Kleine Materialkunde
Füllungsmaterialien
Die Zahnheilkunde ist eine uralt-Wissenschaft, schon die Ägypter kannten Zahnärzte, die für die damalige Zeit erstaunliche Leistungen vollbrachten. Über die Jahrhunderte gab es dabei ein stetiges Auf und ab, bis schließlich mit dem Beginn der Neuzeit die heutige, moderne, Zahnheilkunde ihren Siegeszug angetreten hat. Namen, wie Philipp Pfaff, sind untrennbar damit verbunden. Dabei müssen wir feststellen: das Zahnbrechen bzw. die Zahnentfernung, das wurde auch im Mittelalter praktiziert. Nur, die bloße Entfernung defekter Zähne, das wird wohl kaum den Wünschen und Ansprüchen der Patienten gerecht. Zahnerhaltung und Prothetik sind es, die die Zahnheilkunde bestimmen. In der Zahnerhaltung steht und fällt jedoch alle zahnärztliche Mühe mit den verfügbaren Materialien, und dies ist auch in der Prothetik so. Dabei hat kaum Jemand in der Öffentlichkeit wirklich realisiert, was die Zahnmedizin da geleistet hat!
Zahnerhaltung – Füllungsmaterialien
Die Technik, durch Karies entstandene Defekte durch ein Fremdmaterial zu verfüllen, ist uralt. Mischungen, wie Eugenol (Nelkenöl) mit Zinkoxid, Werden seit dem 18. Jahrhundert verwendet. Ebenso gab es erste Versuche Porzellan als restauratives Material einzusetzen, und selbstverständlich findet Gold seit etwa 6 000 Jahren (!) als Restaurationsmaterial Verwendung.
Die Moderne der Zahnheilkunde beginnt mit der Verbreitung des Amalgams als Füllungsmaterial. Man muss Amalgam als „Goldstandard“ ansehen, denn, trotz einer extrem schlechten Mundhygiene sowie einem hohen Zuckerkonsum hat Amalgam dafür gesorgt, dass zumindest bis in das Erwachsenenalter Zähne erhalten werden konnten.
Nach einer massiven Verbesserung der Kariesmorbidität, die nach Ansicht aller damit befassten Experten primär dem Fluorid zu verdanken ist, konnten andere Materialien für zahnerhaltende Maßnahmen verwendet werden. Denn: Amalgam ist bakterientoxisch, kein bisher entwickeltes anderes Material hat diese Eigenschaft in so ausgeprägtem Maße. Ohne eine gute Mundhygiene bzw. der regelmäßigen Zufuhr aktiver Fluoridverbindungen wären alle ästhetisch anmutenden Füllungsmaterialien chancenlos.
Fassen wir zusammen: nur weil wir heute Fluorid einsetzen können wir auf Amalgam verzichten und ästhetischerer Materialien einsetzen. Dies gilt in den hochzivilisierten Ländern ebenso wie in Entwicklungsländern. Dabei kann es durchaus sein das in einem Dritte-Welt-Staat eine genauso gute Mundgesundheit hergestellt werden kann wie bei uns – wenn ausreichend Fluorid an die Menschen herangebracht wird, funktioniert auch die Zahnerhaltung, sogar ohne Amalgam.
Deshalb wäre es unsinnig bei irgendeinem Material von „Amalgamersatz“ zu sprechen. Amalgamersatz gibt es genauso wenig wie „Metallersatz“ in der Technik. Keramik oder Polymere („Kunststoff“) sind völlig anders geartete Stoffe, die auch ganz andere Eigenschaften aufweisen – meistens sind dies bessere als wir sie bei Amalgam finden, jedoch ohne dessen extreme karieshemmende Wirkung (vgl. Brauner et al, Aachen).
Alternative Füllungsmaterialien
Hier haben wir zu unterscheiden zwischen Zementen und polymerisierenden Materialien. Die Unterscheidung ist eigentlich ganz einfach: Zemente härten durch Ionen-Reaktion, die anderen durch eine Polymer-Reaktion. Ionenreaktionen sind grundsätzlich die Reaktionen von Anionen mit Kationen, wobei Salze entstehen. Anionen sind „Säuren“, Kationen „Basen“ z. B. „Metall-Ionen“. Typischer Vertreter der Zemente ist „Phosphat-Zement“, der aus Phosphorsäure (Anionen-Lieferant) und Zinkoxid (Kationenlieferant). Aus der Säure (Phosphorsäure) und der Base (Zinkoxid) wird dann das Salz „Zinkphosphat“. Die Reaktion ist in der Geschwindigkeit abhängig vom Wassergehalt – Feuchtigkeitszutritt beschleunigt die Reaktion, ebenso Wärmezufuhr.
Neben Phosphat gibt es noch andere in der Zahnheilkunde eingesetzte
Zemente
wie Steinzement, Silikat, Eugenol-Zinkoxid oder Glas-Ionomer.
Insbesondere Glas-Ionomere verdienen unsere besondere Aufmerksamkeit. Hier ist es möglicherweise etwas irreführend wenn wir von „Zement“ sprechen, denn, es werden dabei organische Anionen eingesetzt (also organische Säuren auf Basis von Kohlenwasserstoff-Verbindungen), die üblicherweise bereist lange Ketten bilden (Polymere) und durch den kationischen Bestandteil vernetzt werden, ähnlich wie dies beim Gummi (Latex ist ein Polymer, das durch Schwefel eine Vernetzung erfährt) der Fall ist. Durch die Brückenverbindung zwischen den Polymerketten entsteht ein räumliches Gebilde mit hoher Festigkeit, eigentlich nicht viel anders als bei der „echten“ Polymerisationsreaktion. Dort findet die Bindung der Ketten aneinander durch eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung statt, bei GI eben durch eine Brücke eines Kations. Dieses Kation ist bei GI noch etwas anders geartet als beim Zement: hat Zement ein Anion, meist ein einfaches Atom (Metall) als Brücke, bei GI wird das Anion auf der Oberfläche von kleinsten Glaskügelchen („Glas“-Ionomer) gefunden. Damit ähnelt GI sehr stark den Komposit bzw. Kompomer-Materialien, die ebenfalls Glasbestandteile enthalten. Der Unterschied: bei den komposit/Kompomer-Materialien ist das Glas in eine Kunststoffmatrix (Polymer) eingebettet, die Verbindung zum Kunststoff wird über die silanisierten Oberflächen hergestellt, und beim GI haftet der Kunststoffanteil durch die Ionenbindung. Wegen der etwas schwächeren Festigkeit der Ionenbindungen gegenüber der Atombindung bei den Komposit/Kompomer-Materialien hat man den GI zusätzlich ebenfalls Komposit/Kompomer-Bestandteile beigegeben („verstärkte GI“), die wie die Komposit/Kompomer-Materialien durch Lichthärtung polymerisiert werden. Damit wird GI rasch fest, es ist allerdings zu beachten, dass die Iononenreaktion auch bei unmittelbarer Härtung nicht abgeschlossen ist. Da die Endfestigkeit erst nach Abschluss dieser Ionenreaktion erreicht wird, ist es unbedingt erforderlich, das Material gegen Feuchtigkeitszutritt während dieser Phase zu schützen. Dies wird üblicherweise durch Auftrag eines Lackes bewirkt. Aus dem Verständnis der Chemie Heraus sollte es nachvollziehbar sein, dass der Lack jedenfalls nicht gleich abgeschliffen werden darf – die Nacharbeit hat deshalb etwas zu warten.
Ein besonderer Vorzug von GI ist, dass sich die Inonenbindungen nicht nur zum Glas ausbilden, sondern auch zum mineralischen Bestandteil der Zahnhartsubstanz. Nach Entfernung des Smear Layer – eine Mischung aus mineralischen und organischen Zahntrümmern, die nach dem Präparieren in der Kavität den Zahnoberflächen aufliegt – haftet GO so selbsttätig an der Zahnsubstanz, separate Bonding-Vorgänge sind entbehrlich. Auch zu eventuell noch aufgetragenen Komposit-Schichten entsteht eine gute Verbindung, diese über die noch nicht abgebundenen Kunststoffbestandteile sowie die Glas-Partikel, die wie Zahnschmelz ätzbar sind.
So stellt sich GI als annähernd perfektes Unterfüllungs- und Aufbaumaterial dar. Denn, Im Gegensatz z.B. zu Phosphat finden wir eine Haftung am Zahn, wir finden eine deutlich bessere Beständigkeit gegen Eluationsvorgänge – Phosphat ist relativ gut löslich in Mundhöhlenflüssigkeit – und auch ein Füllungsmaterial kann über GI durch die Haftung besser verankert werden.
Ein letzer Vorzug der GI zugeschrieben wird ist die kontinuierliche Abgabe von Fluorid aus den Glasbestandteilen, wobei das eluierte Fluorid durch Fluoridierungsmaßnahmen aus der Mundhöhle heraus wieder ersetz werden kann – GI fungiert damit wie eine Batterie, die Fluorid abgibt und aufnimmt, je nach Angebot. Da die absoluten Mengen an Fluorid dabei sehr gering sind wirkt sich die kariesprotektive bzw. bakterienhemmende Wirkung nur in der unmittelbaren Umgebung aus, d.h., es gibt einen Schutz am Interface zum Zahn, was der Entstehung von Randkaries entgegenwirkt. Eine generelle kariesprotektive Wirkung darf man nicht erwarten, dazu sind Mundspülungen bzw. Zahncrenmes erforderlich, die man jedoch auch benötigt um das Fluoridreservoir aufzufüllen.
Andere Zemente haben heute kaum noch eine Bedeutung: Steinzement bzw. Silikatzement sind als historisch anzusehen, Polykarbonatzement wird als Alternative heute auch kaum noch eingesetzt. Lediglich das billige Phosphat findet noch große Verbreitung. Hier ist zu beachten, dass das System extrem feuchtigkeitssensibel reagiert: schon die Luftfeuchtigkeit bewirkt eine Beschleunigung des Abbindevorgangs, was in der Praxis unangenehm sein kann – man bringt den Zement gar nicht mehr an die vorgesehen Stelle.
Wichtig ist bei Phosphat auch, wie der Mischvorgang stattfindet. Gibt man unmittelbar die gewünschten Mengen an Pulver und Flüssigkeit auf die Mischplatt und mischt diese, so dauert das Abbinden länger, will man eine hohe Festigkeit (z.B. zum Stopfen einer Unterfüllung), so beginnt man mit etwas Pulver, mischt es ein in die Flüssigkeit, und gibt dann weiteres Pulver nach. Wie bei Gips kann man so die Abbindungsgeschwindigkeit beschleunigen.
Phosphat hat eine sehr hohe Druckfestigkeit, jedoch eine nur geringe Biege- oder Zugfestigkeit. Und, die Körnung des Zink-Oxid-Pulvers bestimmt die Körnung des Zements – bei der Befestigung von Restaurationen sollte darauf geachtet werden – eine perfekte Passung der Restauration kann durch die Zementkörnung negativ beeinflusst werden.
Komposite
Kompositwerkstoffe bestehen, wie der Name impliziert, aus verschiedenen Grundmaterialien, die in der Kombination die Vorzüge addieren. Bestes Beispiel ist Stahlbeton: Beton ist ein Material mit sehr hoher Druck- jedoch geringer Zugfestigkeit. Als Kompositwerkstoff vereint Stahlbeton beide Eigenschaften: hohe Druck- und Zugfestigkeit.
Zahnärztliche Komposit-Füllungsmaterialien (dazu gehört genau betrachtet auch GI!) basieren auf einer Matrix aus Polymerkunststoff in die Glaskörper eingebettet sind. Auch hier die typische Situation: Glas ist relativ spröde, hochelastisch und gering biegebelastbar, jedoch sehr druckfest, Polymerkunststoff hingegen ist plastisch, zugfest und biegefest. Zusätzlich bietet der Kunststoff durch die Fähigkeit an geätzter Zahnsubstanz zu haften zusätzlich große Möglichkeiten. Die SÄT (Säure-Ätz-Technik ) ist nach wie vor unerreicht, das Interface entwickelt solch hohe Haftkräfte, dass es bei Überlastung eher zu einem Abbruch in Füllungsmaterial oder Zahnschmelz kommt als zu einer Lösung der Verbindung. Dies kann ideal zur Verstärkung geschwächter Zahnsubstanz genutzt werden. Nachteilig ist jedoch dass stets zu einer Polymerisationsschrumpfun g kommt, die trotz aller Ankündigungen und Versprechungen nach wie vor typische Materialeinschaft ist. Die früher störende geringe Abrasionsfestigkeit hingegen kann als gelöst angesehen werden, Kompositkunststoffe sind heute annähernd so abrasionsfest wie Zahnsubstanz.
Die Schrumpfung bei Aushärtung hingegen muss stets Berücksichtigung finden. Bei sehr kleinen Defekten wirkt sich eine Schrumpfung um 3 Prozent, ausgedrückt in absoluten Dimensionen, nicht wesentlich aus. Bei größeren Kavitäten, z.B. einer Molaren-mod, hingegen wird das zum Problem. Bei einer Härtung in einem Stück („Bulk-Härtung“) nimmt die Schrumpfung eine Dimension an, die mehrere Folgen haben kann:
– Die Zahnwände brechen ein, weil das Interface hält und die Schrumpfungskräfte zu einer Intrusion der Zahnwände führen: in der Folge klagt der Patient über unklare pulpitische Schmerzen, der Frakturspalt liegt meist zervikal und kann so leicht übersehen werden, und als Ergebnis führt so etwas zur endodontischen Behandlung
– Das Interface reißt und es entsteht ein Randspalt mit Sekundärkaries
– Der Kunststoff reißt, es droht Füllungsverlust
Deshalb wird seit Jahrzehnten empfohlen, entweder große Füllungen nicht aus Komposit zu fertigen, oder Techniken der Mehrschichthärtung (zur Schrumpfungskompensation) anzuwenden.
Auch die „Kompomere“ weisen die Schrumpfungsproblematik auf, eine echte Alternative sind sie nicht. Allerdings sind sie weniger feuchtigkeitsstabil und neigen zum noch stärker Anquellen im feuchten Mundhöhlenmilieu als die Komposite. Nun wird seitens der Anbieter gerne behauptet dies sei ein besonderer Vorzug; da die Schrumpfung durch die Quellung kompensiert würde. Die Realität ist jedoch, dass die Schrumpfung nach Polymerisation stattfindet, dann durch Feuchtigkeitszutritt eine Quellung erfolgt, dann jedoch eine erneute Schrumpfung auftritt wenn nachts der Speichelfluss zum Erliegen kommt. Damit wird eine dauernde Biegebelastung eingebaut, die noch häufiger zu den oben erwähnten Brüchen in der Zahnsubstanz führt.
Deshalb kann Kompomer vernünftigerweise nur als Variante eines Komposits angesehen werden mit etwas anderen Eigenschaften.
Den Kompositen ist noch eine weitere typische Eigenschaft beizumessen: sie sind sehr verarbeitungssensibel. Die Herstellung eines stabilen Interface zwischen Zahn und Füllung ist aufwendig: die SÄT ist ein komplexer Vorgang, der Fehler – auch ganz kleine – kaum verzeiht. Die Technikroutine muss unbedingt eingehalten werden:
– Ätzung ausreichend lange (mindestens 1 Min.)
– Ausreichend lange Spülung zur Entfernung der Präzipitate (60 Sekunden)
– Trocknung mit fettfreier Luft
– Aufbringen von Bonding (ungefüllter Kunststoff)
– Aufbringen von Füllungsmaterial
Dies alles muss unter Vermeidung von Feuchtigkeitszutritt durchgeführt werden (Kofferdam)
Kompomer ist etwas weniger sensibel, jedoch auc h da darf man nicht riskieren dass Speichel die Haftflächen benetzt.
Mittlerweile sind Dentinbondings verfügbar, die eine gute Haftung ermöglichen. Auch dabei sind die vorgegebenen Regeln unbedingt einzuhalten: alle Zeiten (aus dem Beipackzettel zu entnehmen) müssen präzise beachtet werden (heute sind Einschritt-Bondings wohl die Regel, wobei mehrere Layer aufgebracht werden). Die Einwirk- sowie Aushärtzeiten sind unbedingt einzuhalten. Trotz aller Fortschritte: die Haftfestigkeiten der SÄT werden von den Universalbondings nicht erreicht, weshalb sie für gute Füllungen unverzichtbar ist.
Vorteile/Nachteile
Vorteilhaft bei den Kunststoffen ist, dass durch die Haftung am Zahn die minimal invasiven Techniken möglich wurden. Es sind keine mechanischen Retentionen mehr erforderlich – was auch Stiftverankerungen im Prinzip obsolet macht. Stiftverankerungen wurden für Amalgam entwickelt, sie sind bei Kunststoff eher kontraproduktiv.
Die Aufgabe des Prinzips „extension for prevention“ hingegen ist nicht den Möglichkeiten der Kunststoffe zuzurechnen, dafür ist die Wirksamkeit der Prophylaxe durch den universellen Einsatz der Fluoride verantwortlich. Ohne Fluoridprophylaxe hätten die Kunststoffe dafür gesorgt dass die Dentition noch früher verloren gegangen wäre.
Ein wirklich wesentlicher Vorteil der Kunststoffe ist hingegen die ganz andere Ästhetik: es gelingt absolut zahnfarbene Restaurationen zu erzeugen.
Nachteilig wirkt sich aus, dass die Prophylaxe unverzichtbar ist (siehe oben), ohne Fluorid wäre die Zahnerhaltung praktisch unmöglich. Dies ist bei „Bio“-Patienten zu beachten.
Weiterhin nachteilig ist der relativ hohe Preis der Materialien. Dentinbondings, z.B. sind extrem teuer, man kann da winzige Fläschchen mit 100 € bezahlen – und: wird z.B. ein Fläschchen versehentlich unverschlossen gelassen oder fasch gelagert ist die Wirksamkeit schon innerhalb weniger Tage nicht mehr gegeben (alle Studien wurden, selbstverständlich, mit neu geöffneten Flaschen durchgeführt). Es sind dem Autor keine Untersuchungen bekannt geworden die jemals getestet hätten wie sich Bondings verhalten, die länger Zeit bzw. unsachgemäß gelagert wurden.
Ebenfalls zum Nachteil gereicht die ziemlich aufwendige Verarbeitung, was erheblich längere Arbeitszeiten erfordert als Amalgam. Deshalb werden international auch wesentlich höhere Honorare für diese Füllungstypen gefordert und bezahlt. Dies zu dem lächerlich geringen Honorarsatz der GKV (Amalgamfüllung) anbieten zu wollen kann nur durch unzulängliche Verarbeitung erklärt werden. Eine Patientenbeteiligung ist deshalb zwingend.
Kombinationsfüllungen
Um die neu entwickelten Füllungsmaterialien optimal einsetzen zu können lassen sich auch Kombinationen denken. Hier wäre beispielhaft die Tunnelpräparation nach MC Lean zu erwähnen, die anscheinend in Vergessenheit geraten ist. Bei Approximalkaries kann man, ohne die Randleiste zu zerstören, von okklusal zur Kavität vorstoßen, dies ausräumen, dann (nach Anlegen einer Matrize) mittels GI den Approximaldefekt auffüllen und dann mittels Komposit okklusal verschließen. Oder, es schient durchaus zweckmäßig, tiefere Kavitäten mit GI zu versorgend (als Unterfüllung) und anschließend mit Komposit okklusal ästhetisch hochwertig zu restaurieren. Auch wenn die Möglichkeit des Dentinbonding dies entbehrlich zu machen scheint – GIT ähnelt in der Trasluenmz eher Dentin als Komposit, so dass in der Kombination bessere ästhetische Ergebnisse reproduziert werden können. Auch bei Fissurenkaries scheint die Kombination GI/Komposit sinnhaft.
Bei Aufbaufüllungen sollte man ebenfalls differenziert vorgehen: es kann ein GI sinnvoll sein, in anderen Fällen ein Komposit/Kompomer, je nach Indikation.
Fazit: es stehen heute zahlreiche Materialien für Füllungszwecke zur Verfügung, die teilweise weniger Prothetik nötig machen würden. Leider steht die Honorarordnung dem im Wege (GOZ!), weshalb zum Nachteil von Patienten und Kosten-Erstattern mehr ZE (Inlays, Kronen) angefertigt wird als eigentlich nötig. Sieht man von den ungünstigen wirtschaftlichen Rahmenbedingungen einmal ab, so bieten die neu hinzugekommen Materialien sicherlich früher kaum vorstellbare Möglichkeiten. Nur, einen „Amalgamersatz“, den hat noch niemand gefunden, und den stellen diese Materialien auch nicht dar. Wobei eine letzte Bemerkung bitte erlaubt werden sollte: Amalgam ist und war stets besser als sein Ruf – es ist eben nicht gesundheitsschädlich, wie gerne behauptet (Kunststoffe eluieren im Übrigen genauso Stoffe in den Körper, nur sind sie weniger gut nachweisbar wie Metall-Ionen, wobei die Auswirkungen vollkommen unbekannt sind), und es ist und bleibt ein unvergleichlich günstiges Material für die Sozialmedizin, auch wenn wir dessen karieshemmende Eigenschaften heute wegen der Verbreitung des Fluorids nicht mehr so dringend benötigen.