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Laserzahnmedizin 20.06.2014

Minimalinvasive Dentinadhäsion im Alter

Minimalinvasive Dentinadhäsion im Alter

Warum Substanzabtrag mit Er:YAG, wenn es ohne auch geht?

Dem zahnärztlichen Praktiker stehen für Kompositrestaurationen zwei verschiedene, minimalinvasive Haftungsmethoden im Dentin zur Verfügung: konventionelle Dentinadhäsion und die Erbiumlaser-generierte Mikroretention. Diese werden hier vorgestellt und beschrieben. In einer Literaturübersicht werden die Haftkräfte der beiden Methoden verglichen und es wird diskutiert, ob bei Erbiumlaser-generierter Mikroretention im gealterten Dentin aufgrund seiner Strukturveränderungen die Haftkräfte wie bei konventioneller Dentinadhäsion ebenfalls abnehmen.

Da Erbiumlaser-generierte Mikroretention immer Substanzabtrag bedeutet, wird die Frage gestellt, unter welchen Bedingungen von Minimalinvasivität gesprochen werden kann. Das Kennen der Ablationsschwelle von Zahnschmelz bei einer Fluenz von ca. 10 J/cm² beim eigenen Erbiumlaser ist insofern wichtig, weil man mit diesem Wert generell knapp oberhalb der Ablationsschwelle von sklerotischem Dentin liegt und somit dem Grundsatz von kleinstmöglichem Substanzabtrag nachkommt. Klinische Beispiele beweisen die Bedeutung dieses Wertes, sei es zur Konditionierung von kariesfreien Klasse V-Defekten oder Inzisalkantenrekonstruktionen, sei es zur Dekontamination von Dentintubuli nach Ersatz alter Füllungen oder sei es zur Vitalerhaltung von Pulpen bei sehr tiefen kariösen Läsionen durch Dekontamination der restlichen Hartsubstanz und Biostimulation des Zahnmarks. Zudem möchte dieser Artikel einen Appell an die Hersteller der Erbiumlaser richten, dass sie nicht nur stolz sein sollten auf die hohe Effizienz der Geräte im Abtrag von Hart- und Weichgeweben, sondern gleichsam bedacht sein müssen, dass diese Geräte einstellbare Parameter aufweisen sollten, welche es dem Laseranwender beim Konditionieren gesunder Zahnhartsubstanz erlauben, sorgfältigst minimalinvasiv und zahnschonend arbeiten zu können.

1. Konventionelle Dentinadhäsion

Sie besteht im Wesentlichen in der Bildung einer Hybridschicht im kollagenfaserreichen intertubulären Dentin und in der Bildung von Kunststoffzotten (tags) in den Dentintubuli.1 Mit der Total-Etch- oder Etch & Rinse-Technik werden Dentin und Schmelz mit Phosphorsäure mit einem pH-Wert zwischen 0,1 und 0,6 während einer bestimmten Zeit angeätzt. Die Kollagenfasern im intertubulären Dentin werden bis in eine Tiefe von ca. 5–8 μm demineralisiert und „spaghettiähnlich“ exponiert.2 Die Phosphorsäure muss wieder von den Zahnhartsubstanzen weggesprayt und die Oberfläche getrocknet werden. Wird sie zu stark getrocknet, kann das demineralisierte Kollagenfasernetzwerk im intertubulären Dentin zu einem Teppich (Abb. 1a, roter Pfeil) kollabieren, worin das hydrophile, polymerisierbare Dentin adhäsiv zur Bildung der Hybridschicht nicht mehr penetrieren kann und demzufolge kaum Haftkräfte im Dentin entstehen. Die kollabierten Kollagenfasern müssen durch Rewetting wieder aufgerichtet werden (Abb. 1a, violetter Pfeil).3,4 Dieses Befeuchten kann besonders in den Ecken von approximalen Kästen zu winzig kleinsten Wasserbläschen führen, welche die Kunststoffphase unterwandern (Abb. 1b). Unter Kaudruck werden diese Wasserbläschen komprimiert, was zu einer Bewegung der Flüssigkeitssäule in den Dentintubuli führt. Die dadurch ausgelösten Aktionspotenziale bewirken einen postoperativen, klinischen Aufbissschmerz.5

 

 

Da es schwierig ist, mit diesen Total-Etch- oder Etch & Rinse-Techniken eine uniforme Feuchtigkeit zu bekommen, gelten sie in der Literatur als anwendersensible, adhäsive Methoden. Deshalb wurden Self-Etch-Methoden entwickelt (Abb. 2). Hydrophile, polymerisierbare, saure Monomere mit einem pH-Wert zwischen 1 und 2 vermögen den Smearlayer noch zu entfernen. Die Smearplugs aber in den Dentintubuli werden durch die sauren Monomere nur infiltriert und als Haftsubstrat verwendet.6,7 Das Lösungsmittel der Monomere wird durch Lufttrocknung verdampft. Die Moleküle der sauren Monomere haben hydrophile und hydrophobe reaktive Gruppen, sodass chemische Bindungen zum Dentin wie auch zum Bond bestehen. Da es für den Praktiker viel einfacher ist, eine gleichmäßige Trockenheit der Oberfläche zu erhalten, sind die Self-Etch-Techniken als weniger anwendersensible Methoden bekannt. In Abbildung 3 ist das Haftungsprinzip der Self-Etch-Methoden schematisch dargestellt. Peritubuläres, hochmineralisiertes Dentin ist nicht hybridisierbar. Häufige Ursache für klinische Misserfolge im Alter bei Inzisalkantenrekonstruktionen und Klasse V-Füllungen ist die Abnahme der Haftkräfte bei konventioneller Dentinadhäsion infolge:

– Strukturveränderungen im Dentin9 wie Ersatz kollagenfaserreichen, intertubulären Dentins durch peritubuläres Dentin, Kristallisierung der Dentintubuli, Bildung säureresistenter Zonen, Denaturierung von Kollagenfasern durch chemische und thermische Traumata oder
–Auflösung der Hybridschicht10 durch Matrix-Metalloproteinasen (MMP) und/oder Cysteïn Cathepsinen.

2. Er:YAG-Laser-generierte Mikroretention

Er:YAG-Laser-generierte Mikroretention bedeutet immer Substanzabtrag. Soll von minimalstem Substanzabtrag bei der Bildung des mikroretentiven Haftmusters die Rede sein, sind zwei Faktoren von entscheidender Bedeutung:

Die Fluenz
Als Fluenz versteht man die integrale Energiemenge pro Fläche eines einzelnen Laserpulses, wobei die Energie in Joule und die Fläche in cm² angegeben wird. Diese Einheit in J/cm² wird international als Energiedosis pro Laserpuls definiert. Minimalinvasives Konditionieren von Zahnhartsubstanzen ist kleinstmöglicher Substanzabtrag, der bei Fluenzen knapp oberhalb der Ablationsschwelle erreicht wird. Als Ablationsschwelle wird jene Fluenz definiert, bei der ein erster klinischer Effekt im Hart- oder Weichgewebe sichtbar ist. Diese Fluenz reicht dann aus, Ablation im Gewebe zu erzeugen. Die Ablationsschwelle beim Erbiumlaser ist abhängig von der optischen Eigenschaft eines Gewebes und der Pulsdauer eines Laserpulses. Da die Pulsdauer zur Bearbeitung von Zahnhartsubstanzen oder Knochen als wärmeempfindliche Gewebe immer kurz ist, kann sie deshalb für unsere Zwecke vernachlässigt werden. Als optische Eigenschaft wird der relative, volumenmäßige prozentuale Anteil desjenigen Chromophors im Gewebe bezeichnet, welches die Laserenergie absorbieren kann. Das im Zusammenhang mit Mikroretention entscheidende Chromophor für den Er:YAG-Laser ist H2O. Wasser wird durch Absorption der Laserenergie zum Verdampfen gebracht. Ist der Dampfdruck größer als die Kohäsionskräfte des Gewebes, wird die Ablationsschwelle erreicht. In Mikroexplosionen wird Hartsubstanz ablatiert, wobei die im Gewebe entstandene Hitze vorwiegend mit den abgetragenen Partikeln aus der Kavität entfernt wird.11,12 Wird die Ablationsschwelle wegen zu tiefer Fluenz nicht erreicht, wird die absorbierte Energie als Wärme im Gewebe konduktiv weitergeleitet. Die Ablationsschwelle von Zahnschmelz mit einem Wassergehalt von 12 Vol.-% und bei kurzen Pulsen zwischen 100 und ca. 200 μs wird bei einer Fluenz von 9–11 J/cm², von gesundem, frischen Dentin etwa bei 4 J/cm² erreicht. Bei ultrakurzen Laserpulsen liegt die Ablationsschwelle für Zahnschmelz deutlich unter 10 J/cm² und bei sehr langen Laserpulsen deutlich über diesem Wert.13 Die Ablationsschwelle von sklerotischem Dentin liegt je nach Sklerosegrad in etwa bei Energiedichten zwischen 5 und 10 J/cm². Je weniger Wasser (optische Eigenschaft) das sklerotische Dentin enthält, desto höher liegt die Ablationsschwelle. Eine minimalinvasive Konditionierung sklerotischen Dentins mit einem Erbiumlaser bei kariesfreien Klasse V-Defekten oder Inzisalkantenrekonstruktionen z. B. liegt demzufolge knapp oberhalb der Ablationsschwelle der entsprechenden Gewebe, was mit einer Fluenz von ca 10 J/cm² normalerweise erreicht wird. Dieser Wert wiederum entspricht in etwa der Ablationsschwelle von Zahnschmelz bei kurzen Laserpulsen.

Die Frequenz
Abbildung 4 zeigt das mikroretentive Haftmuster im Zahnschmelz eines einzelnen Laserpulses eines Er:YAG-Lasers mit einer Wellenlänge von 2.940 nm nach Erreichen der Ablationsschwelle bei einer Fluenz von 10 J/cm². Das Bild reflektiert die transversale Verteilung der Laserenergie in der Propagationsrichtung des Laserstrahls. Es sind Zonen ersichtlich mit ablatierten Schmelzprismen, aber auch Areale mit völlig intakten, hexagonalen Hydroxylapatitkristallen. Dadurch entsteht eine Oberflächenvergrößerung. Ziel von Minimalinvasivität bei durch Erbiumlaser erzeugter Mikroretention ist der kleinstmögliche Abtrag von gesundem Zahnhartgewebe. Das kann nur erreicht werden, indem die Haftmuster des einen Laserpulses diejenigen des folgenden Laserpulses nicht überlappen, ansonsten unnötigerweise intakte Schmelzprismen abgetragen werden (Abb. 5). Praktisch durchführbar ist eine solche Forderung nur mit tiefen Frequenzen < 10 Hz. In Abbildung 5 wurde Schmelz in normaler Arbeitsweise mit dem Er:YAG-Laser LiteTouch von Syneron mit der tiefst einstellbaren Frequenz von 10 Hz, einer experimentell ermittelten Fluenz (50 mJ Displayenergie, 1.300 μm Spot) knapp oberhalb der Ablationsschwelle und einer vorgegebenen, vom Kliniker nicht veränderbaren Pulsdauer von ca. 180 μs konditioniert. Beim zweiten und dritten Laserpuls links im Bilde wurde die Distanz vom Lasertip zum Zahn wegen einer anato
mischen Einziehung im Zahn größer. Infolge des Laserdivergenz winkels reichte beim zweiten Laserpuls (roter Pfeil) die Fluenz nur noch ganz am Anfang und beim dritten (gelber Pfeil) nur noch ganz am Schluss des Pulses aus, um Ablation zu erzeugen. Die übrigen mikroretentiven Haftmuster sind bei normaler Arbeitsgeschwindigkeit bei einer Frequenz von 10 Hz unweigerlich überlappend und tragen unnötigerweise zu viel gesunde Schmelzprismen ab. Minimalinvasives Erzeugen eines mikroretentiven Haftmusters in gesunder Zahnhartsubstanz mittels eines Erbiumlasers zur Optimierung der Haftung von Kompositrestaurationen wird mit Fluenzes knapp oberhalb der Ablationsschwelle des entsprechenden Gewebes und mit tiefen Frequenzen möglichst < 10 Hz erreicht. Im sklerotisch gealterten Dentin wird der Praktiker das Prinzip von kleinstmöglichem Substanzabtrag mit einer Fluenz respektieren, die dem experimentell ermittelten Wert der Ablationsschwelle bei kurzen Laserpulsen von Zahnschmelz entspricht (siehe Kap. 4).

3. Haftwertvergleiche konventioneller Dentinadhäsion zu Er:YAG-Mikroretention in der Literatur

Es gibt sehr wenige Dentinstudien (< 20), welche die Haftwerte in Abscher- oder Zugtests von konventioneller Dentinadhäsion zu Er:YAG-generierter Mikroretention vergleichen. Diese Studien sind auch sehr widersprüchlich, weil wenig vergleichbare Parameter extrahiert werden können. So reicht die applizierte Energie von 70 mJ14 bis 500 mJ15, die Frequenz von 2 Hz16 bis 20 Hz17, der Durchmesser der Spot Size von fokussiert17,23 mit ø 0,5 mm bis defokussiert14 mit ø 1,3 mm. Die Fluenz reicht von knapp oberhalb der Ablationsschwelle von gesundem, frischen Dentin extrahierter Weisheitszähne mit 5,3 J/cm² 14 bis 72,6 J/cm²23. Die Angabe eines außerordentlich wichtigen Laserparameters für minimalinvasive Zahnmedizin, die Belasungszeit oder die Anzahl applizierter Pulse pro Testfläche fehlen in vielen Studien.15–20 Die Messung der effektiv emittierten Laserenergie im Vergleich zur Displayangabe des Lasergerätes wurde in einer einzigen Studie verifiziert.14 Lagerbedingungen der Proben von tiefgefroren (–20 °C)17 bis Zimmertemperatur (+20 °C)14, Einbettverfahren mit Kunststoffen von kalt14,15,21 bis heiß17,18,22,23 und Gips19, Sammelperiode der Proben von einer Woche20 bis drei Monaten15,22 etc. bringen ebenso wenig Licht als Ursachen für die stark abweichenden durchschnittlichen Haftwerte der Studien. Es konnte keine einzige Vergleichsstudie mit Proben sklerotischen Dentins gefunden werden. Doch wenn minimalinvasives Konditionieren von gesundem Hartgewebe gefragt ist, dann sind tiefe Frequenzen und eine Fluenz knapp oberhalb der Ablationsschwelle des bestrahlten Gewebes per definitionem Conditio sina qua non. Durch Erhöhung der Fluenz nimmt der Hartsubstanzabtrag pro Zeiteinheit aufgrund exponentieller Absorption von elektromagnetischer Energie durch das Gewebe zu (Abb. 9a und b). Zusammenfassend kann über die vergleichenden Dentinstudien Folgendes gesagt werden:

– Die Proben aller Dentinstudien waren frisch extrahierte Weisheitszähne oder Prämolaren, was für konventionelle Dentinadhäsion beste Voraussetzungen für optimalste Haftkräfte ergibt.

– Alle Er:YAG-konditionierten Dentinflächen ohne Dentinadhäsiv hatten ohne Ausnahme signifikant tiefere durchschnittliche Haftwerte als konventionelle Dentinadhäsion.

– Die einzige Studie14, welche mit minimalinvasiver Fluenz von 5,3 J/cm² im Dentin arbeitete, erzielte damit knapp oberhalb der Ablationsschwelle von frischem Dentin gleich gute durchschnittliche Haftwerte wie konventionelle Dentinadhäsion. Bei  einer Erhöhung der Fluenz um das Doppelte auf 10,6 J/cm² waren die durchschnittlichen Haftkräfte bereits signifikant tiefer als bei konventioneller Dentinadhäsion.

– Er:YAG-konditionierte Dentinadhäsion mit Dentinadhäsiv hatten oft gleich gute durchschnittliche Haftwerte, nie bessere, oft tiefere als konventionelle Dentinadhäsion.

– Die Begründung für schlechtere Haftwerte bei Er:YAGkonditionierten Dentinflächen waren „subsurface damages“ aufgrund thermischer Nebenwirkungen wie:

i. Anfrakturierte Gewebepartikel, Dentinschuppen bis 15 μm Tiefe, Inhomogenität der Oberfläche
ii. Fissurenbildungen im intertubulären Dentin
iii. Denaturierte Kollagenfasern bis in eine Tiefe von etwa 20μm
iv. Prominent vorstehendes peritubuläres Dentin

In Abbildung 6 können die Subsurface-Schäden in einem Field Emission Scanning Electron Microscope (Fe-SEM, Philips XL 30) bei ungebondetem, mit 80 mJ, Spot Size ø 0,8 mm laserpräpariertem Dentin mit einer Fluenz von 15,9 J/cm² festgestellt werden.19 Da Laserenergie von Materie gemäß Absorptionsgesetz exponentiell absorbiert wird und die Ablationsschwelle abhängig ist vom prozentualen volumenmäßigen Anteil des Chromophors, welches die Laserenergie im Gewebe absorbieren kann, reflektiert obiges Bild von De Munck nichts anderes als die physikalischen Gesetze: Hochmineralisiertes, peritubuläres Dentin mit einer viel höheren Ablationsschwelle wird pro Zeiteinheit viel weniger abgetragen als intertubuläres Dentin mit mehr Wassergehalt. Bei einer Absorptionskonstanten des Erbiumlasers für Wasser von 104/cm und einer optischen Eigenschaft von frischem Dentin mit 20 Vol.-% H2O muss als Schichtdicke, wo 50 % der Laserenergie absorbiert wurde, wenige μm im einstelligen Bereich (< 5 μm) angenommen werden.24 Kollagenfasern haben einen Wasseranteil von 70–80 Vol.-%. Wird die Studie von Marie-France Bertrand15 mit einer initialen Energie von 500 mJ, Spot Size ø 1,2 mm und einer Fluenz von 44 J/cm² oder die Studie von Armengol23 mit 140 mJ Energie, Spot Size ø 0,5 mm und einer Fluenz von 72,6 J/cm² verglichen, so reicht wahrscheinlich die Energie bei vernachlässigbarer Streuung bis in Schichten von 15–25 μm noch aus, die Kollagenfasern zu denaturieren. Die klinische Konsequenz daraus ist, dass nach Irradiation einer Dentinoberfläche nach Erreichen der Ablationsschwelle (sichtbares Haftmuster) eine Hybridschichtbildung nicht mehr möglich ist. Anderseits aber ist eine Hydrophobisierung mit einem hydrophilen, polymerisierbaren Dentinadhäsiv zur Benetzung der Oberfläche, wie die Haftwerte aller Studien beweisen, unumgänglich. Abbildung 6 zeigt nichts anderes als die Konsequenz der biophysikalischen Wechselwirkungen von Absorption von elektromagnetischer Energie in Materie mit verschiedenen optischen Eigenschaften. Minimalinvasivität bei der Bildung eines retentiven Haftmusters mit einem Erbiumlaser mit der Forderung nach kleinstmöglichem Substanzabtrag verlangt nach Fluenzen knapp oberhalb der Ablationsschwelle des entsprechenden Materials. Die Frage also, ob Mikroretention im sklerotischen Dentin ebenfalls kleinere Haftwerte hat wie konventionelle Dentinadhäsion, kann mit großer Wahrscheinlichkeit verneint werden, weil die Mechanismen mikroreten tiver Haftung im wesentlichen Oberflächenvergrößerung und Benetzbarkeit dieser Fläche (Hydrophobisierung) mittels eines hydrophilen, polymerisierbaren Monomers sind. Die Ablationsschwelle von sklerotischem Dentin muss aber erreicht werden. Wird eine gewisse Sicherheit zur Vermeidung thermischer Nebenwirkungen bei der Konditionierung sklerotischen Dentins in der praktischen Anwendung miteinbezogen, so liegt man in etwa bei einer Fluenz von ca. 10 J/cm². Dieser Wert erlaubt, sklerotisches Dentin wie Zahnschmelz gleichermaßen mit kleinsten thermischen Nebenwirkungen minimalinvasiv zu konditionieren.

Da der auf den Displays der Lasergeräte angezeigte Energieoutput oft von der effektiv emittierten Laserenergie abweichen kann (Abb. 7a und b), ist es für den Laseranwender von Bedeutung, die Ablationsschwelle für Zahnschmelz z. B. seines eigenen Erbiumlasers experimentell zu ermitteln. Abbildung 7a zeigt, dass beim LiteTouch zylindrisch kurze Saphire im tiefen Energiebereich (50 mJ)14 effektiv oft mehr Energie emittieren als das Display anzeigt, während lange konische mit kleinen Spot Sizes (Abb. 7b) eher darunter liegen. Während der ca. 15 Sek. dauernden Messung bei 10 Hz hatte der letzte Puls in Abb. 7a eine Energie von 68,60 mJ. Der Durchschnitt aller Pulse mit diesem Saphir von ø 0,8 mm bei einer Displayangabe von 50 mJ lag bei dieser Messung bei 70,26 mJ (SD 1.803 mJ). Wird die Energie bei einem 17 mm langen, konisch bis zu einem Durchmesser von 0,6 mm zulaufenden Saphir gemessen, so zeigte der letzte aufgezeichnete Puls hier eine Energie von 39,89 mJ bei einem Durchschnitt von 39,18 mJ (SD 1.672 mJ) pro Puls. Die kurzen zylindrischen Saphire (ø 1,3 mm, 1,0 mm, 0,8 mm) emittieren beim LiteTouch bei 50 mJ Displayangabe und 10 Hz deutlich über diesem Wert, wohingegen die langen konischen Saphire (ø 0,6 mm, Chisel) durchschnittlich eher unter dem Displaywert liegen. Die Energieabweichungen verändern die Fluenz und sind bei minimal invasiver Arbeitsweise zu berücksichtigen. Ähnliche Energieemission wie die zylindrischen Saphire zeigt der Sidefire-Tip, bei dem die Energie am Ende des Saphirs infolge Reflektion an der schiefen Fläche rechtwinklig zur Längs achse des Tips emittiert wird. Gemessen wurden diese Werte mit Juno Pyroelectrics PE50BF-C von Ophir.

4. Experimentelle Ermittlung der Ablationsschwelle von Zahnschmelz

Die Versuche wurden mit meinem Er:YAG-Laser Lite-Touch (Syneron) in meiner Praxis durchgeführt. Als Proben wurden frisch extrahierte, kariesfreie Weisheitszähne mit abgeschlossenem Wurzelwachstum verwendet. Die Approximalflächen wurden auf einer Länge von etwa 5 mm, in klinischem Abstand von 1–2 mm vertikal über 30 Sek. bestrahlt, kranial jeweils defokussiert (Spot Saphir ø 1,3 mm) und kaudal fokussiert (Spot Saphir ø 0,6 mm). Die grobe Beurteilung des Substanzabtrags vertikal kann durch Trocknen festgestellt werden. Eine bessere Beurteilung der Tiefe des „Grabens“ erfordert tangentiale Betrachtung mittels Vergrößerungshilfe. Was in Abbildung 8a und b vertikal fotografiert wurde, respektive der klinischen Betrachtungsweise entsprechend, ist in Abbildung 9a und b tangential fotografiert. Abbildung 9a und b zeigen den entstandenen Substanzabtrag entsprechend Abbildung 8a und b, tangential fotografiert. Es ist unschwer zu erkennen, dass ein fokussiertes Arbeiten sowohl mit 100 mJ als auch mit 50 mJ Displayangabe mehr Substanz abträgt, als defokussiertes Arbeiten mit den kleineren Fluenzen. In diesem Experiment konnte gezeigt werden, dass eine Fläche von ca. 10mm2 bei gleichmäßiger Bestrahlung nach 300 Laserpulsen mit der kleinstmöglichen Fluenz dieses Lasergerätes ein mikroretentives Haftmuster ohne Konturdefekt erzeugt (Abb. 9b, rechtes Muster). Die applizierte Fluenz dürfte in etwa knapp oberhalb der Ablationsschwelle von Zahnschmelz liegen und entspricht einer klinisch minimalinvasiven Arbeitsweise. Trotzdem stellt sich nun die Frage, ob man mit einer Displayenergie von 50 mJ, defokussiert wie in Abbildung 9b rechts dargestellt, nahe an der Ablationsschwelle liegt.

Da beim LiteTouch weder die Laserenergie tiefer einstellbar ist noch größere Spot Sizes existieren, kann eine subablative Fluenz nur indirekt ermittelt werden. Wird die Distanz des Lasersaphirs zum Objekt vergrößert, nimmt die Fluenz wegen des Laserdivergenzwinkels ab. In Abbildung 5 wird die Ablationsschwelle wegen einer Einziehung des Zahnes bei den Pulsen 2 (roter Pfeil) und 3 (gelber Pfeil) eindrücklich dargestellt. Der Kliniker wird bei der experimentellen Ermittlung der Ablationsschwelle für Zahnschmelz bei seinem eigenen Erbiumlasergerät bald feststellen, dass seine Hand, die das Laserhandstück führt, einen außerordentlich wichtigen Parameter darstellt. Ziel dieses kleinen Hausexperimentes soll sein, seinen eigenen Laser durch Beobachtung der Effekte einerseits besser zu verstehen und anderseits die Einsicht zu gewinnen, dass eine ärztlich sorgfältige, zahnschonende Arbeitsweise nicht urteils- und kritiklos starren Behandlungsprotokollen folgen sollte, im Besonderen nicht, wenn die effektive Energieemission die Displayangabe beträchtlich über- resp. untersteigt (Abb. 7a und b).14 Denn klinisch, bei vertikaler Betrachtung des Objektes, auch mit optischen Vergrößerungshilfen ist ein Unterschied, wie in Abbildung 8a und b defokussiert, kaum erkennbar. Folglich ist es unabdingbar, dass der Laseranwender dieses Wissen bezüglich Ablationsschwelle von Zahnschmelz für seinen Erbiumlaser beim täglichen Arbeiten haben muss, will er für sein Handeln zur Konditionierung gesunder Zahnhartsubstanzen den Begriff „minimalinvasiv“ in Anspruch nehmen.

5. Klinische Beispiele für minimalinvasive Mikroretention von Zahnschmelz und sklerotischem Dentin mit einer Fluenz von ca. 10 J/cm²

Zahnhalsdefekt Klasse V, kariesfrei (Abb. 10)
Abbildung 10a zeigt einen klassischen, durch Erosion oder Abrasion entstandenen, kariesfreien Klasse V-Defekt bei einem 64 Jahre alten Patienten. Um weiterem Zahnhartsubstanzverlust vorzubeugen, soll der Defekt mit einer Kompositfüllung minimalinvasiv versorgt werden. Konventionell minimalinvasiv erfordert die Entfernung der bräunlichen, säureresistenten Schicht und eine breite Abschrägung der kranialen Schmelzschicht. Die Strukturveränderung des sklerotischen Dentins ergibt infolge weniger intertubulärem, hybridisierbaren Dentin möglicherweise ungenügende Haftwerte für die Kompositfüllung.9 Klinischer Langzeiterfolg konventionell braucht deshalb weiteren Substanzabtrag mit kleinen, unter sich gehenden Rillen. Erbiumlaserkonditionierung ist Haftung dank Oberflächenvergrößerung und Hydrophobisierung dieser Fläche. Geringste thermische Nebeneffekte verbessern die Benetzbarkeit der laserkonditionierten Fläche. Da mit kleinstmöglichem Substanzabtrag Mikroretention erzeugt werden soll, liegt die Fluenz knapp oberhalb der Ablationsschwelle von sklerotischem Dentin bei tiefen Frequenzen. Abbildung 10b zeigt die Konditionierung des Zahnhalsdefektes mit dem Er:YAG-Laser LiteTouch mit der tiefstmöglichen Fluenz dieses Gerätes (50 mJ Displayenergie, Spot ø 1,3 mm, experimentell ermittelte Ablationsschwelle von Zahnschmelz) und der tiefst einstellbaren Frequenz von 10 Hz. Schmelz und sklerotisches Dentin, während etwa 5–6 Sekunden so konditioniert, werden hier mit SE Primer von Kuraray kurz hydrophobisiert. Das überschüssige Lösungsmittel wird mit dem Luftbläser verdampft. Der SE Bond wird hauchdünn aufgetragen und so verblasen, dass das mikroretentive Haftmuster noch sichtbar bleibt. Primer und Bond werden dann lichtgehärtet. Komposit wird in zwei Schichten appliziert: Eine größere Schicht wird zum Schmelz hin zuerst abgehärtet und die kleinere Schicht zur Dentinstufe separat gehärtet. Abbildung 10c zeigt die fertige Restauration.

Aktive Zahnhalskaries Klasse V (Abb. 11)
Abbildung 11a zeigt eine mit allen Merkmalen versehene aktive Zahnhalskaries einer 26 Jahre alten Patientin. Die Läsion soll mit einem Er:YAG-Laser präpariert und konditioniert werden. Die Frage stellt sich natürlich, mit welchem Setting das gemacht werden soll. Da die Industrie generell bemüht ist, Lasergeräte herzustellen, welche sehr anwenderfreundlich sind, braucht es nur noch den Knopfdruck auf dem Display. Dort findet man im „hard tissue mode“ des LiteTouch z.B. unter „enamel“ folgendes Setting: Energie: 300 mJ, Frequenz: 25 Hz oder unter „dentine“ eine Energie von 200 mJ und 25 Hz. Ein in Quintessence international 2013 publiziertes Paper25 empfiehlt sogar eine Frequenz von 30 Hz im Dentin, da die Substanz effizienter abgetragen werden kann. Falls so der aktiven Zahnhalskaries mit einem Erbiumlaser zu Leibe gerückt wird, dürfte die Pulpa nach wenigen Sekunden eröffnet sein. Nein, die Frage nach dem Setting im Display ist hier falsch gestellt. Erinnern wir uns bei der Sanierung dieser Karies, unabhängig, ob konventionell oder mit Laser gearbeitet wird, des obersten Prinzips ärztlichen Schaffens, des „Primum non nocere“, dann lautet die Frage schlicht und einfach: Welches sind die Ziele, die ich mit meinem Eingriff verfolge? Die Antworten bezüglich Präparation und Konditionierung von Schmelz und Dentin kommen dann ganz simpel daher:

– Entfernen der kranken Hartgewebe
– Erhalten der gesunden Hartgewebe

Diese ärztlichen Ziele, vor allem das zweite, geben uns das Setting für Präparation und Konditionierung der aktiven Kariesläsion mit dem Erbiumlaser vor: Experimentell ermittelte Ablationsschwelle für Zahnschmelz. Die Frequenz kann ohne Weiteres etwas erhöht werden, um die Karies effizienter zu entfernen. In diesem Fall wurden 15 Hz gewählt. Abbildung 11b zeigt die Zahnhalskaries nach genau 25 Sekunden (225 Pulse) Bearbeitung: Die beiden Dentinläsionen waren bis in eine Tiefe von ca. 1 mm präpariert, was vertikal betrachtet und unter Spray unmöglich feststellbar ist. Entscheidend aber ist, dass, obwohl der Schmelz anatomisch im Zahnhalsbereich sehr dünn ist, eine Schmelz brücke (Pfeil) nach Konditionierung zwischen den Dentinläsionen erhalten werden konnte. Die Kompositrestaurierung erfolgt identisch wie in Abbildung 10. Der Praktiker wird sich die Frage stellen, warum mit einer so tiefen Fluenz so viel kariöse Dentinsubstanz in so kurzer Zeit entfernt werden kann. Der Grund liegt in der optischen Eigenschaft der aktiven Karies: Die rasch demineralisierte Hartsubstanz wird durch Wasser ersetzt. Dabei verändert sich die optische Eigenschaft für Erbiumlaser so, dass die Ablationsschwelle viel tiefer ist als noch für gesundes, frisches Dentin. Pro Laserpuls kann aufgrund der exponentiellen Absorption der Laserenergie ein Mehrfaches an Substanz abgetragen werden als bei sklerotischem Dentin. Die richtige Einschätzung der optischen Eigenschaft eines zu bestrahlenden Gewebes und nicht das sture Befolgen vorgegebener Settings bekommt für den Laseranwender hier, aber auch ganz generell eine absolut zentrale Bedeutung bei der Wahl seiner Settings.26,27

Sklerotische Zahnhalskaries, Klasse V, Caries sicca (Abb. 12)
Wie der Name „sicca“ sagt, handelt es sich um eine „ausgetrocknete“, sehr wasserarme Karies. Die optische Eigenschaft für einen Erbiumlaser ändert sich kontinuierlich mit dem relativen Wassergehalt des Gewebes. Mit dem Sklerosegrad ändert sich auch die Ablationsschwelle. Und es ist möglich, dass die mit Ihrem Erbiumlaser experimentell ermittelte Ablationsschwelle für Zahnschmelz bei Caries sicca-Dentin nicht mehr zum Substanzabtrag ausreicht. Die Fluenz kann dann mit einem etwas kleineren Spot oder mit ein wenig mehr Energie erhöht werden. Abbildung 12a zeigt zwei große Zahnhalsdefekte an Zahn 44 und 45 mit Caries sicca bei einer 72 Jahre alten Patientin. Das Zahnhalsamalgam bei Zahn 44 wurde konventionell entfernt. Die Caries sicca und das sklerotische Dentin wurden mit meinem LiteTouch mit einer Displayenergie von 50 mJ, 15 Hz, Spot ø 1.000 μm und viel Wasser präpariert resp. konditioniert (Abb. 12b). Der Zahnschmelz hingegen wurde mit der Fluenz an der Ablationsschwelle von Zahnschmelz (50 mJ Displayangabe, Spot ø 1.300 μm) mit einer Frequenz von 10 Hz konditioniert. Anschließend wurde Zahnschmelz mit 35% HPO4 (Abb. 12c) angeätzt, weil nachgewiesen werden konnte, dass Haftung auf Zahnschmelz unter folgenden Bedingungen signifikant im Vergleich zu reiner Phosphorsäureätzung verbessert werden kann:28

1. Säureätzung mit Phosphorsäure

2. Er:YAG-Laserkonditionierung mit einer Fluenz knapp oberhalb der Ablationsschwelle von Zahnschmelz

3. Hydrophobisierung der säuregeätzten, mikroretentiven Oberfläche mit Dentinadhäsiv (Prime and Bond NT, hier z.B.)

Abbildung 12d zeigt aber, dass die ins konditionierte Dentin hineingelaufene starke Phosphorsäure imstande ist, das im Dentin generierte mikroretentive Haftmuster wegzuätzen. Es muss deshalb für optimale Haftung nochmals mit dem Erbiumlaser nachkonditioniert werden (Abb. 12e). Um einen zusätzlichen Arbeitsgang zu vermeiden, wird dem Praktiker empfohlen, den Zahnschmelz vor Einsatz des Lasers mit Phosphorsäure anzuätzen. Das Komposit wurde bei 44 und 45 aufgrund der großen Defekte in drei Schichten aufgetragen, wobei die Kompositschichten zum zervikalen Dentinrand hin immer kleiner, aber jeweils stark überlappend zu den vorher applizierten abgehärtet werden. Für klinischen Langzeiterfolg ist das Befolgen der Grundsätze der Kompositschichttechnik aufgrund der Polymerisationsschrumpfung unabdingbar. Abbildung 12f zeigt die Restaurationen direkt nach Politur.

Inzisalkantendefekt, kariesfrei (Abb. 13)
Die abgesplitterte Inzisalkante soll minimalinvasiv mit einer Kompositfüllung restauriert werden. Das kann konventionell gemacht werden. Die Haftung im Schmelz mit Phophorsäureätzung wird gut sein. Das total sklerotische Dentin wird kaum mehr hybridisierbar sein.9 Eine durch Erbiumlaser generierte Mikro retention muss minimalinvasiv geschehen, da an sonsten die hauchdünne palatinale Schmelzlamelle rasch abgetragen ist. Eine Phosphorsäureätzung vor  Laserkonditionierung kann die Haftung für die Restauration nur verbessern.28

Inzisalkantenerosionen/-frakturen (Abb. 14)
Lingual abfrakturierte Schmelzkanten sind im Alter meist eine Folge von erodierten oder abradierten Inzisalkanten mit sklerotischem Dentin. Eine langzeitige erfolgreiche Rekonstruktion der Schneidekanten erfordert infolge großer Kaukräfte gute Haftkräfte für die Komposit füllungen. Da in einem solchen Fall die bukkale, noch vorhandene Schmelzwand minimalinvasiv mit einem Erbiumlaser konditioniert werden soll, kommen nur Fluenzen knapp oberhalb der Ablationsschwelle von Zahnschmelz infrage. Das verfärbte Dentin (Abb. 14a) zwischen den Schmelz wänden wird konventionell effizient mit kleinsten Hartstahlbohrern mit einem Durchmesser von 0,5 mm entfernt. Dann wird der Schmelz mit Phosphorsäure angeätzt (Abb. 14b). Erst nachher sollen Schmelz und sklerotisches Dentin mit dem Laser minimalinvasiv konditioniert werden (Abb. 14c). Erlaubt das Lasergerät einstellbare Frequenzen <10 Hz, kann mit sehr wenig Überlappung der Laserpulse gearbeitet werden. Es entsteht eine enorme Oberflächenvergrößerung mit vielen intakten Hydroxylapatitkristallen. Der bereits vor dem Lasereinsatz angeätzte Schmelz ergibt zusätzliche Retention und Haftung für die Füllung. Die Er:YAG-erzeugte, smearlayerfreie Mikroretention im Schmelz und im sklerotischen Dentin ist mit dem Dentinadhäsiv sehr gut benetzbar und wird dank kleins ten thermischen Nebenwirkungen gute Haftkräfte erzeugen.

Pulpanahe Präparationen (Abb. 15)
Bei konventionellem Arbeiten nahe der Pulpa mit schleifenden oder schneidenden Instrumenten besteht immer die Gefahr, dass die Infektion in die Tiefe Richtung Pulpa verschleppt wird. Schmerzen und Devitalisationen von vitalen Zähnen sind nicht selten die Folge. Pulpanahes Arbeiten mit Erbiumlasern hingegen ist kontaktfreier Substanzabtrag von krankem Hartgewebe. Schimmert die Pulpa eines beschwerdefreien Zahnes nach konventionellem Entfernen der alten Restauration und Karies rosa durch, wird nur noch mit Erbium lasern mit Fluenzen mit ca. 10 J/cm² konditioniert. Die Wahrscheinlichkeit, dass mit solchen Energiedichten bei tiefen Frequenzen die Pulpa eröffnet wird, ist sehr klein, zumal pro Puls ein Substanzabtrag im einstelligen Mikrometerbereich geschieht.24 Dentintubuli werden dekontaminiert29,30 und das Pulpa gewebe biostimuliert.31 Selbst verständlich wird auch hier der Zahnschmelz der Kavitätenränder während des Aufschaltens des Lasers vor dem Lasereinsatz während 15–20 Sek. angeätzt.

Konditionieren jeder fertig präparierten Kavität bei Füllungsersatz (Abb. 16 und 17)
Jeder Füllungsersatz hinterlässt immer kontaminiertes Dentin. Ob Amalgame, Komposite, Keramik oder Goldfüllungen ersetzt werden, empfiehlt es sich, die konventionell finierte Kavität mit einem Erbiumlaser klinisch zu konditionieren. Da nur noch die Benefits der Laserstrahlung (Dekontamination, Biostimulation, Haftung) bei kleinstmög lichem Substanzabtrag erwünscht sind, wird die mit einem Erbiumlaser experimentell ermittelte Fluenz an der Ablationsschwelle von Zahnschmelz als Setting eingesetzt. Zahnschmelz wird mit 35–37% Phosphorsäure vor dem Lasereinsatz angeätzt, da der Zugang zu den approximalen Schmelzwänden mit dem Laser in MOD-Kavitäten zur Konditionierung des Zahnschmelzes einerseits schwierig ist und nur unvollständig ausgeführt werden kann und anderseits eine vorgängig erzeugte Mikroretention im Dentin mit Phosphorsäure abgeätzt würde (siehe Abb. 12d). Wird die Pulpa bei sehr tiefen Kavitäten beim Laserkonditionieren akzidentell eröffnet (Abb. 17b), wird eine Pulpaüberkappung nach Blutstillung mit dem Dentinadhäsiv im Anschluss erfolgreich den Zahn vital erhalten. Weitere Einsätze des Er:YAG-Lasers LiteTouch mit diesem „Ablationsschwellenset“ (50 mJ, ø 1,3 mm Saphir) sind Kronenverlängerungen in der Oberkiefer-Frontregion. Mithilfe von vor dem Eingriff hergestellten Schablonen kann in Miniaufklappungen der Gingivarand durch Modellation des Knochens mit dem Laser genau definiert werden. Da der spongiöse Knochen mehr Wasser enthält als Wurzeldentin, liegt die Ablationsschwelle entsprechend tiefer und es kann mit diesem Setting genügend effizient gearbeitet werden. Sollten Laserpulse zufällig das freigelegte gesunde Dentin treffen, dann ist der Abtrag minimalinvasiv und durch Trocknen der Oberfläche als mikro retentives Haftmuster erkennbar. Ein subablatives Arbeiten im frischen Dentin hingegen erlauben die einstellbaren Parameter bei klinischen Distanzen dieses Erbiumlasergerätes nicht. Ebenfalls häufig werden diese 50 mJ mit einem Chisel bei tiefen parodontalen Taschen zur Deepithelisation auf der Gingivaseite der Tasche und Entfernung von kleinsten Restchen von Zahnstein auf der Seite der Wurzeloberfläche nach konventionellem SRP eingesetzt. Der Begriff „periodontal pocket debridement“ auf dem Display unter dem Menü „soft tissue mode“ des LiteTouch könnte den Laseranwender auch irreführen, Zahnstein ganz generell mit dem Erbiumlaser zu entfernen. Da aber der Wassergehalt von Zahnstein in etwa dem frischen Dentins entspricht, 32 ist auch die Ablationsrate dementsprechend. Es ist eine Illusion, zu glauben, der Erbiumlaser könnte den schwarzen, subgingivalen Zahnstein vom gelblichen Wurzeldentin farblich unterscheiden. Will jemand effizient mit dem Erbiumlaser Zahnstein entfernen, muss die Fluenz erhöht werden, wobei im subgingivalen, geschlossenen Arbeiten die große Gefahr besteht, gesundes Wurzeldentin aufgrund sehr ähnlicher optischer Eigenschaft in gleichem Maße wie Zahnstein abzutragen.

Zusammenfassung

Warum Substanzabtrag mit Er:YAG-Laser, wenn es ohne auch geht? Weil konventionelle Dentinadhäsion im sklerotischen Dentin aufgrund der Haftmechanismen und möglichen Abbaus der Hybridschicht ungenügende Retention bei Klasse V-Füllungen oder Inzisalkantenrekonstruktionen bringt. Der Substanzabtrag bei Er:YAG-Einsatz soll minimal invasiv sein, was mit Fluenzen knapp oberhalb der Ablationsschwelle der Zahnhartsubstanzen und tiefen Frequenzen erreicht wird. Die Energieemission des Lasers kann mit der Ablationsschwelle von Zahnschmelz von ca. 10 J/cm² experimentell ermittelt werden, womit man einerseits knapp oberhalb der Ablationsschwelle von sklerotischem Dentin liegt und anderseits die kleinstmöglichen thermischen Nebenwirkungen im Gewebe produziert. Die Er:YAG-Lasergeräte müssen Parameter enthalten, die dem Laseranwender minimalinvasive Arbeitsweise in Zahnhartsubstanzen und Knochen mit einstellbaren Frequenzen bis < 10 Hz erlauben. Die effektiv emittierte Energie sollte unabhängig vom aufgesteckten Tip max. ± 5% von der Displayangabe abweichen. Bei Arbeiten nahe an der vitalen Pulpa kommen zudem die grundsätzlichen Vorteile von Erbiumlasern wie Dekontamination und Biostimulation zum Tragen. Eine Phosphorsäureätzung von Zahnschmelz vor Erbiumlaserkonditionierung jeder fertig präparierten Kavität wird die Haftung der Restauration zum Zahn verbessern. Die Hydrophobisierung der smearlayerfreien mikroretentiven Oberfläche mit einem konventionellen Dentinadhäsiv ist für klinischen Lang zeit erfolg eine Conditio sine qua non.

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