Haftfestigkeitsmessungen an keramisch verblendeten Galvanogerüsten

Abstract

Keramikverblendete Galvanogoldkronen finden aufgrund positiver klinischer Eigenschaften wie gute Passgenauigkeit, Gewebeverträglichkeit und Ästhetik zunehmende Anerkennung. Jedoch ist der Verbund zwischen Metallgerüst und der Keramikverblendung noch Gegenstand von Untersuchungen, da galvanisches Feingold keine Oxide bildet, welchen nach klassischer Erklärung in der Keramikverblendtechnik von Dentallegierungen das Zustandekommen des Metall-Keramik-Verbundes zugeschrieben wird. Ziel dieser in vitro-Untersuchungen an keramisch verblendeten Galvanogoldkronen war, den Einfluß eines zusätzlich beim Verblenden verwendeten Bonders (HF Goldpaste `Spezial´, C. Hafner) zu untersuchen. Zielgröße war die im zyklischen Dauerlastversuch geprüfte Bruchfestigkeit der Keramikverblendungen. Zur Überkronung eines oberen mittleren Schneidezahnes wurden 54 galvanisch hergestellte Feingoldgerüste (C. Hafner) arbiträr in 2 Gruppen eingeteilt und keramisch verblendet (Vita Response, Vita Zahnfabrik): ohne Bonder (Gruppe O) und mit Bonder (Gruppe B). Je eine Krone diente der Herstellung metallographischer Schnitte zur rasterelektronenmikroskopischen und elementanalytischen Untersuchung der Schichtung. Die fertiggestellten Kronen wurden auf Prüfstümpfe, die durch Dublieren des Modellstumpfes gewonnen wurden, provisorisch zementiert (Temp Bond) und im Kausimulator (Version 3.1.29, Willytech) unter einem Winkel von 45° zur Zahnachse bei einem inzisalen Kontaktpunkt zur zyklischen Krafteinleitung montiert. Der Dauerlastversuch simulierte mit 1.200.000 Zyklen eine klinische Liegedauer von 5 Jahren pro Durchlauf. In Vorversuchen (P) an je 4 Kronen wurde die zum Auftreten eines Bruches geeignete Belastung mit 100 N ermittelt. 44 Kronen wurden in der Hauptversuchsphase (H) unter den ermittelten Bedingungen belastet. Die dabei nicht frakturierten Kronen (n=28) wurden in Nachversuchen (N) erneut geprüft. Kriterium für die Bruchfestigkeit war die Häufigkeit von Brüchen (ja/ nein). Die resultierende Bruchtiefe wurde in Bruch in der Keramik (k) oder Bruch bis auf das Metallgerüst (m) unterschieden. Der Verbleib der Bonderschicht sollte im Fotomakroskop (Wild/ Leitz, M 400) und im Rasterelektronenmikroskop (REM Typ 1439, LEO) an den frakturierten Kronen ermittelt werden. An 52 Kronen wurden bei 13 Belastungsdurchläufen in 3 Phasen (P, H, N) folgende Bruchereignisse beobachtet: In Phase P sind 3 von 4 (O), 2 von 4 (B) Kronen frakturiert; im Hauptversuche 4 von 20 (O), 13 von 24 (B). Bei wiederholter Belastung (N) brachen 4 von 11 (O), 6 von 13 (B). Letzten Endes brachen damit von 28 unter Verwendung von Bonder verblendeten Kronen 21, jedoch nur 11 von 24 ohne Bonder Verblendeten. Das Verhältnis der Bruchtiefen (k:m) war dabei in beiden Gruppen ähnlich (O=5:6; B=11:10). Damit frakturierten doppelt soviele Kronen aus Gruppe B wie aus Gruppe O. Weder im Fotomakroskop noch im REM ließ sich der Verbleib der Bonderschicht zuverlässig bestimmen, da nach den Keramikbränden auch die Analysen an den Schliffpräparaten nicht, wie erwartetet, eine Schichtenabfolge zeigten. Die Beobachtungen deuteten eher auf das Entstehen einer Mischphase im Übergang von Galvanogerüst zur Keramikverblendung an. Das Verwenden des Bonders führte hier also nicht zu einer Erhöhung der Bruchfestigkeit oder einer Verbesserung des Metall-Keramik-Verbundes von Galvanogoldkronen. Angesichts der Ergebnisstreuung von Bruchversuchen und der Übertragungsgrenzen von in-vitro-Ergebnissen auf die Situation am Patienten ist die klinische Relevanz der in dieser Untersuchung beobachteten Erhöhung der Bruchhäufigkeit nach Verwendung des Bonders fraglich, insbesondere da die in den Vorversuchen ermittelte Krafteinleitung von 100 N unter 45° deutlich über den physiologischen Belastungsverhältnissen des Frontzahngebietes liegt (worst-case- Szenario).

Porcelain fused to electroformed gold crowns are a widely accepted restorative treatment due to their positive clinical properties such as excellent fit, high biocompatibility, tissue integration, and esthetics. Up to now, the bonding between an electroformed gold coping and veneering porcelain is still under question. There is no oxide layer on pure gold surfaces. Without oxide layer, the mechanism that mainly contributes to the bond strength between veneering porcelain and metal surface lacks. The purpose of this in-vitro study was to evaluate the bond strength between veneering porcelain fused to electroformed gold copings by comparing two groups: veneering by conventional procedures versus veneering by additional application of a special bonding agent (C. Hafner, HF Goldpaste `Spezial`). Outcome variable was the fracture resistance of the veneering porcelain tested in a dual axis chewing simulator (Version 3.1.29, Willytech). 54 electroformed gold crowns were fabricated (C. Hafner) for a prepared master die (upper central incisor) and arbitrarily assigned to two groups and veneered: Copings veneered without bonding agent (O), and copings veneered with bonding agent (B). The chewing simulator was programmed to perform 1,200,000 chewing cycles corresponding to 5 years of clinical service. The cyclic load was applied to the incisal edge with a load angle of 45º by using a 6 mm diameter steatite ceramic ball. One crown of each group was cutted and metalographically prepared for surface characterization and energy dispersive x-ray analysis (EDAX) in a scanning electron microscope (SEM 1439, LEO). 4 crowns of each group were progressively loaded in pilot experiments (P) where a cyclic load of 100 N was found to be appropriate for fracture testing. The 44 remaining samples were subjected to 1,200,000 cyclic loads of 100 N in the main experiments (H) - samples that did not fracture were tested again (N) under the same conditions. Criterion for the bond strength of porcelain fused to electroformed gold was the incidence of fractures (yes- or no-decision) in each group. The resulted fracture depth were assigned to 2 classes: fractures within the veneering porcelain (k), and complete fractures exposing the metal surface (m). The fragments of the bonder group were examined by photomacroscopic and SEM analysis in order to detect the bonding agent layer. 52 test specimen were tested in 13 loading cycles in 3 experiments (P, H, N) yielding the following results: (P) pilot experiment: 3 of 4 (group O), 2 of 4 (group B) fractured; (H) main experiment: 4 of 20 (O), 13 of 24 (B) fractured; experiment N: 4 of 11 (O), 6 of 13 (B) fractured. In total, 21 of 28 porcelain fused to gold copings of the bonder group (O) lately fractured whereas only 11 of 24 crowns of the conventional group (O) failed. Against that, the ratio of the different fracture modes (k:m) was very similar in both groups. Thus, twice as much bonded crowns as non-bonded crowns fractured. It was not possible to characterize and correctly identify the layers in the metalographic specimens or to detect reliably whether the bonding agent remained on the ceramic fragments or on the metal surface. The observations rather suggest the formation of a hybrid layer between the metal surface and the veneering ceramic. In conclusion, the application of the bonding agent (HF Goldpaste `Spezial´) did obviously not improve the bond strength between pure gold surface and veneering porcelain. Considering the usually high variation in fracture experiments and the limits of implications based on in-vitro studies, the clinical relevance of the increased fracture incidence of bonded crowns (B) observed in this study is still a matter of question. A cyclic load of 100 N is far above the mean physiological forces during mastication in the incisor area. So far, the experiments represented a worst-case scenario.