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Kieferorthopädie 28.03.2018

Der X-Effekt als unerwartete Komplikation nach Retainerklebung

Der X-Effekt als unerwartete Komplikation nach Retainerklebung

Prof. Dr. Dipl.-Phys. Christoph Peter Bourauel, Dr. Dipl.-Math. Ludger Keilig, Kieferorthopäde Dr. Jan V. Raiman und ZA Thomas Eßer über Komplikationen bei der Retention nach KFO-Behandlung.

Einleitung und Charakterisierung des X-Effekts

Nach Abschluss einer kieferorthopädischen Therapie werden heutzutage meist geklebte Lingualretainer eingesetzt, um Stabilität und Ästhetik des erreichten klinischen Zustands zu erhalten. Dabei haben sich überwiegend geflochtene Drähte aus Stahl (sogenannte Twistflex-Drähte) durchgesetzt, weil sie relativ einfach an die intraorale Situation angepasst werden können und angemessene biomechanische Eigenschaften aufweisen.1 Aber auch Retainer aus glasfaserverstärktem Kunststoff2 oder maßgeschneiderte Retainer aus Nickel-Titan3 kommen zum Einsatz. 

Diese etablierte Methode der geklebten Lingualretainer weist im Allgemeinen eine sehr gute Zuverlässigkeit auf und hält die Zahnpositionen auch über einen langen Zeitraum stabil. In den letzten Jahren erschienen aber immer wieder Publikationen, die über „unexpected complications of bonded mandibular retainers“ berichteten. In diesen klinischen Studien oder Fallberichten wurden Fälle gezeigt, bei denen sich oft einzelne Zähne trotz eines geklebten Lingualretainers aus dem Zahnbogen herausbewegt haben, ohne dass eine logische biomechanische Erklärung gegeben werden konnte.4–7 Dieser X-Effekt kann sowohl im Ober- als auch im Unterkiefer (Abb. 1a und b) beobachtet werden, verschiedene Zähne und auch Zahngruppen im Frontzahnsegment betreffen und weist einige besondere Charakteristika auf (Abb. 2). 

Der Retainer weist zwar bei kurzfristigen Belastungen eine hohe Flexibilität auf, langfristig wirkt er aber unter Berücksichtigung der Knochenumbauprozesse wie eine starre Achse. Hierdurch wird das Konzept des Widerstandszentrums, das sich bei den einwurzeligen Frontzähnen im Übergangsbereich zwischen erstem und zweitem Wurzeldrittel befindet, aufgehoben. Der relative starre Retainer wirkt wie eine Reckstange, um die die Zähne, sobald sie einmal aus dem Zahnbogen herausgedrängt wurden, einen regelrechten Looping vollführen, wie es Kollege Dannhauer anlässlich einer DGKFO-Tagung einmal bezeichnete.8

Durch die Hebelarmlängen Zahnkrone/Retainerachse/Zahnwurzel entwickeln sich Bewegungen, bei denen die Schneidekante nur recht kleine, die Wurzelspitze aber sehr große Auslenkungen zeigt. Typischerweise kann man ein Verhältnis von 1:3 zwischen der Bewegung der Schneidekante und der Wurzelspitze feststellen. Dadurch können diese Komplikationen, insbesondere für einen unerfahrenen Behandler, sehr spät auffallen. In einigen Fällen traten dabei so extreme Rotationen um die Retainerachse auf, dass die Wurzeln sichtbar aus dem Knochen heraustraten.

In einer numerischen Studie mit Finite-Elemente-Modellen haben die Autoren daher versucht, Erklärungen für den X-Effekt zu finden und die verschiedenen biomechanischen Einflussgrößen zu analysieren. Im Folgenden möchten wir einige Details der Simulationen sowie Erklärungsansätze für diese unerwarteten Nebenwirkungen vorstellen.

Biomechanisches Modell von Zahn, Zahnhalteapparat und Retainer

Für unsere Studie haben wir die Finite-Elemente-Methode (FEM) eingesetzt, da diese es erlaubt, zu einem bestehenden Modell ergänzende Komponenten hinzuzufügen, verschiedene Einflussgrößen systematisch zu variieren und bestimmte Belastungssituationen zu analysieren. Abbildung 3 zeigt die verschiedenen Komponenten es Modells. Es baut auf einem bereits für frühere Untersuchungen verwendeten Modell auf9 und besteht aus den Zähnen 33 bis 43 mit umgebendem Parodontalligament (PDL), dem Knochensegment in diesem Bereich, der Gingiva sowie dem Lingualretainer, der mit Adhäsiv an den Lingualflächen der Zähne befestigt ist. Das Gesamtmodell besteht aus 200.000 Tetraederelementen und 50.000 Knoten.

Abbildung 4 zeigt die verschiedenen simulierten klinischen Situationen: Zunächst wurde ein Modell ohne Retainer konstruiert. An diesem kann z. B. die Entwicklung eines Engstands als Rezidiv studiert werden. Anschließend wurden auf diesem Modell Lingualretainer in verschiedenen Höhen modelliert. Da oftmals die Empfehlung ausgesprochen wird, dass Retainer möglichst Gingiva-nah geklebt werden sollten, um die Zahnreinigung zu erleichtern, wurde eine Variante mit einem Retainer unmittelbar über dem Gingivasaum modelliert. Bei den beiden weiteren Varianten war der Retainer zum einen mittig auf den Lingualflächen befestigt, zum anderen nahe der Inzisalkante.

Abbildung 5 zeigt die analysierten Kräfte in unserem Modell. Neben einem gleichförmig auf alle Frontzähne wirkenden Lippendruck wurde auch eine approximale Kraft auf die Eckzähne und schließlich eine „Störkraft“ auf einen einzelnen Schneidezahn aufgebracht. Die Entstehung dieser Störkraft kann man sich z. B. durch einen Frühkontakt oder durch Habits, beispielsweise beständiger Zungendruck auf eine Klebestelle, vorstellen. Desweiteren wurden die Reibungseigenschaften zwischen den Zähnen im Bereich der Approximalkontakte und der Kontakt zwischen Retainer und Adhäsiv variiert. Die Kräfte wurden in folgendem Bereich variiert: Lippendruck: 0,0 bis 2,0 N, Störkraft: 0,0 bis 2,5 N und Approximalkraft: 0,5 bis 2,4 N. Der Reibungskoeffizient wurde zwischen 0,0 und 0,2 verändert. Mit derartigen Finite-Elemente-Simulationen kann nur eine initiale Zahnbeweglichkeit simuliert werden.

Wenn man die Entwicklung eines X-Effekts über einen längeren Zeitraum nachvollziehen möchte, so muss man wie bei der kieferorthopädischen Zahnbewegung die Knochenumbauprozesse berücksichtigen. Dies kann durch sogenannte Bone-Remodelling-Theorien realisiert werden.10, 11 Prinzipiell sind dies FE-Simulationen in einer Vielzahl aufeinanderfolgender kleiner Schritte. Das Prinzip ist in Abbildung 6 dargestellt. Die Lösung der Belastungssituationen aus Abbildung 5 ergeben die initialen Zahnauslenkungen als Reaktion auf die verschiedenen angreifenden Kräfte. Dabei wird die Zahnwurzel in der Alveole ausgelenkt.

Aus diesen Auslenkungen ergeben sich Deformationen des PDL, die man wiederum in Knochendeformationen im Bereich der Alveole umrechnen kann.

Wenn diese Deformationen auf das bestehende FE-Modell übertragen werden, kann die Geometrie so angepasst werden, dass sich ein neues Modell mit leicht verändertem Knochen ergibt. Dieses angepasste Modell wird wiederum mit den Kräften aus Abbildung 5 belastet und als Resultat der Simulation erhält man wiederum ein neues FE-Modell. Auf diese Art und Weise können eine kieferorthopädische Zahnbewegung oder auch die Entwicklung eines X-Effektes mit einer großen Zahl kleiner Schritte simuliert werden.

Ergebnisse und Diskussion

In den nachfolgenden Abbildungen sind die Ergebnisse der Studie zusammengestellt. Abbildung 7 zeigt zunächst einen Vergleich der initialen Zahnauslenkungen in den Modellen ohne Retainer und mit unterschiedlichen vertikalen Retainerpositionen. Die verschiedenen Kräfte auf die Frontzahngruppe wurden wie folgt gewählt: Kraft durch Lippendruck 2,0 N, approximale Kraft 1,4 N und linguale Kraft 2,5 N. Wenn diese Kräfte wieder von den Zähnen genommen werden, kehren diese in ihre Ausgangsstellungen zurück. Die größte Auslenkung der Schneidekante beträgt 0,09 mm beim Modell ohne Retainer. Gleichzeitig entwickelt sich ein labialer Kronentorque von 0,50°. Dies entspricht in etwa der Hälfte der physiologischen Zahnbeweglichkeit in der Alveole und ist so zu erwarten. Durch Kleben der Retainer wird die Auslenkung effektiv reduziert, allerdings in Abhängigkeit von der vertikalen Retainerposition. Dabei wirkt ein inzisal positionierter Retainer am effektivsten. Interessant ist auch, dass das Verhältnis von Rotation zu Translation beim inzisal positionierten Retainer am geringsten ist.

Den Einfluss der approximalen Kraft verdeutlicht Abbildung 8. Für den mit der Störkraft durch Vorkontakt oder Zungendruck belasteten Zahn 31 steigt die Bewegung in labialer Richtung mit der approximalen Kraft deutlich an. Auch der Kronentorque nimmt zunächst mit der approximalen Kraft zu, oberhalb von 2 N wird der Torque allerdings abrupt gestoppt. Wenn man sich die Verhältnisse in der Alveole betrachtet, so sieht man, dass in diesem Fall die Wurzelbewegung offensichtlich durch die Alveolarwand eingeschränkt wird.

Auch bei diesen simulierten Zahnauslenkungen gilt, dass sie lediglich die physiologische Zahnbeweglichkeit repräsentieren. Nach Entlastung kehren die Zähne wieder in ihre Ausgangsstellung zurück. Zudem entwickelte sich in keinem der gezeigten Fälle der typische X-Effekt oder der Looping um den Retainer. Die Wurzelbewegung war stets durch die Begrenzungen der Alveolarwand eingeschränkt.

Im Folgenden sind daher drei verschiedene Fälle gezeigt, bei denen die biomechanische Situation mithilfe von Bone-Remodelling-Simulationen untersucht wurde. Die Kraftsysteme entsprechen dabei denen, die für die Simulationen aus Abbildung 7 verwendet wurden. Abbildung 9 zeigt zunächst die Situation ohne Retainer. Sehr schön ist zu erkennen, dass sich ein frontaler Engstand entwickelt. Wichtig dabei ist, dass die Bewegung der Schneidekante deutlich größer ist, als die der Wurzelspitze (Pfeile). Das Rotationszentrum liegt im Bereich der Wurzelmitte, die Wurzel wird nur geringfügig verlagert und es besteht nicht die Gefahr, dass sie sogar aus dem Knochen heraustritt.

Abbildung 10 zeigt eine entsprechende Situation mit einem Lingualretainer in Nähe der Gingiva. Ganz deutlich ist zu erkennen, dass sich die Wurzel stärker bewegt, als die Schneidekante. Dadurch, dass das Rotationszentrum etwa auf Höhe der Retainerachse liegt, zeigt sich keine Deformation des Retainers, ebenso, wie die geringe Bewegung der Schneidekante erst sehr spät zu bemerken ist. Beides erhöht das Risiko, dass diese unerwartete Nebenwirkung viel zu spät bemerkt wird.

Verstärkt wird der Effekt durch die leicht trapezförmige Geometrie der Zahnkronen: Ist das obere Drittel der Krone erst einmal aus der Zahnreihe herausgeschoben worden, so kann die approximale Kraft die Zahnkrone wie auf einer Rampe immer weiter nach unten drücken, sodass die Wurzel so weit ausgelenkt wird, dass sie aus dem Knochen heraustritt.

Dies kann offensichtlich sehr effektiv durch eine Positionierung des Retainers nahe der Inzisalkante verhindert werden (vergleiche Abb. 11). Dadurch kann die Schneidekante nicht aus der Zahnreihe herausgedrückt werden, die Wurzel und die Inzisalkante bleiben im Vergleich mit den Nachbarzähnen nahezu stationär. 

Schlussfolgerungen

Die biomechanischen Einflussgrößen, die die Entwicklung eines X-Effekts auslösen, sind sehr vielschichtig. Neben den hier vorgestellten Parametern können noch weitere Größen diese unerwarteten Nebenwirkungen nach Klebung eines Lingualretainers beeinflussen.

In unseren Untersuchungen hat sich gezeigt, dass mindestens eine oder mehrere der folgenden Voraussetzungen müssen erfüllt sein:

  • Kein Gleichgewicht zwischen lingualen und labialen Kräften (Vorkontakte).
  • Einzelne Kräfte auf betroffenen Zähnen (Habits, Vorkontakte).
  • Signifikante interapproximale Kräfte.
  • Retainer wurde nahe des Gingivasaums geklebt.
  • Kontakt zwischen Retainer und Adhäsiv mangelhaft.
  • Retainer war initial nicht spannungsfrei.

Weiterhin kann eine ungünstige, trapezförmige Morphologie der Zahnkronen die Entwicklung des X-Effekts verstärken. In der Literatur und auf Kongressen sind verschiedene Ansätze beschrieben, wie diese Nebenwirkung verhindert oder reduziert werden können:

  1. Verwendung von bandartigen Retainern, die nicht als Drehachse wirken können, wie z. B. das Produkt „Ortho-Flextech“ (Fa. Reliance). Auch bei MEMOTAIN®-Retainer (Fa. CA Digital) wurde bislang nicht über einen X-Effekt berichtet, jedoch könnte hier eine Rolle spielen, dass dieser Retainer noch nicht lange angeboten wird.
  2. Leichtes Beschleifen der Approximalkontakte, um eine flächige Anlagerung zu erreichen und den Einfluss der trapezförmigen Kronen zu reduzieren.

All diese Maßnahmen ersetzen aber nicht eine regelmäßige und sorgfältige Kontrolle des Retainerzustands und der Überprüfung der Position der Inzisalkanten. Bereits geringste Auslenkungen könnten Hinweis geben auf signifikante Wurzelbewegungen, die ohne weitere Beobachtung in einem katastrophalen Ergebnis enden könnten.

Weiterer Autor: ZA Thomas Eßer

Die vollständige Literaturliste gibt es hier.

Der Beitrag ist in den Kieferorthopädie Nachrichten 4/2018 erschienen.

Foto: Autoren
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