Mechanische Belastbarkeit ist Hauptkriterium für Dentalimplantate

Anbieter zum Thema

Hermann Kemper GmbH & Co. KG - Hersteller für CNC Drehteile

GGB Heilbronn GmbH

LRQA Deutschland GmbH

Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik

Extreme Wechselbelastung der Dentalimplantate als Herausforderung

Die Strukturkompatibilität beschreibt die Anforderungen an das Implantat, die sich aus dem funktionalen langfristigen Ersatz des entfernten Zahnes ergeben. Das heißt: Ein Dentalimplantat muss einen Zahn zuverlässig ersetzen können. Die Kaubelastung stellt hohe Anforderungen an die mechanische Zuverlässigkeit von Dentalimplantaten.

Dentalimplantate müssen sowohl einmalige Spitzenbelastungen unbeschadet überstehen können, zum Beispiel dann, wenn der Patient aus Versehen auf einen Kirschkern beißt, als auch Millionen von Belastungszyklen auf niedrigerem Niveau standhalten. Millionenfache, niedrige zyklische Belastungen treten während der Lebensdauer des Implantats beim Kauen auf.

Insbesondere die ständige Wechselbelastung stellt eine Herausforderung an eine zuverlässige Konstruktion der grazilen Implantate dar. Grund dafür sind gegensätzliche Anforderungen: die der Oberflächenkompatibilität und der Strukturkompatibilität. Eine raue Oberfläche der Dentalimplantatefördert zwar die Stabilität der Verbindung zum Kieferknochen, jedoch senkt die Kerbwirkung an einer aufgerauten Oberfläche die Ermüdungsfestigkeit des Dentalimplantats. Die „Kunst“ bei der Fertigung eines zuverlässigen Dentalimplantats liegt somit unter anderem im Finden eines idealen Kompromisses aus einer guten Osseointegration des Implantats und einer hohen Ermüdungsfestigkeit.

Werkstoffzulassung ist zeitintensiv

Weil die Auswahl geeigneter biokompatibler Werkstoffe beschränkt und die Zulassung eines neuen, ermüdungsfesteren Werkstoffes aus regulatorischen Gründen zeit- und kostenintensiv ist, sind zwei Qualitätskriterien unabdingbar: eine ermüdungsfeste Auslegung des Implantats und eine sorgfältige Fertigung, die das Einbringen von zusätzlichen Schwachstellen in das Implantat vermeidet. Beispielsweise sollten scharfe Querschnittsübergänge im Design des Implantats vermieden werden, weil diese eine zusätzliche Kerbwirkung entfalten und Stellen eines potenziellen Rissursprungs sind.

Die überwiegende Anzahl der Dentalimplantate wird aus Reintitan oder Titanlegierungen gefertigt. Beide zeichnen sich durch eine hohe biologische Verträglichkeit aus und sind seit Jahren etabliert. Keramiken – in der Regel Zirkoniumdioxid – kommen bisher seltener zum Einsatz. Allerdings ist der Markt derzeit im Fluss, weil Zirkoniumdioxid neben der ästhetisch positiven Wirkung auch dem Wunsch mancher Patienten nach einer „metallfreien Versorgung“ nachkommt.

Während der Entwicklung eines Implantats ist es für Implantat-Hersteller und Anwender wichtig, die Belastbarkeit, für die das Implantat aus mechanischer Sicht geeignet ist, so gut wie möglich zu bestimmen und daraus den zulässigen Anwendungsbereich für das betreffende Implantat (Indikation) festzulegen. Dazu werden die Implantate inklusive Aufbau gemäß der Norm DIN EN ISO 14801 einer oszillierenden Schrägbelastung ausgesetzt (Bild 1), wie sie auch in vivo auftreten kann. Durch die gezielte Belastung auf unterschiedlichen Beanspruchungsniveaus bis in Regionen, die mit Sicherheit zum Versagen führen, lässt sich eine Wöhlerkurve aufnehmen, auf deren Basis eine Prognose für die Lebensdauer oder eine Abschätzung von Sicherheitsreserven möglich ist (Bild 2).

Schadensanalyse von Dentalimplantaten liefert Optimierungshinweise

Der Leistungsbereich „Biomedizinische Materialien und Implantate“ des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik (IWM) in Freiburg beschäftigt sich mit der Zuverlässigkeit und dem Einsatzverhalten von biomedizinischen Werkstoffen und Implantaten. Zur Bewertung von Implantaten, chirurgischen Instrumenten und Werkstoffen werden geeignete Experimente und Simulationstechniken entwickelt. Im Bereich von Ermüdungsprüfungen – beispielsweise an Dentalimplantaten nach DIN EN ISO 14801 – haben die Mitarbeiter des Leistungsbereichs langjährige Erfahrung.

Im Fall einer aufgetretenen Implantatfraktur lassen sich anhand einer Schadensanalyse nachträglich die Faktoren bestimmen, die zum Versagen des Implantats beigetragen haben. So kann die Analyse der Bruchfläche und der Oberfläche des Implantats mit dem Rasterelektronenmikroskop Aufschluss über Schadenshergang und -ursache geben. Sie liefert dem Hersteller oft wertvolle Hinweise zur Optimierung des Implantats.?

Literatur

[1] Zysset, A.-C.: Dentalimplantate aus Sicht der Börse. Schweizer Monatsschreiben für Zahnmedizin Vol. 118 2/2008, S. 153.

Dr. Raimund Jaeger ist Leiter des Bereichs Biomedizinische Materialien und Implantate am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM) in Freiburg.

(ID:299473)