Komposit (Zahnmedizin)

Komposit

Komposit

Komposite (latein composĭtum – zusammengestellt) sind zahnfarbene plastische Füllungsmaterialien für die zahnärztliche Behandlung. Laienhaft werden sie auch oft als Kunststofffüllungen bezeichnet, fälschlicherweise gelegentlich auch mit Keramikfüllungen (Synonym: Keramik-Einlagefüllung oder Keramik-Inlay) verwechselt. Das zahnmedizinische Einsatzgebiet der Komposite (Füllungen und die Befestigung von Keramikfüllungen, Kronen und Wurzelstiften mittels Komposit) wird auch als „adhäsive Zahnmedizin“ bezeichnet.

Sie bestehen aus einer organischen Kunststoffmatrix, die mit anorganischen Füllkörpern versetzt ist. Die Anwendung der Komposits erfolgte zunächst fast ausschließlich im Frontzahnbereich. Inzwischen werden Komposits mit einem erhöhten Füllkörpergehalt mit vielversprechenden Ergebnissen auch im Seitenzahnbereich eingesetzt. Vor allem machte aber die Weiterentwicklung der Haftvermittler (Bonding) und die Dentin-Adhäsivtechnik den Einsatz im Seitenzahnbereich möglich.

Abwandlungen der Komposite sind Compomere und Ormocere, Glasionomerzemente sind eine andere Werkstoffklasse, die es aber inzwischen auch mit Kompositanteilen gibt.

Verarbeitung

Bei der Verarbeitung von Komposits ist eine relative oder absolute Trockenlegung wichtig, die mit Watterollen oder durch Anlegen eines Kofferdams (ein über die Zähne gespanntes Gummituch) erreicht werden kann. Feuchtigkeit verringert die Adhäsion an Dentin und Schmelz.

Vorteile gegenüber Amalgamfüllungen

Komposits sind in mehreren Farben lieferbar, so dass bei sorgfältiger Farbwahl ein Unterschied zu den vorhandenen Zähnen nur schwer zu erkennen ist.

Amalgamfüllungen werden im Zahn durch kleine Unterschnitte befestigt, wenn die Kavität (der präparierte Hohlraum) nicht von vornherein so gestaltet ist, dass sie sich nach außen hin verjüngt. Dazu kommt, dass Amalgam zu den wenigen Legierungen gehört, die sich bei der Abbindung ausdehnen.^[1] Dadurch presst sich das Material bis in jede kleinste Unebenheit hinein und sorgt für einen dichten Abschluss. Andererseits kann dadurch aber auch ein Zahn, bei dem die Zahnhartsubstanz schon stark reduziert ist, „gesprengt“ werden. Bei Kompositfüllungen ist das anders: Hier klebt dies Material regelrecht im Zahn, so dass einerseits nur die kariöse Zahnsubstanz entfernt werden muss, andererseits durch die adhäsive Befestigung evtl. sogar eine Stabilisierung des Zahnes erreicht werden kann.

Vorteile gegenüber Keramikfüllungen

Gegenüber Keramikfüllungen können Komposite mit geringerem Zeitaufwand und kostengünstiger eingesetzt werden. Die Fertigstellung erfolgt in der Regel in nur einer Sitzung. Durch die direkte Herstellung der Komposite-Restauration im Zahn kann teilweise eine substanzschonendere Präparation der Kavität erfolgen, weil im Gegensatz zum laborgefertigten Keramik-Inlay keine Einschubrichtung berücksichtigt werden muss. Außerdem kann durch das direkte Verfahren auf eine Abformung verzichtet werden.

Nachteile

Die Verarbeitung des Kompositfüllungsmaterials ist sehr aufwendig und zeitintensiv, da es in mehreren Schichten aufgetragen und jeweils mit einer Polymerisationslampe gehärtet werden muss, um die Polymerisationsschrumpfung des Materials zu minimieren. Voraussetzung für eine dauerhaft dichte Kompositfüllung ist die adhäsive Befestigung am Zahn durch Anätzen mit Phosphorsäure und Auftragen eines Adhäsivs. Entsprechend ist auch der finanzielle Aufwand gegenüber Amalgamfüllungen höher, wenn auch geringer als bei Einlagefüllungen aus Gold oder Keramik.

Verfärbungen der Füllung durch Tee, Kaffee etc. sind möglich.

Mit der Zunahme der Kunststofffüllungen, die allmählich immer mehr die Amalgamfüllungen ablösen, verschiebt sich die Kritik von den Amalgamfüllungen zu den Kompositfüllungen. Diskutiert werden mögliche schädliche Wirkungen durch:

• Toxizität
• Mutagenität
• Östrogenität und
• Allergisierung

durch die Kompositfüllungen.

Die Toxizität, Mutagenität und Östrogenität konnte in Studien bisher nicht belegt werden und ist nach dem derzeitigen Kenntnisstand zu verneinen. Die Gefahr der Allergisierung betrifft vorwiegend den anwendenden Zahnarzt, der mit dem Monomer vom Komposit und mit den Dentinadhäsiven in Hautkontakt kommt. Dadurch können allergische Hautreaktionen bis hin zu schweren allergischen Kontaktekzemen mit nachfolgender Berufsunfähigkeit ausgelöst werden. Ein Einmalhandschuh hilft fast gar nicht gegen die Monomerpenetration, da er von den relativ kleinen Monomermolekülen innerhalb von nur drei Minuten durchdrungen wird. Deshalb ist bei eventuellem Kontakt ein sofortiger Handschuhwechsel anzuraten. Monomere und Dentinadhäsiva sollten deshalb nicht vom Behandler und der Assistenz berührt werden. Die Allergisierungsrate für den Behandler ist mit 1 bis 2 Prozent höher als bei Amalgam, liegt jedoch noch weit unter der Allergisierungsrate von Erdbeeren. Bei der Nutzen-Risiko-Abwägung (Erhalt des Zahnes mit einer Kompositfüllung oder Karies, Abszess und Zahnverlust) ist die Allergisierungsgefahr für den Patienten zu vernachlässigen.

In der medizinischen Fachliteratur sind keine Fälle von Vergiftungserscheinungen durch Komposite dokumentiert. Es liegen keine klinischen Daten vor, die für eine Schädlichkeit der Kompositfüllungen sprechen. Jedoch wurde bei In-vitro-Untersuchungen an Zellkulturen die Toxizität von Kompositen gezeigt. Die dabei eingesetzten Konzentrationen waren jedoch so hoch, dass eine klinische Relevanz fraglich erscheint. Das in der Zahnmedizin eingesetzte Zinkoxid-Eugenol ist beispielsweise in vitro wesentlich toxischer.

BisGMA und UDMA sind in Zellkulturen nicht mutagen. Jedoch wurde bei TEGDMA in Zellkulturen eine mutagene Wirkung nachgewiesen, jedoch war auch hier eine sehr hohe Konzentration eingesetzt worden.

Eine relevante östrogene Wirkung der Komposite konnte nicht nachgewiesen werden. BisGMA enthält Bisphenol A, das an Östrogenrezeptoren bindet und somit eine pseudoöstrogene Wirkung entfaltet. Jedoch konnte Bisphenol A im Mundmilieu nicht nachgewiesen werden.

Verlustrate von Kompositfüllungen

Die Verlustrate von Kompositfüllungen war in klinischen Studien in 7 Jahren 16 % höher als bei Amalgamfüllungen. Über den gesamten Zeitraum verteilt war dieser Wert jedoch unterhalb der Signifikanzschwelle, da sowohl Amalgam, als auch Kunststofffüllungen eine insgesamt gute Haltbarkeit haben. Die „Überlebensrate“ (englisch probability of survival) von Kompositfüllungen betrug nach 7 Jahren 90 %.

Darüber hinaus gibt es inzwischen eine große Auswahl verschiedener Komposite, die sich neben dem Preis auch deutlich in der Qualität unterschieden.

Ob eine Kompositfüllung unter Kofferdam oder ohne Kofferdam gelegt wird, hat Auswirkung auf die Haltbarkeit der Kompositfüllung. Unter Kofferdam gelegte Kompositfüllungen haben eine optimale Verklebung mit dem Zahn, da kein Speichelzutritt stattfindet.

Materialien

Die Matrix von Kompositen besteht meist aus Kunststoffen auf Acrylatbasis, wie HEMA oder TEGDMA. Daneben können auch Spuren von Formaldehyd, Glutaraldehyd und Säuren enthalten sein. Als Füllstoffe kommen Glas-, Keramik und Quarzteilchen (Silikate, Sande) zum Einsatz, deren Verbindung mit dem Kunststoff durch eine Beschichtung mit Silanen verbessert wird.

Anorganische Phase

Die Füllstoffe werden als anorganische Phase der Komposite bezeichnet.

Füllstoffe können sein:

• Gläser bzw. Glaskeramiken (z.B. Barium-Aluminium-Glas)
• Silikate
• Siliziumdioxide

Nach der Größe ihrer Füllstoff werden Komposits unterteilt in:

• Makrofüller
• Mikrofüller
  • homogene Mikrofüllerkomposite
  • inhomogene Mikrofüllerkomposite
• Mikrofüller-Komplexe
  • Hybrid-Komposite
    • Grobpartikel-Hybridkomposite
    • Feinpartikel-Hybridkomposite
• Nanopartikel (Nano-Hybridkomposite)

Die Füllstoffe sind die anorganische Matrix des Komposits. Die Oberfläche der Füllstoffe ist silanisiert, um eine Verbindung mit der organischen Matrix (meist Methacrylatzement) zu ermöglichen. Die Silanisierung dient als Verbundphase zwischen der organischen und der anorganischen Matrix.

Makrofüller haben eine Größe von über 5 μm, und ca. 75 % Gewichtsanteil am Makrofüller-Komposit. Die Makrofüller verleihen diesem Komposit eine große Härte, jedoch nur eine sehr rauhe Oberfläche, die stark zu Verfärbung und Abrasion neigt. Diese Komposits der ersten Generation wurden später durch Mikrofüller-Komposite ergänzt, bei denen die Füllstoff eine Korngröße von unter 0,2 μm haben und wegen der daraus resultierenden größeren Packungsdichte nur noch ca. 50 % Gewichtsanteil des Mikrofüller-Komposits ausmachen. Die geringe Korngröße verleiht dem Material eine sehr gute Polierbarkeit. Jedoch hat das Material schlechtere mechanische Eigenschaften: Es ist nicht so hart, es hat eine hohe Abrasion und wegen des höheren Monomeranteils ist die Polymerisationsschrumpfung stärker.

Bei Hybrid-Kompositen macht der Gewichtsanteil der Füllstoffe ca. 85 % aus, wobei sich die Füllstoffe zu 85 bis 90 % aus Makrofüllern und zu 10 bis 15 % aus Mikrofüllern zusammensetzen. Durch diese Kombination von großen und kleinen Füllstoffpartikeln wird die Packungsdichte der Füllstoffe im Komposit weiter erhöht.

Hybridkomposite werden nach der mittleren Füllkörpergröße nochmals unterteilt in:

• Hybridkomposite (mittleren Füllkörpergröße bis 10 μm)
• Feinpartikelhybridkomposite (mittleren Füllkörpergröße bis 5 μm)
• Feinstpartikelhybridkomposite (mittleren Füllkörpergröße bis 3 μm)
• Submikrometerhybridkomposite (mittleren Füllkörpergröße bis unter 1 μm).

Bei Nano-Hybridkompositen werden Nanopartikel mit Partikelgrößen unter 20 nm als Füllstoffe verwendet. Die Nanopartikel können bis zu 40 % Gewichtsanteil des Komposits ausmachen, ohne die Viskosität des Komposits zu ändern. Dieses Nano-Gel, in dem Sol-Gel-Prozesse ablaufen, wird mit weiteren Füllstoffen aufgefüllt (Makro- oder Mikrofüller), so dass daraus ein Hybrid-Komposit entsteht.

Organische Phase

Die organische Phase der Komposite ist meist Methacrylat (Acryl). Meist wird einer der folgenden Stoffe verwendet:

• Bisphenol A-Glycidylmethacrylat (Bis-GMA) – ein aromatisches Diacrylat
• Triethylenglycol-Dimethacrylat (TEGDMA)
• Bis-GMA-Urethan-Addukte

Neben dem eigentlichen Monomer als Hauptbestandteil der organischen Phase enthalten beispielsweise Bis-GMA-Komposits noch viele weitere Bestandteile:

• Mono-, Di- und Triacrylate (als Comonomer) – siehe: Copolymer
• Dibenzoylperoxid (als Initiator der Photopolymerisation nach Beleuchtung mit dem blauen Licht der Polymerisationslampe)
• Toluidin (als Akzelerator der Photopolymerisation)
• Hydrochinon (als Inhibitor der Photopolymerisation, damit diese nicht bereits durch normales Tageslich startet)
• Benzophenon (als UV-Stabilisator, damit die Kunststofffüllung im Laufe der Jahre im Patientenmund farbstabil bleibt)
• Farben und Pigmente (zur Farbgebung für die Kunststofffüllung)

Verbundphase

Die Silanisierung dient als Verbundphase zwischen der organischen Matrix (Methacryl) und der anorganischen Matrix (Füllstoffe). Silane können Glas an eine organische Matrix chemisch binden. Einerseits gehen die Silanolgruppen des Silans eine Kondensationsreaktion mit der Glasoberfläche der Füllstoffe ein. Andererseits erfolgt eine kovalente Bindung der Methacrylsäuregruppe des Silans mit dem Matrixkunststoff der organischen Phase.

Polymerisationsschrumpfung

Die Polymerisationsschrumpfung von Kompositen liegt in der Größenordnung von 1 bis 6 Prozent. Die Polymerisationsschrumpfung führt zur Bildung eines Randspalts (englisch Microleakage) zwischen Zahn und Füllungsmaterial.

Um der Polymerisationsschrumpfung entgegenzuwirken und diese zu reduzieren, wurden die verschiedenen Formen der Füllstoffe entwickelt.

Der anwendende Zahnarzt kann die Polymerisationsschrumpfung reduzieren, indem er möglichst kleine Kavitäten präpariert (Volumenreduktion). Er kann auch gezielt Komposite mit geringer Polymerisationsschrumpfung auswählen. Weiterhin kann er durch Mehrschichttechnik die Polymerisationsschrumpfung teilweise kompensieren. Der Randspalt ermöglicht den Durchtritt von Bakterien, chemischen Stoffen und Flüssigkeit zwischen Kavitätenwand und Kompositfüllung. Dieser Randspalt ist klinisch meist nicht feststellbar, sondern nur in experimentellen in vitro- Studien nachweisbar.

Als Folge dieser Randspalten können Zahnfrakturen am Füllungsrand auftreten, sowie eine Überempfindlichkeit des Zahnes (postoperative Hypersensibilität).

Eine früher befürchtete Sekundärkaries tritt infolge des Randspalts jedoch nur selten auf.

Fließfähigkeit

Nach ihrer Fließfähigkeit werden Komposite unterteilt in:

• hochvisköse, stopfbare Komposite – hoher Fülleranteil
• niedrigvisköse, fließfähige Komposite – reduzierter Füllkörperanteil – als Zwischenschicht unter den stopfbaren Kompositen

Polymerisation

Nach der Art der Polymerisationsmechanismen werden Komposite unterteilt in:

• chemisch härtende Komposite
• lichthärtende Komposite
• dualhärtende Komposite

Die Komposite der ersten Generation in den 1970er Jahren waren chemisch härtende Komposite. Dabei handelt es sich um Zwei-Pasten-Systeme oder um Pulver-Flüssigkeiten-Systeme. Mit dem Anrühren der beiden Komponenten begann der Polymersisationsprozess. Diese ersten Komposits hatten außerdem eine sehr hohe Pulpatoxizität, so dass unbedingt eine korrekt gelegte Unterfüllung erforderlich war. Andernfalls kam es sehr häufig zur Entzündung und zum Absterben der Pulpa (Pulpitis). Wegen der langsamen Abbindung der chemisch härtenden Komposite kommt es dabei nur zu geringen Spannungen im Material, da sich diese beim Aushärten ausgleichen können. Außerdem härten auch dicke Schichten mit Sicherheit aus. Als Nachteile der chemisch härtenden Komposite hat sich erwiesen, das mit ihnen kein Schichten möglich ist, da die summarische Aushärtezeit wegen der geringen Polymerisationsrate unpraktikabel lange dauern würde. Ihre Aushärtezeit ist nicht, wie bei lichthärtenden Kompositen steuerbar. Auch weisen sie eine verhältnismäßig dicke Sauerstoff-Inhibitionsschicht von ungefähr 300 μm auf und sind nicht sehr farbstabil.

Polymerisationslampe beim Beleuchten einer Kompositfüllung.

Lichthärtende Komposite sind gegenwärtig am weitesten verbreitet. Durch Beleuchten mit dem blauen Licht einer Polymerisationslampe wird der Polymerisationsprozess gestartet. Die Lichtenergie, mit einer bestimmten Wellenlänge im Bereich des blauen sichtbaren Lichts, aktiviert einen chemischen Initiator (Photoinitiator, Starter) im Komposit, der gemeinsam mit einem Akzelerator (Beschleuniger) die Polymerisation in Gang setzt, so dass das Monomer in der organischen Phase in ein Polymer überführt wird. Der Initiator bildet Radikale, die zur Polymerisation des Komposites führen. Als Initiator dient Campherchinon, das Licht mit einer Wellenlänge von 440 bis 480 nm absorbiert und dadurch aktiviert wird, bzw. Phenyl-Propandiol, das durch Licht mit einer Wellenlänge von 300 bis 450 nm aktiviert wird. Das Aushärten von dicken Schichten ist wegen des reduzierten Lichteintritts in tiefere Schichten nicht immer mit Sicherheit möglich.

Der Vorteil der lichthärtenden Komposits ist der höhere Polymerisationsgrad. Es verbleibt weniger Monomer in der polymerisierten Füllung, weswegen diese auch über Jahre stabiler gegen Abrasion oder Verfärbung ist. Ein weiterer Vorteil ist die bessere Farbstabilität und die insgesamt besseren ästhetischen Ergebnisse. Außerdem können diese Materialien so lange verarbeitet und modelliert werden, wie im jeweiligen Fall erforderlich, da das Aushärten erst durch den gezielten Lichteinsatz gestartet wird. Das ermöglicht wiederum eine Mehrschichttechnik, mit der die Polymerisationsschrumpfung teilweise reduziert werden kann. Wegen der geringen Durchhärtetiefe ist andererseits eine Mehrschichttechnik oft unumgänglich.

Die Polymerisation wird durch Sauerstoff oder durch Eugenol behindert (inhibiert; Polymerisationsinhibitoren). Eugenol wird in einigen Wurzelfüllmaterialien zur Wurzelkanalbehandlung verwendet, weswegen Kompositfüllungen erst einige Tage nach dem Aushärten solcher Wurzelfüllungen angefertigt werden.

Der Sauerstoff tritt aus der umgebenden Luft in die Füllungsoberfläche ein. Das führt während der Polymerisation zur Bildung einer oberflächlichen dünnen Schmierschicht nicht oder unzureichend polymerisierten Komposits. Diese Sauerstoff-Inhibitionsschicht ist für die Qualität der Kompositfüllung jedoch nicht weiter von Bedeutung, da sie sehr dünn ist und beim Polieren bzw. beim funktionellen Gebrauch der Füllung (kauen, Zähne putzen) entfernt wird. Wenn die Kompositfüllung mit einem am Material anliegenden Kunststoffband als Matrize angefertigt wird, dann führt dieses auf den entsprechenden Flächen zum Sauerstoffabschluss und es kommt hier nicht zur Bildung einer Sauerstoff-Inhibitionsschicht. Bei der Mehrschichttechnik ist die Sauerstoff-Inhibitionsschicht sogar von Vorteil und gewollt, da auf dieser Schicht die nächste neue aufgetragene Kompositschicht chemisch besonders gut haftet.

Die jahrelang propagierte Schrumpfung der Kompositfüllung zur Lichtquelle hat sich in Studien letztlich nicht als richtig erwiesen. Die Richtung der Schrumpfung ist wesentlich stärker vom Kavitätendesign abhängig und von der Haftung an der Hartsubstanz.

Dual härtende Komposits werden eingesetzt, wenn die Zuführung des Lichts zum Kompositmaterial teilweise ausgeschlossen ist. Das ist bei größtenteils lichtundruchlässigen keramischen Inlays, Teilkronen oder Vollkronen der Fall. Die Zuführung von Licht von der Seite durch die Zahnhartsubstanz versagt hier meist, da es dabei zu einer Reduktion der Leuchtdichte von 90 bis 99 % kommt. Lichthärtende Dualzemente werden nur an den erreichbaren Rändern mit Licht ausgehärtet, während an den für das Licht unzugänglichen Stellen eine chemische Polymerisation stattfindet. Deshalb werden diese Systeme auch kurz vor der Verwendung aus zwei Komponenten angemischt. Dual härtende Komposite haben nach dem Aushärten immer noch einen sehr hohen Restmonomergehalt von bis zu 45 %.

Anwendung

• 

  1. Zahn mit erneuerungsbedürftiger Füllung

• 

  2. Alte Füllung entfernt

• 

  3. Karies entfernt

• 

  4. Pulpanahe Bereiche mit CaOH-haltigem Medikament abgedeckt, Ätzgel aufgebracht

• 

  5. angeätzt – beachte die milchige Zone des Schmelzes

• 

  6. Bonding aufgebracht, Matrize und lichtleitende Keile angebracht

• 

  7. Composit in leichtem Überschuss eingebracht

• 

  8. Füllung ausgearbeitet und poliert

Zunächst wird wie bei jeder Füllung eine etwaige alte Füllung (Bild 1) sowie die Karies (Bild 2) entfernt (Bild 3). Die Kavität wird durch Ätzung des Schmelzrandes mit hochprozentiger Phosphorsäure (35–37 %) vorbereitet (Bild 4). Durch die Freilegung der Schmelzprismen wird die Verbindung zwischen Zahn und Füllungsmaterial verbessert, sichtbar in der milchigen Oberfläche des sonst hochglänzenden Zahnschmelzes (Bild 5). Nach Spülung und Trocknung der Kavität wird ein dünnflüssiges Monomer (Bonding) (Bild 6) aufgebracht und mit blauem Licht polymerisiert. Die Komposite werden anschließend schichtweise in die Kavität eingebracht und mit blauem Licht (Halogen- oder LED-Lampe) ausgehärtet (Bild 7). Das schichtweise Vorgehen verhindert die Bildung von Randspalten infolge der unvermeidlichen Polymerisationsschrumpfung des Kunststoffs. Abschließend erfolgt die Formgebung und Abtragung von Kunststoff-Überschüssen mit Schleifkörpern, sowie die Politur (Bild 8).

Literatur

• Paul Weikart: Werkstoffkunde für Zahnärzte. 4. Auflage. Carl Hanser Verlag, München 1966.
• Gottfried Schmalz, Dorthe Arenholt-Bindslev: Biocompatibility of Dental Materials. Springer, Berlin u.a. 2009, ISBN 978-3-540-77781-6.

Weblinks

 Commons: Composite Fillings – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Fallbeispiele und verständliche Erklärung des Behandlungsablaufes
• Elution des Monomers bei zwei konventionellen Komposites

Einzelnachweise

1. ↑ Paul Weikart: Werkstoffkunde für Zahnärzte, 4. Auflage, Carl Hanser Verlag, München

Dieser Text basiert ganz oder teilweise auf dem Flexikon, einem Wiki der Firma DocCheck und ist unter GNU-FDL lizenziert.