Zahnerhaltung

Eine Einteilung der Kompositmaterialien

Update Komposite: Einführung – Teil 2

Fortsetzung

Einteilung nach den enthaltenen Füllkörpern

Die klassischen Makrofüllerkomposite gibt es als Restaurationsmaterialien seit Jahren nicht mehr; das im Jahr 1969 von Johnson & Johnson eingeführte Adaptic ist hingegen bei DENTSPLY immer noch als Stumpfaufbaumaterial im Programm. Aus diesem Grunde ist es nicht sinnvoll, diese historische Materialgruppe weiterhin in eine Einteilung direkter Restaurationsmaterialien zu integrieren. Stattdessen bietet sich aus heutiger Sicht folgende Einteilung der Materialien an:

Mikrofüllerkomposite (inklusive Vorpolymerisaten)

Seit Mitte der 1970er Jahre etabliert, bestechen diese hochästhetischen Materialien vornehmlich durch ihre erstklassigen Politureigenschaften und vor allem durch die Persistenz des erzielten Politurergebnisses über die Zeit. Trotz Integration von Vorpolymerisaten erwiesen sie sich aufgrund des Fehlens von Makrofüllern als nicht stabil genug für alle klinischen Indikationen und werden eher für Klasse-I-, -III-und -V-Versorgungen favorisiert18. Eine Überschichtung von Hybridkompositen mit einem Mikrofüllerkomposit bei ästhetisch anspruchsvollen Frontzahnrestaurationen, wie in den USA häufig der Fall, ist aus Praktikabilitätsgründen in Deutschland nicht so verbreitet. Gerade Klasse-V-Läsionen profitieren hingegen oft von Versorgungen mit Mikrofüllerkompositen, da sie einen niedrigeren Elastizitätsmodul aufweisen als Hybridkomposite und somit bei der Verformung der Zahnhartsubstanz in diesem Bereich nicht so direkt die Belastung auf den adhäsiven Verbund weiterleiten.

Hybridkomposite

Die klassischen Hybridkomposite, seit Ende der 1980er Jahre verfügbar, können als der vernünftigste Kompromiss aus der Stabilität der Makrofüller (Gläser) und der Ästhetik der Mikrofüller bezeichnet werden und stellten über Jahre den Goldstandard der direkten adhäsiven Füllungstherapie dar. Mit diesen Materialien konnten erstmals alle Black’schen Kavitätenklassen, einschließlich des kaudruckbelasteten Seitenzahnbereiches, versorgt werden. Modifikationen der Füller, wie durch die Integration poröser Füllkörper (Solitaire/Heraeus Kulzer) oder Fasern (Alert/Pentron), führten zu keiner klinischen Verbesserung dieser Materialgruppe.

Hinsichtlich ihrer Handlingeigenschaften wie auch des erzielbaren Politurergebnisses unterscheiden sich die angebotenen Komposite dieser Gruppe jedoch erheblich. Der Schlüssel zur Ästhetik und Politurfähigkeit ist primär die Größe der Füllkörper. Nachdem sich die angebotenen Materialien von den „Midi-Hybridkompositen“, besser bekannt als „Feinpartikelhybridkomposite“ mit mittleren Korngrößen von < 5 ?m über die „Mini-Hybride“ (Feinstpartikelhybridkomposite) mit Korngrößen < 3 ?m bis hin zu den Mikro-Hybriden oder „Submikrometerhybridkompositen“ mit mittleren Korngrößen < 1 ?m verbessert hatten, kam die Politurfähigkeit in klinisch und ästhetisch akzeptable Bereiche. Dennoch konnte bei keinem Hybridkomposit der nach der Politur erzielte Glanzgrad (aufgrund unterschiedlicher Abrasion von Matrix und Füllkörpern) über die Gebrauchsperiode hinweg erhalten werden. Die einzige Ausnahme stellt hierbei das Komposit Estelite Sigma (Tokuyama; jetzt als Estelite Sigma Quick erhältlich) dar: Aufgrund extrem kleiner sphärischer (runder) Füllkörper mit einer mittleren Korngröße von 0,2 ?m ist es das am besten zu polierende Hybridkomposit – mit dem schönen Nebeneffekt, dass der Glanz auch nicht so schnell verschwindet!

Nanokomposite

Eine echte Innovation kam im Jahr 2001 mit der Markteinführung des ersten und bislang einzigen reinen Nanokomposits, Filtek Supreme (3M ESPE), das 2004 zu Filtek Supreme XT und nochmals 2009 zu Filtek Supreme XTE verbessert wurde (Markteinführung 2010). In diesem Material sind ausschließlich kleinste SiO2-Partikel im Nanometerbereich (2–75 nm) enthalten, die entweder in Partikelgrößen von 2 bis 20 nm in Kombination mit Zirkonoxidpartikeln zu sogenannten „Clustern“ zusammengebacken worden sind oder in Größen von 5 bis 75 nm als einzelne, freie und nicht agglomerierte Partikel die Hohlräume zwischen den besagten Clustern ausfüllen. Die laborseitige Zusammenfügung der Nanopartikel zu den angesprochen Clustern war erforderlich, um eine optimale Benetzbarkeit aller Füllkörper mit der Matrix sicherzustellen. Würden sich ausschließlich freie Nanopartikel in dem Material befinden, wäre aufgrund der Winzigkeit der einzelnen Füller die Gesamtoberfläche so groß, dass niemals ein derartiger Matrixeinschluss realisierbar wäre, was eindeutig zulasten der Materialstabilität gehen würde. Mit diesem innovativen Trick konnte unter Zuhilfenahme der Nanotechnologie erstmals ein Komposit gebaut werden, das ausschließlich Füllerpartikel im Nanometerbereich (definitionsgemäß ist ein Nanopartikel ein Teilchen, das < 100 nm groß ist) enthält, aber aufgrund seiner Zusammensetzung aus den vorgesinnterten „Clustern“ und den speziell beschichteten freien Nanopartikeln erstmals einen Füllergehalt erreichen konnte, das dem eines klassischen Hybridkomposits entspricht. Somit konnte die Kombination des Vorteils der Mikrofüllerkomposite – ausgezeichnete Politureigenschaften und Persistenz des erzielten Glanzes – mit dem der Hybridkomposite – Stabilität und Universalität – in einem Material nahezu realisiert werden. Dass die Persistenz des Politurergebnisses von Filtek Supreme und Filtek Supreme XT doch nicht 100%ig dem der Mikrofüllerkomposite entsprach, dem wurde durch die Vorstellung von Filtek Supreme XTE Rechnung getragen. Durch eine Verbesserung der Anbindung der Füllerpartikel an die umgebende Kompositmatrix soll ein gleichmäßigerer Abtrag bei Politur und „Gebrauch“ erreicht werden, was nun zu einer deutlich verbesserten Politurstabilität führen soll. Hinsichtlich seiner physikalischen Eigenschaften wie Biegebruchfestigkeit und Abrasionsresistenz hat sich Filtek Supreme XT inzwischen zu einer Art „Benchmark“ entwickelt, an die viele Hersteller bei Neuentwicklungen gerne herankommen möchten. Die geringe Abrasion des Materials ist dahingehend begründet, dass nicht ganze Füllkörper (in dem Fall die Cluster) aus dem Verbund herausgerissen werden, wie bei einem klassischen Hybridkomposit, sondern lediglich Teile der Cluster herausbrechen und als Verbund mehrerer Nanopartikel abradieren.

Nanooptimierte Hybridkomposite

Diese Gruppe wurde von Materialien wie Grandio (VOCO) und Premise (sds Kerr) begründet, aber auch Tetric EvoCeram (Ivoclar Vivadent) und Venus Diamond (Heraeus) gehören hier hinein. Bei diesen Materialien wurden in konventionelle Hybridkomposite Nanopartikel integriert, primär um den Füllergehalt des Hybridkomposits deutlich zu erhöhen (Grandio und Premise). Auf diesem Weg kann zwar eine bedeutsame Reduktion der Polymerisationsschrumpfung erreicht werden, nicht aber der Polymerisationsschrumpfungskraft. Die Polymerisationsschrumpfungskraft kann als Produkt aus Polymerisationsschrumpfung und Elastizitätsmodul verstanden werden (F = E x ?l/l). Ein hoher Elastizitätsmodul beschreibt ein starres Material, ein niedriger ein eher elastisches. Reduziert man jetzt einseitig die Polymerisationsschrumpfung über eine Erhöhung des Füllergehaltes, bleibt logischerweise ein geringerer prozentualer Matrixanteil zurück. Da die Matrix die einzige schrumpfende Komponente im Komposit ist, reduziert sich damit automatisch die Polymerisationsschrumpfung. Da die Matrix aber auch die einzige elastische Komponente darstellt, reduziert sich im gleichen Ausmaß die Elastizität – was einen höheren E-Modul bedingt (hoher E-Modul = starres Material). Das Produkt aus E-Modul und Polymerisationsschrumpfung bleibt demzufolge nahezu unverändert. Da aber nicht die Polymerisationsschrumpfung,sondern die Polymerisationsschrumpfungskraft verantwortlich für Abrisse an den Kavitätenwänden ist, bleibt die Randintegrität entsprechend unbeeinflusst. Also muss die Polymerisationsschrumpfungskraft reduziert werden und nicht lediglich die Polymerisationsschrumpfung!

Ein Beispiel verdeutlicht das Prinzip: Ein Mikrofüllerkomposit hat aufgrund seines reduzierten Füllergehaltes eine deutlich höhere Polymerisationsschrumpfung als ein Hybridkomposit, weist aber eine nicht im selben Ausmaß höhere Polymerisationsschrumpfungskraft auf, da durch den höheren Matrixanteil natürlich auch ein stärkeres elastisches Potenzial gegeben ist, das die höhere Schrumpfung in Hinblick auf die effektive Polymerisationsschrumpfungskraft reduziert. Dasselbe Phänomen ist bei Flowkompositen gegeben: Auch hier kann über die erhöhte Elastizität die höhere Schrumpfung in gewissen Grenzen kompensiert werden.

Materialien wie Premise und Tetric EvoCeram integrieren in ihre Produkte zudem Vorpolymerisate aus laborseitig polymerisiertem und „geschreddertem“ Material, um die Polymerisationsschrumpfung in Teilbereichen vorwegzunehmen und auf außerhalb der Mundhöhle zu verlegen – ein Prinzip, das ähnlich schon bei den Vorpolymerisaten der inhomogenen Mikrofüllerkomplexkomposite Anwendung fand. Somit konnte ein ungewollter Anstieg des Elastizitätsmoduls trotz des hohen Gesamtfüllergehaltes vermieden werden.

Die in Tetric EvoCeram wie auch in Venus Diamond enthaltenen Nanopartikel werden im Gegensatz zu den Nanopartikeln z. B. bei Grandio und Premise nicht primär zur Erhöhung des Gesamtfülleranteils eingesetzt, sondern haben ihre Funktion als Rheologiemodifier – d. h. zur Konsistenzeinstellung – und dienen ferner zur Farbeinstellung.

Derartige Vorpolymerisate weisen aber auch Risiken auf: Die Anbindung an die restliche Matrix kann in Folge erschwert sein; z. B. wurde für Tetric EvoCeram eine geringere Biegebruchfestigkeit ermittelt als für den Vorgänger Tetric Ceram17 – ein Nebeneffekt, der bei den heute durchaus erweiterten Indikationsstellungen mit ihrer stärkeren Belastung nicht unbedingt erwünscht sein kann. Somit darf der Fokus nicht nur auf einer Reduktion der Polymerisationsschrumpfungskraft liegen; die Verbesserung der Mechanik der Restaurationsmaterialien ist genauso bedeutsam, gerade im Hinblick darauf, dass die Füllungsfraktur heute die häufigste Ursache für den Füllungsaustausch bei Kompositrestaurationen darstellt und nicht mehr die Sekundärkariesbildung. Für welche Art von Kavitäten werden denn vorrangig schrumpfkraftreduzierte Komposite gebraucht? Für die großen! Und gerade bei diesen besteht eine deutlich höhere Belastung mit einer höheren Anforderung gerade an die Biegebruchfestigkeit und natürlich an die Abrasionsfestigkeit.

Das bislang einzige Material auf dem Markt, das neben einer signifikanten Reduktion der Polymerisationsschrumpfungskraft gegenüber seinem Vorgänger aus demselben Hause gleichzeitig mit einer Verbesserung aller mechanischen Eigenschaften aufwarten kann, ist bislang Venus Diamond (Heraeus Kulzer): Neben einer Polymerisationsschrumpfungskraft, die nur knapp über der von Filtek Silorane liegt, weist das Material eine Biegebruchfestigkeit auf, die sogar noch über der von Filtek Supreme liegt – bei genauso geringer Abrasion. Somit existieren – wie in allen Gruppen – durchaus auch Qualitätsunterschiede in der Gruppe der nanooptimierten Hybride. Funktionell sind diese Materialien aber alle, was unzählige klinische Studien als auch Fallberichte hinlänglich demonstrieren.

Einteilung entsprechend der Matrix

Bis-GMA-basierte Komposite

Die im Jahr 1962 von Dr. Rafael L. Bowen zum Patent angemeldete Synthese aus einem Glycidyl-Acrylat und zwei Bis-Phenol-Komponenten zu Bisphenol-Gylcidylmethacrylat (bisGMA) ist bis heute die weltweit am meisten verbreitete Kompositbasischemie und wahrscheinlich in über 90 % aller Komposite enthalten. Die lineare Struktur dieses Moleküls ist bislang auch die Ursache für das Problem der Polymerisationsschrumpfung: Der intermolekulare Abstand der nicht polymerisierten Moleküle ist größer als der interatomare Abstand im polymerisierten Verbund – eine Kettenverkürzung ist die Folge. Dieses Grundproblem konnte zwar durch viele Tricks der Füllkörpertechnologie reduziert, aber nie behoben werden. Eine Polymerisationsschrumpfung des Gesamtkomposit- Werkstoffes von deutlich unter 2 % ist mit dieser historischen Monomertechnologie nicht zu erzielen. Aus diesem Grunde sucht die Forschung seit vielen Jahren nach alternativen Ansätzen, um die Schrumpfung und vor allem auch die Schrumpfungskraft deutlich zu reduzieren (siehe „Komposite mit nachweislich Schrumpfkraft-reduzierter Matrix“).

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: Prof. Dr. Claus-Peter Ernst