von 1-6 Jahren röntgenologisch kontrolliert. Bei 195 Pfeilerzähnen kann keine signifikante Differenz gemessen werden. Acht Stützpfeilern weisen einen Beginn einer produktiven Gewebeneubildung auf, 23 haben außerdem eine Erweiterung des Parodontalspaltes und die verbliebenen 22 zeigen Anzeichen einer progressiven Schädigung des Parodontiums mit starkem vertikalem und horizontalem Knochenabbau. Der Autor macht für die produktive Gewebeneubildung vor allem funktionelle Anpassung wegen zeitweiliger Mehrbeanspruchung des Stützgewebes verantwortlich. Gerade bei den Stützpfeilern, die vor ihrer Überkronung Lockerungsgrade, Taschenbildung und vertikale wie horizontale Knocheneinbrüche aufweisen, werden ein progressiver Knochenabbau und eine Erweiterung des Parodontalspaltes vermerkt. - 47 - Singer [173] sowie Hofmann [79] vertreten in ihren Langzeitstudien über Teleskopprothesen im stark reduzierten Restgebiss (1-4 Restzähne) die Meinung, dass bei nur wenigen verbliebenen Pfeilern eine Abstützung durch eine Teleskopprothese empfohlen werden sollte. In diesen Studien wurden 213 Teleskopprothesen in 6-9 monatlichen Abständen röntgenologisch überprüft. Nach Tragezeiten von 2-5 Jahren mussten 24 Prothesen abgeändert werden, vor allem mussten extrahierte Pfeiler ersetzt werden; davon waren 7 Fälle reine Einzahnprothesen. In vitro-Untersuchungen nach Stark [174] zeigen, dass die Haftkraft um ca. 40% bei NEM abnimmt, bei Hochgold wie Degulor M® nimmt sie massiv zu! Vosbeck [187] untersucht 111 Teleskopprothesen bei 89 Patienten nach einer durchschnittlichen Tragezeit von 3 Jahren und 10 Monaten. Es stellt sich heraus, dass die Lockerung der überkronten Pfeilerzähne langfristig geringer ist als die der unüberkronten kariesprophylaktische restlichen Wirkung Zähne. der Laut Autor ist Überkronung das sowie auf auf die die parodontalprophylaktische Schienung zurückzuführen. Im Schnitt war nur 1 von 10 verloren gegangener Zähne teleskopiert. Die verwendeten Materialien hatten keinen Einfluss auf die Haftkraft Als ein weiterer Faktor für die Überlebensdauer von Teleskoparbeiten wurde das Geschlecht der Patienten von Stark [175] angeführt. Dabei waren auf den Teleskopprothesen von Frauen deutlich weniger Beläge gefunden worden, obwohl die Pfeilerzähne dieser Gruppe während des gesamten Behandlungszeitraums lockerer waren als die der Männer. Hofmann und Ludwig [81] untersuchen 78 Resilienzteleskopprothesen mit 163 Pfeilerzähnen nach Tragezeiten zwischen 2-8 Jahren. In den ersten 3 Jahren kann eine parodontale Festigung der Pfeiler festgestellt werden, mit fortschreitender Tragezeit nimmt diese dann kontinuierlich ab. Bei der Sondierungstiefe können Parallelen festgestellt werden. Die Autoren vermuteten, dass die Ursache von Abbauerscheinungen am Prothesenlager im Verlust des Resilienzspaltes zwischen Patrize und Matrize zu suchen ist. Daher die Empfehlung einer jährlichen Kontrolluntersuchung mit eventueller Herstellung des Resilienzspaltes durch eine Unterfütterung der Prothesenbasis. Diese Ergebnisse stellen eine Bestätigung der guten Erfahrungen dar, die Hofmann [80] veröffentlicht hatte. Biffar [18] verneint diese positive Eigenschaft, da laut - 48 - Autor der Resilienzspielraum schon innerhalb kürzester Zeit nach dem Eingliedern verloren geht, unabhängig der regelmäßig durchgeführten Unterfütterungen. Körber, E. [100] konnte zeigen, dass wenige Restzähne mit ungünstigen Auflageachsen am Besten per Resilienzteleskopprothese miteinander verbunden werden können. Während rein Schleimhaut getragene Prothesen eine Erfolgserwartung von 4 Jahren hatten, betrug diese bei Resilienzkonstruktionen 9 Jahre. 3.3 Doppelkronen mit zusätzlichen Retentionsmechanismen Das konfektionierte Blattfedergeschiebe von Biaggi [16] wurde 1951 als erste Konfiguration von der Fa. Degussa hergestellt. 1965 folgte die Pressomatic® von Singer [172, 173]. Schon 1969 gab Isaacson [85] Teleskopkronen mit einer TachE-Z-Feder® langfristig Halt. Baganz [4] beschrieb 1990 das Friktions-GeschiebePassungs-System® der Fa. Bredent. Die Haftkraft konnte durch einen Haftvermittler in der Matrize und über die Dicke der Isolationsschicht auf der Patrize eingestellt werden. Akagawa [3] entwickelte 1993 eine 2°-Konuskrone, deren Sekundärkrone auf der distalen Innenfläche ein Pin mit einem Durchmesser von 0,7 mm aufweist. Dieser kann durch einen Spalt aktiviert werden. Auf der Außenfläche der Primärkrone befindet sich als Gegenstück eine horizontale Nut mit einer Tiefe von 0,15-0,2mm. Das O-Ring-Attachment® von Lee [111] war 1995 eine weitere Modifizierung, bei welchem ein Ring auf der Außenseite der Innenkrone liegend beim Ineinanderschieben in eine Vertiefung auf der Innenseite der Außenkrone einrastet. Die Marburger Doppelkrone [114, 118] mit dem TC-Snap-Retentionselement® [108] von 1971 wird ebenso wie die Hybridkrone im Folgenden als Sonderformen beschrieben. - 49 - 3.3.1 Marburger Doppelkrone Wie erwähnt beschrieb Lehmann [112, 115] schon 1971 die Kombination einer Resilienzteleskopkrone mit einem speziellen Halteelement (TC–Snap®) (Abb. 4). Fügetechniken entfallen, da Matrize und Prothesengerüst in einem Stück gegossen werden und eine Aktivierbarkeit durch die Austauschbarkeit der Snaps ist jederzeit gegeben [108, 143, 176]. Somit werden die Anforderungen des Bundesgesundheitsamtes [30] nach Gewebeverträglichkeit, langfristiger klinischer Bewährung und hoher mechanischer Stabilität erfüllt. Abb. 4: Schema Doppelkrone mit TC-Snap® (Si-Tec, Grevelsberg), Stahlkugel für Außenteleskop und Bohrung am Innenteleskop Das TC-Snap®-Retentionselement (Si-Tec-GmbH) besteht aus einem Primärteil mit einer ca. 0,4mm tiefen Bohrung für die Innenkrone, sowie einem Sekundärteil für die Außenkrone, in welchem eine Stahlkugel als Retentionselement elastisch eingebettet ist (Abb. 4). Diese Teleskop-Snap-Technik verfügt im Vergleich zur Teleskop-Technik über eine friktionsarme, Parodontium schonende Führung. Prothesen mit einem TC-Snap®-System lassen sich leicht mit einem gut hörbaren „Klick“ eingliedern; dies stellt einen nützlichen psychologischen Effekt für den Patienten dar [82]. - 50 - 3.3.2 Hybridkrone (parallelwandige Doppelkrone mit Friktionsstift) Die Hybridkrone ist eine extreme Sonderform, da nur ein Friktionsstift eine parallelwandige Passung aufweist. Dieser Stift ist in die Außenkrone eingelötet oder geschweißt und gleitet in einer Rille, welche sich im Approximalbereich der Primärkrone befindet. Der Durchmesser des Friktionsstiftes bewegt sich im Bereich von 0,7-0,9mm. Somit muss nur ein geringer Teil am Primärteil parallel verlaufen, während alle anderen Metallanteile exakt der Stumpfform folgen können. Bei extrem engen Verhältnissen, wie es bei Unterkieferfrontzähnen vorzufinden ist, kann ein Stift zwischen zwei Kronen gleiten [190]. Die Passung eines Stiftes durch entsprechende zahntechnische Maßnahmen (Bohrung bei Edelmetall-Legierungen und Funkenerosion bei NEM-Legierungen) ist leichter zu erzielen, als die großflächige Parallelisierung von Metallteilen bei Parallelteleskopen. Außerdem lassen sich diese Stifte reaktivieren. Bei Erfahrung des Zahnarztes und Zahntechnikers mit diesem Kronentyp ergibt der Platzgewinn Vorteile für die Sekundärkrone in hygienischer und ästhetischer Sicht (Verblendung). Ihr stehen die Bruchgefährdung der Stifte und das Lösen der Fügung als Nachteil gegenüber. 3.4 Galvanodoppelkronen (parallel oder konisch) Galvanoforming bezeichnet die Herstellung goldener oder metallkeramischer Mesostrukturen, Kronen oder Brücken mittels Feingoldabscheidung unter Strom (Abb. 9), d.h. ein Ammonium-Gold-Sulfit-Komplexe befindet sich in wässriger Lösung und geht mittels elektrischen Stroms an der Kathode in Lösung. 3.4.1 Prinzip der Galvanodoppelkrone Das Adhäsionsphänomen als Haftmechanismus ist die Besonderheit bei Galvanodoppelkronen. Aufgrund der Verwendung reinsten Galvano-Feingoldes für das Primär- und für das Sekundärteil entstehen folgende entscheidende Aspekte: Innen- und Außenteile bestehen aus exakt dem gleichen Monometall, nur durch eine 7-10µm dünne, nach Ausarbeitung entfernte Leitsilberschicht, getrennt. Diese Technik weist beinahe identische Maße von Primärteilaußen- und - 51 - Sekundärteilinneradius auf. Diese minimale Differenz wird im klinischen Gebrauch mit Speichel ausgefüllt, der als Gleitmittel zwischen den monometallischen Verbindungselementen dient. Im eingesetzten Zustand der Restauration bedingt er den adhäsiven Effekt wie ein Wassertropfen zwischen zwei aufeinander liegenden Glasplatten. Das führt nach Bongartz und Rosenheim [22, 158] zu einer nahezu verschleißfreien Laufruhe beim Fügen und Trennen der Restauration. Der endgültige Halt wird demzufolge durch den Speichelfilm beeinflusst [22, 51, 54, 83, 150, 168]. Feingold kann ebenfalls bei Zirkonoxidinnenkronen, wegen dessen geringer Oberflächenrauhigkeit, als Festkörper-Schmiermittel wirken [152]. Galvanoteleskope besitzen eine hervorragende Passform, gute Biokompatibilität und hohe Stabilität gegen Bruchgefahr [22, 93, 159, 202, 203]. Bei den hier verwendeten Doppelkronenkonstruktionen erreicht die Tertiärstruktur (= Matrize) durch das Einkleben der Gold-Platin-Folie einen spannungsfreien Sitz [37, 54, 168, 194]. 3.4.2 Fertigung von Galvanodoppelkronen An der Kathode befindet sich das mit Leitsilberlack überzogene, an einem Kupferdraht fixierte Werkstück, an welchem dann das Feingold aufgrund der Spannungsreihe abgeschieden wird. Generell werden zwei Verfahren unterschieden: die direkte und die indirekte Technik. In der direkten Technik [35] befindet sich das mit Leitsilberlack überzogene echte Primärteil (Abb. 5) auf der Kathodenseite. Somit entsteht nach mehren Stunden ein 0,2-0,4mm dickes homogenes monometallisches Käppchen (Abb. 6) direkt auf der endgültigen Primärkrone [204]. Das Primärkäppchen wird hierbei noch mittels hochprozentiger Salpetersäure von seiner Leitsilberlackschicht gesäubert. Die mechanische Festigkeit, die Duktilität, Maß- und Formgenauigkeit und die Schichtdickenverteilung werden durch Elektrolytzusammensetzung, pH-Wert, Temperatur, Bewegung der Lösung, die angelegte Stromstärke und die Verfahrensdauer beeinflusst. Das somit feinkörnigere Gefüge des galvanisch abgeschiedenen Goldes wirkt sich vor allem positiv auf die Stabilität aus [36]. - 52 - Die indirekte Technik bedeutet, dass die Primärkrone mit Hilfe einer Doublierabdruckes zuerst gedoppelt wird, woraufhin entweder die entstandene Abdruckform mit Leitsilberlackpulver beschickt und mit Kunststoff verblockt ins Galvanogerät gehängt wird, oder das mit Leitsilberlack überzogene Gipsdublikat. Großer Vorteil ist die preisgünstige Reparaturmöglichkeit, da jederzeit neue Galvanokäppchen über die Doublierform herstellbar sind [38]. Abb. 5: Primärkrone mit Leitsilberlacküberzug Abb. 6: Monometallische GalvanoGoldkäppchen (Fa. Wieland, Pforzheim) Käppchen-Schichtstärken von 0,2-0,4mm können erreicht werden (Abb. 7). Der zeitliche Aufwand dieser Technik liegt in der Regel zwischen 5 bis 12 Stunden, im Speed-Verfahren bei 2 Stunden [27]. Verbliebenes Restgold des Galvanobades wird recycelt. Abb. 7: Abscheidevorgang im Galvanogerät z.B. AGC Micro Plus (Fa. Wieland, Pforzheim) - 53 - 3.4.3 Untersuchungen zur klinischen Bewährung von Galvanodoppelkronen Adhäsion und Strömungswiderstand sind zwei physikalische Erscheinungen, die durch den dünnen Speichelfilm [42] im Fügespalt hervorgerufen werden; und Galvanodoppelkronen Haftkraft verleihen [7, 182]. Das Hagen-Poiseuille-Gesetz bildet die mathematisch-physikalische Basis für den Strömungswiderstand. Der Strömungswiderstand des Speichels im Fügspalt ist direkt proportional zur Spaltraumlänge und zur Speichelviskosität und umgekehrt proportional zur Spaltraumbreite. Der Fügspalt einer Zirkonoxid-Galvano-Kombination besitzt, nach Diedrichs [35], eine Speichelfilmstärke von ca. 12µm und die Fügespaltausdehnung kann auf ca. 250mm² festgesetzt werden. Speichel ist aufgrund seiner molekularen Zusammensetzung hochviskös. Der Strömungswiderstand ist aufgrund der starken Speichelviskosität bezogen zur großen Oberfläche des dünnen Fügespalts einer Teleskopkrone relativ hoch. Die Adhäsion von Flüssigkeiten an festen Körpern ist von zentraler Bedeutung (Hagen-Poiseuille-Gesetzes) [64]. Durch diese Tatsache wirkt die Speicheladhäsion an den Kronenwänden der Abzugskraft entgegen. Es kommt zur Entstehung eines negativen Druckes im Fügespalt; ausgelöst durch die Ausschaltung der Adhäsion, bei Dislokation von Außen- und Innenkrone. Dieser Unterdruck muss dann durch kapillare Spalträume negiert werden [7]. Somit ist der Abzugskraft bei Teleskopkronen nur der Strömungswiderstand als Größe entgegengesetzt, da durch die Übergangspassung keinerlei nennenswerte Haltekräfte erzeugt werden. Bei Konuskronen wirkt die Presspassung der Abzugskraft zusätzlich entgegen. Der Strömungswiderstand ist laut Hagen-Poiseuille-Gesetz nur für parallel verlaufende, zylindrische, rotationssymmetrische Werkstücke definiert und kann trotzdem bei konischen Doppelkronen zu Anwendung gebracht werden. 54 3.4.4 Materialien und Legierungen von Galvanodoppelkronen Folgende Materialien und Legierungen finden bei Primärkronen Anwendung [36]: a) Goldlegierung (hochgoldhaltige, aufbrennfähige Legierungen) b) Reintitan c) NEM (Kobalt (Co)–Chrom (Cr)–Molybdän (Mo)-Legierungen) d) Dentalkeramik (ZrO2) Für die Sekundärkäppchen wird reinstes Feingold verwendet. Das Tertiärgerüst besteht in der Regel aus einer Kobalt (Co)-Chrom (Cr)-Legierung oder aus Titan und seinen Legierungen. 3.5 Foliendoppelkronen 2004 von Mundt und Kollegen beschriebene Doppelkrone, die eine gewalzte und gefaltete 50µm Gold-Platinfolien auf ihren Primärkonus aufgeprägt bekommt. Diese dient zur Vermeidung von herstellungsbedingten Ungenauigkeiten [145]. Die Primär- und Sekundärkronen werden auf die allgemein übliche Art und Weise mittels einer aufbrennfähigen Kobalt-Chrom-Molybdän-Basislegierung (Co-CrMo), Reintitan oder einer Metallkeramik mit Konuswinkeln von 5°-6° hergestellt. Ursächlich für die Haftkraft ist das Tribologische System (der hydraulische und adhäsive Effekt), vergleichbar mit Galvanokronen. Die Haftkraft des Konus durch den Winkel wirkt primär, dann sinkt bei steigender Abzugsgeschwindigkeit die Haftkraft entgegen den Galvanoteleskopen. 3.5.1 Prinzip der Foliendoppelkrone Für die Haftkraft wird in erster Linie die klassische Konuspassung verantwortlich gemacht. Die Konuswirkung setzt einen okklusalen/inzisalen Entlastungsspalt von ca. 50µm zwischen Primärteil und der eingeklebten Folie zwingend voraus [93, 123]. Im Längsschliff ist die geringe Dimension von Klebefuge, Folie und zirkulärem Haftspalt zwischen Primär- und Sekundärteil zu erkennen, die in der Summe unter 120µm liegt (Abb. 8). Hierdurch entsteht die Vermutung, dass das Strömungsphänomen Hagen-Poiseuille-Gesetz Galvanodoppelkronen wirkt. 55 bei Speichel ähnlich den Tertiärgerüst Klebefuge Folie Haftspalt Primärkonus Summe ca. 50µm 50µm ca. 4-8µm < 120µm Abb.8: Längsschliff von Primärkonus, Folie, Klebefuge und Tertiärgerüst der Co-Cr-Mo-Legierung Vi-Comp® (Schliffherstellung: Fa. Struers, Willich) 3.5.2 Fertigung von Folienkonuskronen mit Kobalt-Chrom/Titan-Primärteil Auf einem Sägemodell wird die Wachsmodellation mit konischen Wachsfräsen bearbeitet, darauf mit Spezialmassen eingebettet, gegossen und ausgebettet. Die Primärteile werden aufgepasst und zirkulär mit Konatoren (Schleifpapier) bis zur 120er Körnung nachbereitet. Die Okklusalflächen werden poliert. Der spätere Entlastungsspalt entsteht durch eine doppelte Platzhalterlackschicht okklusal/inzisal. Eine gewalzte 50µm Gold-Platinfolien mit der Zusammensetzung 93,55; Au 5,46 Pt; <1 In; Ir; Fe wird modifiziert nach der Empfehlung des „Sunrise®“-Verfahrens (Fa. Tanaka, Illinois) [183] auf den Primärkonus aufgefaltet. Daraufhin wird das entstandene Käppchen mit Aluminiumoxid bei 0,2mPa abgestrahlt, über einer Flamme weich geglüht und in einem Ölbad unter 13,8mPa hydraulisch auf den Primärkonus aufgeprägt. 56 3.5.3 Vergleich der Herstellungsprinzipien von konventionellen Doppelkronen und Folienkonuskronen Die konventionelle Doppelkronentechnik stellt hohe Anforderungen an den Zahntechniker, da es sich um viele aufeinander aufbauende Arbeitsschritte handelt. Die Herstellung von Doppelkronen ist eine handwerkliche Tätigkeit, bei der die Bandbreite vermeidbarer und unvermeidbarer Fehlerquellen sehr hoch ist. Die Haftkräfte der parallelwandigen Teleskope und Konuskronen variieren trotz standardisierter Herstellung [148]. Die Friktion muss durch Bearbeiten der sich berührenden Flächen jeweils individuell / manuell eingestellt werden [8]. Grundsätzliches Problem ist die Sicherung einer gleich bleibenden Abzugskraft des Zahnersatzes. Veränderungen der Haftkraft in Abhängigkeit vom Fügezyklus ist von Autoren wie Stark [174] und Becker [8] dokumentiert worden. So schreibt Becker [8], dass die Kontaktflächen neu hergestellter Konuskronen noch rau und wellig sind. Die Haftkraft resultiert in diesem Stadium aus den Kontakten weniger Berührungspunkte, die den Stellen höchster Erhebung entsprechen. Plastische Deformationen sind irreversibel und haben nach jedem Fügevorgang eine Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit im Sinne einer Glättung zur Folge. Somit ändert sich die Zahl der Kontaktpunkte ständig, ebenso variiert die Intensität der Berührungen. Hiermit können sich Abzugskräfte allmählich aufoder abbauen, plötzlich stark fallen und sich extrem erhöhen. Schwankungen bis zu 20% in der Haftreibung sind keine Seltenheit. Beläge auf den Primärkronen, sowie hochvisköser Speichel erhöht die Haftung ebenfalls unkontrolliert. Um einem Friktionsverlust entgegenzuwirken, wurde unter anderem die Arretierungsvorrichtung eingesetzt. Schon Körber, K.-H. [104] beschrieb die Probleme konventionell hergestellter Teleskope. Diese sind seiner Meinung nach mit großer technischer Problematik behaftet, da beim Prinzip der auf Reibung eingestellten Gleithülse nicht gleichzeitig ein gängiges Gleiten ineinander und dann übergangslos eine gute Haftung erfolgen kann. Diese Nachteile äußern sich laut Körber, K.H. [104] in der praktischen Anwendung durch eine derart feste 57 Einlagerung der konusgetragenen (doppelkronengetragen) Prothese, dass sie nur mit hohem, schädlichem, über 10N liegenden Kraftaufwand abgenommen werden kann. Zu hohe Haftkräfte eines Teleskops können zu einer Lockerung und im ungünstigen Fall zu einem Verlust der Pfeilerzähne führen. Bei zu niedrigen Haftwerten tritt der gegenteilige Effekt auf, und der Zahnersatz ist nicht mehr genügend fixiert. Körbers, K.-H. [104] Lösung bestand darin, auf die Zylinderteleskopkrone zu Gunsten der Konuskrone zu verzichten. Bei einem hydraulisch funktionierenden System (= Hagen-Poiseuille-Gesetz) ist dieser Schritt nicht notwendig, da zum einen das Gleiten zwischen Primär- und Sekundärteil weitestgehend friktionslos ablaufen soll und zum anderen die maximale Haftkraft geometrisch begrenzt ist, d.h. sie ist abhängig von der teleskopierenden Höhe und vom Stumpfdurchmesser. Laut Weigl et al [194] steigt die Haftkraft bei Vergrößerung der Höhe und des Durchmessers und sinkt bei Verbreiterung des Fügespaltes. Problematisch ist, dass die Wirksamkeit von Kräften stark von ihrer Richtung abhängt, werden sie in der Physik bekanntermaßen nicht einfach dem Betrag nach gebraucht, sondern als Vektoren beschrieben wird. Diese Tatsache gilt ebenfalls für Doppelkronen: die Adhäsion entsteht an der Okklusalfläche mit voller Wirksamkeit, da die Abzugskräfte hier senkrecht ansetzen. An der Mantelfläche wirkt die Adhäsion bei parallelwandigen Zylinderteleskopen nicht. Je konischer die Kronen werden, desto größer werden die Haftungskräfte dem Betrag nach. Da größere Konizität nicht über zervikale Vergrößerung, sondern nur über okklusale Verkleinerung erreicht werden, wird auf der anderen Seite die Okklusalfläche mit steigendem Konuswinkel kleiner. Kürzt man die Höhe der Kronen, so wird zwar der Flächeninhalt der Mantelfläche kleiner, bei gleichen basalen und okklusalen Durchmessern folgt aber eine größere Konizität. Hält man den Konuswinkel konstant, so vergrößert sich die Okklusalfläche [157]. Der Vorteil von Mesostrukturen in der Doppelkronentechnik ist vor allem darin zu sehen, einen spannungsfreien, passiven Sitz von weitspannigen Konstruktionen durch die Verklebung in die Tertiärstruktur zu erreichen. Das hat besondere Bedeutung in der abnehmbaren Implantatprothetik [71, 194]. Die gesamte Tertiärstruktur kann im Einstückgussverfahren 58 aus kostengünstigen edelmetallfreien Legierungen hergestellt werden und notwendige Fügetechniken wie Löten oder Schweißen entfallen. [54, 194, 207]. Nachteile der Mesostrukturtechnik ist unter anderem, dass sich drei „Kronen“ übereinander befinden zuzüglich einer Klebefuge, was im ästhetischen Bereich Platzprobleme verursacht. Des weiteren befinden sich in dem hier gezeigten Beispiel zwei unterschiedliche Metalle über- und aneinander hier Kobalt (Co)Chrom (Cr)-Molybdän (Mo)-Legierung und Feingold, wodurch Korrosion entstehen kann. Die Fertigung von entsprechenden Käppchen mit der Folienprägetechnik erfordert einen geringen apparativen Aufwand (Flamme, Hydraulik, Sandstrahlgerät), der sich ohne großen Aufwand installieren lässt - in der Regel im Dentallabor schon vorhanden ist. Im Gegensatz zur Galvanotechnik fallen keine Abscheidezeiten an, die gegenwärtig bei herkömmlichen Geräte zwischen 5 und 10 Stunden, bei Speed-Geräten von 2 Stunden betragen [27]. Durch die Prägung wird ebenfalls eine weitestgehend von Gussparametern unabhängige Passung mit einem Fügespalt unter 10µm erzielt. Die Stärke der Gold-Platin-Folie beträgt 50µm, zusammen mit der Klebefuge erfordert die Mesostruktur weniger als 120µm Platz. Die Wandstärke der Galvanokäppchen beträgt mindestens 150µm, in der Regel 200-300µm [22, 71, 150, 205]. Die Primärkronen, auf denen die Folien geprägt werden, bestehen wie das Tertiärgerüst entweder aus Titan oder aus einer korrosionsstabilen KobaltChrom (Co-Cr). Legierung. Bedingt durch die Methodik ist das Verfahren gerade im Zeitalter des steigenden Goldpreises kostengünstiger. Das Tribologie-Modell beruht nicht nur auf der Haftreibung [82, 128], sondern auch auf hydraulischen (Hagen-Poiseuille-Gesetz) und adhäsiven Mechanismen, die zwischen Speichel, Primär- und Sekundärteil wirken. Die Haftkraft ist primär abhängig von der Oberflächen- und Materialeigenschaften, sekundär von der Strömungsgeschwindigkeit und der Speichelviskosität [83, 93, 150, 194]. Letztendlich kann sie erst im Mund des Patienten exakt definiert werden. Bei konischen, keramischen Primärkronen in Verbindung mit der Galvanotechnik spricht Weigl und Kollegen [194] von einem weitestgehend auflastunabhängigem Halteelement, weil kein horizontaler Entlastungsspalt zwischen Primär- und Sekundärteil eingearbeitet ist und die Aufpresskraft Fp nur begrenzt wirken kann. Pennemann [150] ermittelte hingegen eine signifikante Abhängigkeit der Haftkraft 59 von der Auflast bei seinen Galvanokonuskronen mit keramischen Primärteilen. Er führt dies auf den kleiner werdenden Fügespalt durch das Aufpressen und auf die mechanischen Eigenschaften des Galvanogoldes zurück. In der Folienprägetechnik wird ein okklusaler/inzisaler horizontaler Entlastungsspalt eingearbeitet, so dass die okklusale Belastung auf die zirkulären Wände weitergeleitet wird. Konuskronen abhängig ist vom Die Material Haftkraft bei konventionellen (Haftreibungszahl µ0 als Materialkonstante), von der Oberflächenrauhigkeit, von der Aufpresskraft Fp und vom Konuswinkel [82, 105, 128]. Die relative Konstanz der Abzugskräfte bei 6° könnte darauf hindeuten, dass hier der Grenzbereich für die Konushaftung beginnt und eine Verkeilung zwischen Innen- und Außenteil nur noch bedingt eintritt [82, 105]. Eventuell kommen andere tribologische Mechanismen zum Tragen. Die Überprüfung des hydraulischen Effektes wurde mit dieser Studie übernommen und gezeigt, dass bei Viskositätsunterschieden des Milieus die Haftkraft steigt, somit der hydraulische Effekt (Durch das Abziehen der Prothese verursachte Strömung der Flüssigkeit zwischen zwei Hohlräumen, wobei die innere Reibung der Flüssigkeit der Bewegung entgegenwirkt) greift [51, 83, 150]. Nach Mundt [144] liegen die Abzugswerte der 5°-Folienkonuskronen aus ViComp® im Interquartilbereich zwischen 1 und 5N, die Maxima der Abzugskräfte übersteigen selbst nach hoher Auflast die 10N nicht. Eine Erhöhung des Winkels auf 6° reduziert die Abzugskräfte weiter. Im Gegensatz zum konventionellen ViComp®-Konus erreicht man mit der Folienkonuskrone auch nach hoher Aufpresskraft Fp keine zu hohen Haftwerte. Auf der anderen Seite liegen die Abzugskräfte vieler 5°-Prüfkörper mit der Folienmesostruktur unter den von Körber , K.-H. [104] geforderten 5N. Man vermutet, dass intraoral zusätzliche Mechanismen wirken, die durch das Zusammenspiel zwischen Folie (Härte, Oberflächenrauhigkeit), Speichel und dem Fügespalt, der mit 5-10µm ähnliche Dimensionen wie eine Galvanodoppelkrone besitzt [83, 150, 194], eine Rolle spielen. Huber [83], deren Galvanoteleskope ca. 2N im Abzugsversuch unter hochviskösen Flüssigkeiten aufweist, schließt aus ihren Untersuchungen, dass bei der Einzelkrone die Haftkraft niedriger sein kann als der Bereich zwischen 510N. 60 3.5.4 Untersuchungen zur klinischen Bewährung von Folienkonuskronen Laut Mundt et al. [145] sind die technische und klinische Anfertigung der Konusprothesen mittels Folientechnik mit den Erfahrungen aus dem Einsatz der Galvanotechnik für Doppelkronen vergleichbar. Klinisch zeigen die eingeklebten Folien während der Tragezeit keine oberflächlichen Korrosionsanzeichen und nur wenige Gebrauchsspuren. Die Klebeverbindungen sind laut Mundt [144] stabil. 3.5.5 Materialien und Legierungen von Folienkonuskronen Folgenden Materialien und Legierungen werden bei den Primärkronen und Tertiärstrukturen der Folienkrone eingesetzt: a) Reintitan b) NEM (Kobalt-Chrom-Molybdän- (Co-Cr-Mo) Legierungen) c) Dentalkeramik (ZrO2) 61 4 Fragestellung 1) Besteht die Möglichkeit das Verfahren des NEM/NEM Folienkonus auf keramische Primärteile zu übertragen? 2) Existieren Zusammenhänge zwischen der Aufpresskraft Fp und der Abzugskraft Fz ähnlich dem konventionellen Folienkonus? 3) Wie verändert sich die Abzugskraft Fz bei unterschiedlicher Abzugsgeschwindigkeit v? 4) Welche Auswirkungen hat eine Änderung des Milieus, der Viskosität, auf die Haftkraft des Folienkonus mit keramischem Primärteil? 5) Ist das Hagen-Poiseuille-Gesetz bei Foliendoppelkronen ebenso wie bei Galvanoteleskopen Hauptursache der Haftung? 6) Warum Foliendoppelkrone, was bietet die Folie für den Praktiker an Vorteilen? 7) Kann das Verfahren als praxisreif empfohlen werden, d.h. sind die Ergebnisse reproduzierbar? Um möglichst repräsentative und geeignete Werkstoffe zu nutzen, wird in diesem Versuch ein CAM-gefrästes Cercon®-Zirkonoxid (ZrO2) Primärkrone der Fa. DeguDent, Hanau verwendet sowie eine ViComp®-Sekundärkrone der Fa. Austenal, Köln aus Kobalt-Chrom-Molybdän (Co-Cr-Mo). In der Sekundärkrone klebt eine Gold-Platinfolie der Fa. Tanaka, Skokie, Illinois als Mesostruktur. 62 5 Methode Dieses Kapitel wird die hier verwendeten Arbeitsweisen der einzelnen Bereichen - Versuch, Herstellung, Auswertung - erläutern. 5.1 In vitro-Haftkraftuntersuchungen (Versuchsmethode) Die Haftkraftuntersuchungen werden mit der Universalprüfmaschine Z 050 (Fa. Zwick, Ulm) in Zimmertemperatur (ca. 20°C) durchgeführt. Die okklusale Öse am Sekundärteil dient zum Einhängen in die obere, bewegliche Traverse der Prüfmaschine, so dass sich der Konus beim Aufschieben selbst zentrieren kann. Der Primärkonus wird auf einen V2A- Stahlstab mit Nimetic Cem® (Fa. 3M Espe, Seefeld) geklebt und in die untere Traverse mit einem Flüssigkeitsreservoir aus einem Gardena®-Gartenschlauchadapter umgeben, fest eingespannt (Abb. 9). Traverse Messdose Verbindungselement Sekundärkrone mit Mesostruktur Primärkrone auf V2A-Stahl-Stab Reservoir Verbindungselement Traverse Abb. 9: Schema und reale Einspannvorrichtung der Universalprüfmaschine Z 050 63 Für die Haftkraftuntersuchungen werden 9 Folienkonusprüfkörper (inkl. einem Ausreißer) aus Zirkonoxid/Vi-Comp® hergestellt. Die Abtastfrequenz der Universalprüfmaschine Zwick Z 050 wird mit 50Hz in der Messdatenkarte eingestellt. Pro Probenkörper wird ein Vorlauf mit 100 Zyklen bei 50N Belastung durchgeführt. Gemessen wird die Abzugskraft Fz nach Aufpresskräften Fp von 50N, 100N, 200N bei Abzugsgeschwindigkeiten v von 125mm/min, 250mm/min, 500mm/min. Pro Aufpressparameter werden je 3 Messungen pro Prüfkörper unter trockenen Bedingungen/Luft (Milieu 1), unter Wasser/H2O (Milieu 2) und unter ® Speichelersatzmaterial/Glandosane (Fa. Cell Pharm, Hannover) (Milieu 3) bei Zimmertemperatur (ca. 20°C) gefahren. Diese Flüssigkeiten werden durch ein Reservoir aus einem Wasserschlauchadapter (Fa. Gardena) und einer Mischbatteriedichtung (Abb. 10 a+b) um den Prüfkörper herum platziert. Hierdurch ist eine gleichmäßige Befeuchtung des Konus jederzeit gegeben. Eine Erwärmung auf ca. 35°C Mundtemperatur ist auf diese Art nicht möglich. Glandosane® besitzt laut Matzker [132, 133] einen pH-Wert von 7,2 und eine Viskosität von 0,86mPas. Wodurch die natürliche Vorlage im Bezug auf den pHWert von 6,5 – 6,9 in Ruhe bis 7,0-7,2 in Stimulation nur bedingt nachempfunden werden kann. Abb. 10 a+b: Flüssigkeitsreservoir aus einem Gartenschlauch-Adapter (Fa. Gardena, Ulm) und einer Mischbatteriedichtung 64 Mit Hilfe des Hystereseprogrammes testXpert® der Universalprüfmaschine Z 050 (Fa. Zwick, Ulm) wird die Abzugskraft Fz nach 3 Messungen entsprechend des Kurvenpeaks unterhalb der Nulllinie bestimmt (Abb. 11). Von diesen 3 Messungen fließt der Median in die Auswertung ein. Als Beispiel sind hier Auszüge aus den Messgraphiken für trockenes Milieu/Luft und unter Einfluss von Wasser (H2O) bei einer Aufpresskraft Fp von 200N aufgeführt. Aufpresskraft Fp=200N Abzugskraft Fz~11N Aufpresskraft Fp=200N Abzugskraft Fz~8N Abb. 11: Probengrafik des Hystereseprogrammes (testXpert®, Fa. Zwick, Ulm): 6° NEM-Konuskrone trockenes Milieu/Luft (oben) 6° NEM-Konuskrone Milieu Wasser/H2O (unten). - 65 - 5.2 Herstellungsmethode der Prüfkörper 5.2.1 Keramisches Primärteil Die Wachs-Modellation der Primärkronen wurden mit dem Cercon® Scanner abgetastet, eingescannt und anschließend mittels der Cercon® Fräsanlage Smart (Fa. DeguDent, Hanau) aus einem Weißkörper mit einem Konuswinkel von 6° herausgefräst (Abb. 12-14). Bei einem vollständig computerbasierten Design (CAD = computer aided design) wird der Kopiervorgang durch die elektronische 3D-Verschmessung und die Gestaltung der Zähne durch angelegte Zahndesignkarteien ersetzt. Abb. 13:Cercon® Heat-Sinterofen Abb. 12: Cercon®-Rohlinge vor und direkt nach dem Schnitt Abb. 14: Cercon® Fräsanlage Smart (Fa. DeguDent, Hanau) - 66 - Die Okklusalflächen wurden poliert oder glanzgebrannt. Der okklusale oder inzisale Anteil ist mit einer doppelten Platzhalterlackschicht (Fa. Graupner, Kirchheim-Teck) für den späteren Entlastungsspalt von ca. 120µm versehen worden. Die Stümpfe, auf denen die Cercon®-Primärkronen (Fa. DeguDent, Hanau) mit einer Wandstärke von 200 bis 300µm CAD gefräst wurden, besitzen einen prämolarenähnlichen, ovalen Querschnitt mit einem Durchmesser von 6mm in mesio-distaler, von 8mm in oro-vestibulärer Richtung und mit einer Höhe von 6mm. Bei konventionellen (metallischen) Primärkronen werden die Wachs- modellationen mit konischen Wachsfräsern geformt, die Einbettung folgt den Herstellerangaben mit Spezialeinbettmassen. Die Kobalt-Chrom-Molybdän- (CoCr-Mo-) Kronen werden mit einer Senior®-Multihertz-Guss-Schleuder, die Titankronen mit einer Ohara®-Titanguss-Schleuder (Tiniumer Typ 500T25US) unter Argon-Schutzgas vergossen. Nach dem Aufpassen der Primärteile werden die zirkulären Haftflächen mit Schleifpapier bis zu einer Körnung 120 nachbereitet, das auf Konatoren (Konator-Flex-System “Hamm®“, Fa. DeguDent, Hanau) befestigt ist. 67 5.2.2 Mesostruktur Auf das Primärteil wurde eine gewalzte 50µm dicke Sunrise®-Gold-Platinfolie (Tanaka Dental Products, Skokie, Illinois 60077 U.S.A.) mit der Zusammensetzung 93,55 Au 5,46 Pt, <1 In, Ir, Fe (Angaben in Massenprozent) [183] aufgefaltet (Abb. 15). Abb. 15: Faltung der Sunrise®-Folie (Tanaka, Illinois) über den ZrO2-Primärkonus. Abb. 16: Abgestrahltes und weich geglühtes Folienkäppchen, fertig zum Aufprägen. 68 Das so entstandene Käppchen wurde mit Aluminiumoxid bei 0,2mPa abgestrahlt, über einer Flamme weich geglüht (Abb. 16) und hydraulisch in einem Ölbad unter 13,8mPa auf den Primärkonus aufgeprägt. Nach Entfernung des Käppchens wurde der Primärkonus mit einer 100µm dicken Platzhalterfolie (Fa. Bego, Bremen) und einer Schicht Platzhalterlack (Fa. Graupner, Kirchheim-Teck) von 20-30µm für die Mesostruktur und den Kleber versehen. 5.2.3 NEM-Tertiärstruktur Die Wachsmodellation und die Einstellung einer Konizität von ebenfalls 6° geschieht mit Hilfe des Konometers, um eine gleichmäßige Schichtdicke zu gewährleisten. Im Anschluss wird konventionell eingebettet, im Einstückgussverfahren aus der Kobalt-Chrom-Molybdän- (Co-Cr-Mo-) Legierung Vi-Comp® (Fa. Austenal GmbH, Köln) gegossen und auf einem extra hergestellten Fixationsmodell ausgearbeitet. Nachfolgend wurden die Folienkäppchen in das Sekundärteil, an welchem sich eine Öse zum Einhängen befindet mit einem chemisch härtenden Komposit, hier ZL Durodont® (Fa. ZL Mikrodent, Breckerfeld/Hagen) eingeklebt. Diese so hergestellte Konuskrone wurde mit Nimetic Cem® (Fa. 3M Espe, Seefeld) zentriert auf V2A-Stahlstäbe per Hand zementiert (Abb. 17). Abb. 17: Verwendeter Probenkörper: 69 Nachtrag Abb. 17: Verwendeter Probenkörper: Primärteil: ZrO2-Keramik Cercon® (Fa.DeguDent, Hanau) mit Nimetic Cem® (Fa. 3M Espe, Seefeld) auf V2A-Stahlstäbe geklebt. Tertiärteil: Co-Cr-Mo-Legierung Vi-Comp® (Fa. Austenal GmbH, Köln), in welches eine, nach dem Sunrise®-Verfahren [123] gefaltete Gold-Platinfolie (Sekundärteil oder Mesostruktur), per ZL Durodont® (Fa. ZL Mikrodent, Breckerfeld/Hagen) eingeklebt wird. 5.2.4 Der künstliche Speichel Murakami [147] beschäftigte sich eingehend mit synthetischen Speichellösungen, bei zahnärztlichen Materialien gaben die Autoren eine Viskositätsrate von 0,86mPas (Maß der Speichelviskosität) bei Körpertemperatur (ca. 37°C) vor. Matzker [133] entwickelte in Kooperation mit der damaligen Dr. E. Fresenius KG, Bad Homburg - heute Fa. cell pharm GmbH, Hannover - einen neuartigen künstlichen Speichel, der dem nativen Vorbild sehr nahe kommt. Das Produkt Glandosane® weist folgende Zusammensetzung auf: Natriumionen 14,4mval/l Kaliumionen 21mval/l Magnesiumionen 0,5mval/l Calciumionen 2mval/l Chloridionen 33,5mval/l Hydrogenphosphationen 4mval/l Cyanidionen 1mval/l Der pH-Wert beträgt 7,2 die Dichte liegt bei 1,015g/cm³. Trinkwasser besitzt einen pH-Wert von ca. 6,5-9,5 und der Speichel eines gesunden Menschen liegt bei pH 7,0-7,1, der eines Xerostomie-Erkrankten liegt bei ca. pH 5,5. 70 5.3 Auswertungsmethode (Statistische Auswertung) In dem hier verwendeten saturierten statistischen Modell werden für die Faktoren die dreifaktorielle Varianzanalyse Typ III verwendet. Zur Erläuterung: Ein saturiertes Modell reproduziert alle in der Stichprobe beobachteten Unterschiede exakt, wodurch ein perfekter Datenfit auftritt. Da es exakt so viele Parameter beinhalten, wie Informationen vorliegen, führt es zu keiner Informationsreduktion. Es dient somit der reinen Beschreibung von Daten, nicht dem Hypothesentest oder dem Test verschiedener theoretischer Modelle. Die dreifaktorielle Varianzanalyse Typ III nutzt die Anpassung eines Faktors in Hinblick auf alle anderen Faktoren und Wechselwirkungen. Ein signifikanter Faktor weist somit auf Unterschiede zwischen den Stufen dieses Faktors hin, die über den Einfluss möglicher Wechselwirkungen hinausgehen. Ein Faktor = eine Bezugsgröße wird in Hinblick auf alle anderen Faktoren und Wechselwirkungen eingestellt. Die statistische Signifikanz/Bedeutsamkeit stellt Unterschiede zwischen den Stufen dieses Modells dar, wobei nicht alle Wechselwirkungen berücksichtigt werden. η² (partielles Eta-Quadrat) stellt die Effektstärke dar, wobei Werte >1 einen stärkeren Einfluss/Ausmaß der Wirkung eines experimentellen Faktors bedeuten. Die Irrtumswahrscheinlichkeit α wird mit 0,05% [184] angenommen. Sie verdeutlichen den Anteil der falschen Testergebnisse an den gesamten Testergebnissen. Die beobachtete Teststärke = Power, ist ein Maß, ob ein Stichprobenumfang ausreicht und somit auch, ob ein Versuch aussagekräftig ist. Trennschärfe r verdeutlicht die Beziehung eines Faktors zum Gesamtergebnis eines Tests. Der Wertebereich der Trennschärfe liegt zwischen –1 und 1. Bei einer hohen positiven Trennschärfe erfasst der Faktor Ähnliches wie der Gesamttest. Eine Trennschärfe nahe 0 weist darauf hin, dass ein Faktor mit dem restlichen Test wenig gemeinsam hat. Eine negative Trennschärfe kann einen Hinweis darauf geben, dass ein Faktor umgekehrt wie beabsichtigt verstanden oder bei der Auswertung nicht richtig gepolt wurde. Alle Berechnungen werden mit SPSS (Version 11.5) durchgeführt. 71 Voraussetzung für die Normalverteilung in den Zellen ist das Vorhandensein untransformierter und logarithmisch-transformierter Werte. Nur bei einer Signifikanz beider Modelle wird der Faktor d.h. die Interaktion als signifikant angesehen. Der Kruskal-Walllis-Test als zusätzlicher bivariater Test überprüft den Einfluss des Milieus, der Abzugsgeschwindigkeit v und der Aufpresskraft Fp auf die Haftkraft. Sollte sich ein signifikanter Unterschied herausstellen, wurde zusätzlich mit dem Mann-Whitney-U-Test paarweise getestet [184]. In der beschriebenen Weise werden diese drei Hauptfaktoren Milieu, Aufpresskraft Fp und Abzugsgeschwindigkeit v sowie die drei zweifachen Interaktionen zwischen Milieu und Aufpresskraft Fp, Milieu und Abzugsgeschwindigkeit v sowie Aufpresskraft Fp und Abzugsgeschwindigkeit v und der dreifachen Interaktion zwischen Milieu, Aufpresskraft Fp und Abzugsgeschwindigkeit v mit den Nullhypothesen [184] (siehe Fragestellung Kapitel 4) überprüft: Für das Modell werden alle 3 Faktoren als feste Faktoren aufgefasst und es erfolgen Typ III-Schätzungen, d.h. die Schätzungen für einen Effekt werden in Hinblick auf alle anderen Effekte im Modell adjustiert (Tab. 4). Liegen keine statistisch signifikanten Interaktionen vor, wird das erste Modell sukzessive auf das Hauptfaktorenmodell reduziert. Innerhalb der Stufen eines geeigneten Faktors werden die Modelle mit den anderen zwei Faktoren sowie der Interaktion zwischen diesen Faktoren präsentiert. • Varianzanalyse: Bezeichnet eine große Gruppe datenanalytischer und Muster erkennender statistischer Verfahren, die zahlreiche unterschiedliche Anwendungen zulassen. Ihnen gemeinsam ist, dass sie die Varianz analysieren, um Aufschlüsse über die hinter den Daten steckenden Gesetzmäßigkeiten zu erlangen. Nicht alle Verfahren, die mit der Varianz rechnen werden als Varianzanalyse bezeichnet, sondern nur solche, die die Varianz einer metrischen Zufallsvariablen durch den Einfluss einer oder mehrerer Gruppenvariablen erklären. Der Vorteil einer so genannten mehrfaktoriellen Varianzanalyse gegenüber der einfachen liegt in der Analyse der Interaktion der Faktoren, d.h. in der Wechselwirkung des Einflusses, in wieweit der Einfluss eines Faktors von 72 der Ausprägung eines anderen Faktors abhängt und in der Reduktion des Versuchsfehlers. Somit bringen mehrfaktorielle Analysen präzisere Ergebnisse [129]. • R²: Bestimmtheitsmaß, ist ein Maß für den Anteil der erklärten Varianz an der Gesamtvarianz einer abhängigen Variablen. Je näher R² an 1 reicht, desto mehr wird durch das Modell erklärt. [184] • p-Wert: Genaue Angabe der statistischen Evidenz = exakte Signifikanz (p = Probability). “Max. Irrtumswahrscheinlichkeit“. Ist der p-Wert < 0,05 (am häufigsten gewählter Wert, sonst 0,01 oder 0,001), beträgt die Differenz zwischen den Parametern ≠ 0, d.h. die Nullhypothese, dass kein Unterschied zwischen den einzelnen Parametern besteht, kann verworfen werden. Ist der p-Wert >0,05 beträgt die Differenz zwischen den Parametern annähernd 0, d.h. es ist keine Ablehnung der Nullhypothese möglich und somit kann es nicht angenommen werden. Ein Umkehrschluss aus den oben genannten Hypothesen kann nicht gezogen werden [184]. • η²: Um die Größe eines Effektes abschätzen zu können, wird für jeden Effekt das partielle η² (Effektstärke) angegeben. η² kann Werte zwischen 0 und 1 annehmen, höhere Werte bedeuten einen größeren Einfluss [184]. • 95%-Konfidenzintervall: Wird Mutungsintervall oder Vertrauensbereich genannt. Aussage über die Präzision der Lageschätzung eines Parameter. Man kann direkt die Signifikanz ablesen, d.h. in 95 von 100 Fällen enthalten die errechneten Intervallgrenzen den wahren Wert [10]. 73 6 Ergebnisse Der Prüfkörper Nr. 4 wurde aufgrund seiner durch den David-Hartley-PearsonTest [68] ermittelten zu hohen Medianwert von vergleichsweise >50% der Abzugskraft als Ausreißer von der Analyse ausgeschlossen. Pro Milieu liegen somit 27 Beobachtungen pro Probenkörper vor – in Summe ergeben sich somit 648. Für das Modell liegen somit 81 Beobachtungen pro Probenkörper vor, d.h. je 3 verschiedene Abzugsgeschwindigkeiten 125, 250, 500mm/min, je 3 verschiedene Aufpresskräfte Fp 50, 100, 200N, je 3 verschiedene Milieus Luft, Wasser und Speichelersatz (Glandosane®) und je 3 Abzüge Fz. Die in den folgenden Grafiken der Unterkapitel dargestellten Mediane (Punkte) wurden aus 72 Messungen - 8 Prüfkörper x 3 Geschw. x 3 Aufpresskräften pro Milieu) - mit jeweils 3 Zyklen (=216 Beobachtungen) bestimmt und das 95%Konfidenzintervall daraus ermittelt. 6.1 Ergebnisse trocken Zunächst wurden die Versuche unter dem Medium Luft durchgeführt. Tab. 10 gibt einen Überblick über die erhaltenen Mediane und ihre 95%- Konfidenzintervalle. Tab. 10: Median der Abzugskraft Fz und deren 95% Konfidenzintervall (95% CI) [N] in Abhängigkeit von Aufpresskraft Fp [N]und Abzugsgeschwindigkeit v [mm/min] trocken Abzugsgeschwindigkeit v [mm/min] Aufpresskraft Fp [N] 50 100 200 Abzugskraft Fz (95% CI) [N] 125 1,05 (0,01 – 2,19) 1,28 ( 0,14 – 2,43) 1,70 ( 0,55 – 2,84) 250 1,17 (0,03 – 2,31) 1,54 (0,40 – 2,70) 1,93 (0,78 – 3,07) 500 1,32 (0,17 – 2,46) 1,68 (0,54 – 2,83) 2,00 (0,85 – 3,14) 74 Abb. 18: Median der Abzugskraft Fz, deren Mittelwert und 95% Konfidenzintervall (95% CI) [N] in Abhängigkeit von Aufpresskraft Fp [N] und Abzugsgeschwindigkeit v [mm/min] trocken Vorstehende Abb. 18 zeigt den Median der Abzugskraft Fz trocken in Abhängigkeit von der Aufpresskraft Fp und der Abzugsgeschwindigkeit v. Hierbei wird deutlich, das bei gleicher Aufpresskraft Fp mit zunehmender Abzugsgeschwindigkeit v die Abzugskraft Fz sinkt. Außerdem erkennt man, dass mit zunehmender Aufpresskraft Fp bei gleich bleibender Abzugsgeschwindigkeit v die Abzugskraft Fz steigt. Die dargestellten Mediane (Punkte) wurden aus 72 Messungen (8 Prüfkörper x 3 Geschw. x 3 Aufpresskräften in 1 Milieu) mit jeweils 100 Zyklen bestimmt und das 95%-Konfidenzintervall daraus ermittelt. Bsp: Wird ein Prüfkörper mit 50N Aufpresskraft Fp auf die Primärkrone aufgepresst und nachfolgend mit 250mm/min Abzugsgeschwindigkeit v abgezogen, so lässt sich eine Abzugskraft = Haftkraft Fz von 1,17N im Mittel bei trockenem Zustand, Zimmertemperatur (ca. 20°C) erreichen. In der Grundgesamtheit sind mit 95% Wahrscheinlichkeit Werte zwischen 0,03 und 2,31N zu erwarten. 75 6.2 Ergebnisse unter Wasser/H2O Folgend wurden die Versuche unter dem Medium Wasser durchgeführt. Tab. 11 gibt einen Überblick über die erhaltenen Mediane und ihre 95%- Konfidenzintervalle. Tab. 11: Median der Abzugskraft Fz und deren 95% Konfidenzintervall (95% CI) [N] in Abhängigkeit von Aufpresskraft Fp [N]und Abzugsgeschwindigkeit v [mm/min] unter Wasser Abzugsgeschwindigkeit v [mm/min] Aufpresskraft Fp [N] 50 100 200 Abzugskraft Fz (95% CI) [N] 125 1,71 (0,57 – 2,85) 2,82 (1,67 – 3,96) 3,30 (2,15 – 4,44) 250 1,42 (0,28 – 2,56) 1,80 (0,66 – 2,95) 2,54 (1,39 – 3,68) 500 1,62 (0,48 – 2,77) 2,21 (1,06 – 3,35) 2,83 (1,69 – 3,97) Abb. 19: Median der Abzugskraft Fz, deren Mittelwert und 95% Konfidenzintervall (95% CI) [N] in Abhängigkeit von Aufpresskraft Fp [N]und Abzugsgeschwindigkeit v [mm/min] unter Wasser/H2O 76 Vorstehende Abb. 19 zeigt den Median der Abzugskraft Fz unter Wasser in Abhängigkeit von der Aufpresskraft Fp und der Abzugsgeschwindigkeit v. Hierbei wird deutlich, dass bei gleicher Aufpresskraft Fp mit zunehmender Abzugsgeschwindigkeit v die Abzugskraft Fz sinkt. Außerdem erkennt man, dass mit zunehmender Aufpresskraft Fp bei gleich bleibender Abzugsgeschwindigkeit v die Abzugskraft Fz steigt. Die dargestellten Mediane (Punkte) wurden aus 72 Messungen (8 Prüfkörper x 3 Geschw. x 3 Aufpresskräften in 1 Milieu) mit jeweils 100 Zyklen bestimmt und das 95%-Konfidenzintervall daraus ermittelt. Bsp: Erhöht sich unter Wasser bei Zimmertemperatur (ca. 20°C) im Vergleich zur Luft die Abzugskraft Fz bei 50N Aufpresskraft Fp und 250mm/min Abzugsgeschwindigkeit v auf 1,42N im Mittel im Vergleich zu 1,17N. 6.3 Ergebnisse unter Speichelersatz (Glandosane®) Danach wurden die Versuche unter dem Medium Glandosane® durchgeführt. Tab. 12 gibt einen Überblick über die erhaltenen Mediane und ihre 95%Konfidenzintervalle. Tab. 12: Median der Abzugskraft Fz und deren 95% Konfidenzintervall (95% CI) [N] in Abhängigkeit von Aufpresskraft Fp [N]und Abzugsgeschwindigkeit v [mm/min] unter Speichelersatz/Glandosane®. Abzugsgeschwindigkeit v [mm/min] Aufpresskraft Fp [N] 50 100 200 Abzugskraft Fz (95% CI) [N] 125 2,98 (1,84 – 4,13) 4,14 (2,99 – 5,28) 5,60 (4,46 – 6,74) 250 3,16 (2,02 – 4,31) 4,20 (3,06 – 5,35) 4,82 (3,68 – 5,96) 500 2,97 (1,83 – 4,12) 3,63 (2,48 – 4,77) 4,32 (3,18 – 5,47) 77 Abb. 20: Median der Abzugskraft Fz, deren Mittelwert und 95% Konfidenzintervall (95% CI) [N] in Abhängigkeit von Aufpresskraft Fp [N)]und Abzugsgeschwindigkeit v [mm/min] unter Glandosane® Vorstehende Abb. 20 zeigt den Median der Abzugskraft Fz unter Luft in Abhängigkeit von der Aufpresskraft Fp und der Abzugsgeschwindigkeit v. Hierbei wird deutlich, dass bei gleicher Aufpresskraft Fp mit zunehmender Abzugsgeschwindigkeit v die Abzugskraft Fz sinkt. Außerdem erkennt man, dass mit zunehmender Aufpresskraft Fp bei gleich bleibender Abzugsgeschwindigkeit v die Abzugskraft Fz steigt. Die dargestellten Mediane (Punkte) wurden aus 72 Messungen (8 Prüfkörper x 3 Geschw. x 3 Aufpresskräften in 1 Milieu) mit jeweils 100 Zyklen bestimmt und das 95%-Konfidenzintervall daraus ermittelt. Bsp: Steigt unter Speichelersatzmaterial bei Zimmertemperatur (ca. 20°C) die Abzugskraft Fz bei 50N Aufpresskraft Fp und 250mm/min Abzugsgeschwindigkeit v weiter auf 3,16N. 78 6.4 Zusammenfassung Bei der Interpretation dieser Werte ist zu beachten, dass der pH-Wert Einfluss auf die Viskosität hat [9]. Im Rahmen der praktischen Versuchsreihe (Tab. 1-9) konnte ein Zusammenhang zwischen der Haftkraft (= Abzugskraft Fz) und der Abzugsgeschwindigkeit v, sowie zwischen Abzugskraft Fz und Aufpresskraft Fp als auch zwischen Abzugskraft Fz und Medium (Luft, H2O, Speichelersatz) aufgezeigt werden. 6.5 Varianzanalyse mit sukzessiver Reduktion der Faktoren Tab. 13: Partielles η² und p-Werte der Varianzanalyse Modell A mit allen Interaktionen Modell B mit allen zweifachen Interaktionen Modell C (Hauptfaktorenmodell) partielles η² p-Wert partielles η² p-Wert partielles η² p-Wert Milieu 0,331 <0,001 0,331 <0,001 0,320 <0,001 Aufpresskraft 0,144 <0,001 0,144 <0,001 0,109 <0,001 Abzugsgeschw. 0,085 <0,001 0,085 <0,001 0,081 <0,001 Milieu* Aufpresskraft 0,018 0,493 0,018 0,493 Milieu* Abzugsgeschw. 0,020 0,419 0,020 0,419 Aufpresskraft* Abzugsgeschw. 0,007 0,851 0,007 0,851 Milieu* Aufpresskraft* Abzugsgeschw. R² 0,008 0,993 0,435 0,431 0,405 Korrigiertes R² 0,358 0,379 0,388 79 Das Modell (Tab.13) wurde sukzessive auf die Hauptfaktoren Milieu, Aufpresskraft Fp und Abzugsgeschwindigkeit v reduziert (Modell C), da keine 3fach- (Modell A) oder 2fach-Interaktionen (Modell B) signifikant waren. Es ergaben sich keine deutlichen Wechselwirkungen zwischen den Hauptfaktoren. Den größten Effekt = Auswirkung auf die Abzugskraft Fz hat das Milieu (η²=0,32), gefolgt von der Aufpresskraft Fp (η²=0,109). Den geringsten Effekt zeigt die Abzugsgeschwindigkeit (η²=0,081). Das Modell erklärt 38,8% der Varianz der Abzugskraftwerte Fp. 80 7 Diskussion 7.1 Methodenkritik (I) - Kritische Beurteilung des Prüfsystems Die Ergebnisse lassen sich nur eingeschränkt auf die klinische Situation übertragen; die starre Ankoppelung des Doppelkronensystems an die Prüfmaschine berücksichtigt nicht das Dämpfungsverhalten des Parodontiums eines natürlichen Pfeilerzahnes. Der Versuch ist ein „proof of principle“ (PoP = Nachweisstudie des Wirkprinzips). Durch den Einsatz einer Universalprüfmaschine entsteht eine gleichmäßige, exakte, geradlinige Einschubrichtung über den gesamten Zeitraum des Versuches. Beim Aus- und Eingliedern einer Prothese im Mund kann diese aufgrund von Verkantungen niemals erreicht werden. Mit Druckverlagerung kann der Patient beim Herausnehmen entgegensteuern, während dies beim Abzug mit der Universalprüfmaschine zugunsten der Reproduzierbarkeit nicht realisiert werden kann. Verkanntungen der Proben mussten im Gesamten ausgeschlossen werden. 7.1.1 Einflüsse verschiedener Faktoren (Aufpresskraft Fp, Abzugsgeschwindigkeit v, Milieu) auf die Abzugskraft Fz 7.1.1.1 Adhäsion Adhäsive Effekte können bei Verwendung von Zwischenflüssigkeiten prinzipiell wirksam werden. Quantitativ sind sie relativ unbedeutend [121]. Sie machen hier nur ca. 1% der Haftkraft aus. Materialkombinationen und Spülmittelreste sind demzufolge weniger relevant wie man erwarten würde. Es kam zu einem Anstieg der Abzugskraft Fz bei steigender Aufpresskraft Fp, was hier einem Anstieg der Adhäsion gleichzusetzen ist. 7.1.1.2 Hydraulischer Effekt Bei geringer Abzugsgeschwindigkeit wirkt das Hagen-Poiseuille-Gesetz laut Huber [83]. Der Zusammenhang zwischen Abzugskraft F z, der Abzugsgeschwindigkeit v und der Viskosität ist linear. Die Maximalkraft wird durch die Dampfblasenbildung im okklusalen Hohlraum limitiert. Die Abzugskraft 81 Fz sinkt bei steigender Abzugsgeschwindigkeit v. Dieses Phänomen ist durch Sieden einer Flüssigkeit erklärbar, wenn der Sättigungsdampfdruck gleich dem äußeren Druck ist [55]. Aus diesem Grund stellten Faber und Huber [52] die These auf, dass die Zwischenflüssigkeit zu sieden beginnt, wenn der Druck im okklusalen Spaltraum beim Kronenabzug auf ihren Dampfdruck absinkt. Jede weitere Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit kann dann keinen zusätzlichen Druckabfall mehr bewirken, sondern nur zur Vergrößerung der Siedeblase führen. Wasser siedet bei Körpertemperatur (ca. 37°C) bei einem äußeren Druck von 6200Pa (2330Pa bei ca. 20°C Zimmertemperatur) [104]. Bei der gefalteten Mesostruktur beträgt die Schichtstärke des Speichelfilms im Fügespalt nur noch ca. 4-8µm. Diese sehr kleine Spaltfuge vergrößert die physikalischen Phänomene des kapillaren Strömungswiderstandes und der Adhäsionswirkung von Flüssigkeiten beträchtlich. So trägt hier hauptsächlich das Medium Speichel zur Haftkraft bei. Der Speichel fungiert zusätzlich als Schmiermittel im tribologischen System. So konnte ein Kraftanstieg mit zunehmender Viskosität (Luft, Wasser, Speichelersatz) nachgewiesen werden. Die Auswirkung der Viskosität auf die Abzugskraft Fz bestätigt die Vermutung, dass der hydraulische Effekt hier vorrangig zum Greifen kommt. Durch die geringe Oberflächenrauhigkeit der Keramik wirkt das Gold in der Gold-PlatinFolie zusätzlich als Festkörperschmiermittel, wie es nur in der Raumfahrtindustrie als zuverlässiges Schmierprinzip Anwendung findet. Die frikative, mechanische Reibung zwischen den beiden Materialoberflächen kann vernachlässigt werden. Der beschriebene Haftmechanismus basiert nur auf der perfekten Passung der aufgefalteten Mesostruktur und den Materialeigenschaften der Folie. 7.1.1.3 Innere Reibung Aufgrund innerer Reibung ist zum Verschieben zweier flüssigkeitsgetrennter, übereinander geschobener Röhren in Abhängigkeit zur Viskosität eine Innere Reibungskraft zu überwinden [121]. Diese macht ca. 0,5% der Gesamthaftkraft aus. 82 7.1.1.4 Medium Wasser besitzt eine Viskosität von ca. 1,002mPas bei 20°C, Luft von ca. 0,0182mPas bei 20°C, Glandosane® von ca. 0,86mPas bei 20°C. Die Viskosität von Speichel ist alters-, tageszeit- und temperaturabhängig und weist so ca. 1,2mPas (serös) und ca.3-3,5mPas (mukös) bei 20°C auf [34]. Die pH-Werte dieser drei Medien sind unterschiedlich. Speichel liegt bei ca. 77,1; Trinkwasser zwischen ca. 6,5-9,5; Speichelersatz bei ca. 7,2. Speichelersatz muss basischer sein, da er bei Patienten mit vermindertem Speichelfluss zum Einsatz kommt, bei welchen daraufhin der pH-Wert stark ins Saure bis ca. 5,5 abrutscht. Bei ca. 7,1 ist die Grenze zur Schmelzdemineralisation erreicht. 7.1.1.5 Konuspassung Die von Körber, K.-H. [106] beschriebene Konuspassung ist aus parodontaler Sicht wesentlich günstiger. Bei Doppelkronen mit Mesostruktur vermutet man, dass aufgrund trigonometrischer Auswirkungen Konuspassung nicht entstehen kann [157]. 83 des Fügespaltes die 7.1.1.6 Aufpresskraft Fp Die hier verwendeten Aufpresskräfte Fp von 50, 100, 200N spiegeln die durchschnittliche, natürliche Kaubelastung von Frontzähnen und Prämolaren wieder (Abb. 21). Abb. 21: Mittlere und maximale Kaukräfte in Abhängigkeit der Wurzelform [75]. 7.1.1.7 Abzugsgeschwindigkeit v Die in den Versuchen gewählten Abzugsgeschwindigkeiten v können wie folgt begründet werden: Im Bereich von 50mm/min sind Adhäsion, Kohäsion und Hagen-Poiseuille-Gesetz existent [123], während im Bereich von 125mm/min nur Konushaftung auftritt [77]. Der Wert 250mm/min wurde gewählt, da bei einem weiteren Steigern der Abzugsgeschwindigkeit v weitere steigende Abzugskräfte Fz erwartet werden konnten. Die Verwendung höherer Abzugsgeschwindigkeiten v als 250mm/min schienen nicht geeignet, da technische Begebenheiten der Zwick Z 050 Messungenauigkeiten erwarten ließen. 84 7.2 Methodenkritik (II) - Kritische Beurteilung der Probenkörper In der Prüfvorrichtung konnte nur eine Ein-Pfeiler-Situation mit einer idealisierte Form eines Prämolarenpfeilers nachgeahmt werden. Weiter wurde angenommen, dass die Haftungsziffer für Fügen und Lösen (Haftkraft = Abzugskraft Fz) identisch sei. Für gegossene Koni dürfte diese Annahme gerechtfertigt sein. Bei Gefrästen ist denkbar, dass eine „anisotrope“ (ungleichmäßige) Oberflächenstruktur durch das Eingreifen mit Werkzeugen erzeugt wird [97]. Der hier verwendete Konuswinkel von 6° für keramische Primärkronen aus Cercon® Zirkonoxidkeramik wurde als Idealwinkel durch Mundt in einer Studie festgelegt [145], entgegen der Arbeit von Weigl und Mitarbeiter [195], die 4° als Optimum angesehen haben, allerdings bei einem Galvanosekundärteil. Abweichungen in der Ausrichtung der Haltestäbe können durch das manuelle Einkleben mit Nimetic Cem® (Fa. 3M Espe, Seefeld) in die Keramikprimärkronen entstanden sein. Durch das ebenfalls manuellen Aufsetzen der Sekundärteile kann ein geringes Verkanten vor Ausübung der Aufpresskraft Fp nicht ausgeschlossen werden. Der verwendete künstliche Speichel (Glandosane®) kann weder Viskositätsunterschiede, bedingt durch Nahrungsaufnahme, Alter, Tagesverlauf und Temperatur usw. simulieren, noch enthielt er daraus folgende körnige Verunreinigungen und abrasive Stoffe. Die erzeugte Haftkraft ist so nur unter idealisierten Bedingungen aussagekräftig für die klinische Anwendung. Anstelle einer Erwärmung auf 37° wurden hier drei stark variierende Viskositäten eingesetzt. 85 7.3 Diskussion anhand der Fragestellung aus Kapitel 4 7.3.1 Besteht die Möglichkeit das Verfahren des NEM/NEM Folienkonus auf keramische Primärteile zu übertragen? Das Material für Primärteil und Tertiärgerüst spielt laut Mundt [143], statistisch gesehen, eher eine untergeordnete Rolle. Hohmann, Kleutges, Körber, Lenz und Ludwig [82, 93, 105, 125, 128] beschrieben, dass die Haftung auf die klassische Konuspassung, durch den okklusalen/inzisalen Entlastungsspalt von ca. 50µm zwischen Primärkonus und Folie zurückzuführen ist. Die dreifaktorielle Varianzanalyse dieser Arbeit beweist ein vergleichbares Verhalten. Da die Aufpresskraft Fp und das Milieu die Abzugskraft Fz signifikant beeinflussen. Rößler [157] dagegen behauptet, dass trotz experimenteller Bestätigung der These eine Haftung durch klassische Konuspassung mit den gebräuchlichen Herstellungsmethoden nicht erzeugt werden kann, da man dafür einen okklusalen Spalt von ca. 110 µm bräuchte. Der Strömungswiderstand ist laut Hagen-Poiseuille-Gesetz nur für parallel verlaufende, zylindrische, rotationssymmetrische Werkstücke definiert. Faber und Rößler [51,157] gehen jedoch in ihren Studien davon aus, dass es bei konischen Werkstücken durch den zirkulären Haftspalt zwischen Primär- und Sekundärkrone von <120 µm ebenfalls Auswirkungen hat. Die hier durchgeführte Studie lässt ebenfalls den Schluss zu, dass das Hagen-Poiseuille-Gesetz bei Konuskronen zur Anwendung kommt, da bei Änderung der Viskosität bzw. Milieu (Wasser, Glandosane®) und der Abzugsgeschwindigkeit die Haftkraftwerte sich wie erwartet verändern. Steigt die Viskosität oder die Abzugsgeschwindigkeit, steigen auch die Abzugskraftwerte. Durch die gefaltete Mesostruktur wird das Material zweitrangig und lässt den Schluss zu, dass das Folienverfahren ungehindert auf keramische Primärteile übertragen werden kann. 7.3.2 Existieren Zusammenhänge zwischen der Aufpresskraft Fp und der Abzugskraft Fz ähnlich dem konventionellen Folienkonus? Wie auch schon in der Arbeit über konventionelle Folienkonuskronen von Mundt [143] beschrieben, existieren Zusammenhänge zwischen der Aufpresskraft Fp 86 und der Abzugskraft Fz. D.h. die Abzugskraft Fz steigt bei gleich bleibender Abzugsgeschwindigkeit v mit zunehmender Aufpresskraft Fp unter Luft. Dies ist einer Zunahme der Adhäsion gleichzusetzen. Ebenso verhält es sich unter Wasser und Glandosane®. Es liegen aber als Vergleichsparameter noch keine fundierten wissenschaftlichen Tests mit konventionellen Folienkonuskronen unter Wasser und Glandosane® vor. Entgegen Weigls Arbeit über Galvanokronen [192] konnte hier noch der signifikante Einfluss der Aufpresskraft Fp nachgewiesen werden. 7.3.3 Wie verändert sich die Abzugskraft bei unterschiedlicher Abzugsgeschwindigkeit? In dieser Messreihe sinkt die Abzugskraft Fz mit steigender Abzugsgeschwindigkeit v bei gleich bleibender Aufpresskraft Fp und gleichem Milieu. Rößler [157] beschreibt in seiner Arbeit jedoch das Gegenteil. Bei ihm steigt die Abzugskraft Fz mit steigender Abzugsgeschwindigkeit v bis zu einer Geschwindigkeit von 30 mm/min. Ab da streuen die Ergebnisse mehr oder weniger um einen Maximalwert, bis sie ab einer Abzugsgeschwindigkeit von 200 mm/min zu sinken beginnen. Faber und Huber [52] gehen in ihrer Arbeit von der Limitation der Maximalkraft durch die Dampfblasenbildung im okklusalen Hohlraum aus. Dieses Phänomen ist durch Sieden einer Flüssigkeit erklärbar, wenn der Sättigungsdampfdruck gleich dem äußeren Druck ist. Die Zwischenflüssigkeit beginnt zu sieden, wenn der Druck im okklusalen Spaltraum beim Kronenabzug auf ihren Dampfdruck absinkt. Jede weitere Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit kann dann keinen zusätzlichen Druckabfall mehr bewirken, sondern nur zur Vergrößerung der Siedeblase führen. Wasser siedet bei Körpertemperatur (ca. 37°C) bei einem äußeren Druck von 6200Pa (2330Pa bei 20°C Zimmertemperatur). 87 7.3.4 Welche Auswirkungen hat eine Änderung des Milieus besser der Viskosität auf die Haftkraft des Folienkonus mit keramischem Primärteil? Die Ergebnisse lassen vermuten, dass mit steigender Viskosität (mit abnehmender Lufttemperatur bei Flüssigkeiten) bei gleicher Aufpresskraft Fp, bei gleich bleibender Abzugsgeschwindigkeit v die Abzugskraft Fz steigt. Wasser hat eine Viskosität von ca. 0,69mPas, Glandosane® eine von ca. 6,75mPas bei Zimmertemperatur (ca. 20°C). Bei beiden Parametern verglichen zu den Messwerten unter Luft ist die Haftkraft = Abzugskraft Fz gestiegen. Rößler [157] konnte die These untermauern, dass je zähflüssiger ein Medium ist mehr Kraft aufgebracht werden muss, um die Flüssigkeitsmolekühle schnell gegeneinander zu bewegen („Innere Reibung“). Wodurch die höher viskösen Flüssigkeiten, bei zügigem Abzug die deutlich höheren Haftungskräfte = Abzugskräfte Fz erreichen. Der Geschwindigkeitseinfluss wird mit steigender Viskosität im gemessenen Bereich unrelevant. Über 1000mPas spielt die Innere Reibung schon bei kleinen Abzuggeschwindigkeiten eine große Rolle. Van-derWaals-Kräfte wirken (nicht-kovalente Wechselwirkungen zwischen Molekülen) in einer zu Oberfläche parallelen Ebene allseitig gleich, damit lassen sich die Moleküle einer Flüssigkeit bei tangential wirkenden Kräften leicht verschieben. Dies bewirkt die gute Haftung beim Auseinanderziehen von flüssigkeitsbenetzten Platten. Wobei die Wechselwirkungsenergie mit ca. der 6. Potenz des Abstandes abfällt. Da für diese Fälle angenommen wird, dass die Adhäsion stärker als die Kohäsion ist, d.h. Kohäsionsbruch eintritt, ist die Kraft, die benötigt wird, um den Flüssigkeitsfilm zu zerreißen, die limitierende Größe. Somit ist die Adhäsion laut Rößler [157] vom Flächeninhalt (A) und von der Oberflächenspannung (σ) abhängig. Meschede [136] beschreibt für diesen Vorgang keine Abhängigkeit zur Abzugsgeschwindigkeit; experimentell wurde diese dennoch gefunden. Es steht fest, dass sich die Flüssigkeitsmoleküle mit langsamer Geschwindigkeit leicht gegeneinander bewegen lassen, was in Abhängigkeit zur Viskosität bei höheren Geschwindigkeiten viel höhere Kräfte erfordert [104]. Bevor der Flüssigkeitsfilm zerreißt, passt sich seine geometrische Form unter Beibehaltung des Volumens 88 den Anforderungen der Plattenbewegung an. Da die dazu notwendigen Molekülbewegungen in Abhängigkeit zur Viskosität und Hubgeschwindigkeit unterschiedliche Kräfte erfordern, ist es nahe liegend, dass beim Variieren dieser beiden Parameter experimentell unterschiedliche Lösungskräfte gemessen wurden. 7.3.5 Ist das Hagen-Poiseuille-Gesetz bei Foliendoppelkronen ebenso wie bei Galvanoteleskopen Hauptursache der Haftung? Der inverse Zusammenhang zwischen Haftkraft und Abzugsgeschwindigkeit deutet darauf hin, dass für die Haftung des Folienkonus die klassische Konushaftung bedingt durch den Konuswinkel einen höheren Stellenwert besitzt als das Hagen-Poiseuille-Gesetz (Strömung im Fügespalt). Das Tribologie-Modell beruht laut Becker und Besimo [7, 15] nicht nur auf der Haftreibung, sondern auch auf hydraulische (Hagen-Poiseuille-Gesetz) und adhäsive Mechanismen, die zwischen Speichel und Primär- bzw. Sekundärteil wirken. Die Haftkraft ist primär laut Belitz und Böttger abhängig von Oberflächenund Materialeigenschaften, andererseits von der Strömungsgeschwindigkeit und Speichelviskosität [9, 25] und ist letztendlich erst im Mund des Patienten genau definiert. Bei keramischen Primärkonuskronen in Verbindung mit der Galvanotechnik sprechen Weigl und Mitarbeiter [195] von einem weitestgehend auflastunabhängigem Halteelement, wahrscheinlich auch deshalb, weil kein horizontaler Entlastungsspalt zwischen Primär- und Sekundärteil eingearbeitet ist und die Aufpresskraft Fp nur sehr begrenzt wirken kann. In der Folienprägetechnik wird hingegen ein okklusaler/inzisaler horizontaler Entlastungsspalt eingearbeitet, so dass die okklusale Belastung auf die zirkulären Wände weitergeleitet wird. Konuskronen abhängig ist vom Die Material Haftkraft bei konventionellen (Haftreibungszahl µ0 als Materialkonstante), von der Oberflächenrauhigkeit, von der Aufpresskraft Fp und vom Konuswinkel. 89 7.3.6 Warum Foliendoppelkrone, was bietet die Folie für den Praktiker an Vorteilen? Mit der Folienkonuskrone ist es gelungen ein Verfahren mit minimalem apparativen Aufwand zu entwickeln, das höchste Passgenauigkeit garantiert. Die Haftkraft ist über den Konuswinkel einstellbar und extraoral nachprüfbar. Der Sekundärkonus besteht aus preiswerter edelmetallfreier Legierung. Das Gerüst wird im Einstückgussverfahren gefertigt, wodurch Fügetechniken zwischen Verbinder und Sekundärkonus entfallen. Die okklusalen oder inzisalen Faltfugen der hier verwendeten Mesostruktur haben sich laut Mundt [145] bisher nicht als nachteilig erwiesen; es sind weder Korrosionszeichen wie Anlauffarben, noch Auffältelungen zu beobachten. Die Handhabung der Folienkäppchen ist bei intraoraler Klebung in das Tertiärgerüst trotz der geringen Wandstärke unkompliziert. Die Fertigung von entsprechenden Käppchen mit der Folienprägetechnik erfordert einen geringen apparativen Aufwand (Flamme, Hydraulik, Sandstrahlgerät), der sich ohne große Mühe installieren lässt bzw. in der Regel im Dentallabor vorhanden ist. Im Gegensatz zur Galvanotechnik fallen keine Abscheidezeiten an, die gegenwärtig bei herkömmlichen Geräten zwischen 5 und 10, bei Speed-Geräten 2 Stunden beträgt [83,145]. Durch die Prägung wird eine weitestgehend von Gussparametern unabhängige Passung erzielt. Die Stärke der Gold-Platin-Folie beträgt 50 µm, zusammen mit der Klebefuge erfordert diese Mesostruktur weniger als 120 µm Platz. Die Wandstärke der Galvanokäppchen beträgt mindestens 150 µm, in der Regel 200- 300 µm [12, 13, 69, 145]. Der Patient erfährt durch eine zehnfach höhere Präzision im Vergleich zu gegossenen Sekundärkronen einen deutlich verbesserten Kaukomfort. Die starre Lagerung lässt eine Dynamik der Suprakonstruktion zu, und schützt die Pfeilerzähne vor Lockerung und den Alveolarfortsatz vor Atrophie. Man erhält durch die Verschleißfreiheit des tribologischen Systems eine langlebige prothetische Versorgung mit geringem Nachsorgeaufwand. Die intraorale Klebung der Folienkäppchen verringert darüber hinaus Unzulänglichkeiten, die durch die Fixationsabformung der Primärkronen und die Herstellung des Meistermodells entstehen können. 90 Für den Zahntechniker erübrigt sich bei beiden Verfahren (Galvano, Folien) eine Feinjustierung der Abzugskraft durch Nachbearbeiten der Haftreibungsflächen. 7.3.7 Kann das Verfahren als praxisreif empfohlen werden, d.h. sind die Ergebnisse reproduzierbar? Die Frage kann anhand des Versuchs nur bedingt beantwortet werden, da die in vitro gewonnenen Werte zwar reproduzierbar sind, aber noch eine klinische Testung (in vivo) aussteht, um die uneingeschränkte Anwendung am Patienten durch das Dauerverhalten abschätzen zu können. Die klinische Erfahrung zeigt jedoch empirisch, dass das Verfahren erfolgreich eingesetzt wird. 91 7.4 Vergleich mit Galvanodoppelkronen 7.4.1 Vorteile gegenüber der Galvanotechnik Durch einen definierten Konuswinkel die Haftkraft schon außerhalb des Mundes durch den Techniker festgelegt werden kann. Bei oraler Lage der vertikalen Faltfuge erfordert das Käppchen im vestibulären Bereich nur 0,05mm Platz. Das Verfahren ist einfach, effizient und damit sehr kostengünstig. 7.4.2 Nachteile gegenüber der Galvanotechnik Die okklusalen Faltfugen erfordern mehr Platz. Die gefalteten Käppchen sind bedingt durch die Wandstärke extrem fragil. Daraus ergibt sich bei entsprechender Vorsicht kein Nachteil auch bei intraoraler Klebung in das Sekundärgerüst. Die Folien bestehen im Gegensatz zum Feingold bei der Galvanodoppelkronentechnik aus einer Gold-Platin-Legierung. Klinisch hat sich das hinsichtlich möglicher Korrosionsphänomene noch nicht negativ ausgewirkt. 7.5 Erläuterungen zur Auswertungsmethode– Beurteilung der Effektstärke η² und des Bestimmtheitsmaßes R2 Die statistischen Untersuchungen ermittelten ein Bestimmtheitsmaß R2 von 0,388. Das Bestimmtheitsmaß R2 stellt den Anteil der erklärten Varianz an der Gesamtvarianz dar. Damit erklärt das Modell 38,8% der Varianz der Abzugskraftwerte Fz durch die Verwendung der unabhängigen Variablen. Dass das Modell nicht 100% erklären kann, hängt damit zusammen, dass im Modell nicht berücksichtigte Einflussfaktoren vorliegen, letztendlich auch der Zufall beteiligt ist (Störvariable ε). 92 7.6 Schlussfolgerung Die Ergebnisse der vorliegenden Abzugsversuche von Foliendoppelkronen zeigen, dass die Vorteile keramischer Primärteile ermutigen diese Technologie einzusetzen. Haftkraft: Die Abzugskraft Fz wird signifikant durch die Aufpresskraft Fp und das Milieu beeinflusst, wodurch angenommen werden kann, dass die Haftung auf die klassische Konuspassung zurückzuführen ist. Da die Abzugsgeschwindigkeit v und die Viskosität/das Milieu die Abzugskraft Fz ebenfalls signifikant beeinflussen, zeigt die Arbeit, dass das Hagen-PoiseuilleGesetz auch bei Konuskronen zur Haftung beiträgt. Der inverse Zusammenhang zwischen Haftkraft Fz und Abzugsgeschwindigkeit v deuten jedoch daraufhin, dass die Haftung des Folienkonus durch die klassische Konushaftung (bedingt durch den Konuswinkel) einen höheren Stellenwert besitzt als das Hagen-Poiseuille-Gesetz. Außerdem kann aus der Tatsache, dass mit steigender Abzugsgeschwindigkeit v die Abzugskraft Fz ansteigt die Patientenempfehlung abgeleitet werden, generell Folienkonuskronenprothese langsam auszugliedern. Mesostruktur: Die Folienkonuskrone zeigt ein kostengünstiges Verfahren mit minimalem apparativen Aufwand, das höchste Passgenauigkeit garantiert und dessen Haftkraft über den Konuswinkel einstellbar und extraoral nachprüfbar ist. Der Sekundärkonus kann somit edelmetallfreier Legierung unabhängig bestehen. der Ästhetik Außerdem wird aus das preiswerter Gerüst im Einstückgussverfahren gefertigt, wodurch Fügetechniken zwischen Verbinder und Sekundärkonus entfallen. Durch die Prägung kann außerdem eine weitestgehend von Gussparametern unabhängige Passung erzielt werden. 93 7.7 Ausblick Anhand dieser Ergebnisse ist zu erwarten, dass der hydraulische Prozess ein Haftungsverlust durch Abrieb reduziert. Definitiv nachgewiesen werden kann dies erst durch ein Langzeitabzugsversuch im Vergleich mit Galvanoteleskopkronen. Eine klinische Empfehlung ist auf Basis des vorliegenden Versuchs noch nicht abschließend zu geben. Die gegenüber Galvanokäppchen zwar vereinfachte (evtl. maschinelle) Herstellung der gefalteten Mesostrukturen könnte Unregelmäßigkeiten ausgleichen. Um eine definitive Aussage über die Beständigkeit von Folienkonuskronenprothesen mit keramischen Primärkronen machen zu können, ist eine Langzeitstudie über das in vivo-Verhalten auf Basis der Ergebnisse dieser Arbeit anzuraten. Hierbei sollte dann dem Viskositätsunterschied durch Körpertemperatur anstelle Zimmertemperatur mehr Beachtung geschenkt werden, um eine in vivo-Situation noch treffender zu simulieren. 94 8 Zusammenfassung Doppelkronensysteme mit definierter und reproduzierbarer Haftkraft, mit einem dem natürlichen Prämolaren ähnlichen Aussehen und Wegfall der bisher bestehenden Korrosionsproblematik stehen im Mittelpunkt dieser Arbeit. Hierfür wurden 9 Zirkonoxidprimärkronen aus Cercon® (Fa. DeguDent, Hanau) zusammen mit NEM-Sekundärkronen aus Vi-Comp® (Fa. Austenal, Köln) hergestellt. Mit Hilfe einer Folienprägetechnik wurde für alle Prüfkörper jeweils eine Mesostruktur aus einer 50µm Gold-Platin-Folie gefaltet, welche dann mittels Composit Attachment Cement (Nimetic Cem®, Seelfeld) auf V2A-Stahlstäbe befestigt wurden. Diese Prüfkörper wurden mit je 50, 100, 200N belastet und unter Luft, Wasser und Clandosane® (cell pharm, Hannover) mit je 125, 150 und 500mm/min durch die Universalprüfmaschine Zwick Z 050 abgezogen. Anschließend wurde die für die Trennung notwendige Abzugskraft gemessen. Pro Probenkörper wird ein Vorlauf von 100 Zyklen mit 50N Belastung durchgeführt. Die Messung wurde für alle 9 Prüfkörper je 3 mal wiederholt. Der Prüfkörper Nr. 4 wurde aufgrund seiner zu hohen Medianwerte von vergleichsweise >50% der Abzugskraft Fz als Ausreißer von der Analyse ausgeschlossen, so dass 648 Messwerte resultierten. Mit Hilfe des ® Hystereseprogrammes testXpert der Universalprüfmaschine Z 050 (Fa. Zwick, Ulm) konnte die Abzugskraft Fz entsprechend des Kurvenpeaks unterhalb der Nulllinie bestimmt werden. Die vorab erwarteten Ergebnisse haben sich alle bestätigt: Milieu (Viskosität), Aufpresskraft Fp und Abzugsgeschwindigkeit v haben in genannter Reihenfolge in absteigender Wertigkeit Einfluss auf die Haftkraft Fz. Die Abzugskraft Fz steigt bei gleich bleibender Abzugsgeschwindigkeit v mit zunehmender Aufpresskraft Fp bei gleichem Milieu bei Zimmertemperatur (ca. 20°C). Ebenso steigt sie mit zunehmender Milieuviskosität, bei gleicher Aufpresskraft Fp, bei gleich bleibender Abzugsgeschwindigkeit v und bei Zimmertemperatur (ca. 20°C). Die Abzugskraft Fz sinkt mit steigender Abzugsgeschwindigkeit v bei gleich bleibender Aufpresskraft Fp, sowohl bei gleichem Milieu, als auch bei Zimmertemperatur (ca. 20°C). Vergleichbare Abzugswerte sind bei der konventionellen Folienkonusversion NEM-NEM 5° und der hier verwendeten ZrO2-NEM 6° Version zu finden. 95 Der Zahntechniker kann über Variieren des Entlastungsspaltes mit Hilfe der Dicke des Platzhalterlackes auf die Haftungseigenschaften der Folienkonuskronen Einfluss nehmen, d.h. je kleiner der Spalt, desto schneller ist das Kraftmaximum erreicht. Wodurch extraoral die Haftkraft definiert werden, ohne nach intraoraler Verklebung böse Überraschungen zu erleben. Ursächlich für die Haftkraft ist das Tribologische System (der hydraulische und adhäsive Effekt), vergleichbar mit den Galvanodoppelkronen. Es zeigt sich ein signifikanter Einfluss der Aufpresskraft Fp auf die Abzugskraft Fz. Die Haftkraft des Konus durch den Winkel wirkt primär, dann sinkt bei steigender Abzugsgeschwindigkeit die Haftkraft entgegen den Galvanoteleskopen. Somit besteht ein umgekehrter linearer Zusammenhang zwischen Abzugskraft Fz und Abzugsgeschwindigkeit v. 96 9 Literaturverzeichnis 1. Abeln, M.: Spurenelemente im Serum nach Implantation von Kobalt-Chromtotalendoprothesen der Hüfte – Untersuchungen mit Hilfe der Neutronenaktivierungsanalyse. Med Diss Köln 1977 2. Ariely, E., Gilde, H., Fiehn, W., Overdiek, H.F., Schumacher, J., Wesch, H., Wilstermann, G.: Studie zur Frage der in vivo-Testung der Biokompatibilität von NEM-Legierungen. Zahnärztl Welt: 1984; 93: 130 3. Akagawa, Y., Seo, T., Ohakawa, S., Tsuru, H.: A new telescopic crown system using a soldered horizontal pin for new removable partial dentures. J Prosthet Dent: 1993; 69: 228-231 4. Baganz, D.: Beseitigung von Friktionsverlust bei Kombinationsarbeiten. Quintessenz Zahntech: 1990; 16: 19-21 5. Bartolozzi, A., Black, J.: Chromium concentrations in serum, blood clot an urine from patients following total hip arthroplasty. Biomat: 1985; 6: 3 6. 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Deutsche Gesellschaft für Metallkunde, Köln 1993 112 10 Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Erläuterung Haftreibung [146].......................................................................... - 27 Abb. 2: Konuswinkel [146]............................................................................................ - 31 Abb. 3: Geschwindigkeitsprofile strömender Flüssigkeiten in Spalträumen. a) Volumenstrom durch einen Spalt unbewegter Platten b) Bewegung einer Platte c) Volumenstrom durch einen Spalt mit einer bewegten Platte ......................................................... - 33 Abb. 4: Schema Doppelkrone mit TC-Snap® (Si-Tec, Grevelsberg), Stahlkugel für Außenteleskop und Bohrung am Innenteleskop................... - 50 Abb. 7: Abscheidevorgang im Galvanogerät z.B. AGC Micro Plus (Fa. Wieland, Pforzheim) ............................................................................. - 53 Abb.8: Längsschliff von Primärkonus, Folie, Klebefuge und Tertiärgerüst der Co-Cr-Mo-Legierung Vi-Comp® (Schliffherstellung: Fa. Struers, Willich)....................................................... - 56 Abb. 9: Schema und reale Einspannvorrichtung der Universalprüfmaschine Z 050 ...................................................................... - 63 Abb. 10 a+b: Flüssigkeitsreservoir aus einem Gartenschlauch-Adapter (Fa. Gardena, Ulm) und einer Mischbatteriedichtung.................................. - 64 Abb. 11: Probengrafik des Hystereseprogrammes (testXpert, Fa. Zwick, Ulm): 6° NEM-Konuskrone trockenes Milieu/Luft (oben) 6° NEM-Konuskrone Milieu Wasser/H2O (unten). ...................................... - 65 Abb. 12: Cercon®-Rohlinge vor und direkt nach dem Schnitt ...................................... - 66 Abb. 13:Cercon® Heat-Sinterofen ................................................................................ - 66 Abb. 14: Cercon® Fräsanlage Smart (Fa. DeguDent, Hanau) ..................................... - 66 Abb. 15: Faltung der Sunrise®-Folie (Tanaka, Illinois) über den ZrO2-Primärkonus......................................................................... - 68 Abb. 16: Abgestrahltes und weich geglühtes Folienkäppchen, fertig zum Aufprägen.................................................................................... - 68 Abb. 17: Verwendeter Probenkörper:........................................................................... - 69 Nachtrag Abb. 17: Verwendeter Probenkörper:........................................................... - 70 Primärteil: ZrO2-Keramik Cercon® (Fa.DeguDent, Hanau) mit Nimetic Cem® (Fa. 3M Espe, Seefeld) auf V2A-Stahlstäbe geklebt. ........... - 70 Tertiärteil: Co-Cr-Mo-Legierung Vi-Comp® (Fa. Austenal GmbH, Köln), in welches eine, nach dem Sunrise®-Verfahren gefaltete Gold-Platinfolie (Sekundärteil oder Mesostruktur), per ZL Durodont® (Fa. ZL Mikrodent, Breckerfeld/Hagen) eingeklebt wird. ............................. - 70 - 113 Abb. 18: Median der Abzugskraft Fz, deren Mittelwert und 95% Konfidenzintervall (95% CI) [N] in Abhängigkeit von Aufpresskraft Fp [N] und Abzugsgeschwindigkeit v [mm/min] trocken ................................................ - 75 Abb. 19: Median der Abzugskraft Fz, deren Mittelwert und 95% Konfidenzintervall (95% CI) [N] in Abhängigkeit von Aufpresskraft Fp [N]und Abzugsgeschwindigkeit v [mm/min] unter Wasser/H2O.............................. - 76 Abb. 20: Median der Abzugskraft Fz, deren Mittelwert und 95% Konfidenzintervall (95% CI) [N] in Abhängigkeit von Aufpresskraft Fp [N)]und Abzugsgeschwindigkeit v [mm/min] unter Glandosane® ............................. - 78 Abb. 21: Mittlere und maximale Kaukräfte in Abhängigkeit der Wurzelform................ - 84 - 114 11 Tabellenverzeichnis Tab. 1-9: unbearbeitete Ergebnisse der Haftkraftuntersuchung ID 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 N_Wert V_Wert Millieu Ergebnis 50 125 1 1,21 100 125 1 1,49 200 125 1 1,88 50 125 2 1,84 100 125 2 3,65 200 125 2 3,81 50 125 3 1,44 100 125 3 2,38 200 125 3 5,34 50 250 1 0,51 100 250 1 1,44 200 250 1 2,35 50 250 2 0,59 100 250 2 0,95 200 250 2 2,54 50 250 3 1,44 100 250 3 2,47 200 250 3 4,79 50 500 1 0,66 100 500 1 0,75 200 500 1 0,84 50 500 2 0,99 100 500 2 2,04 200 500 2 2,4 50 500 3 1,47 100 500 3 2,85 200 500 3 4,14 ID N_Wert V_Wert Millieu Ergebnis II (..) 50 125 1 1,96 II (..) 100 125 1 2,54 II (..) 200 125 1 2,9 II (..) 50 125 2 2,47 II (..) 100 125 2 3,22 II (..) 200 125 2 4,13 II (..) 50 125 3 7,01 II (..) 100 125 3 7,44 II (..) 200 125 3 7,93 II (..) 50 250 1 1,37 II (..) 100 250 1 1,96 II (..) 200 250 1 2,14 II (..) 50 250 2 2,28 II (..) 100 250 2 3,49 II (..) 200 250 2 4,65 II (..) 50 250 3 6,61 II (..) 100 250 3 7,14 II (..) 200 250 3 7,48 II (..) 50 500 1 0,63 II (..) 100 500 1 1,04 II (..) 200 500 1 2,24 II (..) 50 500 2 1,93 II (..) 100 500 2 2,88 II (..) 200 500 2 3,5 II (..) 50 500 3 4,23 II (..) 100 500 3 5,38 II (..) 200 500 3 6,41 ID 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 N_Wert V_Wert Millieu Ergebnis 50 125 1 1,55 100 125 1 1,76 200 125 1 1,79 50 125 2 1,83 100 125 2 2,88 200 125 2 3,22 50 125 3 2,36 100 125 3 4,29 200 125 3 6,6 50 250 1 1,05 100 250 1 1,29 200 250 1 1,48 50 250 2 0,82 100 250 2 0,9 200 250 2 1,03 50 250 3 2,71 100 250 3 2,92 200 250 3 3,16 50 500 1 1,33 100 500 1 1,41 200 500 1 1,45 50 500 2 0,28 100 500 2 0,38 200 500 2 0,87 50 500 3 2,5 100 500 3 2,85 200 500 3 3,01 ID N_Wert V_Wert Millieu Ergebnis III (…) 50 125 1 0,81 III (…) 100 125 1 1,07 III (…) 200 125 1 1,49 III (…) 50 125 2 1,37 III (…) 100 125 2 1,74 III (…) 200 125 2 2,16 III (…) 50 125 3 1,72 III (…) 100 125 3 1,95 III (…) 200 125 3 2,4 III (…) 50 250 1 0,51 III (…) 100 250 1 0,73 III (…) 200 250 1 1,04 III (…) 50 250 2 1,09 III (…) 100 250 2 1,38 III (…) 200 250 2 1,82 III (…) 50 250 3 1,66 III (…) 100 250 3 1,74 III (…) 200 250 3 2,06 III (…) 50 500 1 0,29 III (…) 100 500 1 0,35 III (…) 200 500 1 0,43 III (…) 50 500 2 0,78 III (…) 100 500 2 0,85 III (…) 200 500 2 0,92 III (…) 50 500 3 1,68 III (…) 100 500 3 1,72 III (…) 200 500 3 1,9 115 ID I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) I (.) N_Wert V_Wert Millieu Ergebnis 50 125 1 2,42 100 125 1 3,22 200 125 1 3,53 50 125 2 4,5 100 125 2 5,38 200 125 2 7,74 50 125 3 4,53 100 125 3 6,68 200 125 3 9,08 50 250 1 2,37 100 250 1 3,09 200 250 1 3,67 50 250 2 4,35 100 250 2 5,22 200 250 2 7,21 50 250 3 4,5 100 250 3 7,87 200 250 3 8,02 50 500 1 1,38 100 500 1 1,56 200 500 1 2,77 50 500 2 3,83 100 500 2 5,07 200 500 2 6,62 50 500 3 4,27 100 500 3 5,96 200 500 3 7,22 ID N_Wert V_Wert Millieu Ergebnis IV (….) 50 125 1 0,99 IV (….) 100 125 1 1,31 IV (….) 200 125 1 1,53 IV (….) 50 125 2 1,46 IV (….) 100 125 2 1,72 IV (….) 200 125 2 1,9 IV (….) 50 125 3 4,07 IV (….) 100 125 3 4,6 IV (….) 200 125 3 5,04 IV (….) 50 250 1 0,8 IV (….) 100 250 1 0,88 IV (….) 200 250 1 1,02 IV (….) 50 250 2 1,25 IV (….) 100 250 2 1,26 IV (….) 200 250 2 1,28 IV (….) 50 250 3 3,74 IV (….) 100 250 3 3,9 IV (….) 200 250 3 4,65 IV (….) 50 500 1 0,46 IV (….) 100 500 1 0,5 IV (….) 200 500 1 0,58 IV (….) 50 500 2 1,13 IV (….) 100 500 2 1,46 IV (….) 200 500 2 1,55 IV (….) 50 500 3 3,41 IV (….) 100 500 3 3,67 IV (….) 200 500 3 4,23 ID 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 N_Wert V_Wert Millieu Ergebnis 50 125 1 1,32 100 125 1 1,59 200 125 1 1,51 50 125 2 1,04 100 125 2 3,19 200 125 2 3,57 50 125 3 3,68 100 125 3 5,79 200 125 3 9,06 50 250 1 2,49 100 250 1 2,61 200 250 1 3,28 50 250 2 0,76 100 250 2 0,96 200 250 2 1,32 50 250 3 1,51 100 250 3 1,88 200 250 3 2,01 50 500 1 1,92 100 500 1 2,69 200 500 1 3,73 50 500 2 0,9 100 500 2 2,14 200 500 2 2,22 50 500 3 1,48 100 500 3 1,52 200 500 3 1,76 ID 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 N_Wert V_Wert Millieu Ergebnis 50 125 1 1,55 100 125 1 1,97 200 125 1 2,37 50 125 2 1,3 100 125 2 2,54 200 125 2 3,18 50 125 3 2,78 100 125 3 3,91 200 125 3 4,04 50 250 1 0,26 100 250 1 0,35 200 250 1 0,44 50 250 2 0,21 100 250 2 0,25 200 250 2 0,44 50 250 3 3,12 100 250 3 5,71 200 250 3 6,39 50 500 1 0,43 100 500 1 0,45 200 500 1 0,49 50 500 2 1,01 100 500 2 1,04 200 500 2 1,21 50 500 3 0,99 100 500 3 1,11 200 500 3 1,21 ID 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 N_Wert V_Wert Millieu Ergebnis 50 125 1 8,99 100 125 1 11,5 200 125 1 12,66 50 125 2 6,76 100 125 2 10,25 200 125 2 10,78 50 125 3 3,01 100 125 3 4,69 200 125 3 5,59 50 250 1 3,31 100 250 1 10,6 200 250 1 11,33 50 250 2 3,04 100 250 2 4,05 200 250 2 4,89 50 250 3 3,76 100 250 3 4,1 200 250 3 4,75 50 500 1 4,32 100 500 1 4,7 200 500 1 4,76 50 500 2 3,56 100 500 2 3,64 200 500 2 3,7 50 500 3 2,93 100 500 3 2,96 200 500 3 3 Tab. 10: Median der Abzugskraft Fz und deren 95% Konfidenzintervall (95% CI) [N] in Abhängigkeit von Aufpresskraft Fp [N]und Abzugsgeschwindigkeit v [mm/min] trocken ................................................ - 74 Tab. 11: Median der Abzugskraft Fz und deren 95% Konfidenzintervall (95% CI) [N] in Abhängigkeit von Aufpresskraft Fp [N]und Abzugsgeschwindigkeit v [mm/min] unter Wasser ...................................... - 76 Tab. 12: Median der Abzugskraft Fz und deren 95% Konfidenzintervall (95% CI) [N] in Abhängigkeit von Aufpresskraft Fp [N]und Abzugsgeschwindigkeit v [mm/min] unter Speichelersatz/Glandosane®. ............................................................. - 77 Tab. 13: Partielles η² und p-Werte der Varianzanalyse ............................................... - 79 - 116 12 Geräte- und Materialliste Geräte: Keramikfräsofen Cercon®, Fa. DeguDent, Hanau Sinterofen Cercon Heat®, Fa. DegunDent, Hanau Konator-Flex-System “Hamm®“ Fa. DeguDent, Hanau Universalprüfmaschine Z 050 Fa. Zwick, Ulm Werkstoffe: Co-Cr-Mo-Legierung Vi-Comp®, Fa. Austenal GmbH, Köln Sunrise®-Gold-Platinfolie Tanaka Dental Products, Skokie, Illinois 60077 Zirkonoxidkeramik Cercon®, Fa. DeguDent, Hanau Bis-GMA Kleber Nimetic Cem®, Composite Attachment Cement Fa. 3M Espe, Seefeld Speichelersatz Glandosane ® Fa. Cell pharm, Bad Vilbel Hilfstoffe: Platzhalterlack Fa. Graupner, Kirchheim-Teck Platzhalterfolie Fa. Bego, Bremen ® Fa. ZL Mikrodent, Breckerfeld/Hagen ® Nimetic Cem Fa. 3M ESPE, Seefeld Glandosane® Fa. cell pharm GmbH, Hannover Gartenschlauchadapter Fa. Gardena, Ulm ZL Durodont 117 13 Lebenslauf Personalien: Name, Vorname: Siebert-Steeb, Annette Juliane Geburtsdatum/-ort: 16.12.1977/ Mainz Staatsangehörigkeit: deutsch Familienstand: verheiratet mit Manuel Steeb Eltern: Prof. Dr. med. dent. Götz Siebert (†) Dr. med. dent. Annerose Siebert Berufstätigkeit: seit 04/09 selbständig in einer Praxisgemeinschaft mit Dr. O. Link, Stuttgart 03/09 humanitärer Einsatz in Londrina, Brasilien 01/06 – 02/09 Vorbereitungsassistentin bei Dres. Schaupp, Stuttgart Studium: 11/05 Staatsexamen 2003-2005 Ernst-Moritz-Arndt Universität Greifswald (Zahnmedizin) 2000-2003 Eberhard - Karls Universität Tübingen (Zahnmedizin) Berufsausbildung: 08/99-02/00 Grafikdesign - Praktikum bei SHS in Medellin, Kolumbien 1997-1999 Ausbildung zur Werbekauffrau bei WGS & Partner, Stuttgart Schulbildung: 1988-1997 human. Karlsgymnasium in Stuttgart 1984-1988 Albschule (Grundschule) Stuttgart Stuttgart, den 08.11.2010 118 14 Danksagung Die vorliegende Arbeit entstand unter Betreuung von Herrn Prof. Dr. Reiner Biffar. Ihm gilt mein Dank für die Überlassung des Themas. Weiterhin unterstützte mich Herr Dr. Torsten Mundt, - Oberarzt der Abteilung zahnärztliche Prothetik der Ernst-Moritz-Arndt Universität Greifswald tatkräftig. Herrn Dr. Christian Schwan danke ich für die Mithilfe bei der statistischen Auswertung. Der Firma cell pharm GmbH, Hannover danke ich herzlichst für die kostenfreie Überlassung des hier verwendeten Speichelersatzmaterials Gandosane®. Für die Anfertigung der Prüfkörper bin ich den Zahntechniklaboren Andresen und Kock sehr dankbar. Meiner Mutter, Dr. Annerose Siebert danke ich von ganzem Herzen für das Korrekturlesen sowie die finanzielle und moralische Unterstützung während der gesamten Zeit. Zum Schluss möchte ich mich bei meinem Mann, Manuel Steeb, für die unendliche Geduld und Kraft bedanken. 119 15 Eidesstattliche Erklärung Ich erkläre hiermit, dass ich die vorliegende Arbeit ohne zulässige Hilfe Dritter und ohne Benutzung anderer, als der angegebenen Hilfsmittel angefertigt habe. Die Idee und die theoretischen Grundlagen zur Berechnung der Abzugskraft an neuartigen Mesostrukturen, mittels Folienprägetechnik auf Primärkoni, aus Zirkonoxidkeramik, und herkömmlichen NEM-Sekundärkoni wurden von Herrn Dr. Thorsten Mundt ausgearbeitet. Sonstige aus fremden Quellen direkt oder indirekt übernommene Gedanken sind als solche kenntlich gemacht. Hilfe bei der Auswahl und Auswertung des Materials, sowie bei der Herstellung des Manuskriptes, habe ich von folgenden Personen erhalten: Herrn Univ.-Prof. Dr. Reiner Biffar Herrn Dr. Torsten Mundt Herrn Dr. Christian Schwahn Weitere Personen waren an der geistigen Herstellung der vorliegenden Arbeit nicht beteiligt. Insbesondere habe ich nicht die Hilfe eines Promotionsberaters in Anspruch genommen. Dritte haben von mir weder unmittelbar noch mittelbar geldwerte Leistungen für Arbeiten erhalten, die im Zusammenhang mit dem Inhalt der vorgelegten Dissertation stehen. Die Arbeit wurde von mir bisher weder im Inland, noch im Ausland in gleicher Weise oder ähnlicher Form einer anderen Prüfungsbehörde vorgelegt und ist noch nicht veröffentlicht. Stuttgart, den 08.11.2010 120
