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10 SCHWERPUNKT Abb. 1 und 2 Abb. 3 und 4 Funktionsstabilität an der Grenze zwischen Implantat und Abutment, so Zipprich, bedeute zunächst die Vermeidung der an dieser Stelle typischen Lockerungsmechanismen: plastische Verformung bis hin zur Fraktur des Materials, mangelnder Formschluss durch Mikrobeweglichkeit und ungenügender Rotationsschutz. Dies habe sehr viel mit der Form der Verbindungselemente zu tun. Eine Flach-zu-Flach-Konfiguration bei einer stumpfen Verbindung sei gerade im Hinblick auf die Rotationsfestigkeit nicht optimal: „Flach-zu-Flach ist für eine formschlüssige, parallelwandige Verbindung, die hohen Belastungsspitzen durch unterschiedlichste Kraftvektoren ausgesetzt ist, schlichweg ungeeignet. Wenn dann auch noch die Verbindungsschraube unterdimensioniert ist, sind Probleme wie Mikrobewegungen und Mikrorotationen vorprogrammiert.“ Schließlich, so Zipprich, sei eine implantatgestützte prothetische Versorgung den unterschiedlichsten Belastungen ausgesetzt. Diese Belastung – eine Kombination von variablen Kaukräften mit häufig starker Überlagerung von Drehmomenten – hänge nicht nur von der jeweiligen Indikation ab, sondern auch von den Ernährungsgewohnheiten der Patienten: „Je höher der prothetische Aufbau, desto höher die Belastung. Ähnliches gilt für das Essen: Schon beim Verzehr eines Gummibärchens wirken deutlich höhere Kraftvektoren auf die Kauflächen, als beim Essen von weichem Brot.“ Die Form folgt ... der Sicherheit Doch welche Implantat-Abutment-Verbindung ist am ehesten dazu geeignet, diesen Belastungen – und den daraus entstehenden Folgewirkungen wie Mikrobewegungen und Mikrorotationen – zu widerstehen? In einer aufwendigen Versuchsanordnung testete Holger Zipprich mehrere, formal unterschiedliche Konzepte einer Implantat-Abutment-Verbindungunter dynamischen Kaubedingungen. Mit mikroskopischen Videoaufnahmen, die den Bereich des Formschlusses zwischen Implantat und Abutment deutlich zeigten, gelang ihm der eindeutige Beweis für die Überlegenheit einer konischen Verbindung mit niedrigem Konuswinkel: Die Einzelbilder links zeigen eine konische Implantat-Abutment-Verbindung von Astra Tech ohne jegliche Spaltbildung unter Belastung (Abb. 1 und 2), die Implantat-Abutment-Verbindung eines anderen Herstellers bei gleicher Belastung jedoch mit deutlich sichtbaren Toleranzen (Abb. 3 und 4). Diese Spaltbildung, betont der Ingenieur, habe einen sogenannten Mikropumpeffekt zur Folge: „Durch die Mikrobewegungen beim Kauen kommt es zu ständigen Änderungen der Spaltweite. Dadurch wird ein Unterdruck im Sulkus erzeugt, der dort zu einer verstärkten Besiedelung mit Bakterien führt.“ Eine konische Selbsthemmung, bei der die Reibungskräfte zwischen Implantat und Abutment die Spannungskräfte überwiegen, sei im Hinblick auf Mikrobeweglichkeit und Bakteriendichtigkeit anderen Lösungen eindeutig überlegen. 22 Jahre nach Einführung durch Astra Tech ist die überlegene Formgebung der konischen Implantat-Abutment-Verbindung unverwechselbar geworden (Conical Seal Design TM ). Für unverwechselbare Formen – manchmal auch ohne funktionalen Hintergrund – gibt es viele Beispiele: das Design von VW Käfer und Austin Mini, das Logo von James Bond 007 oder die Architektur des Atomiums in Brüssel, die Flaschen der Marken „Coca-Cola“ und „Absolut“. Unverwechselbar ist auch der schwedische Hersteller Volvo, gilt er doch nach wie vor als Innbegriff automobiler Sicherheitsmerkmale. Sein Name, abgeleitet von dem lateinischen Wort für „ich rolle“, beginnt mit dem Buchstaben „V“. Gibt es ein Zeichen im Alphabet, das eine konische Verbindung – sozusagen als der Sicherheitsstandard in der dentalen Implantologie – besser symbolisiert?
DREI FRAGEN +1 AN … Herr Zipprich, welche Rolle spielen Verbindungen in Ihrem Fachgebiet, der zahnärztlichen Werkstoffkunde? Eine sehr große Rolle! In der mechanischen Verbindungstechnik allgemein, aber auch in der zahnärztlichen Werkstoffkunde unterscheiden wir zunächst zwischen unlösbaren und lösbaren Verbindungen. Unlösbare Verbindungen sind das Kleben, Zementieren, Verblenden, Löten oder Schweissen, lösbare Verbindungen das Verschrauben oder Verklemmen. Wenn Zahnsubstanz oder ganze Zähne ersetzt werden, ist – nach der Wahl des Materials – die Entscheidung für die Verbindungstechnik die wichtigste. Dabei ist es egal, ob es sich um unlösbare oder lösbare Verbindungen handelt: Die Eigenschaften der gesamten prothetischen Versorgung, also Festigkeit, Komfort oder Ästhetik, werden stark von der Ausführung an den Verbindungsstellen beeinflusst. Gibt es – in der Welt der Ingenieure, aber auch im Alltag – Verbindungen, die für eine bestimmte Aufgabe perfekt geeignet sind und damit alle anderen denkbaren Lösungen übertreffen? Selbstverständlich, und ich will Ihnen dazu einige Beispiele nennen. In der Bohr- und Frästechnik (Bilder S. 9) müssen hohe Drehmomente und hohe Axial- und Querkräfte spielfrei und selbstzentrierend übertragen werden – und das Ganze bei einfacher und Platz sparender Montage. Eine andere Lösung als eine konische Verbindung zwischen Maschine und Bohrer wäre, bei vergleichbarem Konstruktions- und Handhabungsaufwand, schwer vorstellbar. Für die Befestigungen von Flugzeugturbinen (Bild S. 8) gibt es ebenfalls nur ein wirklich brauchbares Lösungsprinzip – die konische Verbindung. Hier sind extrem hohe Dauerfestigkeiten bei häufigen Lastwechseln gefordert. Das wird oft mit nur drei konischen Verbindungen erreicht. Ein weiteres Beispiel, das jeder kennt: der Cocktail Shaker (Bild S. 9). Im Prinzip geht es hier darum, mit harten Werkstoffen eine Flüssigkeitsdichtigkeit ohne Verwendung von Dichtungen oder Dichtmaterialien zu erzeugen. Das ist technisch nicht einfacher zu gestalten, als mit einer konischen Formgebung der Einzelteile. Oder anders ausgedrückt: Es gibt für die „dichtungslose Dichtigkeit“ keine bessere Lösung als die konische Verbindung. Stellen Sie sich nur einmal vor, der Barkeeper müsste vor dem Schütteln erst noch einen Dichtring zwischen die beiden Teile des Shakers einlegen! Wo sehen Sie weiteres Entwicklungspotenzial bei den implantologischen Werkstoffen? Kann die Zahnheilkunde hier von der Orthopädischen Chirurgie oder anderen operativen Fachgebieten der Medizin lernen? Würden wir bezüglich der Werkstoffe von der Orthopädie lernen beziehungsweise Parallelen ziehen, dann kämen statt Keramik- Implantaten überwiegend Implantate aus Chrom-Kobalt-Molybdän-Legierungen zum Einsatz. Der gescheiterte Einsatz von keramischen Implantaten in der orthopädischen Implantologie basierte auf dem ungenügenden Implantat-Knochenverbund. Sobald neue Technologien eine verbesserte Oberflächengestaltung von Zirkonoxidimplantaten ermöglichen und für einen sichereren Implantat-Knochenverbund sorgen, werden keramische Implantate stark an Bedeutung gewinnen. Eine Verdrängung des Werkstoffs Titan aus der dentalen Implantologie ist meiner Meinung nach noch lange nicht in Sicht. Die Technologievielfalt bei der Gestaltung von Titanoberflächen ist auf keinem implantologischen Sektor größer als bei der dentalen Implantologie. Ihr aktueller Zahnstatus? Nun, ich müsste die Lücke 36 mit einem Implantat versorgen lassen. Glücklicherweise fällt mir die Entscheidung für das geeignete Implantatsystem sehr viel leichter als der letzte Autokauf. INTERVIEW Dipl.-Ing. Holger Zipprich 11 1968 in Darmstadt geboren, machte Holger Zipprich zunächst eine Lehre als Elektrogerätemechaniker. Danach studierte er Elektrotechnik (Grundstudium) und Elektromechanische Konstruktionen (Hauptstudium) an der TU Darmstadt. Nach einer Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter bei der Materialprüfanstalt in Darmstadt arbeitet Holger Zipprich seit 2001 als Leiter der Sektion Werkstoffkunde in der Poliklinik Prothetik der Johann-Wolfgang-Goethe- Universität in Frankfurt am Main. Sein wissenschaftliches Interesse gilt besonders den „Versagensmodi von Implantat-Abutment- Verbindungen“.
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