Wärmeentwicklung bei autologen Knochenentnahme-Bohrern: eine In-vitro-Studie

Warum heißere Bohrer im Praxisalltag wichtig sind

Wenn Zahnärzte Implantate setzen oder verlorenen Kieferknochen wiederaufbauen, verwenden sie häufig körpereigenen Knochen, indem sie sanft bohren und winzige Knochenpartikel sammeln. Das klingt einfach, birgt aber ein verstecktes Risiko: Durch das Bohren kann Knochen überhitzen, Zellen absterben und damit die Heilung eines Implantats beeinträchtigt werden. Diese Studie untersuchte, wie viel Wärme diese speziellen Knochenentnahmebohrer erzeugen, wie Bohrparameter und Verschleiß die Temperaturen beeinflussen und welche Bedeutung das für eine sichere Behandlung hat.

Knochenpartikel als natürliches Baumaterial

Operateure nutzen gern den eigenen Knochen als natürliches Transplantatmaterial, weil er lebende Zellen und Wachstumsfaktoren enthält, die neues Knochenwachstum fördern. Eine Möglichkeit, dieses Material zu gewinnen, ist ein hohler Bohrer, der beim Schneiden Partikel in seinem Inneren sammelt. Anders als normale Bohrer, die Späne aus dem Bohrloch transportieren und Wärme abführen, fangen Sammelbohrer die heißen Fragmente ein. Zugleich leitet Knochen Wärme schlecht, sodass sich Wärme sammeln und Gewebe schädigen kann. Wird Knochen auch nur kurz hohen Temperaturen ausgesetzt, können Teile davon absterben, was die Heilung verlangsamt oder die Verbindung zu einem Implantat schwächt, das in diesem Bereich platziert wird.

Aufbau eines kontrollierten Labormodells fürs Bohren

Um sicher zu testen, wie viel Wärme diese Bohrer erzeugen, arbeiteten die Forscher mit frischen Schweinerippen, die sich ähnlich wie menschlicher Kieferknochen verhalten. Sie nutzten einen eigens gebauten Bohrtisch, der ein chirurgisches Handstück mit einer präzise kontrollierten Kraft senkrecht nach unten presste und so menschliche Variabilität ausschloss. Getestet wurde ein kommerzieller Knochen-Sammelbohrer bei vier Drehzahlen (300, 600, 1200 und 2000 Umdrehungen pro Minute) und drei Vorschubkräften bzw. Axiallasten (15, 20 und 25 Newton). Kleine Temperatursensoren wurden nur einen halben Millimeter vom Bohrloch entfernt platziert, um Temperaturänderungen im Knochen zu verfolgen, während ein berührungsloses Infrarot-Thermometer die Temperatur der im Bohrer eingeschlossenen Knochenpartikel maß. Alle Bohrungen erfolgten mit reichlicher Kühlflüssigkeit, wie sie auch in sorgfältiger klinischer Praxis verwendet wird.

Wie heiß Knochen und Partikel tatsächlich wurden

Zentrale Frage war, ob das Bohren die Knochentemperatur in einen Gefahrenbereich hebt. In diesem Modell galt ein Anstieg von mehr als etwa 10 Grad Celsius als riskant für die Knochenzellgesundheit. Bei den getesteten Kombinationen blieben die Temperaturanstiege in den gesammelten Knochenpartikeln stets unter 5 Grad – eine beruhigende Nachricht für die Qualität des Transplantatmaterials selbst. Der umgebende Spenderknochen zeigte größere Anstiege, doch die meisten Einstellungen blieben unter der 10-Grad-Grenze. Die heißeste Bedingung erreichte einen mittleren Anstieg von knapp über 10 Grad bei 1200 Umdrehungen pro Minute und der höchsten Vorschubkraft. Im Gegensatz dazu hielten moderate 20 Newton die Temperaturerhöhungen im Knochen bei allen Drehzahlen ungefähr zwischen 3 und 5 Grad, und Bohren bei 600 Umdrehungen pro Minute blieb unabhängig von der Kraft unter der Gefährdungsschwelle.

Wenn Geschwindigkeit, Druck und Verschleiß riskant werden

Die Studie betrachtete außerdem die Bohrzeit und den Verschleiß der Bohrer. Höhere Drehzahlen, insbesondere 2000 U/min, schnitten sehr schnell und dauerten häufig weniger als zwei Sekunden, während langsamere Kombinationen mehr als sechs Sekunden benötigen konnten. Mikroskopische Aufnahmen zeigten nur leichte Kantenschäden nach zehn Einsätzen, nach dreißig Einsätzen waren jedoch deutliches Abrunden und Absplitterungen zu sehen, einige Bohrspitzen begannen zu reißen. Diese verschlissenen Bohrer wurden heißer und langsamer: Die mittleren Temperaturanstiege im Knochen mehr als verdoppelten sich und die Schneidzeiten nahezu ebenfalls. Obwohl die Knochenpartikel selbst weiterhin unter einem Anstieg von 5 Grad blieben, näherte sich der umgebende Spenderknochen häufiger oder überschritt die Gefahrenzone, wodurch das Risiko wärmebedingter Schäden bei einem realen Patienten stieg.

Übertragbarkeit der Ergebnisse in die zahnärztliche Praxis

Für Zahnärzte und Mundchirurgen ist die Botschaft praktisch und klar. Knochen-Sammelbohrer können unter gut gewählten Parametern und mit ausreichender Kühlung sicher nützliches Transplantatmaterial gewinnen. In dieser Studie erwiesen sich als sicherste Kombinationen eine Vorschubkraft um 20 Newton – unabhängig von der Drehzahl – oder 600 Umdrehungen pro Minute bei beliebiger getesteter Kraft; diese Bedingungen hielten die Knochenüberhitzung unter einem schädlichen Bereich. Bohrer sollten jedoch nicht über etwa 30 Einsätze hinaus belastet werden, da starker Verschleiß zu mehr Reibung, höheren Knochentemperaturen und längeren Bohrzeiten führt, selbst wenn die Knochenpartikel relativ kühl bleiben. Regelmäßige Sichtkontrollen der Bohrspitze und rechtzeitiger Austausch können daher helfen, die Knochengesundheit zu schützen und die Chancen auf starke, langlebige Implantate zu verbessern.

Zitation: Jáni, F., Köhler, N., Lempel, E. et al. Heat generation of autologous bone harvesting drills: an in vitro study. Sci Rep 16, 5093 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35988-3

Schlüsselwörter: Implantatbohren in der Zahnmedizin, Knochenaugmentation, Bohrerabnutzung, thermische Schädigung, Mundchirurgie