Einfluss der Transluzenz des Restaurationsmaterials auf den Chamäleoneffekt

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 8871 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Das Verschmelzen künstlicher Restaurationsmaterialien mit dem natürlichen Zahn ist eine Herausforderung. Über die reine Farbe hinaus haben auch optische Eigenschaften, insbesondere die Transluzenz, einen wesentlichen Einfluss auf das endgültige Erscheinungsbild. Je mehr Chamäleoneffekt die Restaurationsmaterialien aufweisen, desto natürlicher wirken die Restaurationen. Der Zweck dieser Studie besteht darin, den Einfluss der Transluzenz des Restaurationsmaterials auf den Chamäleoneffekt zu untersuchen. Fünf Arten von Harzkomposit in drei verschiedenen Farbtönen sowie ein Farbton von herkömmlichem Glasionomerzement wurden zu Scheiben verarbeitet. Um den Chamäleoneffekt zu analysieren, wurden Glaskeramikblöcke so gefräst, dass in jedem Block vier Vertiefungen entstanden. Die Sanierungsmaterialien wurden in die Brunnen gefüllt. Die Farbe wurde alle 6 Monate mit CIE L*a*b* gemessen. Die statistische Analyse wurde mithilfe der Zwei-Wege-ANOVA mit wiederholten Messungen durchgeführt. Das Material mit der höchsten Transluzenz war ein fließfähiges Kunstharzkomposit. Die hochtransluzenten Materialien zeigten einen sofortigen Chamäleoneffekt, ebenso wie die Bulk-Fill-Harzkomposite, die eine geringe Transluzenz aufweisen. Mit Ausnahme der Bulk-Fill-Harzkomposite zeigten sowohl hoch- als auch niedrigtransluzente Materialien über drei Jahre hinweg einen verzögerten Chamäleoneffekt. Die Transluzenz der Restaurationsmaterialien korrelierte zu 68 % positiv mit ihrem Chamäleoneffekt. Das Alter der Restauration ist ein wichtiger Faktor, der die Farbmischung beeinflusst.

Bei einer zahnfarbenen Restauration wünschen sich alle Patienten eine Farbe, die sich möglichst harmonisch in den vorhandenen Teil des Zahns einfügt, um sowohl das natürliche Aussehen des Zahns als auch die Wirksamkeit seiner Funktionen zu erhalten: Kauen, klares Sprechen usw normale Gesichtsform1. Frontzahnfüllungen sind ein heikles Verfahren, das eine geschickte Verwendung der künstlichen Materialien erfordert, um die verbleibende natürliche Zahnstruktur ästhetisch nachzuahmen. Eine sorgfältige Materialauswahl ist sowohl für den Erfolg der Restauration als auch für die Zufriedenheit des Patienten wichtig. Kunstharzkomposit ist aufgrund seiner hervorragenden optischen und mechanischen Eigenschaften das am häufigsten verwendete zahnfarbene Füllungsmaterial2,3.

Harzverbundstoffe sind Materialien auf Harzbasis, die mehrere Substanzen enthalten, die sich vermischen, ohne tatsächlich chemisch zu interagieren. Die physikalischen, mechanischen und ästhetischen Eigenschaften von Kunststoffkompositen ergeben sich aus seinen verschiedenen Komponenten2. Bisphenol-A-glycidylmethacrylat (Bis-GMA) und Urethandimethacrylat (UDMA) werden häufig zusammen mit den Verdünnungsmonomeren Triethylenglykoldimethacrylat (TEGDMA) und 2-Hydroxyethylmethacrylat (HEMA) verwendet, um die gewünschte Viskosität in polymerisierbaren Materialien zu erzeugen4,5 . Kampferchinon und das primäre Amin Dimethylaminethylmethacrylat (DMAEMA) sind allgemeine Photosensibilisatoren, die zugesetzt werden, um einen photopolymerisierbaren Harzverbundstoff zu erzeugen6. Die meisten Harzverbundwerkstoffe auf dem Markt werden mithilfe der Nanotechnologie hergestellt, um nanogefüllte oder nanohybride Harzverbundwerkstoffe herzustellen, die ihnen ähnliche mechanische Eigenschaften verleihen. Die Füllstoffpartikel sind wichtig, um die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Materialien zu verbessern, indem sie den thermischen Ausdehnungskoeffizienten und die Polymerisationsschrumpfung reduzieren, für Röntgenopazität sorgen und die Handhabung und Ästhetik der Materialien verbessern7. Die Polymerisationsschrumpfung ist seit langem das größte Problem. Die Schrumpfung des Materials wurde im Laufe der Zeit kontinuierlich verbessert und beträgt derzeit nur noch 1,72–2,13 %8. Die optischen Eigenschaften eines Komposits stehen jedoch im Mittelpunkt, wenn es darum geht, zu bestimmen, welches Komposit zu einer möglichst natürlich aussehenden Restauration führt.

Die Anpassung des besten Kunststoffkomposits an die spezifischen Eigenschaften der verbleibenden Zahnstruktur des Patienten kann eine Herausforderung sein, und die Farbanpassung ist der erste wichtige Schritt. Wert, Sättigung und Farbton sind drei grundlegende Farbdimensionen, die in der Routinepraxis unbedingt berücksichtigt werden müssen. Das Aussehen eines Zahns ist jedoch aufgrund seiner Wechselwirkungen mit Licht, zu denen Absorption, Transmission, Reflexion, Brechung und Streuung gehören, ein komplexes Phänomen. Unter Transluzenz versteht man die relative Lichtmenge, die ein Objekt durchdringt und wieder verlässt, nachdem es hauptsächlich Absorption und Streuung erfahren hat9. Transluzenz, Opaleszenz und Fluoreszenz sind die drei wichtigsten optischen Eigenschaften in der Zahnheilkunde, und von diesen drei hat die Transluzenz den größten Einfluss auf die Ästhetik einer Zahnrestauration10,11. Beispielsweise beeinflusst die Transluzenz die „Farbmischung“ auf dem Zahn, die Maskierungsfähigkeit des Komposits und die Durchdringung der Lichthärtung12.

Farbmischung oder Farbassimilation bezieht sich auf die Wahrnehmung, dass ein bestehender Farbunterschied zwischen dem Restaurationsmaterial und der verbleibenden Zahnstruktur als kleiner wahrgenommen wird, wenn die beiden Farben an der Restaurationsstelle physisch nebeneinander liegen, als wenn sie separat betrachtet werden etwas Abstand voneinander. Dieses Phänomen wird allgemein auch als Chamäleoneffekt bezeichnet13,14. Es ist bekannt, dass eine Vielzahl von Faktoren den Chamäleoneffekt beeinflussen: die Art und Farbe des Kunststoffkomposits15, das Ausmaß des Farbunterschieds zwischen Zahn und Restauration13 sowie die Größe13 und Dicke der Restauration16. Wenn das Harzkomposit in die Kavität gefüllt wird, interagieren die Farben und optischen Eigenschaften des Harzkomposits, der darunter liegenden harzbeschichteten Zahnstruktur und der verbleibenden freiliegenden Zahnstruktur, und zusammen beeinflussen sie die Lichtwechselwirkung und führen zum Chamäleoneffekt15.

Kunstharzkomposite sind die am häufigsten verwendeten Zahnersatzmaterialien, da sie bei entsprechender Wahl der Transluzenz dazu in der Lage sind, Restaurationen unsichtbar zu machen. Die Transluzenz des Materials lässt die darunter liegende und angrenzende Restzahnstruktur durch die Restauration hindurchscheinen17 und sorgt für ein harmonisches Erscheinungsbild. Derzeit ist jedoch eine große Vielfalt an Harzkompositen erhältlich, deren Transluzenz variiert. Anstatt einen spezifischen, quantifizierten Indikator für den Grad der Transluzenz zu verwenden, wird der Grad der Transluzenz eines Harzes grob durch drei allgemeine Arten von Harzkompositen angegeben: „Schmelz“, „Körper/Universal“ oder „Dentin“18. Der Schmelztyp hat die höchste Transluzenz und der Dentintyp die niedrigste. Diese drei Typen werden nur zur Beschreibung herkömmlicher Harzverbundwerkstoffe verwendet. Allerdings werden fließfähige Kunstharzkomposite, Bulk-Fill-Harzkomposite und Glasionomerzemente auch häufig klinisch verwendet, und es ist nicht genau geklärt, wie ihre Transluzenz im Vergleich zu herkömmlichen Kunstharzen abschneidet. Da es derzeit kein standardisiertes System zur numerischen Quantifizierung der optischen Eigenschaften von Kunststoffkompositen, insbesondere der Transluzenzeigenschaften, gibt, kommt es leider häufig zu einer Fehlauswahl von Kunststoffkompositen und enttäuschenden Restaurierungsergebnissen.

Der Zweck dieser Studie besteht darin, zu untersuchen, wie die Transluzenz verschiedener Harzkomposittypen ihren Chamäleoneffekt beeinflusst. Ein besseres Verständnis der Mischfähigkeiten der einzelnen Arten von Kunststoffkompositen kann Ärzten dabei helfen, die effektivste Auswahl zu treffen.

In dieser Studie werden fünf Arten von Kunststoffkompositen (Schmelz, Körper, Dentin, fließfähig und Bulk-Fill) in drei verschiedenen Farbtönen (A1, A2 und A3) sowie ein Farbton (A2) von herkömmlichem Glasionomerzement verwendet. Diese sechzehn Versuchsgruppen sind mit ihren Codes und Produktinformationen in Tabelle 1 aufgeführt.

Harzkomposit- und Glasionomerzementproben wurden unter Verwendung von Acrylformen in Scheibenform mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Dicke von 0,5 mm geformt. Von jeder der 16 Versuchsgruppen gab es fünf identische Proben (N = 80). Ein Glasobjektträger wurde auf die Proben gelegt, um die Bildung einer Sauerstoffinhibitionsschicht während 40 Sekunden unter blauem Härtungslicht von 1.250 mW/cm2 in einem Wellenlängenspektrum zwischen 440 und 460 nm (Mini LED™ Standard; ACTEON, Mount Laurel, New Jersey, USA). Die Transluzenz jeder Probe wurde durch Ermittlung ihres Transluzenzparameters (TP) gemessen. Dazu wurde die Farbe von Proben, die abwechselnd auf schwarzem und weißem Papier platziert wurden, dreidimensional (L*a*b*) mit einem Spektralphotometer (VITA Easyshade® V; VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen, Deutschland) bestimmt gemäß den Protokollen der International Commission on Illumination (CIE). Die gemessenen Werte wurden dann in die folgende Formel zur Berechnung des Transluzenzparameters19,20 eingesetzt:

Lb = Helligkeit der Probe auf schwarzem Papier, Lw = Helligkeit der Probe auf weißem Papier, ab = Rötung der Probe auf schwarzem Papier, aw = Rötung der Probe auf weißem Papier, bb = Gelbheit der Probe auf schwarzem Papier, bw = Gelbheit der Probe auf weißem Papier.

Zweiunddreißig Glaskeramikblöcke (Celtra Duo®; Dentsply Sirona; Charlotte, North Carolina, USA) im Farbton A2 wurden mit Computer-Aided Design (CAD)-Software (Powershape 2020, Autodesk Inc., Kalifornien, USA) entworfen und gefräst Mit einer Fräseinheit (Coritec 250i, imes-icore GmbH, Eiterfeld, Deutschland) wurden in jedem Block vier Vertiefungen (zwei oben, zwei unten) mit einer Tiefe von 2 mm und einem Durchmesser von 6 mm erstellt ( Abb. 1). Die gemahlenen Blöcke wurden 30 Minuten lang bei 840 °C gesintert und dann in 16 Gruppen (n = 2) aufgeteilt, wie in Tabelle 1 gezeigt.

Design zum Erstellen von 4 Vertiefungen auf der Ober- und Unterseite von Glaskeramikblöcken.

Die Innenflächen jeder Vertiefung wurden durch 20-sekündiges Auftragen von 4,9 %iger Flusssäure (Flusssäure; Porcelain Etch®, Ultradent, South Jordan, Utah, USA), 30-sekündiges Spülen mit Wasser und anschließendes Trocknen mit Luft vorbereitet. Anschließend wurde 1 Minute lang Silan-Haftvermittler (Ultradent, South Jordan, Utah, USA) aufgetragen und anschließend Luft eingeblasen (kein Spülen)21,22. Als nächstes wurde Zahnklebstoff (Single Bond® Universal Adhesive; 3M ESPE, St. Paul, Minnesota, USA) auf die Welloberflächen aufgetragen. Eine neue Mikrobürste wurde verwendet, um den überschüssigen Haftvermittler zu entfernen, sodass ein dünner Film zurückblieb. Anschließend wurde Luft eingeblasen und schließlich 20 Sekunden lang mit Licht ausgehärtet. Mit den so vorbereiteten Vertiefungen wurde jedes Harzverbundmaterial in Tabelle 1 mit der Bulk-Technik in insgesamt 8 Kanälen (unter Verwendung von 2 Keramikblöcken) platziert. Ein Glasobjektträger wurde auf die gefüllten Materialien gelegt und anschließend 40 Sekunden lang lichtgehärtet. Im Fall des Glasionomerzements wurden die Oberflächen der Keramikkanäle auf die gleiche Weise wie beim Harzkomposit vorbereitet, mit der Ausnahme, dass weder Silan noch Zahnklebstoffreagenz aufgetragen wurden. Außerdem ließ man den Glasionomerzement, abgedeckt durch den Glasobjektträger, 7 Minuten lang aushärten. Tabelle 2 beschreibt die Zusammensetzung der verwendeten Materialien.

Nachdem die Restaurationsmaterialien in die Keramikvertiefungen gefüllt worden waren, wurden alle Proben 24 Stunden lang in destilliertem Wasser bei Raumtemperatur eingeweicht. Anschließend wurden die Proben kurz mit einem Papiertuch abgetupft, um etwaige Wasserperlen zu entfernen, und im feuchten Zustand mit dem Spektralphotometer (VITA Easyshade® V; VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen, Deutschland) die Farbe gemessen Eigenschaften (CIE L*a*b*) der Restaurationsmaterialien zusammen mit denen des angrenzenden Keramikmaterials. Diese Maschine verfügt über eine interne Keramikkalibriervorrichtung, die zur Kalibrierung nach dem Einschalten der Maschine zur Spitze der Maschine zeigt. Diese ersten Messungen wurden als Tag 0 aufgezeichnet. Die Proben wurden dann in destilliertem Wasser bei 37 °C gelagert und die Farbeigenschaften wurden nach 7, 14 und 30 Tagen erneut gemessen. Anschließend wurden alle Proben einem Thermozyklus (SDC20 HWB332R, Yamatake Honeywell, Japan) in Wasser zwischen 5 °C und 55 °C mit einer Verweilzeit von 15 s unterzogen. Unter diesen Bedingungen entsprechen 5.000 Zyklen etwa 6 Monaten In-vivo-Temperaturübergang. Die Thermozyklisierung dauerte fünf Jahre lang und alle sechs Monate wurden die Farbeigenschaften der Restaurationsmaterialien und des angrenzenden Keramikmaterials gemessen und aufgezeichnet.

∆E zwischen zwei beliebigen Proben (Keramik und jedes Restaurationsmaterial) wurde aus ihren jeweiligen Farbparametern (L*a*b*) unter Verwendung der folgenden Formel23,24 berechnet:

LKeramik = Helligkeit der Keramik, LRestaurationsmaterial = Helligkeit des Restaurationsmaterials, Keramik = Rötung der Keramik, Restaurationsmaterial = Rötung des Restaurationsmaterials, BKeramik = Gelbheit der Keramik, Restaurierungsmaterial = Gelbheit des Restaurationsmaterials.

Die durchschnittliche Farbeigenschaft (CIE L*a*b*) jedes Materials wurde aus allen fünf Proben in jeder Gruppe berechnet und jede Probe wurde dreimal mit einem Spektrophotometer gemessen. Nachdem die mittlere Transluzenz und Standardabweichung sowie der mittlere ∆E und die Standardabweichung in einer Vielzahl von Probenvergleichen berechnet wurden, wurden diese Zahlen mithilfe der Einweg-ANOVA in der Statistiksoftware SPSS (SPSS 26.0, SPSS Inc.) auf statistisch signifikante Unterschiede analysiert ., Chicago, IL, USA). Das Signifikanzniveau wurde auf 0,05 festgelegt. Bei der statistischen Analyse der Farbparameter wurden die Mittelwerte und Standardabweichungen mithilfe der Zwei-Wege-ANOVA mit wiederholten Messungen auf dem Signifikanzniveau 0,05 analysiert. Die Beziehung zwischen Transluzenz und ∆E wurde mithilfe der Regressionsanalyse auf dem Signifikanzniveau 0,05 analysiert.

Die Transluzenzparameter aller Restaurationsmaterialproben wurden mit CIE L*a*b* berechnet und die Ergebnisse sind in Abb. 2 dargestellt. Innerhalb jeder Art von Restaurationsmaterial gab es keinen statistischen Unterschied in den Transluzenzparametern der drei Farben (A1, A2 und A3) in einem der Materialien (p > 0,05). Bei der Suche nach Transluzenzunterschieden zwischen den Materialtypen wurden alle Materialien in eine von zwei Gruppen eingeteilt: eine Gruppe mit hoher Transluzenz (Schmelz, Körper und fließfähige Harzkomposite) und eine Gruppe mit niedriger Transluzenz (Dentin, Bulk-Fill-Harzkomposite und GI). Weitere verschiedene Beobachtungen sind die folgenden. Innerhalb der gleichen Farbe wiesen die Dentin- und Bulk-Fill-Harzkomposite ähnlich niedrigere Transluzenzparameter im Vergleich zu anderen auf. Das fließfähige Kunststoffkomposit hatte in jeder Farbe den höchsten Transluzenzparameter. In der A2-Farbe hatte das fließfähige Harz einen deutlich höheren Transluzenzparameter im Vergleich zur gleichen Farbe des Dentins (p = 0,05), des Bulk-Fill-Materials (p = 0,024) und des Glasionomers (p = 0,004). Eine ähnliche Situation zeigte sich bei der A3-Farbe, bei der das fließfähige Harz einen deutlich höheren Transluzenzparameter aufwies als das Dentin (p = 0,005). Der Glasionomerzement hatte von allen Materialien den niedrigsten Transluzenzparameter, deutlich niedriger als A2 (gleicher Farbton) (p = 0,004) und A3 (p < 0,001) des fließfähigen Harzkomposits und A3 des Körperharzkomposits (S = 0,012). Das Muster, das sich aus diesen Beobachtungen ergibt, ist, dass die Art des Materials den Transluzenzparameter erheblich beeinflussen kann, während der Farbton keinen signifikanten Einfluss hat.

Der Transluzenzparameter jedes Farbtons verschiedener Arten von Restaurationsmaterialien. *Zeigt einen signifikanten Unterschied an (p < 0,05).

Nachdem die drei Farben (A1, A2 und A3) von fünf Arten (Schmelz, Körper, Dentin, fließfähig und Bulk-Fill) aus Kunststoffkomposit und A2 herkömmlicher Glasionomerzement in die Vertiefungen der A2-Glaskeramikblöcke gegeben und einer Temperatur ausgesetzt wurden Durch die Übergänge von umgerechnet 5 Jahren kam es bei allen Materialien zu Farbveränderungen.

Veränderungen in der Helligkeit der Restaurationsmaterialien und der Keramik über 5 Jahre sind in Tabelle 3 dargestellt. Die Helligkeit der Keramik nahm in den ersten 3 Jahren deutlich ab (p < 0,05). Danach erholte sich die Keramikhelligkeit und war wieder mit der ursprünglichen Messung vergleichbar (p = 0,775). Auch die Helligkeit aller Restaurationsmaterialien nahm mit der Zeit im Vergleich zur ursprünglichen Messung ab. Obwohl am Tag 0 die A1- und A2-Farben von Schmelz, Dentin und Bulk-Fill-Kunststoffkomposit mit einer Helligkeit begannen, die deutlich über der von Keramik lag, unterschied sich ihre Helligkeit nach einem Jahr nicht mehr wesentlich von der der Keramik. Danach behielten Schmelz und Bulk-Fill-Harzkomposit bis zur Fünf-Jahres-Marke eine mit Keramik vergleichbare Helligkeit bei, während die Helligkeit des Dentin-Harzkomposits nur vier Jahre lang mit Keramik vergleichbar blieb.

Veränderungen in der Rötung der Restaurationsmaterialien und der Keramik sind in Tabelle 4 dargestellt. Die Rötung der Keramik veränderte sich über 5 Jahre hinweg nicht wesentlich. Die anfängliche Rötung der Keramik war deutlich geringer (mehr grün) als bei allen Arten von Restaurationsmaterialien, selbst bei denen mit dem gleichen Farbton. Bei allen Restaurationsmaterialien mit Ausnahme des Dentinharzkomposits nahm im Vergleich zur ursprünglichen Messung auch die Rötung ab. Der Dentin-Harz-Verbund veränderte sich in die entgegengesetzte Richtung und nahm an Rötung zu.

Änderungen im Gelbton der Restaurationsmaterialien und der Keramik sind in Tabelle 5 dargestellt. Der Gelbton der Keramik nahm nach 2 Jahren deutlich zu (p = 0,001) und nahm danach weiter zu. Die Gelbfärbung der Restaurationsmaterialien schwankte im Laufe der 5 Jahre. Bei den meisten Materialien im Farbton A1 nahm jedoch der Gelbstich zu, während bei den Farbtönen A2 und A3 abnahm, mit Ausnahme des Gelbstichs aller drei Farbtöne des fließfähigen Harzkomposits, der zunahm. Im Vergleich zur Keramik hatten die meisten Restaurationsmaterialien anfangs einen höheren Gelbstich. Nach 2 Jahren waren die Gelbtöne der Keramik und aller Restaurationsmaterialien nicht signifikant unterschiedlich. Danach hatte der Großteil der Restaurationsmaterialien wieder einen höheren Gelbwert als die Keramik.

Die spezifischen Farbeigenschaften der Keramik zu verschiedenen Zeitpunkten wurden im vorherigen Abschnitt dargestellt. Tabelle 6 zeigt den resultierenden ∆E der Keramik über die 5 Jahre. Der ∆E der Keramik nahm mit der Zeit kontinuierlich zu. Nach zwei Jahren unterschied sich die Farbe der Keramik deutlich von ihrer ursprünglichen Farbe (p < 0,001) und die Farbe der Keramik veränderte sich im Laufe der fünf Jahre dieser Studie weiter.

Es ist klar, dass es bei allen Arten von Restaurationsmaterialien sowie in der angrenzenden Keramik zu Veränderungen der Farbeigenschaften kommt. Der Chamäleoneffekt bezieht sich auf Unterschiede in der Farbwahrnehmung einer Substanz, abhängig von der Umgebung. Um den Chamäleoneffekt zu untersuchen, untersuchte diese Studie den ∆E zwischen den Restaurationsmaterialien und der angrenzenden Keramikumgebung. Die Ergebnisse sind in Abb. 3 dargestellt.

Der ∆E zwischen jedem Restaurationsmaterial und der angrenzenden Keramik über 5 Jahre. *Zeigt einen signifikanten Unterschied im Vergleich zu Tag 0 an (p < 0,05).

Ein Großteil der Restaurationsmaterialien und der angrenzenden Keramik zeigten nach 1, 2 und 3 Jahren einen niedrigeren ∆E als ihr anfänglicher ∆E. Ausnahmen bildeten alle Farben des Bulk-Fill-Komposits und die A2-Farbe des fließfähigen Komposits. Im Vergleich zu den anfänglichen Messwerten wies der Körperharzkomposit A2 nach 1 Jahr und 2 Jahren einen deutlich niedrigeren ∆E auf (p = 0,03 bzw. 0,12), während A3 nach 1, 2 und 3 Jahren einen deutlich niedrigeren ∆E aufwies Punkte (p < 0,001, p = 0,02 bzw. p = 0,03). Der ∆E des A1-Körperharzkomposits nahm nach einem Jahr ebenfalls ab, allerdings nur unwesentlich (p = 0,357). Der ∆E aller drei Farben des Dentinharzkomposits sowie des Glasionomerzements nahm im Vergleich zur ersten Messung nach 1, 2 und 3 Jahren signifikant ab (p < 0,05). Der ∆E der fließfähigen Harzkomposite A1 und A3 verringerte sich nach 1, 2 und 3 Jahren nur unwesentlich (p > 0,05) im Vergleich zu ihrem anfänglichen ∆E. Der ∆E des fließfähigen A2-Harzkomposits und aller Farben des Bulk-Fill-Harzkomposits stieg an allen Kontrollpunkten (Jahre 1–5) im Vergleich zum anfänglichen ∆E unbedeutend an.

Jedes Material hat seinen eigenen messbaren Grad an Transluzenz. Andererseits wäre es ziemlich schwierig, den Chamäleoneffekt als Konzept der Wahrnehmung durch das menschliche Auge direkt zu messen. Stattdessen untersucht diese Studie die zugrunde liegenden definierbaren Farbeigenschaften der beiden verglichenen Materialien, um herauszufinden, was für die menschliche Wahrnehmung verantwortlich sein könnte. Der ∆E zwischen jedem Restaurationsmaterial und der Umgebung (der Keramik) wird hier verwendet, um die Unterschiede im Aussehen darzustellen, die während des Chamäleoneffekts wahrgenommen würden, und um so den Zusammenhang zwischen Transluzenz und dem Chamäleoneffekt zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass Transluzenz und ∆E in einer umgekehrten Beziehung stehen, mit ∆E = − 52,003 + (1802,608/TP) und r = 0,6804. Mit zunehmender Transluzenz nimmt ∆E ab. Eine Abnahme von ∆E wiederum entspricht einer Zunahme des Chamäleoneffekts. Daher haben hochtransluzente Materialien einen hohen Chamäleoneffekt.

Transluzenz ist eine physikalische Eigenschaft zwischen Opazität und Transparenz. Durch Transparenz kann Licht ohne Streuung durch ein Material dringen. Dies geschieht bei Materialien mit einem einheitlichen Brechungsindex. Im Gegensatz dazu lässt ein durchscheinendes Material nur eine begrenzte Menge Licht durch seine Struktur und es kommt zu einer gewissen internen Streuung. Ein durchscheinendes Material besteht aus Komponenten mit unterschiedlichen Brechungsindizes25. Der Brechungsindex jeder Komponente in einem Material beeinflusst die Richtung des Lichts. Die Hauptbestandteile von Harzkompositen sind eine Harzmatrix und anorganische Füllstoffe. Wenn beide Komponenten ähnliche Brechungsindizes haben, kommt es zu einer leichten Lichtstreuung und demzufolge weist das Harzkomposit eine hohe Transluzenz auf26. Andererseits führt die Ungleichheit der Brechungsindizes der Harzmatrix und der Füllstoffe aufgrund der Brechung und Reflexion des Lichts an den Grenzflächen zwischen Matrix und Füllstoff zu einer geringen Transluzenz27. Die Anzahl und Partikelgröße der Füllstoffe stehen im Allgemeinen in einem umgekehrten Verhältnis zur Transluzenz von Materialien28. In dieser Studie enthalten die Harze des konventionellen und fließfähigen Harzkomposits die gleichen Monomere: Bis-GMA, UDMA, TEGDMA und Bis-EMA. Die Brechungsindizes dieser Monomere liegen im Bereich von 1,49–1,5629. Die konventionellen und fließfähigen Harzkomposite haben auch die gleichen Füllstoffe: nicht aggregiertes Siliziumoxid (Brechungsindex 1,47), Zirkonoxid (Brechungsindex 2,15)30 und aggregierte Siliziumoxid-Zirkonoxid-Cluster. Allerdings weist der fließfähige Harzverbundwerkstoff größere Silikatpartikel auf (75 nm im Vergleich zu 20 nm beim herkömmlichen Harzverbundwerkstoff) und eine geringere Gesamtmenge an Füllstoffen (65 Gew.-% oder 55 Vol.-% im Vergleich zu 78,5 Gew.-% oder 63,3 Vol.-%). Volumen für herkömmliches Kunstharzkomposit). Obwohl die Größe der Silica-Partikel im fließfähigen Harzkomposit größer ist als die im herkömmlichen Harzkomposit, sind sie immer noch kleiner als die Wellenlänge des aushärtenden Lichts. Aus diesem Grund wird die Lichtdurchlässigkeit des Materials stärker von der Gesamtmenge der Füllstoffe als von der Partikelgröße beeinflusst. Das Bulk-Fill-Harzkomposit enthält alle drei zuvor genannten Füllstoffe sowie Ytterbiumtrifluorid, das eine hohe Transluzenz aufweist. Sein Brechungsindex beträgt 1,53, was dem von Harzmonomer (1,49–1,56) und harzgefülltem Zahnschmelz (1,52) sehr nahe kommt29. Da der Brechungsindex des Ytterbiumtrifluorids so nahe an dem der Harzmatrix liegt, kommt es zu einer geringeren Streuung des Härtungslichts und einer höheren Penetration in den Bulk-Fill-Harzkomposit.

Wie bereits erwähnt, wurden die harzgefüllten Keramikblöcke in dieser Studie einem In-vivo-Äquivalent von 5 Jahren lang thermozyklisch ausgesetzt. Auch die Wasseraufnahme und Löslichkeit von Materialien sind wichtige Eigenschaften, die sich auf den klinischen Einsatz auswirken. Die in dieser Studie verwendeten nanogefüllten Harzverbundwerkstoffe weisen eine höhere Wasseraufnahme auf als andere mikrogefüllte oder mikrohybride Harzverbundwerkstoffe, weisen jedoch eine geringere Löslichkeit auf31,32. Die Oberflächenrauheit dieser Harzverbundstoffe unterscheidet sich nicht von anderen Produkten, die aus denselben Materialtypen hergestellt werden, beispielsweise herkömmlichen nanogefüllten, Bulk-Fill- oder fließfähigen Harzverbundwerkstoffen. Herkömmliche nanogefüllte Harzkomposite haben jedoch im Vergleich zu großgefüllten Harzkompositen eine rauere Oberfläche33. Dies könnte dazu führen, dass herkömmliche nanogefüllte Harzkomposite leichter verfärben.

Es gibt zwei Möglichkeiten, die Transluzenz von Materialien zu bewerten: absolute Transluzenz und relative Transluzenz. Die absolute Transluzenz misst direkt die Lichtdurchlässigkeit, während die relative Transluzenz aus dem Reflexionsgrad des Materials berechnet wird19,34. Zur Messung der relativen Transluzenz gibt es wiederum zwei Techniken: das Kontrastverhältnis (CR) und den Transluzenzparameter (TP). Der CR vergleicht den Reflexionsgrad des Materials auf einem schwarzen Hintergrund mit dem Reflexionsgrad auf einem weißen Hintergrund. Der TP wird aus dem Farbunterschied des Materials, der im CIE-Protokoll gemessen wird, auf einem schwarzen gegenüber einem weißen Hintergrund berechnet20. In dieser Studie wurde die TP-Technik ausgewählt, da diese Technik in Bezug auf die visuelle Wahrnehmung des Menschen entwickelt wurde34. Diese Technik ähnelt eher der klinischen Situation.

Bei jeder Art von Restaurierungsmaterial nahm die Transluzenz nur unwesentlich zu, wenn das Chroma zunahm. Diese Ergebnisse standen im Gegensatz zu einer früheren Studie35. Auch wenn die Unterschiede in der Transluzenz verschiedener Chromas keine statistische Signifikanz erreichten, ist es möglich, dass das Chroma in dieser Studie dennoch einige Auswirkungen auf die Transluzenz hat, ohne die Schwelle für statistische Signifikanz zu überschreiten.

Auch die Oberflächeneigenschaften von Proben haben Einfluss auf das Lichtverhalten. Die Oberflächenveredelung von Restaurationsmaterialien hat einen mechanischen Einfluss auf die Lichtstreuung und beeinflusst daher auch die Transluzenz der Materialien36,37. Aus diesem Grund wurde der Glasträger während der Polymerisation angebracht. Durch die Kontrolle der Proben auf diese Weise entstehen konsistente, gleichmäßig glatte Oberflächen. Natürlich beeinflussen auch die Untergrundeigenschaften eines aufgetragenen Materials dessen Transluzenz. Die schichtweise Anwendung von Harzkomposit verringert die geradlinige Lichtdurchlässigkeit im Vergleich zur Massenfüllung38. Die Tiefe der Keramikvertiefungen wurde daher auf 2 mm festgelegt, um eine vollständige Aushärtung der als Bulk-Fill aufgetragenen Harzkomposite zu ermöglichen und die durch Schichten entstehenden Übergänge zu verhindern. Früher wurde festgestellt, dass der Lichtdurchlässigkeitskoeffizient abnimmt, wenn der Zahnschmelz dehydriert. Wenn der Zahnschmelz dann rehydriert wird und Wasser wieder mit dem Zahnschmelzprisma in Kontakt kommt, steigt der Transmissionskoeffizient des Lichts wieder an39. Um eine solche Austrocknung zu vermeiden, wurde nach dem Ablassen der Proben in dieser Studie aus der Thermocycling-Maschine kurz ein Papiertuch verwendet, um nur überschüssiges Wasser zu entfernen, bevor die Proben auf Farbe getestet wurden.

Diese Studie ahmt die klinische Situation einer Zahnfüllung nach, indem Keramik anstelle eines natürlichen Zahns verwendet wird. Natürliche menschliche Zähne variieren stark in der Farbe, und auch verschiedene Teile eines Zahns haben unterschiedliche Farben. Daher wurden Keramikblöcke verwendet, um Inkonsistenzen aufgrund unkontrollierbarer Faktoren zu beseitigen, was ebenfalls eine Einschränkung dieser Studie darstellte. Die für diese Studie ausgewählten Keramikblöcke bestehen aus hochtransluzenter (HT) zirkonoxidverstärkter Lithium-Disilikat-Keramik mit einem Zusatz von 10 % transluzentem Zirkonoxid. Dieses Material soll natürlichen Zahnschmelz und Dentin darstellen. In einer Studie aus dem Jahr 2014 wurden die optischen Eigenschaften verschiedener Keramiken untersucht. Es wurde festgestellt, dass hochtransluzente Lithium-Disilikat-Keramik einen Transluzenzparameter aufweist, der dem von natürlichem Zahnschmelz am nächsten kommt40.

Als in dieser Studie die Farbstabilität von Restaurationsmaterialien und Keramik untersucht wurde, die einer Belastung von fünf Jahren ausgesetzt waren, nahm die Helligkeit beider Materialien nach einem Jahr deutlich ab und ihr Gelbton nahm nach zwei Jahren zu, während es keine signifikante Veränderung in der Rötung gab die Keramik. Obwohl es in den ersten zwei Jahren statistische Unterschiede in Helligkeit und Gelb der Keramik gab, betrug der ∆E der Keramik nach zwei Jahren im Vergleich zu Tag 0 1,34, was ein Unterschied ist, den nur erfahrene Beobachter und allgemeine Beobachter bemerken können kann nicht. Nach 5 Jahren betrug der ∆E 2,58, ein Unterschied, den selbst unerfahrene Beobachter erkennen können. Frühere Untersuchungen haben ergeben, dass selbst unerfahrene Beobachter den Unterschied erkennen können, wenn ∆E zwischen 2 und 3,5 liegt41,42,43. Bisher gab es nur wenige Studien zur Farbstabilität von Keramik, bei denen keine externen Verfärbungsfaktoren wie Lebensmittel und Tabak berücksichtigt wurden. Eine Studie aus dem Jahr 2017 untersuchte die Farbveränderungen von polierter oder glasierter Glaskeramik nach einer Temperaturbelastung von nur 10 Tagen normaler Nutzung. Diese Studie ergab, dass die Veränderungen in allen drei Dimensionen nur unbedeutend waren: verringerte Helligkeit und Gelbfärbung und erhöhte Rötung44. Diese Veränderungen unterschieden sich von der aktuellen Studie, die einen viel längeren Thermozyklierungszeitraum aufweist, wo die Farbveränderungen im Harzkomposit und Glasionomerzement deutlicher und deutlicher waren als die Veränderungen in der Keramik der Studie von 2017. Der ∆E jeder Gruppe war nach einem Jahr im Vergleich zum Tag 0 größer als 3,5 (Daten nicht gezeigt). Dies weist darauf hin, dass der in der aktuellen Studie beobachtete Chamäleoneffekt auf die Restaurationsmaterialien und nicht auf die Keramik zurückzuführen ist.

Durchscheinende Restaurationsmaterialien können die darunter liegende Zahnstruktur durchscheinen lassen und auch die umgebende Zahnstruktur widerspiegeln. Beide Phänomene können zu Farbveränderungen bei Restaurationen führen. In dieser Studie können die fließfähigen, Schmelz- und Körperharzkomposite als hochtransluzente Materialien klassifiziert werden (ohne statistischen Unterschied in der Transluzenz zwischen ihnen), während die Dentin- und Bulk-Fill-Harzkomposite sowie der Glasionomerzement klassifiziert werden können als Materialien mit geringer Lichtdurchlässigkeit.

Die Ergebnisse dieser Studie zeigen erhebliche Variation und Komplexität. Allerdings gibt es ein erkennbares Muster, nach dem die Materialien mit der besten Farbmischungsleistung in zwei Gruppen eingeteilt werden können: Materialien, die eine sofortige Farbmischung erzeugten, also am Tag 0, und Materialien, die eine verzögerte Farbmischung erzeugten, also zu einem bestimmten Zeitpunkt später als Tag 0.

Bei acht Proben wurde eindeutig eine sofortige Farbvermischung (d. h. ein niedriger ∆E-Wert am Tag 0) festgestellt: bei allen drei Farbtönen des Schmelzharzkomposits, bei den Farbtönen A1 und A2 des fließfähigen Harzkomposits und bei allen drei Farbtönen der Massenfüllung Harzverbundwerkstoff. Farbton A2 des Bulk-Fill-Harzkomposits wies von allen Materialien in der Studie die ausgeprägteste sofortige Farbverschmelzung (∆E = 1,24) auf. Es ist interessant, dass es sich bei drei dieser acht Proben mit der deutlichsten unmittelbaren Farbvermischung um Bulk-Fill-Harzkomposit handelt, obwohl alle drei Bulk-Fill-Farbtöne in der Gruppe mit geringer Transluzenz liegen. Da Bulk-Fill-Harzkomposit in dieser Studie das einzige Material mit dem speziellen zugesetzten Füllstoff Ytterbiumtrifluorid ist, dessen Brechungsindex dem der Harzmatrix entspricht, um die Lichtdurchdringung während der Aushärtung zu erhöhen und dadurch die Bulk-Fill-Technik zu erleichtern. Es ist möglich, dass der Grad der Ähnlichkeit zwischen den Brechungsindizes der verschiedenen Komponenten jedes Materials einen größeren Einfluss auf das Potenzial dieses Materials zur Farbmischung (den Chamäleoneffekt) hat als die Lichtdurchlässigkeit des Materials selbst. Um dies zu untersuchen, wären weitere Studien notwendig.

Es ist bemerkenswert, dass, mit der ungewöhnlichen Ausnahme des gerade erwähnten Bulk-Fill-Harzkomposits, alle anderen Mitglieder dieser Sofortmischungsgruppe hochtransluzente Materialien sind. Im Gegensatz dazu zeigten die Materialien mit geringer Transluzenz, bei denen es sich nicht um Bulk-Fill-Harzkomposite handelte, eine geringe sofortige Vermischung. Die Transluzenz von Materialien, die in Hohlräume aufgetragen werden, wirkt sich somit direkt auf die sofortige Farbmischung aus.

Zu den zwölf Materialien, die zu einer verzögerten Farbvermischung führten, gehörten alle drei Farbtöne aller drei Arten von konventionellem Kunstharzkomposit, die Farben A1 und A3 von fließfähigem Kunstharzkomposit und der Glasionomerzement. Diese Materialien mit verzögerter Mischung verbesserten ihren ∆E für einige Zeit nach Tag 0, wobei die Wirkung 2 bis 5 Jahre anhielt. Der verzögerte Chamäleoneffekt war bei den wenig transluzenten Materialien deutlich ausgeprägt, mit Ausnahme des Bulk-Fill-Harzkomposits. Dies könnte daran liegen, dass das Bulk-Fill-Harz eine so ausgeprägte Sofortmischung aufweist, dass das Material diesen Grad der Farbmischung im Nachhinein nicht aufrechterhalten oder verbessern kann. Einige der Materialien in dieser Gruppe mit verzögerter Mischung verloren diesen Effekt in den letzten Jahren der Beobachtung.

Interessanterweise schließen sich die unmittelbare Mischgruppe und die verzögerte Mischgruppe nicht gegenseitig aus. Es gibt vier Crossover-Materialien, die sowohl eine gute sofortige als auch eine gute verzögerte Mischung bewirken. Die vier Crossover-Materialien sind: die drei Farbtöne des Schmelzharzkomposits und der A1-Farbton des fließfähigen Kunstharzkomposits. Die Auswahl von Restaurationsmaterialien aus diesen vier Crossovers dürfte kurz- und langfristig die zufriedenstellendsten Ergebnisse liefern. Wenn dies nicht möglich ist, sind auch andere Materialien aus der unmittelbaren Mischungsgruppe eine gute Wahl.

Der Chamäleoneffekt jedes Materialtyps und jeder Materialfarbe, der hier durch Messung des Delta E zwischen Keramik- und Restaurierungsmaterialien untersucht wird, kann für klinische Anwendungen berücksichtigt werden, die nicht nur Zahnrestaurationen, sondern auch Keramikreparaturen umfassen. Kunstharzkomposit ist das am häufigsten zur Reparatur gebrochener Keramikrestaurationen verwendete Material und bildet eine hervorragende chemische Verbindung zur Glaskeramik. Da in dieser Studie Glaskeramik verwendet wurde, um natürlichen Zahnschmelz in standardisierter Form darzustellen, sind die Ergebnisse dieser Studie neben Zahnfüllungen sicherlich auch für Keramikreparaturen relevant.

Die Transluzenz der hier untersuchten Materialien korrelierte zu 68 % umgekehrt mit ihren ∆E-Werten, und ∆E ist umgekehrt proportional zum Chamäleoneffekt. Daher stand die Lichtdurchlässigkeit von Materialien in direktem Zusammenhang mit dem Chamäleoneffekt. Der Chamäleoneffekt trat am häufigsten und am deutlichsten in den ersten 3 Jahren auf. Danach nahm der Farbunterschied allmählich zu.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel enthalten.

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Diese Studie wurde durch ein großzügiges Stipendium der Naresuan University, Thailand, ermöglicht. Die redaktionelle Unterstützung wurde freundlicherweise von Herrn Paul Freund von der Naresuan University Writing Clinic (DIALD) geleistet.

Abteilung für Oralbiologie, Naresuan-Universität, Phitsanulok, Thailand

Tanaporn Vattanaseangsiri, Areeyabhorn Khawpongampai & Pornpitcha Sittipholvanichkul

Abteilung für restaurative Zahnheilkunde, Naresuan-Universität, Phitsanulok, Thailand

Machte Porno-Süßigkeiten und Maisfreiheit

Abteilung für medizinische Dienste, Ministerium für öffentliche Gesundheit, Nonthaburi, Thailand

Sumana Posritong

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Korrespondenz mit Kornchanok Wayakanon.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Vattanaseangsiri, T., Khawpongampai, A., Sittipholvanichkul, P. et al. Einfluss der Transluzenz des Restaurationsmaterials auf den Chamäleoneffekt. Sci Rep 12, 8871 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-12983-y

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Eingegangen: 17. März 2022

Angenommen: 18. Mai 2022

Veröffentlicht: 25. Mai 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-12983-y

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