Die Empress 2-Brücken zeigten im Mittel Bruchlasten von 279 N bis 394 N. Der höchste erreichte Wert lag bei 521 N. Der geforderte Mindestwert von 600 N für die Anfangsbelastbarkeit von Brücken im Seitenzahnbereich wurde von keiner der untersuchten Empress 2-Brücken erreicht. Damit bestätigen sich die Her-stellerempfehlungen, aus der Empress 2-Vollkeramik nur kleinspannige Brü-cken bis maximal zum zweiten Prämolaren als endständigen Pfeiler herzustel-len.
Die Lava-Brücken zeigten im Mittel Bruchlastwerte von 1022 N bis 1369 N. Der höchste erreichte Wert lag bei 1914 N und wurde an einer Brücke aus der Kontrollgruppe gemessen. Der geforderte Mindestwert von 600 N für die Anfangsbelastbarkeit von Brücken im Seitenzahnbereich wurde nur von einer der untersuchten Lava-Brücken mit einem Wert von 597 N knapp verfehlt.
Diese Brücke kam ebenfalls aus der Kontrollgruppe. Da die Lava-Brücken auch nach künstlicher Alterung, die einer maximal dreijährigen Beanspruchung im Munde entspricht, Belastungen von über 600 N standhalten, scheint dieses Vollkeramikmaterial für den Einsatz viergliedriger Seitenzahnbrücken nach den in der Studie angesetzten Bedingungen geeignet zu sein. Tinschert et al. [115]
untersuchten vollkeramische Seitenzahnbrücken auf einem starren Modell. Sie ermittelten für die dreigliedrigen Brücken aus Empress 2 statische Bruchlasten von 1332 N, für Brücken aus In-Ceram Zirconia von 1692 N und für Brücken aus DC-Zirkon von 2289 N. Für viergliedrige Brücken aus DC-Zirkon wurden 1607 N und für fünfgliedrige Brücken 1262 N gemessen. Die Belastung bis zum Bruch erfolgte dabei bei den vier- und fünfgliedrigen Brücken auf zwei Auflagepunkten, um eine gleichmäßigere Krafteinleitung zu erreichen.
Die von Tinschert et al. ermittelten Werte für viergliedrige und fünfgliedrige Vollkeramikbrücken liegen deutlich höher als die in der vorliegenden Studie gemessenen Werte. Dies könnte dadurch bedingt sein, dass einerseits starre Modelle für die Bruchbelastungstests verwendet wurden, andererseits keine künstliche Alterung angewendet wurde. Entscheidender war jedoch vermutlich
die unterschiedliche Konnektorgestaltung. Während Tinschert et al. alle Brückenkonnektoren mit einer Ausdehnung in okkluso-zervikaler-Richtung von 5,4 mm ausstatteten, betrugen in der vorliegenden Studie die Konnektormaße in gleicher Richtung zwischen 2,9 mm und 3,9 mm. Eine Gestaltung, wie sie von Tinschert et al. angewendet wurde, ist klinisch im Seitenzahnbereich mit Rücksichtnahme auf die parodontale Hygienefähigkeit einer Brückenkonstrukti-on nur schwer realisierbar. Die Gruppen in der Untersuchung vBrückenkonstrukti-on Tinschert et al. bestanden außerdem nur aus fünf Brücken, so dass gegenüber der vorlie-genden Studie mit einer erhöhten Unsicherheit der Ergebnisse zu rechnen ist . In einer anderen Untersuchung von Tinschert et al. [119] wurden für dreigliedri-ge verblendete Seitenzahnbrücken zum Ersatz des Zahnes 16 aus Zirkonium-dioxidkeramik, die mit einem konventionellen Zement auf starre Modelle zemen-tiert wurden, mittlere Bruchlastwerte von 2289 N gemessen. Bei diesen Brücken wurde eine Konnektorstärke von 4 mm x 4 mm eingehalten. Filser et al. [29]
untersuchten dreigliedrige unverblendete Brückengerüste zum Ersatz eines Molaren aus Empress 2, In-Ceram und Zirkoniumdioxid (hergestellt nach dem DCM-Verfahren). Es wurden Verbinderstärken von 2,7 mm x 2,6 mm angewen-det. Filser et al. erhielten mittlere Bruchlastwerte für die Anfangsbelastbarkeit von 558 N (Empress 2), 453 N (In-Ceram) und 1192 N (Zirkoniumdioxid). An diesen Werten zeigt sich, dass die erzielten Bruchlasten mit der Verbinderges-taltung zusammenhängen. Denn Filser et al. arbeiteten mit einer geringen Verbinderausdehnung in okkluso-zervikaler-Richtung und erreichten daher mit einer dreigliedrigen Brückenkonstruktion aus Zirkoniumdioxid gerade ähnlich hohe Bruchlasten, wie in der vorliegenden Studie mit viergliedrigen Zirkonium-dioxid-Brücken erzielt wurden.
Lüthy et al. [65] ermittelten an viergliedrigen Brückengerüsten aus Empress 2, In-Ceram Zirconia und Cercon, die auf beweglich gelagerten Stümpfen ohne Zementierung aufgesetzt wurden, Bruchlasten von 260 N (Empress 2), 470 N (In-Ceram Zirconia) und für die Zirkoniumdioxidkeramik Cercon 706 N. Die niedrigen Werte erklärt Lüthy durch die zu gering gewählte Konnektorstärke von nur 7,3 mm2. In der Untersuchung von Lüthy zeigte sich ebenso wie in der vorliegenden Arbeit der deutliche Unterschied in der Bruchlast zwischen den Empress 2-Brücken und den Zirkoniumdioxid-Brücken.
Die Anfangsbelastbarkeit der Lava-Brücken in dieser Studie betrug im Mittel 1181 N. Im Vergleich dazu erzielten die Lava-Brücken nach künstlicher Alterung durch thermomechanische Wechselbelastung mittlere Bruchlastwerte von 1035 N. Die Schlussfolgerung, die Schwickerath [103] aus seinen Untersu-chungen zog, dass keramische Restaurationen nach einer Alterung mit 106 Belastungszyklen nur noch 50% der Ausgangsbelastbarkeit aufweisen, konnte durch die Ergebnisse der vorliegenden Studie nicht bestätigt werden. Es wurde in dieser Studie ein Abfall der mittleren Bruchlastwerte der Lava-Brücken nach künstlicher Alterung um lediglich 12 % beobachtet. Bei den Lava-Brücken, die sowohl einer thermomechanischen Wechselbelastung als auch der definierten mechanischen Vorschädigung unterzogen wurden, konnte ebenfalls nur ein vergleichsweise geringer Abfall der mittleren Bruchlastwerte um 13 % gemes-sen werden. Die Belastbarkeit sank zwar nach der künstlichen Alterung signifi-kant ab, sie blieb bei den Lava-Brücken trotzdem oberhalb des von Schwicke-rath geforderten Mindestwertes für die Anfangsbelastbarkeit von 600 N. Selbst den von Tinschert [119] mit einem Sicherheitsaufschlag geforderten Wert von 1000 N für die Anfangsfestigkeit erfüllten die Brücken. Im Hinblick auf die im Munde auftretenden Kaukräfte mit zeitweiligen Spitzenwerten erscheinen die erreichten Bruchlastwerte der Lava-Brücken so hoch, dass es Erfolg verspre-chend scheint, viergliedrige Seitenzahnbrücken aus Zirkoniumdioxidkeramik klinisch einzusetzen. Wird an vollkeramische Brückenrestaurationen im Seiten-zahnbereich eine Mindestanforderung von 1000 N Anfangsbelastbarkeit ge-stellt, so können nur vollkeramische Systeme bestehen, die ein Gerüst aus Hochleistungskeramik besitzen.
Entgegen den Erwartungen zeichneten sich in der vorliegenden Studie weder bei den Brücken aus der Zirkoniumdioxidkeramik noch bei den Brücken aus Lithiumdisilikat-Glaskeramik deutliche Verminderungen der Bruchlasten ab.
Das lässt vermuten, dass sich die mechanische Vorschädigung nicht rissinitiie-rend auswirkte. Dafür spricht ebenfalls die Tatsache, dass bei den Untersu-chungen der Bruchflächen unter dem Rasterelektronenmikroskop kein Bruch-ausgang mit der Vorschädigung in Zusammenhang gebracht werden konnte.
Dies steht jedoch im Widerspruch zu den Untersuchungen von Fäßler, der einen starken Abfall der Bruchlasten auf nur 30 % der Anfangsbelastbarkeit an gekerbten In-Ceram-Keramikprüfkörpern feststellte [25].
Aus früheren In-vitro-Untersuchungen, in denen die Belastbarkeit vollkerami-scher Brücken überprüft wurde, ist zu entnehmen, dass Seitenzahnbrücken, die aus konventionellen Dentalkeramiken wie Procera, In-Ceram und Empress 2 angefertigt wurden, bereits bei Belastungen zwischen 260 N und 807 N fraktu-rierten [5, 28, 29, 65, 92].
Zwar können die Ergebnisse dieser Untersuchungen wegen der bereits erwähn-ten unterschiedlichen Dimensionen der Brücken und der verschiedenen Ver-suchsanordnungen nur bedingt miteinander verglichen werden, jedoch ist die Schlussfolgerung zulässig, dass konventionelle Vollkeramiksysteme nur für den Einsatz von Brückenkonstruktionen im Seitenzahnbereich geeignet sind, die den Herstellerangaben entsprechen. Das bedeutet, aus Empress 2 sind im Seitenzahnbereich lediglich Brücken bis zum Ersatz eines Prämolaren vertret-bar. Für Brückenkonstruktionen, die stärker im Kauzentrum stehen und Molaren ersetzen, ist es unbedingt erforderlich, stärker belastbare Keramiken wie Zirko-niumdioxid für das Gerüst zu verwenden. Die Entscheidung, ob man es wagen kann, auch vier- oder mehrgliedrige Seitenzahnbrücken aus einer Hochleis-tungskeramik einzugliedern, muss anhand der jeweiligen klinischen Situation entschieden werden. Wenn die klinische Kronenlänge eine ausreichende Di-mensionierung der Brückenkonnektoren nicht zulässt, sollte man von einer solchen Konstruktion absehen.
Keramische Werkstoffe haben einen hohen Qualitätsstandard erreicht und stellen heute eine unverzichtbare Werkstoffgruppe für die konservierende und prothetische Zahnheilkunde dar. Die ästhetischen Möglichkeiten und die Bio-kompatibilität sind hervorragend. Die klinischen Erfahrungen der letzten Jahre haben jedoch gezeigt, dass für Keramiken eine differenzierte Anwendung un-abdingbar ist. Bei korrekter Indikation und Anwendung sind sie sehr erfolgreich anwendbar.
5.2.2 Bruchverlauf
Das Versagen der Empress 2-Brücken war bei allen 40 Brücken durch einen glatten Bruch charakterisiert, der stets in der Mitte der Konstruktion direkt unter der einwirkenden Kraft verlief. Das Versagen der Lava-Brücken stellte sich weitgehend auf gleiche Weise dar, lediglich fünf Brücken zeigten andere Bruch-varianten. Bei 35 Brücken verlief der Bruch der Gerüstkeramik mittig zwischen den Brückengliedern 25/26. Bei zwei Brücken verlief der Hauptbruch quer durch das Brückenglied 25. Bei einer Brücke verlief der Hauptbruch schräg durch die Ankerkrone 24. Bei zwei Brücken kam es zu zwei Bruchstellen im Gerüst-material, wobei ein Bruch zwischen den Brückengliedern und der zweite schräg in der Ankerkrone 27 verlief. Da die meisten Brücken den Hauptbruch an der Verbindungsstelle zwischen den Brückengliedern 25/26 zeigten, kann man schlussfolgern, dass die Dimensionierung des Konnektorquerschnitts an dieser Stelle die Belastbarkeit einer vollkeramischen Brückenkonstruktion entschei-dend beeinflusst. Hier erzeugt die von axial einwirkende Kraft Zonen höchster Zugspannung [84]. Neben den Konnektorenabmessungen beeinflusste die Kronenwandstärke der Brückenanker die Bruchlast, da die Kronenwand in einigen Fällen in den Bruchverlauf miteinbezogen wurde. Tinschert et al. [119, 115] beobachteten in ihren Untersuchungen mit drei- bis fünfgliedrigen Vollke-ramikbrücken etwas andere Frakturverläufe. Dabei nahmen die Frakturen ihren Ausgang einseitig, ausgehend vom basalen Bereich der Brückengliedverbinder oder vom Bereich der marginalen Kronenränder in unmittelbarer Nähe zum Brückenglied, und setzten sich in okklusaler Richtung zum Angriffspunkt der Krafteinleitung fort. Nur in wenigen Fällen wurde bei den mehrgliedrigen Brü-cken ein Frakturbeginn in den sich verjüngenden Verbindungsbereichen zwi-schen den Brückengliedern beobachtet. Dieses Bruchverhalten weicht von den Beobachtungen in der vorliegenden Studie ab. Dies ist vermutlich auf die unter-schiedliche Belastungsweise zurückzuführen, denn Tinschert et al. leiteten die Kraft bei den vier- und fünfgliedrigen Brücken an zwei Stellen ein, um sie gleichmäßiger zu verteilen, während in der vorliegenden Studie die viergliedri-gen Brücken an einer Stelle zwischen den Brückengliedern bis zum Bruch
belastet wurden. Es stellt sich die Frage, welche der beiden Belastungsmetho-den näher an der klinischen Praxis liegt. Da die okklusalen Kontaktpunkte einer Zahnrestauration gleichmäßig eingestellt werden, ist eine Mehrpunktab-stützung sicherlich häufiger im Munde anzutreffen als eine EinpunktabMehrpunktab-stützung.
Das bedeutet, die Belastungsart in der vorliegenden Studie stellt eher eine Ausnahmesituation dar, die aber durchaus vorkommt z.B. beim Zerbeißen von härterer Nahrung wie Nüssen oder Rohkost.
6 Zusammenfassung
In dieser In-vitro-Untersuchung wurde die Belastbarkeit viergliedriger Seitenzahnbrü-cken aus zwei verschiedenen Vollkeramiksystemen ermittelt.
Außerdem wurde der Einfluss einer definierten mechanischen Vorschädigung am Brückengerüst sowie der künstlichen Alterung durch Wasserlagerung und thermo-mechanische Wechselbelastung auf die Bruchfestigkeit analysiert.
Als Vertreter eines konventionellen Vollkeramiksystems wurde das am Markt etab-lierte System Empress 2 der Firma Ivoclar (Schaan/FL) betrachtet. Als Vertreter einer Hochleistungskeramik auf Zirkoniumdioxidbasis wurde das Lava-Vollkeramiksystem der Firma 3M Espe (Seefeld) verwendet.
Zur Ermittlung der Bruchlasten wurden aus jedem Vollkeramikmaterial 40 Brücken gleicher Dimension zum Ersatz der Zähne 25 und 26 hergestellt. Für die Schaffung möglichst kliniknaher Bedingungen wurden bei der Herstellung der Brücken die gleichen Behandlungsschritte wie bei einer echten Patientenarbeit durchgeführt.
Dazu diente ein Urmodell zur Simulation der Patientensituation.
Die Brückengerüste jedes Vollkeramiksystems wurden nach ihrer Herstellung ran-domisiert auf vier Gruppen zu jeweils zehn Pobekörpern verteilt. Dabei unterschie-den sich die vier Gruppen in der Vorschädigung und der künstlichen Alterung auf folgende Weise: Die Gerüste der Kontrollgruppe wurden weder vorgeschädigt noch künstlich gealtert, dann verblendet und dem Bruchbelastungstest unterzogen. Die Gerüste von jeweils zwei Gruppen erhielten vor dem Verblenden eine definierte mechanische Vorschädigung durch einen Ritz. Nach anschließender Verblendung wurde eine dieser Gruppen sofort bis zum Bruch belastet, die andere vor dem Bruchbelastungstest noch einer zusätzlichen thermomechanischen Wechselbelas-tung ausgesetzt. Die Brücken der vierten Gruppe wurden ohne Vorschädigung der thermomechanischen Wechselbelastung ausgesetzt und dann bis zum Bruch be-lastet. Alle Brückengerüste wurden mit den systemeigenen Verblendkeramiken ver-blendet. Für die Belastungsprüfungen wurden die Brücken nach ihrer Fertigstellung auf Kunststoffmodelle mit resilienter Pfeilerlagerung zementiert und in einer Univer-salprüfmaschine bei einer Taversengeschwindigkeit von 1 mm/min bis zum Bruch belastet. Dabei erfolgte die Krafteinleitung im Bereich der Brückenzwischenglieder in axialer Richtung.
In der Gegenüberstellung der Bruchlasten beider Brückenmaterialien zeigten sich die Brücken aus Zirkoniumdioxid-Keramik gegenüber der Lithiumdisilikat-Glaskeramik deutlich überlegen. Die mittleren Bruchlasten der Brücken aus Lithiumdisilikat-Glaskeramik lagen in allen Versuchsgruppen mit Werten von 279 N bis 394 N deut-lich unterhalb des in der Literatur geforderten Minimalwertes für Seitenzahnbrücken von 600 N. Die Zirkoniumdioxid-Brücken erreichten dagegen in allen Versuchsgrup-pen mittlere Bruchlasten, die mit Werten von 1022 N bis 1369 N deutlich über 600 N lagen.
Bei beiden Vollkeramikmaterialien kam es zu einer signifikanten Verringerung der Belastbarkeit um 12% bis 13% nach der künstlichen Alterung durch thermomechani-sche Wechselbelastung. Dagegen wirkte sich die mechanithermomechani-sche Vorschädigung bei keinem der beiden Vollkeramikmaterialien signifikant auf die Bruchlast aus.
Bei dem Vergleich mit anderen Studien konnte ein Zusammenhang zwischen der Bruchlast und der Dimensionierungsweise der Verbinder festgestellt werden.
Folgende Sachverhalte haben in Kombination vermutlich dazu beigetragen, dass sich die definierte mechanische Vorschädigung in der vorliegenden Studie nicht signifikant auf die Bruchlast auswirkte: Einerseits waren die mit Hilfe einer Diamant-schleifscheibe erzeugten Ritze in der vorliegenden Studie nicht scharf konturiert und konnten daher nur in geringem Maße zu einer Rissinitiierung beitragen. Andererseits wurden die künstlich erzeugten Ritze mit Verblendkeramik abgedeckt und standen somit nicht im direkten Kontakt mit dem korrosiven Medium Wasser. Dadurch konnte kein langsames Risswachstum durch Korrosion stattfinden.
Die hohe Belastbarkeit der Zirkoniumdioxid-Brücken bietet die Chance, den Indikati-onsbereich auf viergliedrige Seitenzahnbrücken aus diesem Material auszudehnen.
Die klinische Einsatzmöglichkeit von Empress 2-Brücken wird vom Hersteller nur für dreigliedrige Brücken bis zum Ersatz des ersten Prämolaren empfohlen. Die Ergeb-nisse dieser Untersuchung können diese Empfehlung bestätigen.
7 Literatur
1. Anderson, DJ.
Measurement of stress in mastication. J Dent Res 1956; 35:664
2. Antis GR, Chantikul P, Lawn BR, Marshall DB Jr.
A critical evaluation of indentation techniques for measuring fracture toughness: 1. Direct crack measurements. J Am Ceram Soc 1981; 64:533
3. Barclay CW.
Thermocycling: an unrealistic technique for simulating clinical conditions. J Dent Res 1998; 77:2215