Methodologischer Vorschlag zur Bewertung der Haftung von Wurzelkanal-Dichtstoffen an Guttapercha

Zusammenfassung

Ziel: Vergleich der Haftstärke eines auf Epoxidharz basierenden Dichtungsmittels und zweier auf Calcium-Silikat basierender Dichtungsmittel (CSS) mit Guttapercha-Scheiben unter Verwendung einer neuen Methode.

Methodik: Runde Scheiben aus Guttapercha (n = 60), mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Dicke von 2 mm, wurden auf eine Glasplatte gelegt und ein Tropfen jedes Dichtungsmittels (AH Plus, EndoSequence BC Sealer und EndoSeal MTA) wurde auf ihre Oberfläche aufgebracht. Eine identische Scheibe wurde auf die erste gelegt und ein standardisiertes Gewicht (0,0981 N) wurde mit einem speziell entwickelten Gerät aufgebracht. Zehn Proben, die für jedes Dichtungsmittel vorbereitet wurden, wurden einem Mikroscher-Haftstärkentest unterzogen, der durch eine speziell gestaltete Vorrichtung gekoppelt an eine universelle Prüfmaschine durchgeführt wurde. Der Kruskal-Wallis-Test gefolgt von einem post hoc Verfahren wurde verwendet, um die Gruppen zu vergleichen, da die vorläufige Analyse der Rohdaten auf eine Nicht-Einhaltung einer gaußschen Verteilung hinwies (Shapiro-Wilk, p < .05). Der Alpha-Fehler wurde auf 5% festgelegt.

Ergebnisse: Insgesamt traten keine vorzeitigen Ausfälle auf. Alle Dichtstoffe hatten einen gewissen Grad an Haftung an Guttapercha-Scheiben, jedoch mit einem signifikanten Unterschied zwischen ihnen (Kruskal–Wallis, p = .019). Der auf Epoxidharz basierende Dichtstoff (AH Plus) hatte signifikant höhere mediane Scherfestigkeitswerte (1.43 MPa; 1.40–1.83) im Vergleich zu EndoSeal MTA (0.53 MPa; 0.46–0.73) (p = .021) und EndoSequence BC Sealer (0.45 MPa; 0.34–0.46) (p = .023), während der niedrigste mediane Wert mit EndoSequence BC Sealer (0.45 MPa; 0.34–0.46) (p < .05) beobachtet wurde.

Schlussfolgerungen: CSS-Dichtstoffe hatten eine schwächere Bindung an Guttapercha im Vergleich zum auf Epoxidharz basierenden Dichtstoff AH Plus. Die vorgeschlagene Methodik ist eine innovative und reproduzierbare Methode zur Prüfung der Haftfestigkeit von Wurzelkanaldichtstoffen an Guttapercha.

Einleitung

Die Entwicklung des ersten gebrauchsfertigen, auf Calcium-Silikat basierenden Dichtstoffs im Jahr 2007 (iRoot SP; Innovative BioCeramix Inc.) erregte die Aufmerksamkeit der endodontischen Gemeinschaft, und seitdem wurden mehrere andere auf Calcium-Silikat basierende Dichtstoffe (CSS) eingeführt. Die vorläufig positive Wahrnehmung seiner Verwendung basierte auf der Behauptung der Hersteller, dass CSS eine erfolgreiche Version von MTA mit optimierten Handhabungs- und Viskositätsmerkmalen zur Füllung des Wurzelkanalraums seien, unter Berücksichtigung ihrer hydrophilen Natur, Bioaktivität und guten Balance zwischen physikochemischen und biologischen Eigenschaften (Almeida et al., 2020; Candeiro et al., 2012; Giacomino et al., 2019; Lv et al., 2017; Silva et al., 2016, 2017). Darüber hinaus sind die meisten CSS gebrauchsfertige, injizierbare Pasten, die die Füllverfahren für Zahnärzte aller Fähigkeits- und Erfahrungsstufen vereinfachen. Infolgedessen haben CSS in den letzten zehn Jahren große Zustimmung unter den Klinikern gewonnen.

Ursprünglich wurden CSS entwickelt, um den gesamten Wurzelkanalraum ohne ein festes Kernmaterial auszufüllen, basierend auf dem Monoblock-Konzept, einer Idee, die mit methacrylatbasierten Dichtstoffen entwickelt wurde (Tay & Pashley, 2007), die besagt, dass der Wurzelkanalraum idealerweise mit einem einzigen Material gefüllt werden sollte, um eine einzige Schnittstelle mit den dentinalen Wänden zu schaffen, die theoretisch einen besseren langfristigen flüssigkeitsdichten Verschluss bieten würde (Tay & Pashley, 2007). Dennoch wird die Verwendung von CSS allein nicht empfohlen, da es nach der endgültigen Aushärtung nicht möglich wäre, in seine Masse einzudringen, falls eine Wurzelkanalnachbehandlung erforderlich ist. Daher bestand die Lösung darin, einfach einen Hauptguttapercha-Kegel in den Wurzelkanalraum zu zementieren, die sogenannte Einzelkegeltechnik, die als Kern für das umgebende CSS fungiert. Darüber hinaus würde die Verwendung eines einzigen Hauptkegels nicht nur bei der Verteilung des Dichtstoffs im Kanalraum helfen, sondern auch eine bessere Kontrolle über die apikale Grenze der Wurzelkanalfüllung bieten.

Unabhängig von dem verwendeten endodontischen Dichtungsmittel wird dessen Fähigkeit, sowohl an dentinale Wände als auch an Guttapercha zu haften, gewünscht, um Lücken an den Schnittstellen Dichtungsmittel/Dentin und Dichtungsmittel/Guttapercha zu vermeiden. Eine Lücke an einer dieser Verbindungen wird zu einer Gelegenheit für Mikroorganismen, in den gefüllten Wurzelkanal einzudringen und sich dort anzusiedeln. Obwohl mehrere Methoden von internationalen Organisationen entwickelt wurden, um die physikalischen und biologischen Eigenschaften von endodontischen Füllmaterialien zu bewerten (ANSI/ADA, 2000; ISO, 2012), gibt es immer noch keine standardmäßige Anforderung für die Prüfung der Haftung (Goracci et al., 2004). In einem Laboraufbau wurde diese Eigenschaft hauptsächlich durch Push-out-Bond-Stärke-Widerstandstests bewertet, und es wurden widersprüchliche Ergebnisse berichtet, die auf die Heterogenität der experimentellen Protokolle zurückzuführen sind (Silva et al., 2019). Beispielsweise berichteten einige Studien von einer höheren Bond-Stärke für iRoot SP im Vergleich zu epoxidharzbasierten Dichtungsmitteln (Gokturk et al., 2017; Madhuri et al., 2016; Nagas et al., 2012), während andere von einer geringeren Bindung berichteten (Gade et al., 2015) oder sogar keinen Unterschied (Sagsen et al., 2011) zwischen ihnen feststellten. Dennoch wurde die Bond-Stärke von CSS nur an den dentinalen Wänden getestet, während es immer noch an Wissen über deren Haftfähigkeit an Kernfüllmaterialien mangelt, was auch in Bezug auf die Dichtfähigkeit und Füllstabilität wichtig ist. Tatsächlich wurde dieses Thema in der Literatur selten untersucht (Hiraishi et al., 2005, 2006; Tagger et al., 2003a, 2003b; Teixeira et al., 2009), obwohl es das gleiche Maß an Bedeutung wie die Haftung an Dentin hat. In der Tat könnte dies helfen zu erklären, warum es an geeigneten und speziell gestalteten Laborverfahren zur Bewertung der Bindungsfähigkeit eines bestimmten Dichtungsmittels an Guttapercha-Kernmaterial mangelt.

Angesichts des Mangels an Informationen über die Haftung von CSS an Guttapercha war das Ziel dieser Studie, eine neue Methode zur Quantifizierung des Widerstands der Bindungsstärke an Guttapercha vorzuschlagen und die Bindungsstärke von zwei CSS (EndoSequence BC Sealer; Brasseler; und EndoSeal MTA; Maruchi) an Guttapercha zu vergleichen. Ein auf Epoxidharz basierender Dichtstoff (AH Plus; Dentsply De Trey) wurde zum Vergleich verwendet. Die getestete Nullhypothese war, dass es keinen signifikanten Unterschied im Widerstand der Bindungsstärke der Dichtstoffe an Guttapercha geben würde.

Materialien und Methoden

Berechnung der Stichprobengröße

Basierend auf den Ergebnissen einer Pilotstudie wurde eine Effektgröße von 0,78 für die Auswahlmethode geschätzt. Dieser Wert wurde in eine F-Familien-Methode (ANOVA: feste Effekte, omnibus, einseitig) in G × Power für Mac 3.1 (Heinrich Heine, Universität Düsseldorf, Düsseldorf, Deutschland) eingegeben, zusammen mit den Parametern Alpha-Fehler von 5 % und Beta-Power von 95 %. Die Software wies eine Anzahl von 10 Proben pro Gruppe aus, um einen signifikanten Effekt zu beobachten.

Probenvorbereitung

Sechzig runde Scheiben aus Guttapercha mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Dicke von 2 mm wurden aus 1 mm dicken Guttapercha-Blättern unter Verwendung einer proprietären Technologie (Dentsply Sirona Endodontics) hergestellt. Die Herstellung dieser Guttapercha-Scheiben umfasste zunächst die Erstellung von Guttapercha-Blättern durch Plastifizierung in einem Labor-Trockenerhitzungsofen bei 80 °C, gefolgt von einem Kühlprozess bei Raumtemperatur, um Guttapercha-Scheiben mit 10 mm (∅) aus diesen Blättern mithilfe eines automatischen Metallstanzers zu gewinnen. Ein standardisiertes metallografisches Verfahren wurde mit groben Siliziumkarbid-Schleifpapieren (180 bis 600 Körnung) angewendet, um Guttapercha-Scheiben mit ähnlicher Oberflächenrauhigkeit auf beiden Seiten zu erzeugen. Anschließend wurden Mikrohärte (MicroMet 5100 Durometer; Buehler Ltd.), Oberflächenrauhigkeit und Ebenheit (2D-Daten) an einer dieser Scheiben mit einem Tischoptik-Profilometer (ZeGage Pro; Zygo Corporation) bewertet, um die Standardisierung der Scheiben sicherzustellen.

Die Scheiben wurden zufällig in 3 Gruppen (n = 20) entsprechend den verwendeten Dichtungsmitteln verteilt: AH Plus, EndoSequence BC Sealer und EndoSeal MTA. Mit einer 0,5-ml automatischen Mikropipette (Sigma-Aldrich Inc.) wurde ein 0,1 ml großer Tropfen jedes Dichtungsmittels, das gemäß den Spezifikationen der Hersteller vorbereitet wurde, auf die Mitte einer Guttapercha-Scheibe gelegt, die auf einer Glasplatte platziert war (Abbildung 1a,b). Dann wurde eine identische Scheibe ausgerichtet (Abbildung 1c) und über die erste gelegt (Abbildung 1d), und ein Gewicht (0,0981 N) wurde für 200 s auf die Scheiben angewendet, wobei ein speziell entwickeltes Gerät verwendet wurde (Abbildung 1e,f), um die Schichtverteilung und die Dicke des Dichtungsmittels zu standardisieren. Nach der Entfernung des Materials, das auf die äußere Oberfläche der Scheiben extrudiert wurde, mit einer zahnärztlichen Mikrobürstenapplikatorspitze, wurden die Proben bei 37 °C in Kontakt mit in phosphate-gepufferter Salzlösung (pH 7,2) befeuchtetem Gazestoff für 7 Tage gelagert. Nach dem Aushärten wurden die experimentellen Proben mit einem digitalen Messschieber gemessen, um eine Dicke von 4,1 ± 0,05 mm sicherzustellen. Nichtstandardisierte Proben wurden ersetzt. Zehn Proben pro Gruppe wurden vorbereitet und einem Mikroscherzugsversuch unterzogen.

Microshear-Bond-Test

Die Scher-Bindungsstärke zwischen Guttapercha-Scheiben und Dichtungsmittel wurde mit einem speziell entwickelten Aufbau getestet, der an eine universelle Prüfmaschine (Instron 4444; Instron Corporation) gekoppelt war (Abbildung 2a). Jede Probe wurde dann in einem Behälter mit einer Dicke von 4,1 mm und einem Durchmesser von 10,1 mm fixiert, der aus einem statischen und einem abnehmbaren Teil bestand (Abbildung 2b). Nach der Sicherstellung der Stabilisierung der Probe (Abbildung 2c) wurde der bewegliche Teil des Behälters an die Instron-Maschine angeschlossen (Abbildung 2d) und vertikal (längs zur Dichtungsmittelschicht) (Abbildung 2e) mit einer konstanten Geschwindigkeit von 0,5 mm/min verschoben, um eine Scherkräfte zu erzeugen, die zu einer Ablösung der Schnittstelle zwischen Scheibe und Dichtungsmittel führte. Der Microshear-Bond-Test wurde in zufälliger Reihenfolge durchgeführt (d.h. die Last wurde zufällig auf die Proben angewendet) von einem verblindeten Bediener für das spezifische getestete Dichtungsmittel. Die Bindungsstärke wurde mit einem Echtzeit-Computerprogramm bestimmt, das während des Tests eine Last/Zeit-Kurve aufzeichnete. Die Bindungsversagenslast wurde registriert, wenn ein plötzlicher Rückgang im Diagramm beobachtet wurde und/oder durch die vollständige Ablösung des Materials. Die Scherkräfte, die erforderlich waren, um die Guttapercha-Scheiben zu trennen, wurden in Newton (N) für jede Probe aufgezeichnet und dann durch ihre Kontaktfläche geteilt, die als Fläche eines Kreises mit der Formel A = π.r² berechnet wurde, wobei π die Konstante 3,14 ist und r der Radius der Scheibe ist. Die Ergebnisse der Scher-Bindungsstärke wurden in Mega-Pascal (MPa) ausgedrückt.

Statistische Analyse

Die vorläufige Analyse der Rohdaten zeigte die Nichtbeachtung einer gaußschen Verteilung (Shapiro–Wilk, p = .036), und die Daten wurden als Median und Interquartilsbereich ausgedrückt. Ein Kruskal–Wallis-Test, gefolgt von einem post-hoc-statistischen Verfahren, führte Vergleiche zwischen den Dichtstoffen durch, wobei ein standardmäßiger Alpha-Fehler von 5 % festgelegt wurde (SPSS v.24; SPSS Inc.).

Ergebnisse

Insgesamt trat kein vorzeitiger Ausfall auf, was bedeutet, dass alle Dichtstoffe adhäsive Eigenschaften zu den Guttapercha-Scheiben hatten, ohne Vorabversagen. Violin-Diagramme (Abbildung 3) zeigen das Median und den Interquartilsbereich sowie die Verteilung der Daten zur Widerstandsfähigkeit der Bindungsstärke in jeder Versuchsgruppe. Ein signifikanter Unterschied in der Bindungsstärke wurde zwischen den Dichtstoffen beobachtet (Kruskal–Wallis, p = .019). Der auf Epoxidharz basierende Dichtstoff (AH Plus) hatte signifikant höhere Medianwerte der Bindungsstärke (1.43 MPa; 1.40–1.83) als EndoSeal MTA (0.53 MPa; 0.46–0.73) (p = .021) und EndoSequence BC Sealer (0.45 MPa; 0.34–0.46) (p = .023). Der niedrigste Medianwert wurde mit EndoSequence BC Sealer beobachtet (p < .05).

Diskussion

Die Haftung ist eine Kombination aus physikalischen und chemischen Mechanismen, die es ermöglichen, ein Material an ein anderes zu befestigen (Erickson, 1992). In der Endodontie stellt die Haftung die Fähigkeit eines Dichtungsmaterials dar, an Dentin und an das Kernfüllmaterial zu binden (Ørstavik et al., 1983). Die Haftungseigenschaft von zahnärztlichen Materialien wurde seit der Entwicklung des experimentellen Modells, das von Grossman (1976) vorgeschlagen wurde, untersucht. Später wurde sie verbessert, indem eine universelle Prüfmaschine verwendet wurde, um die erforderliche Last zu messen, die notwendig ist, um einen Haftungsbruch zu verursachen (Ørstavik et al., 1983). Seitdem wurde die Haftfestigkeit von Füllmaterialien an Dentin durch Zugversuche an externem Wurzel-Dentin oder an der Oberfläche der Wurzelkanalwand mit Herauszieh- oder Herausdrückmethoden gemessen (Goracci et al., 2004). Darüber hinaus verbesserte die qualitative Analyse der abgelösten Oberfläche der Füllmaterialien (kohäsiver Bruch) oder der dentinalen Oberfläche (adhäsiver Bruch) das Verständnis für den Einfluss verschiedener Faktoren auf die intrakanaläre Haftung (Saleh et al., 2003). Allerdings können Dichtungsmittel zwar durch ihre mechanische Verklammerung in den dentinalen Tubuli und/oder durch chemische Haftung an Dentin binden, das Kernmaterial (Guttapercha) weist jedoch keine Haftung an Dentin oder Dichtungsmittel auf (Tay & Pashley, 2007).

Frühere Untersuchungen konzentrierten sich hauptsächlich auf die Haftungsqualität von Dichtungsmaterialien an Dentin, während nur wenige Studien die Bindungsstärke zwischen Guttapercha und Dichtungsmaterial (Hiraishi et al., 2005, 2006; Tagger et al., 2003a, 2003b; Teixeira et al., 2009) bewerteten, was ebenfalls entscheidend ist, um eine der grundlegenden Anforderungen an die Wurzelkanalfüllung zu erfüllen, nämlich den Wurzelkanalraum abzudichten (Grossman, 1976). In den meisten dieser Studien standen Guttapercha und/oder Resilon-Platten in Kontakt mit einer kleinen Menge eines Dichtungsmaterials, das in ein Rohr eingegeben wurde, während eine Drahtschleife um die verbundene Anordnung gewickelt und eine Scherbelastung angewendet wurde (Hiraishi et al., 2005, 2006; Teixeira et al., 2009). In dem vorliegenden Vorschlag wurde jedoch eine große Kontaktfläche zwischen Dichtungsmaterial und Guttapercha-Platten erzielt, sowie die Standardisierung der Dichtungsmittelfilmstärke unter Verwendung eines speziellen Apparats (Abbildung 1), wodurch vorzeitige Ausfälle vermieden wurden. Darüber hinaus ermöglichten andere spezifische Anordnungen (Abbildung 2) es, das Scherbelastungsgerät näher an die adhäsive Schnittstelle auszurichten. Auf diese Weise wurde die interne Validität dieses Experiments verbessert, indem das Biegemoment, das durch die vorherige Methode erzeugt wurde, eliminiert wurde, was die tatsächliche Scherbindungsstärke der Materialien verzerren könnte.

Die vorliegenden Ergebnisse zeigten, dass die Haftung des auf Epoxidharz basierenden Dichtmittels an Guttapercha die CSS übertraf, und daher wurde die Nullhypothese verworfen. Frühere Studien haben bereits eine gewisse Bindungsstärke von auf Epoxidharz basierenden Dichtstoffen an Guttapercha nachgewiesen (Tagger et al., 2003a, 2003b; Teixeira et al., 2009), aber die vorliegenden Ergebnisse bestätigten, dass AH Plus eine überlegene Bindung an Guttapercha im Vergleich zu CSS hatte, was durch zwei Faktoren erklärt werden könnte: (i) die Möglichkeit, dass CSS unter Laborbedingungen nicht aushärten (Silva et al., 2021) und (ii) die hydrophobe Natur von Guttapercha (Hegde & Arora, 2015; Hegde & Murkey, 2017), die ihre Interaktion mit CSS verringern würde, wenn man deren hydrophile Natur berücksichtigt. Man könnte argumentieren, dass die vorliegenden Ergebnisse eine Folge der unsachgemäßen Verwendung von CSS mit Guttapercha anstelle von biokeramisch vorbeschichteten Guttapercha-Kegeln waren. Bislang hat jedoch kein Hersteller offengelegt, dass CSS nicht mit regulären Guttapercha-Spitzen verwendet werden sollte. Tatsächlich wurde berichtet, dass nur 22,1 % der CSS-Anwender vorbeschichtete Guttapercha in ihren Wurzelkanalfüllungen verwendet haben (Guivarc'h et al., 2020), was den Zweck dieser Studie unterstützt. Darüber hinaus hatte EndoSeal MTA eine größere Haftung an Guttapercha als EndoSequence BC Sealer, was eine Folge der unterschiedlichen Zusammensetzung von CSS sein könnte. EndoSeal MTA ist ein auf Puzzolan basierendes Dichtmittel. Puzzolane sind eine breite Klasse von silikatischen oder silikatischen und aluminierten Materialien, die für sich genommen wenig oder keinen zementären Wert besitzen, die jedoch in fein zerkleinerter Form und in Anwesenheit von Wasser chemisch mit Calciumhydroxid bei gewöhnlicher Temperatur reagieren, um Verbindungen mit zementären Eigenschaften zu bilden. Die Quantifizierung der Fähigkeit eines Puzzolans, mit Calciumhydroxid und Wasser zu reagieren, erfolgt durch die Messung seiner puzzolanischen Aktivität. Puzzolana sind natürlich vorkommende Puzzolane vulkanischen Ursprungs (Singh, 2018). Insgesamt optimiert die puzzolanische Reaktion mit Calciumhydroxid und Wasser den Fluss eines vorgefertigten Substrats und gewährleistet eine angemessene Arbeitskonsistenz und Setzfähigkeit (Yoo et al., 2016). Die Einbeziehung von Puzzolan-Zement mit kleinen Partikeln, der ein mineralisches Aggregat mit wässriger Calcium-Silikat-Hydratation ist, führte zu einem schnell härtenden MTA ohne die Zugabe eines chemischen Beschleunigers (Choi et al., 2013).

Es ist wichtig zu betonen, dass handelsübliche Guttapercha je nach Hersteller in ihrer Zusammensetzung und physikochemischen Eigenschaften variieren kann. Daher ist es wahrscheinlich, dass die Ergebnisse der Scherfestigkeiten unterschiedlich sind, wenn verschiedene Marken von Guttapercha verglichen werden, und dies ist eine klare Einschränkung der aktuellen Studie. Darüber hinaus wurden spezifische beschichtete Guttapercha-Kegel empfohlen, um mit einigen CSS-Marken verwendet zu werden, und deren Haftung sowie ihre interfaciale Anpassung sollten auch in zukünftigen Studien bewertet werden. Leider erlaubt die gegenwärtige Methodik nicht, den Haftungswiderstand von Wurzelkanaldichtstoffen auf einzelnen Guttapercha-Masterkegeln zu messen und beabsichtigt daher nicht, die realen klinischen Bedingungen nachzuahmen. Andererseits bietet die vorliegende Studie eine innovative und reproduzierbare Methode zur Prüfung der Haftung zwischen konventioneller oder modifizierter Guttapercha und verschiedenen Arten von Wurzelkanaldichtstoffen.

Schlussfolgerungen

CSS hatte eine schwache Bindung an Guttapercha. Der auf Epoxidharz basierende Wurzelkanalversiegler (AH Plus) hatte höhere Bindungswerte im Vergleich zum CSS, während EndoSeal MTA eine bessere Haftung an Guttapercha hatte als EndoSequence BC Sealer. Die vorliegende Studie stellt eine innovative und reproduzierbare Methode zur Prüfung der Bindungsstärke zwischen konventioneller oder modifizierter Guttapercha und verschiedenen Arten von Wurzelkanalversieglern vor.

Autoren: Gustavo De-Deus, Diogo S. Oliveira, Daniele M. Cavalcante, Marco Simões-Carvalho, Felipe G. Belladonna, Leandro S. Antunes, Erick M. Souza, Emmanuel J. N. L. Silva, Marco A. Versiani

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