Wie Zähneputzen die Wurzeloberfläche verändert

Im Unterschied zum physiologischen Verschleiß im okklusalen Bereich gilt pathologischer zervikaler Verschleiß als vergleichsweise neues Phänomen, das im Wesentlichen auf erosive Ernährung, zu kräftiges Zähneputzen und die Verwendung abrasiver Zahnpasta zurückzuführen ist. Zunächst kommt es zum Zahnfleischrückgang, anschließend zu Abrasionsläsionen auf der freiliegenden Wurzeloberfläche. Zervikale Abrasionen können sich grundsätzlich an allen Zähnen entwickeln, treten jedoch meist an der Bukkalfläche von Schneidezähnen, Eckzähnen und Prämolaren auf.

Daten zur Entwicklung des Zahnverschleißes in verschiedenen Altersgruppen mit unterschiedlichen mikromorphologischen Merkmalen im Zahnhalsbereich sind rar. Die Aufklärung der Pathobiologie zervikaler Abrasionen mit keilförmigen Defekten sollte an menschlichen Zähnen erfolgen, die von Spendern zur Verfügung gestellt werden. Nach Ethikfreigabe der Universität Witten/Herdecke wurden insgesamt 14 menschliche Zähne (je zwei Frontzähne, ein Eckzahn, zwei Prämolaren und zwei Molaren für zwei Gruppen) nach Altersklassen selektiert und so präpariert, dass sie in einen für einen Putzroboter passenden Zahnkranz eingesetzt werden konnten.

Ziel war es, den Zustand der Zähne zu Beginn und nach simuliertem dreijährigem Putzvorgang mittels analoger Replikas und rasterelektronenmikroskopischer Untersuchung zu dokumentieren. Die Dokumentation sollte auch eine neue Kodifizierung verschleißbedingter morphologischer Merkmale an der Schmelz-Zement-Grenze ermöglichen. Um eine ultrafeine Oberflächendarstellung an Schmelz, Wurzelzement und Zahnhalsdentin zu erreichen, wurde fast ein Jahr Versuchsarbeit investiert.

Für die Programmierung des Putzroboters wurden in einer separaten Untersuchung per Videokontrolle die Bewegungsabläufe beim Zähneputzen von 50 Probanden im Alter von 18 bis 67 Jahren aufgezeichnet. Das war notwendig, weil die Putzzeit – wie im täglichen persönlichen Zähneputzen – keine Aussage zur biomechanischen Putzwirkung zulässt. Die Frequenz der Putzstriche bei einem Individuum und erst recht zwischen den Individuen variiert deutlich von einer Region zur anderen. Die klinische Studie konnte zeigen, dass am einzelnen Zahn pro Fläche 35 bis 45 Putztakte (Strokes) eine reproduzierbare biophysikalische Messgröße sind. Diese objektive und zeitunabhängige Putzwirkung wurde auf alle Roboterprogramme übertragen.

Das Putzprogramm lief mit zwei horizontalen, einer rotierenden und einer vertikalen Putzbewegung an den bukkalen Abrasionsrisiko-Flächen mit einer Kraft von 3,5 N mit einem Sechs-Achsen-Roboter von Kawasaki Robotics (FS 02 N, Kawasaki Robotics, Akashi, Hyogo, Japan). In einer artifiziellen Mundhöhle mit ständiger Zahnpasta-Slurry-Berieselung von Sensodyne Extra Fresh mit 14 ml/min wurden zwei weiche, aber unterschiedliche Zahnbürsten mit starrem versus flexiblem Hals eingesetzt und nach drei simulierten Monaten Putzzeit zusammen mit der Slurry gewechselt – das entsprach 5 h 15 min Roboterzeit. Im Rahmen der simulierten drei Jahre erreichten 95.040 Putztakte jede Zahnoberfläche der geprüften Zähne.

Die 2-D-Darstellung der morphologischen Befunde erfolgte im traditionellen Modus der Rasterelektronenmikroskopie, während die 3-D-Analyse zum Volumenverlust der Zahnputzabrasion mit einem 4-Quadranten-Rückstreu-Elektronen-Detektor gelang. Diese Ergebnisse wurden in Nanolitern gemessen und verglichen. Alle methodischen Details sind im Appendix der AOB-Publikation zusammengefasst.

Um die Ergebnisse an den Strukturen des Zahnhalses darzustellen, wurde ein neues morphologisches, quantitativ erfassendes Kodierungssystem entwickelt, das sowohl die spezifische Region als auch das Funktionsalter des Zahnes berücksichtigt. Die Klassifikation erfolgte in vier Schmelzmustern (funktionelle Abrasionsspuren, Form der Perikymatien, exponierter prismatischer Schmelz, Infraktionen), einem Dentinmuster (eröffnete Dentintubuli) und vier zervikalen Mustern (Zahnstein, Schmelzhalbinseln Zement-überlappend, Spalten zwischen Schmelz und Zement, Schmelzinseln auf der Wurzeloberfläche). Diese Muster in der Ausprägung von Code 1 bis 3 wurden für alle Zähne in einem Katalog erfasst (Appendix), und sie werden hier beispielhaft gezeigt (Abbildung 1).

Völlig neue Einsichten wurden am Schmelz-Zement-Übergang mit der Entdeckung von Schmelz-Halbinseln gewonnen. Sie ragen auf das Zement hinaus, werden von Mikro-Abrasion betroffen, stellen damit ein zusätzliches Abrasionsrisiko dar und können wegen des weicheren Zements unterhöhlt werden, um unter der Halbinsel, wie von einem Dachfirst bedeckt, Zahnstein anzulagern. Elf Halbinseln wurden an den 14 Zähnen festgestellt.

Noch unerwarteter war das Auftauchen von Schmelz-Inseln auf der Wurzeldentinoberfläche. Sie entstehen vermutlich durch versprengte Ameloblasten, die nach der Induktion der Odontoblasten sich „in der Richtung irren“ und fernab der Kronenentwicklung eine pilzförmige Insel entwickeln. Sie sind vollständig von Zement eingehüllt und wurden erst durch unsere kontrollierte, behutsame Mikro-Abrasion während unseres Zähneputzens freigelegt.

Schmelz-Inseln sind offenbar deutlich seltener und erschienen in diesem Untersuchungsgut an fünf von 14 Zähnen, das sind 36 Prozent. Sie betreffen junge Prämolaren, die aus kieferorthopädischer Indikation extrahiert worden waren, aber auch einen Caninus eines 58-Jährigen. Wie häufig sie an Zähnen Erwachsener oder gar an Zähnen älterer Menschen ausgebildet waren, wissen wir nicht, da sie dort im Verlauf der Zeit durch Abrasion bereits verschwunden sein könnten. Schmelz-Halbinseln und -Inseln stellen möglicherweise ein erhöhtes Abrasionsrisiko dar und können klinisch zusätzliche Plaque-Akkumulationsorte sein.

Die quantitative Auswertung ergab einen Volumenverlust von Zement und Dentin zwischen 34 nl und 87 nl als Mittelwerte, wobei die Ausdehnung von 100 bis 1.500 μm apikal der Schmelz-Zement-Verbindung reichte. Verlängert man diesen Volumenverlust aus drei Jahren mit dem Faktor 10 linear auf 30 Jahre Zähneputzen, erscheinen die Verluste von 340 nl und 870 nl durch Mikro-Abrasion moderat. Weiche Bürsten mit gering abrasiver Zahnpasta und flexiblem Bürstenhals wiesen deutlich weniger Volumenverlust als Bürsten mit rigidem Hals auf. Das legt nahe, die Ursachen für tiefe Abrasionsdefekte im Milliliter-Bereich, wie sie klinisch nicht selten zu sehen sind, bei einer falschen Putztechnik und der Verwendung abrasiver Zahnpasten zu verorten.

Die Untersuchung hat zahlreiche, nicht nur für die Grundlagenforschung, sondern auch für die Praxis der Prävention interessante Ergebnisse hervorgebracht:

• Es wurden acht verschiedene durch Zähneputzen entstandene Abrasionsmuster identifiziert und neu kodifiziert.

• Die Mikro-Abrasion legte überhängende Zahnschmelz-Halbinseln und -Inseln an den Wurzeln frei.

• Durch die Mikro-Abrasion wird auch Mikro-Zahnstein in sehr kleinteiligen und versteckten Strukturen entfernt.

• Der Hartsubstanzverlust variiert von Zahn zu Zahn in einem hochkomplexen Gewebe-Composite von Schmelz, Dentin, Zement und Zahnstein, ist altersabhängig, und bei schonendem Zähneputzen liegt der Verlust innerhalb von drei Jahren lediglich im Nanoliter-Bereich.

Ein Methodenpaket mit klinisch validiertem Roboter, validierten Putzprogrammen und einer artifiziellen Mundhöhle mit je einer Zahnreihe zum Vergleich von zwei Zahnbürsten mit starrem oder flexiblem Hals führte nach Simulation von drei Jahren Zähneputzen zu eindeutigen Putzmustern an allen adulten Zahngruppen aller Altersgruppen. Mit identischer Putzkraft in biophysikalisch korrekt gemessenen Putztakten wurden die Eigenschaften der Mikro-Abrasion bestimmt.

Dieser Test zeigt die tatsächliche klinisch relevante Abrasionswirkung am Zahnhals als multifaktorielles Ereignis der Kombination aus Putzbewegung, Putzkraft, Zahnpasta und Zahnbürstendesign. Sie ist kein natürliches Phänomen wie die okklusale und die approximale Abrasion, die bei fast allen bezahnten Land-Vertebrata vorkommt.

Die Mikro-Abrasion kann pathobiologisch betrachtet von endodontischer und periodontischer Bedeutung sein. „Kontrollierter“ Hartsubstanzverlust eröffnet Dentintubuli und führt bei einigen Patienten zu Hypersensibilitäten der betroffenen Zähne und trägt auch zu keilförmigen Defekten bei – das ist die negative Seite. Zahnsteinentfernung auch aus versteckten Nischen, die Glättung von Schmelzkanten und Abrasionsgräben, die Einebnung von keilförmigen Defekten – das ist die positive Seite der Mikro-Abrasion.