Allgemeine Eigenschaften, Verwendung und Pathophysiologie der Elemente Nickel, Chrom, Kobalt und Molybdän und die potentiellen Gefahren bei deren Verwendung in der Zahnmedizin

Abstract

Einleitung: Für zahnmedizinische Restaurationen und Apparaturen werden heute vermehrt edelmetallreduzierte und Nichtedelmetalllegierungen mit Nickel, Chrom, Kobalt und/oder Molybdän verwendet. Besonders in der Kieferorthopädie ist deren Biokompatibilität von Interesse, da sie lange in situ verbleiben und durch Korrosionsprozesse eventuell systemisch oder lokal schädigende Metallionen freigesetzt werden. Daher sollte eine umfassende Literaturübersicht zum Kenntnisstand über die Eigenschaften der Metalle im Kontext der Zahnmedizin sowie eine Auswertung von relevanten Studien zu den Risiken nickel-, chrom-, kobalt- und molybdänhaltiger Materialien vorgenommen werden. Methodik: Es wurde eine systematische Literaturrecherche und -auswertung wissenschaftlicher Publikationen zu den Elementen Nickel, Chrom, Kobalt und Molybdän durchgeführt. Im einleitenden Teil wurden die Prinzipien der Biokompatibilität, Allergie, Toxizität, Korrosion sowie der Aufnahme, Resorption und Verteilung der Metalle im Organismus dargestellt. Im Ergebnisteil wurde für jedes der vier untersuchten Elemente die Literatur zu Vorkommen, Eigenschaften und Verwendung sowie zu dessen physiologischer und pathologischer Bedeutung umfassend ausgewertet. Darüber hinaus wurde eine deskriptive Auswertung von In vitro- und In vivo-Studien zur Metallfreisetzung aus festsitzenden kieferorthopädischen Geräten und zur Zytotoxizität beziehungsweise Genotoxizität der Metallionen vorgenommen. Ergebnisse: Die Studienlage zu einer potenziellen Gesundheitsgefährdung durch Nickel, Chrom, Kobalt und Molybdän in zahnmedizinischen Apparaturen ist – besonders für Kobalt und Molybdän – sehr unvollständig. Insgesamt sind die bis dato publizierten Studien zur Metallfreisetzung und Zytotoxizität/Genotoxizität aufgrund einer Vielzahl unterschiedlicher Designs, Endpunkte und Testmethoden nicht oder nur sehr eingeschränkt miteinander vergleichbar. Es ist unbestritten, dass aus Restaurationen und Apparaturen im Zeitverlauf Metallionen freigesetzt werden. Eine Reihe Studien stellte fest, dass die Metallfreisetzung in der ersten Woche nach dem Einsetzen festsitzender Apparaturen besonders hoch ist und danach reduziert wird. Andere Autoren konnten dies nicht bestätigen und beobachteten auch nach einer jahrelangen Tragedauer noch Metallfreisetzungen, besonders aus rostfreiem Stahl. Die Menge dieser Ionen scheint jedoch zu gering zu sein, um systemisch toxisch zu wirken. Versuche zum Nachweis eines Einflusses der Metallionen auf die Lebensfähigkeit von oralen Mukosazellen oder auf permanente DNA-Schädigungen lieferten widersprüchliche Ergebnisse. Die sehr häufig zu beobachtende Nickelallergie scheint durch in Dentallegierungen enthaltenes Nickel nicht ausgelöst zu werden. Eine allergische Reaktion bei gegenüber Nickel bereits sensibilisierten Patienten ist jedoch nicht vollständig auszuschließen. Für Chrom, Kobalt und Molybdän ergeben sich keine eindeutigen Hinweise auf ein Allergierisiko. Schlussfolgerungen: Eine systemische Schadwirkung der Elemente Nickel, Chrom, Kobalt und Molybdän kann nicht mit völliger Sicherheit ausgeschlossen werden. Jedoch ergibt sich keine wissenschaftliche Evidenz für eine Gesundheitsgefährdung bei Verwendung dieser Elemente in kieferorthopädischen Apparaturen. Ein erhöhtes Allergierisiko kann für solche Patienten bestehen, die bereits gegenüber Nickel sensibilisiert sind.

Abstract General properties, usage and pathophysiology of the elements nickel, chromium, cobalt and molybdenum and the potential risks by their usage in dentistry Introduction: Nowadays, low and non precious metal alloys with nickel, chromium, cobalt and/or molybdenum are frequently used for dental restorations and appliances. Their biocompatibility is of special concern in orthodontics because they remain in situ for a long time and may release potentially local and systemic damaging metal ions by corrosion. Hence, the object of this comprehensive literature review was the present state of knowledge about the metals’ properties in the context of dentistry as well as an analysis of relevant studies on the risks of nickel, chromium, cobalt and molybdenum containing dental materials. Methods: The literature was searched systematically for scientific publications on the elements nickel, chrom, cobalt and molybdenum. The introducing part of the analysis described the principles of biocompatibility, allergy, toxicity and corrosion as well as the metal resorption and distribution in the organism. In the results section the literature on occurrence, properties and usage of the four metals and their physiologic and pathologic significance was analysed. Additionally in vitro- and in vivo-studies on the release of metal ions from fixed orthodontic appliances and on the cytotoxicity and genotoxicity of metal ions were evaluated descriptively. Results: Current data to potential adverse health effects of nickel, chromium, cobalt and molybdenum in dental appliances are inadequate. A comparison of the published studies on metal ion release and cytoxicity/genotoxicity is limited or impossible due to different designs, endpoints and test methods. There is general agreement that restorations and appliances release metal ions over time. Some studies state that the ion release is high in the first week following the insertion of fixed appliances and decreases thereafter. In contrast, other studies observe metal ion release after years of wearing, especially in orthodontic appliances made of stainless steel. However, in total the quantity of ions may be too low to cause systemic toxic effects. Trials to confirm an influence of metal ions on the viability of oral mucosal cells or on persistent DNA damage provided conflicted results. Nickel containing dental alloys may not cause the widespread nickel allergy, but there may be allergic reactions in nickel sensitized patients. There may be no immanent allergy risk for chromium, cobalt and molybdenum.

Conclusions: Systemic harmful effects of nickel, chromium, cobalt and molybdenum cannot be ruled out completely. But there is no scientific evidence for adverse health effects by the usage of these elements in orthodontic appliances. There may be an increased allergy risk for nickel sensitised patients.