微型CT檢測隨機負荷疲勞試驗后不同根管充填材料對牙根抗折性的影響

張 力， 全 濤， 劉大勇， 賈 智

(天津醫科大學口腔醫院牙體牙髓科，天津 300070)

牙根縱裂(vertical root fracture，VRF)是發生在牙根不波及牙冠的牙體折裂，折裂沿牙體長軸方向發展，累及牙髓腔和牙周膜，難以通過常規治療取得理想效果，常會造成患牙缺失[1]。VRF致病因素十分復雜，研究[2-4]表明：根管治療后VRF風險較活髓牙更高，其原因可能與治療后牙體機械性能改變以及根管應力分布紊亂有關。因此，根管治療后牙體的抗折性是國內外牙體牙髓領域研究的重點。礦物三氧化物凝聚體(mineral trioxide aggregrate，MTA)是一種新材料，廣泛應用于牙科領域。MTA具有優異的理化性質、出色的生物相容性和邊緣密封性，可直接用于牙髓覆蓋、活髓切斷修復牙髓穿孔、根尖形成、根尖屏障、逆行充填和牙髓血運重建。OrthoMTA和牙膠尖(Gutta-Percha)+環氧樹脂類糊劑(AH-plus) (Gutta-Percha+AH-plus)是2種不同的根管充填材料，迄今為止，OrthoMTA和Gutta-Percha+AH-plus根管充填后牙根抗折性的研究結果[5-6]不盡相同，絕大多數關于牙根抗折裂性的研究都是在靜態或單循環載荷下進行失效試驗[7]，該方法連續增加載荷，無法模擬人體生理狀態下的功能狀態，結論可能有一定的局限性。目前，隨機恒定負荷下對OrthoMTA根管充填后VRF的研究尚未見報道。本研究通過預先形成隨機疲勞力負荷模擬咀嚼力，使樣品保持在適當的載荷范圍內，以解決恒定載荷問題，從而更加真實客觀地反映人體口腔內的咀嚼狀態，并在恒定疲勞力負荷下比較OrthoMTA和 Gutta-Percha +AH-plus根管充填后的抗折性，通過微型CT檢測牙根折裂情況，評估不同根管充填材料對牙根抗疲勞性的影響，為其臨床應用和對VRF進一步研究提供理論依據。

1 資料與方法

1.1 樣本采集本研究所收集的牙齒樣本均經過患者知情同意，并獲得天津醫科大學口腔醫院倫理委員會批準。納入標準：收集年齡為30～60歲患者完整單根管前牙60顆，通過根尖片在近遠中方向檢查牙體，每個樣本用無菌水洗滌并在手術顯微鏡下觀察(放大16倍)以排除具有根折或裂紋的牙齒。在釉質牙骨質界處用金剛砂圓盤去除牙冠，保留牙根長度為(14.0±1.0 )mm，截面平行并且與牙體長軸垂直，牙根的頰舌徑為(5.0±0.7)mm，近遠中徑為(6.7±0.6)mm。

1.2 根管預備使用Dentsply Maillefer 10號K銼放入根管到距離根尖孔1 mm處，通暢根管，確定工作長度。首先使用iRace(瑞士FKG DENTAIRE公司)序列R1(15號0.06錐度)、R1a(20號0.02錐度)和R1b(25號0.06錐度)預備根管，然后使用BLX鎳鈦系統預備根管從25號0.06錐度至35號0.04錐度。用2%次氯酸鈉2 mL和17%乙二胺四乙酸(EDTA)3 mL銼間沖洗10 s，最后用5 mL無菌水沖洗。將所有樣本儲存在合成組織液(synthetic tissue fluid,STF)中，STF由0.17 g KH2PO4、1.18 g Na2HPO4、8.00 g NaCl和0.20 g HCl 溶于1 000 mL蒸餾水中構成。

1.3 實驗樣本分組和根管填充將選定的牙根樣本隨機分為對照組、OrthoMTA組和Gutta-Percha+AH-plus組，每組20顆，用5 mL無菌水沖洗樣品，并在填充前用紙尖干燥。按每組充填要求充填后，在手術顯微鏡下觀察樣本(放大16倍)以排除有裂紋的牙根。所有的根管口用磷酸鋅水門汀密封，厚度為1～2 mm。樣品在37℃STF中保存1周。機械試驗前除去磷酸鋅水門汀。① 對照組：未接受任何根管封閉。② OrthoMTA組：用OrthoMTA(韓國BioMTA公司)進行根管填充。將OrthoMTA與PBS溶液以3∶1的比例混合[8]，通過無菌拭子吸收過量溶液；將OrthoMTA通過MTA輸送器輸送到距離根尖1 mm的距離，通過垂直加壓器使MTA在根尖2 mm附近充填壓實，重復進程，直至MTA在根管開口下方2 mm處填充根管。 ③ Gutta-Percha+AH-plus組：用Gutta-percha+AH-plus Sealer(美國Dentsply公司)進行根管填充。采用 B&L-α2和B&L-β熱凝牙膠充填器(韓國B&L Biotech公司)通過Hot gutta-perchaRE熱牙膠垂直加壓填充；主牙膠尖是35號0.04錐度，根據制造商的說明混合AH-plus并將其放置在輸送器上導入根管，將主牙膠尖放置到工作長度后，使用加壓器進行垂直壓至距離根尖孔3 mm 左右并燙除多余的牙膠，用牙膠和B&L-β熱凝牙膠充填器進行回填(加熱溫度170℃)，然后去掉多余的牙膠，并在根管口下方2 mm處用充填器壓實根管。

1.4 模擬牙周膜將牙根浸泡在熔化的蠟中至距其冠端5 mm處，形成0.2～0.3 mm的蠟層。將每個牙根樣本冠端固定在深為20 mm、直徑為20 mm的圓形塑料容器中，用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)澆灌到距根尖5 mm水平處。PMMA的固定完成后，取出牙根，去除牙根外的蠟層。形成丙烯酸支撐物并用熱水清洗，然后干燥并填充輕體硅橡膠印模材料。將牙根插入鑄模中，去除多余的印模材。所有的牙根均被固定在PMMA的鑄模中。

1.5 采用隨機載荷疲勞試驗建立體外抗性模型所有機械測試均在試驗機(美國Instron 公司)上進行，樣品安裝在鋼夾具上，鋼夾具是直徑為5 cm的圓形壓力板，設置試驗機條件(500～1 500 N， 2 Hz正弦交替，循環7 200次)，然后進行負載。

1.6 微型CT掃描和牙根裂紋程度評分微型CT掃描參數：分辨率 20 μm， 電壓 80 kV，電流80 μA。從PMMA中取出所有牙根，對所有牙根進行掃描觀察牙根裂紋發生情況，獲得距根尖部9、6和3 mm圖像并進行分析。牙根裂紋評分：0分，無裂紋或裂紋深度<0.5 mm；1分，不完全裂紋，截面只有一個裂紋，深度> 0.5 mm；2分，2個不完整的裂紋或更多；3分，只有1個完整的裂紋；4分，2個或更多完整裂紋。如果樣本在3個檢測層面出現不同評分，則選擇最高評分。

2 結 果

2.1 微型CT觀察體外抗性模型建立后各組牙根裂紋發生情況在隨機載荷疲勞試驗中牙根出現不同程度的裂紋，表明體外抗性模型建立成功(圖1)。隨機載荷疲勞試驗后，微型CT觀察到牙根內部裂紋發生情況有4種不同的表現，包括牙根無裂紋、牙根出現不完全裂紋、牙根出現完全裂隙以及牙根出現不完全和完全裂紋。本研究隨機載荷疲勞試驗中，通過微型CT二維斷層掃描和三維結構重建后發現大部分牙根均為近遠中向裂紋(圖2)。

2.2 各組牙根裂紋評分與對照組比較，OrthoMTA組牙根裂紋評分降低，Gutta-percha+ AH-plus組牙根裂紋評分升高，但差異均無統計學意義(P>0.05)；OrthoMTA組牙根裂紋評分低于Gutta-percha+AH-plus組，但2組間比較差異無統計學意義(P>0.05)。見表1。

A:No crack; B:Incomplete crack; C: Complete crack; D:Two types of cracks.

A,B：Control group; C, D: Gutta-Percha+AH-plus group;E,F: OrthoMTA group;A,C,E: 2D; B,D,F: 3D.

表1 各組牙根裂紋評分

3 討 論

VRF發生在牙根部, 裂紋會從根尖孔向冠方擴展到牙頸部，與牙本質小管方向一致，完全或部分穿通根管進入牙周膜。在根尖區域，牙根會出現完全性斷裂，在靠近牙頸部區域往往更多地表現為局部不完全性折裂甚至不發生折裂。根尖部裂隙處牙體組織以及根尖周組織出現病理性吸收，裂隙附近的牙周膜變為炎癥性肉芽組織，充滿裂隙。

導致VRF的因素很多，如牙齒形態異常[9]、高濃度次氯酸鈉沖洗[10]、器械和操作方式[11]及不同填充技術[12]修復治療后受力過程中產生的楔應力[13-14]等。其中根管治療后牙體的抗折性降低是VRF的主要原因。目前根管預備不能完全避免上述情況。雖然尚不清楚器械折斷是否會導致VRF，但牙髓治療后牙齒的VRF風險明顯增加[2]。研究[15]表明：盡管存在牙根本身的解剖因素，但不同的根管預備方法均會造成牙根抗折性降低。

VRF缺乏特定的癥狀和體征，在臨床檢查過程中，有時僅能發現局部窄而深的牙周袋。VRF早期不易被察覺，也可能在冠修復之前就已經發生VRF，但在癥狀出現前未被發現[16-17]。所以根管治療不僅要消除感染而且要維持牙根足夠的抗力。因此，在根管治療過程中，除了嚴密充填之外，能夠補償根管預備后牙根抗折性降低的封閉材料備受期待。目前多種根管充填材料已經廣泛應用于根管充填，但也引起了很多爭議。BABA 等[18]認為:樹脂填充根管的抗折性優于牙膠充填，但不能保證完全防水密封和與牙本質的化學結合。不同固化方式的樹脂類根充材料對VRF的影響也不相同[19-20]。采用側向冷凝技術的Resilon/Epiphany封閉劑的性能優于Gutta-percha/AH-plus封閉劑，但對牙根抗折性的影響差異無統計學意義[21]。

研究[22]顯示：牙根樣本存儲在含有0.2%疊氮化鈉、0.1%麝香草酚溶液、10.0%甲醛溶液和0.9%鹽水溶液中，對實驗結果無明顯影響。IACONO等[23]將填充有OrthoMTA的牙根樣品分別浸入STF和磷酸鹽緩沖鹽水中1個月，浸入磷酸鹽緩沖鹽水中的OrthoMTA的推出強度增加。由于STF的成分與唾液的無機成分相似[24], 因此本研究在根管充填前將樣本儲存在STF中。

迄今為止，絕大多數關于抗斷裂性的研究都是在靜態或單循環載荷下進行失效實驗 。靜壓試驗是最常用的實驗方法，垂直載荷通過鋼球傳遞給試樣，然后逐漸增加載荷直至斷裂，記錄最大載荷。該方法的缺陷是連續增加載荷，結論可能有一定的局限性。選擇不同的尖端可能影響最大載荷，大多數類似的研究會選擇球形尖端，鋼球半徑為2～4 mm[24]。選擇半徑適合的鋼球可使其位于每個樣本的根管口中心，以便使試樣斷裂。大多數關于測試抗斷裂性能的研究使用球形尖端(r= 2 mm)，Gutta-percha+AH-plus根管充填后進行測試，發生的斷裂最大載荷值為300～600 N，但鋼球半徑增加后(r= 6 mm)得到斷裂載荷值為922.7～1 613.7 N[25]，其原因可能與壓強有關。此外，不同的加載角度和根部解剖學差異會導致試樣出現不同的斷裂載荷值。MONTEIRO等[26]實驗研究得出的樣本斷裂負荷值高于平均水平。HANADA等[20]采用金屬盤(r=25 mm)進行加載試驗，將金屬盤平放在根部的橫截面上進行載荷，傳導力沿著樣品的長軸傳遞，結果顯示：傳統的根管封閉劑和樹脂類的根管封閉劑之間無明顯差異。故本研究使用了金屬盤，使其直接與牙根樣本的橫截面接觸并進行載荷。疲勞試驗使用單個循環加載到失效測試條件，以模擬咀嚼功能并導致樣品在重復加載后斷裂，但測試時間將持續數天。因此，大多數疲勞試驗會加快負載頻率，達到4～8 Hz[27]。但正常咀嚼運動頻率為每分鐘60～120次，僅為1～2 Hz。單周期負荷疲勞試驗不同于正常的咀嚼形式。研究[28]表明：正常咀嚼運動周期為0.875 s，載荷范圍為3～600 N。根據隨機載荷譜最高頻率范圍內的咀嚼力分布情況，本研究中的載荷設定為500～1 500 N。本研究結果表明：當根管用Gutta percha+AH-plus進行封閉時，裂紋形成情況與對照組相似，OrthoMTA組裂紋評分低于其他組，但差異無統計學意義。

在以往的研究中，大多數樣本在靜壓試驗中均發生了斷裂。然而，在大型金屬圓盤的隨機載荷疲勞試驗中，樣本的裂紋是近中折裂。力學研究[29]已經證明：在長時間的反復應力下容易在應力集中區域形成疲勞裂紋。根管為近卵圓形，器械預備后為圓形 ，根管壁厚度不均勻。根管壁抗力減弱，容易產生應力集中。本研究采用大型金屬圓盤使其直接與牙根樣本的橫截面完全接觸并進行載荷，避免了楔入效應。微小的裂紋往往是疲勞損傷產生的，在交變應力的作用下，微裂紋擴展，達到臨界值時試樣損壞，小于臨界值時裂紋保持原始狀態。當樣本保持恒定應力時，裂紋變鈍，增加了裂紋推進所需的應力。本研究中，樣本保持在適當的載荷范圍內，解決了恒定載荷的問題。牙根裂紋的發生及其變化是不可知的。許多學者在人工口內設計并模擬了口腔環境和復雜的生理運動，但由于人體生理結構和功能的復雜性，準確模擬咀嚼活動還需進一步研究。