Entwicklung dentinaler Mikrofrakturen nach der Kanalpräparation: Eine longitudinale in situ Mikro-Computertomographie-Studie mit einem Kadaver-Modell

Zusammenfassung

Einleitung: Ziel dieser Studie war es, die Entwicklung von dentinalen Mikrorissen nach der Wurzelkanalaufbereitung mit den Reciproc- und ProTaper Universal-Systemen mithilfe eines in situ-Kadaver-Modells durch ein Mikro-Computertomographie (Mikro-CT)-Bildgebungssystem zu bewerten. Methoden: Bei der Autopsie wurden 8 maxilläre Knochenblöcke mit mindestens den ersten und zweiten Prämolaren (n = 16) entnommen, mit einer Auflösung von 13,18 mm gescannt und zufällig in 2 Gruppen (n = 8) entsprechend dem Aufbereitungsprotokoll verteilt: Reciproc- und ProTaper Universal-Systeme. Die Wurzelkanäle wurden bis zu R25 und F2-Instrumenten in den Reciproc- und ProTaper Universal-Gruppen vorbereitet. Nach den Aufbereitungsverfahren wurden die Proben erneut gescannt, und die registrierten präoperativen und postoperativen Querschnittsbilder der Wurzeln (n = 19.060) wurden überprüft, um das Vorhandensein von dentinalen Defekten zu identifizieren. Ergebnisse: In der Reciproc-Gruppe wurden 9176 Querschnittsbilder analysiert, und es wurde kein Riss beobachtet. In der ProTaper Universal-Gruppe wiesen 244 von 9884 Querschnittsschnitten (2,46%) dentinale Defekte auf; jedoch waren alle Defekte bereits in den entsprechenden präoperativen Bildern vorhanden, was darauf hinweist, dass nach der Kanalaufbereitung keine neuen Mikrorisse entstanden sind. Schlussfolgerungen: Die in situ-Wurzelkanalaufbereitung von maxillären Prämolaren mit den Reciproc- und ProTaper Universal-Systemen führte in einem Kadaver-Modell, wie durch Mikro-CT beobachtet, nicht zur Bildung von dentinalen Mikrorissen. (J Endod 2017;43:1553–1558)

In den letzten Jahren ist das Auftreten von Wurzelfrakturen in sowohl gesunden als auch endodontisch behandelten/wiederhergestellten Zähnen zu einem großen Anliegen in der Endodontie geworden. Wurzelfraktur wurde als ein verheerendes klinisches Ereignis definiert und ist derzeit eine der Hauptursachen für Zahnverlust. Im Laufe der Jahre wurden mehrere hypothetische Ätiologien für Wurzelfrakturen vorgeschlagen, darunter Hypothesen, dass die Wurzelfraktur von dentinalen Mikrorissen ausgehen würde, die durch Dentin-Dehydratation, das Einsetzen von Stiften und Korrosion, das Design von Spreizern oder übermäßige Kräfte während der Füllverfahren verursacht werden. Einige Jahre später korrelierten Bier et al. und Shemesh et al. auch die Bildung von dentinalen Mikrorissen mit der Wurzelkanalaufbereitung, die mit motorbetriebenen Nickel-Titan (NiTi)-Instrumenten durchgeführt wurde. Da die mechanische Aufbereitung des Wurzelkanals zum Mainstream für die Wurzelkanalformung geworden ist, ist es nicht überraschend, dass dieses Phänomen in der endodontischen Forschung zunehmend an Bedeutung gewonnen hat. Insgesamt umfasst die Methodik, die in den meisten ex vivo-Studien zur Bildung von dentinalen Mikrorissen verwendet wird, das Schneiden der Probe, gefolgt von der postoperativen Beobachtung der exponierten dentinalen Oberfläche unter Verwendung optischer Mikroskopgeräte. Dieses experimentelle Modell hat jedoch einige kritische Einschränkungen, die seine allgemeine Zuverlässigkeit verringern, wie die destruktive Natur der Methode, die zweidimensionale Beobachtung, das Fehlen einer vollständigen Zahninspektion und das Fehlen einer longitudinalen Nachverfolgung, da es nicht ermöglicht, die nicht präparierte Probe zu untersuchen. Auf diese Weise ist es unwahrscheinlich, dass die in den meisten dieser Studien berichteten Ergebnisse, in denen Risse in mehr als 40 % der Proben beobachtet wurden, die klinische Realität widerspiegeln. Die wissenschaftliche Logik hinter diesem unklaren Szenario würde diktieren, dass die Einschränkungen der konventionellen Methoden tatsächlich anfällig für systematische Analysefehler sind und folglich weit von einem idealen experimentellen Modell entfernt sind.

Jüngste technologische Fortschritte im Bereich der Bildgebung, wie die Einführung der Mikro-Computertomographie (Mikro-CT) in der zahnmedizinischen Forschung, haben zu einem umfassenderen Verständnis der Bildung von dentinalen Mikrorissen geführt. Mikro-CT ist eine hochgenaue und zerstörungsfreie Technologie, die die longitudinale Bewertung der Proben während der experimentellen Verfahren ermöglicht; folglich dient jeder Zahn als eigene Kontrolle, Hunderte von Schnitten können pro Probe ausgewertet werden, und alle Ausdehnungen der Defekte können verfolgt werden. Durch die Anwendung dieser Methode zeigten De Deus et al. einen klaren Mangel an kausaler Beziehung zwischen der Entwicklung dentinaler Mikrorisse und der Kanalaufbereitung mit rotierenden und reziproken Systemen. Diese Schlussfolgerung wurde später durch andere Studien, die dieselbe Methodik verwendeten, bestätigt. Die Autoren berichteten jedoch von einer signifikanten Anzahl von bereits bestehenden Defekten an den Wurzeln, die wahrscheinlich durch übermäßige Extraktionskräfte und/oder Lagerbedingungen der Zähne verursacht wurden. Folglich stehen diese Bedingungen auch nicht für ein nahezu ideales experimentelles Modell. Somit bleiben trotz eines erheblichen Beweismaterials, das in den letzten 30 Jahren gesammelt wurde, mehrere Aspekte der Rissbildung und endodontischen Verfahren unklar, und kritische Fragen sind weiterhin offen. Kürzlich wurde ein kadaverisches Modell als idealer methodologischer Ansatz für eine umfassende Bewertung der Bildung dentinaler Mikrorisse vorgeschlagen, da die viskoelastischen Eigenschaften des Anhangs die auf die Zahnhartstoffe während der Wurzelkanalaufbereitungsverfahren angewandten Kräfte absorbieren würden.

Nach dem besten Wissen der Autoren fehlt in der aktuellen wissenschaftlichen Literatur ein nicht destruktiver in situ longitudinaler experimenteller Bericht zu diesem Thema. Daher wurde diese Studie entworfen, um die potenzielle Ursache-Wirkungs-Beziehung zwischen der Wurzelkanalaufbereitung, die mit 2 motorbetriebenen NiTi-Systemen (Reciproc; VDW, München, Deutschland und ProTaper Universal; Dentsply Maillefer, Ballaigues, Schweiz) durchgeführt wurde, und der Bildung von dentinalen Mikrofrakturen in einem Kadavermodell unter Verwendung von Mikro-CT-Technologie zu untersuchen.

Materialien und Methoden

Berechnung der Stichprobengröße

Die ideale Stichprobengröße für dieses Kadavermodell zur Bildung von Mikrofrakturen wurde auf der Grundlage der Studie von Arias et al. berechnet. Die geschätzte Effektgröße von 3,125 wurde zusammen mit einem Alpha-Fehler von 0,05 und einer Beta-Power von 0,95 in einen t-Test für unabhängige Mittelwerte (G*Power 3.1 für MacIntosh) eingegeben. Die Ergebnisse wiesen auf eine minimale Gesamtstichprobengröße von 8 Zähnen hin, um Unterschiede in den Mikrofrakturen zwischen den Gruppen zu beobachten.

Probenauswahl

Acht dentoalveoläre maxilläre Knochenblöcke mit 3–5 benachbarten Zähnen wurden aus der Autopsie verschiedener erwachsener Spender gesammelt, nachdem die informierte Zustimmung eines Familienmitglieds gemäß einem Forschungsprotokoll eingeholt wurde, das von der örtlichen Forensikabteilung und dem Nationalen Ausschuss für Gesundheitsforschungsethik genehmigt wurde (Protokoll #931.732). Das Alter der Spender lag zwischen 19 und 30 Jahren (Durchschnittsalter 23 Jahre). Die Einschlusskriterien waren das Vorhandensein von nicht kariösen maxillären ersten und zweiten Prämolaren, die von alveolärem Knochen und parodontalem Ligament umgeben sind. Die Knochenblöcke wurden bei —20^◦C gelagert und innerhalb von 1 Monat nach ihrer Entnahme den experimentellen Verfahren unterzogen.

Vor den Scannverfahren wurden die gefrorenen Knochenblöcke aus dem Gefrierschrank entfernt und bei einer konstanten Temperatur von 8^◦C zum langsamen Auftauen in einen Kühlschrank gelegt. Nach 3–4 Stunden wurde jeder Knochenblock in einem Mikro-CT-Gerät (SkyScan 1173; Bruker-microCT, Kontich, Belgien) mit einer isotropen Auflösung von 13,18 mm bei 90 kV und 88 mA durch eine 360^◦-Drehung um die vertikale Achse gescannt, mit einem Drehschritt von 0,5^◦, einer Kameraexpositionszeit von 1000 Millisekunden und einer Rahmenmittelung von 5. Die Röntgenstrahlen wurden mit einem 1 mm dicken Aluminiumfilter gefiltert. Die erfassten Bilder wurden mit der Software NRecon v.1.6.10 (Bruker-microCT) in Querschnittsschnitte rekonstruiert, wobei standardisierte Parameter für die Strahlenhärtung (15 %), die Korrektur von Ringartefakten (5) und die Kontrastgrenzen (0,0095–0,03) verwendet wurden, was zur Erfassung von 1100–1300 transversalen Querschnitten pro Knochenblock führte.

Wurzelkanalvorbereitung

Nach den Scan- und Rekonstruktionsverfahren wurden die ersten und zweiten oberen Prämolaren aus jedem Knochenblock für die experimentellen Verfahren ausgewählt (n = 16). Die ersten Prämolaren hatten 2 Kanäle, während die zweiten Prämolaren nur 1 Wurzelkanal hatten. Nach der konventionellen Präparation der Zugangshöhle wurde die Arbeitslänge (WL) 1 mm vom apikalen Foramen mit einer Größe 10 K-Datei (Dentsply Maillefer) unter Verwendung eines Apex-Lokators (Root ZX; J Morita USA Inc, Irvine, CA) festgelegt und durch ein digitales Röntgenbild bestätigt. Danach wurde der Gleitpfad durch das Scouting einer rostfreien Stahlgröße 15 K-Datei (Dentsply Maillefer) bis zur WL hergestellt. Anschließend wurden die Zähne zufällig zwei experimentellen Gruppen zugewiesen (n = 8). In der Reciproc-Gruppe wurde das R25-Instrument (25/0.08) in einer reziproken Bewegung (VDW Silver; VDW) aktiviert und mit leichtem apikalen Druck in apikaler Richtung bewegt, wobei eine langsame Ein- und Ausbewegung von etwa 3 mm Amplitude verwendet wurde. Nach 3 Pickbewegungen wurde das Instrument aus dem Kanal entfernt und gereinigt. Die WL wurde in der dritten Welle der Instrumentierung für alle Zähne erreicht. In der ProTaper Universal-Gruppe wurde das SX-Instrument bis zur Hälfte der WL verwendet, gefolgt von den Instrumenten S1, S2, F1 und F2 bis zur vollen WL, mit einer sanften Ein- und Ausbewegung (VDW Silver), gemäß den Anweisungen des Herstellers (SX, S1 und S2, 300 U/min und 3 Ncm; F1 und F2, 300 U/min und 2 Ncm).

Jedes Instrumentenset wurde verwendet, um 2 Zähne zu vergrößern, und ein erfahrener Operator führte alle experimentellen Verfahren nach umfangreicher Schulung mit den Systemen durch. Während der Vorbereitung wurden insgesamt 30 mL 2,5% Natriumhypochlorit in jeden Wurzelkanal mit einer 31-Gauge NaviTip-Doppelseitenkanüle (Ultradent Products Inc, South Jordan, UT) abgegeben. Eine abschließende Spülung mit 5 mL 17% EDTA und 5 mL bidestilliertem Wasser, gefolgt von einer Trocknung mit absorbierenden Papierpunkten (Dentsply Maillefer), wurde durchgeführt. Anschließend wurden die Knochenblöcke einem neuen Scan und einer Rekonstruktion unter Anwendung der ursprünglichen Parametereinstellungen unterzogen.

Bildanalyse

Die rekonstruierten Bildstapel der Knochenblöcke vor und nach der Kanalvorbereitung wurden durch Verwendung des affinen Algorithmus der 3D Slicer v.4.6.2 Software (verfügbar unter http://www.slicer.org) ko-registeriert. CTVol v.2.3 (Bruker-microCT) wurde für die dreidimensionale Visualisierung und qualitative Analyse der Knochenblöcke verwendet (Abb. 1). Dann wurden alle Querschnittsbilder der Prämolaren (n = 19.060) von der Zement-Schmelz-Grenze bis zur Spitze von 3 zuvor kalibrierten Prüfern, die blind für die experimentellen Gruppen waren, gesichtet, um das Vorhandensein von dentinalen Defekten zu identifizieren. Um den Screening-Prozess zu validieren, wurden die Bildanalysen zweimal in Abständen von 2 Wochen wiederholt; im Falle von Abweichungen wurden die Bilder gemeinsam untersucht, bis eine Einigung erzielt wurde.

Ergebnisse

Abbildungen 2 und 3 zeigen repräsentative Bilder aus den koronalen, mittleren und apikalen Dritteln der Wurzeln der Prämolaren vor und nach der Aufbereitung mit den Reciproc- und ProTaper Universal-Systemen. In der Reciproc-Gruppe wurden 9176 Querschnittsbilder analysiert, und es wurde kein Riss beobachtet. In der ProTaper Universal-Gruppe wiesen 244 von 9884 Querschnittsschnitten (2,46%) dentinale Defekte auf. Diese Defekte wurden nur bei 1 Zahn beobachtet und waren bereits in den entsprechenden präoperativen Bildern vorhanden (Abb. 4).

Diskussion

In der aktuellen Studie wurde ein in situ-Kadaver-Modell verwendet, um den Effekt der Wurzelkanalaufbereitung mit 2 gut etablierten NiTi-Systemen (Reciproc und ProTaper Universal) auf die Entwicklung von dentinalen Defekten durch Mikro-CT-Bildgebung zu untersuchen. Die nach den Aufbereitungsverfahren beobachteten dentinalen Defekte waren bereits in den entsprechenden präoperativen Bildern vorhanden, was darauf hindeutet, dass durch die getesteten Systeme kein neuer Mikroriss erzeugt wurde. Tatsächlich lagen die Defekte an der Grenze von nur 1 Zahn (Abb. 4), und diese Risse wurden wahrscheinlich während der Verfahren verursacht, um den Knochenblock aus dem Kiefer zu entfernen. Daher konnte die mechanische Erweiterung des Wurzelkanalsystems der oberen Prämolaren in dieser Studie nicht mit der Bildung von Mikrorissen in Verbindung gebracht werden. Die vorliegenden Ergebnisse stehen im deutlichen Gegensatz zu mehreren früheren Publikationen, die eine klare Korrelation zwischen Wurzelkanalaufbereitungen und der Initiierung und/oder Ausbreitung von dentinalen Rissen gezeigt haben.

Heutzutage basieren die meisten Studien, die die mechanische Vorbereitung und die Entwicklung von dentinalen Defekten korrelieren, auf Methoden der Wurzelsection und der direkten Beobachtung durch optische Mikroskopie. ProTaper Universal und Reciproc Instrumente, die jeweils in Rotation und Rekiprokation verwendet werden, wurden hier bewertet, aufgrund der gegensätzlichen Berichte über ihren Einfluss auf das Wurzel-Dentin, was zu dentinalen Defekten führt. In diesen Studien lag die Inzidenz von dentinalen Mikrorissen nach der Vorbereitung mit dem ProTaper Universal System bis zum F2 Instrument zwischen 50% und 80%, während die Vorbereitung mit

Reciproc R25 Instrumenten Risse in 5% bis 65% der Probe verursachte. Diese hohe Inzidenz von Rissen, die nach der Kanalvorbereitung mit diesen Instrumenten beobachtet wurde, steht in starkem Gegensatz zur Realität der klinischen Umgebung, was auf einen wesentlichen Nachteil dieses destruktiven experimentellen Modells hinweist. Daher kann diese Diskrepanz der Ergebnisse durch bedeutende Unterschiede zwischen den experimentellen Modellen gut erklärt werden.

Obwohl die Verwendung von nicht präparierten Zähnen als Kontrollen die Hauptschlussfolgerungen der Wurzelsectionierungsstudien zu validieren scheint, konnten diese Gruppen nur die mechanischen Spannungen kontrollieren, die durch das mechanische NiTi-Präparationssystem an sich verursacht wurden, und ließen das Zusammenspiel sowie den kumulativen Effekt aller Spannungsquellen, denen die experimentellen Gruppen ausgesetzt waren, außer Acht, wie den chemischen Angriff durch Natriumhypochlorit-basierte Spülungen und das Sectionierungsverfahren. Interessanterweise wurden dentale Defekte auch in den unbehandelten Kontrollzähnen in 2 Wurzelsectionierungsstudien berichtet, und die Autoren erklärten, dass ihre Anwesenheit auf während der Extraktion induzierte Kräfte, übermäßige Belastungen durch okklusale Dysfunktion vor der Extraktion, vorhergehende Traumata und/oder die Schneidverfahren zurückzuführen sei. Es ist wichtig zu berücksichtigen, dass konventionelle Sectionierungstechniken nur die Bewertung von wenigen Schnitten pro Zahn ermöglichen, was bedeutet, dass es eine reale Chance gibt, bestehende Defekte entlang der Wurzel zu übersehen, was darauf hindeutet, dass die Kontrollgruppen in diesen Studien wahrscheinlich die Anwesenheit von Mikrorissen vor der Behandlung unterschätzt haben. Andererseits wurde von einer früheren Studie, die die Mikro-CT-Technologie verwendete, ein deutlich anderes Ergebnis berichtet, in der 9016 Schnitte mit dentinalen Defekten in der Kontrollgruppe beobachtet wurden, was die Zuverlässigkeit dieser Methode demonstriert.

Ein weiteres Anliegen bezüglich Studien zur Rissbildung steht im Zusammenhang mit den Bedingungen der Probenlagerung, da die biomechanische Reaktion des Wurzel-Dentin auf die Wurzelkanalinstrumentierung kürzlich als von der Dentin-Hydration beeinflusst nachgewiesen wurde. Bei hydratisierten Wurzeln führte die Instrumentierung mit Hand-, reziproken oder rotierenden NiTi-Instrumenten nicht zu residualen Mikrospannungs-Konzentrationen. Da die Rissausbreitung in Wurzelstücken auch nach 1 Monat Lagerung ohne weiteren Stress auf das Dentin fortschreiten kann, ist der Ausgangszustand der Probe entscheidend für die Zuverlässigkeit der Laborstudien zur Entwicklung dentinaler Mikrofrakturen. Die notwendige Lagertemperatur ist durch wissenschaftliche Daten nicht genau definiert, und die Auswirkungen verschiedener Lagertemperaturen auf das biomechanische und biologische Verhalten werden kontrovers diskutiert. Es gibt keine internationale Vereinbarung, allgemeine Vorschriften oder Standards für die Gewebebank bezüglich einer spezifischen Lagertemperatur für Zähne. Jüngste Aussagen der American Association of Tissue Banks empfehlen eine Lagertemperatur von —20^◦C für bis zu 6 Monate Lagerung und —40^◦C für längere Zeiträume der Tiefkühlkonservierung. Tatsächlich sind die Einflüsse der Lagerdauer und der Gefriertemperatur auf die biomechanischen Eigenschaften von Zähnen nicht vollständig verstanden und müssen noch bestimmt werden. In dieser Studie hatte die Lagertemperatur von —20^◦C, wie von der American Association of Tissue Banks empfohlen, und langsames Auftauen für Scan- und Vorbereitungsverfahren keinen Einfluss auf die Struktur des Knochens oder der Zähne.

Die Hauptmotivation für diese Studie stammt aus den Ergebnissen von 2 in vivo-Studien und 2 Studien mit frischen menschlichen Leichmodellen, bei denen nach verschiedenen Verfahren kein Riss beobachtet wurde, wenn der Zahn in situ gehalten wurde. Laut den Autoren würden die viskoelastischen Eigenschaften des Befestigungsapparats die auf die Zahnhartgewebe ausgeübten Kräfte absorbieren und die Bildung von Mikrorissen nach verschiedenen endodontischen Verfahren verhindern, was die aktuellen Ergebnisse unterstützt. In dieser Studie wird die Verwendung eines in situ-frischen Leichmodells, bei dem der Knochen und das parodontalen Ligament intakt blieben, in Verbindung mit einer hochgenauen und nicht destruktiven Methodik zur Bewertung der Proben, durch eine vorherige Studie unterstützt, in der diese methodologischen Ansätze als reproduzierbarere Methode zur Prüfung von Mikrorissen vorgeschlagen wurden. Darüber hinaus wurde ein weiterer Schritt bei der Auswahl und Verteilung der Proben unternommen, um den Einfluss anderer Störfaktoren zu reduzieren, die mit rissigen Zähnen korreliert wurden, wie z.B. das Lagerungsmittel und die -zeit, die Gruppe der Zähne, die Wurzel- und Wurzelkanalanatomie, das Alter und Geschlecht der Patienten, die Wurzel- und KanalMorphologien sowie die Kaafunktion und das Vorhandensein von exkursiven Interferenzen oder anderen Parafunktionen, denen die Zähne während des Lebens des Patienten ausgesetzt sein könnten. Es wird erwartet, dass der anregende Charakter der aktuellen Ergebnisse andere Forschungsgruppen dazu führen könnte, diese in situ-langfristige Mikro-CT-Methodik weiterzuverfolgen und zu verbessern, um die Möglichkeit zu schaffen, die Komplexität der Entwicklung von dentinalen Mikrorissen in Zähnen besser zu verstehen.

Unter den Bedingungen dieser in situ Kadaver-Modellstudie kann daher geschlossen werden, dass die Wurzelkanalaufbereitung von oberen Prämolaren mit den Reciproc- und ProTaper Universal-Systemen nicht zur Bildung von dentinalen Mikrofrakturen führte, wie durch Mikro-CT-Bildgebung beobachtet wurde.

Autoren: Gustavo De-Deus, DDS, MSc, PhD, Júlio César de Azevedo Carvalhal, Felipe Gonçalves Belladonna, MSc, Emmanuel João Nogueira Leal Silva, Ricardo Tadeu Lopes, Renato Evando Moreira Filho, Erick Miranda Souza, José Claudio Provenzano, Marco Aurélio Versiani

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