微型CT检测随机负荷疲劳试验后不同根管充填材料对牙根抗折性的影响

张 力， 全 涛， 刘大勇， 贾 智

(天津医科大学口腔医院牙体牙髓科，天津 300070)

牙根纵裂(vertical root fracture，VRF)是发生在牙根不波及牙冠的牙体折裂，折裂沿牙体长轴方向发展，累及牙髓腔和牙周膜，难以通过常规治疗取得理想效果，常会造成患牙缺失[1]。VRF致病因素十分复杂，研究[2-4]表明：根管治疗后VRF风险较活髓牙更高，其原因可能与治疗后牙体机械性能改变以及根管应力分布紊乱有关。因此，根管治疗后牙体的抗折性是国内外牙体牙髓领域研究的重点。矿物三氧化物凝聚体(mineral trioxide aggregrate，MTA)是一种新材料，广泛应用于牙科领域。MTA具有优异的理化性质、出色的生物相容性和边缘密封性，可直接用于牙髓覆盖、活髓切断修复牙髓穿孔、根尖形成、根尖屏障、逆行充填和牙髓血运重建。OrthoMTA和牙胶尖(Gutta-Percha)+环氧树脂类糊剂(AH-plus) (Gutta-Percha+AH-plus)是2种不同的根管充填材料，迄今为止，OrthoMTA和Gutta-Percha+AH-plus根管充填后牙根抗折性的研究结果[5-6]不尽相同，绝大多数关于牙根抗折裂性的研究都是在静态或单循环载荷下进行失效试验[7]，该方法连续增加载荷，无法模拟人体生理状态下的功能状态，结论可能有一定的局限性。目前，随机恒定负荷下对OrthoMTA根管充填后VRF的研究尚未见报道。本研究通过预先形成随机疲劳力负荷模拟咀嚼力，使样品保持在适当的载荷范围内，以解决恒定载荷问题，从而更加真实客观地反映人体口腔内的咀嚼状态，并在恒定疲劳力负荷下比较OrthoMTA和 Gutta-Percha +AH-plus根管充填后的抗折性，通过微型CT检测牙根折裂情况，评估不同根管充填材料对牙根抗疲劳性的影响，为其临床应用和对VRF进一步研究提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 样本采集本研究所收集的牙齿样本均经过患者知情同意，并获得天津医科大学口腔医院伦理委员会批准。纳入标准：收集年龄为30～60岁患者完整单根管前牙60颗，通过根尖片在近远中方向检查牙体，每个样本用无菌水洗涤并在手术显微镜下观察(放大16倍)以排除具有根折或裂纹的牙齿。在釉质牙骨质界处用金刚砂圆盘去除牙冠，保留牙根长度为(14.0±1.0 )mm，截面平行并且与牙体长轴垂直，牙根的颊舌径为(5.0±0.7)mm，近远中径为(6.7±0.6)mm。

1.2 根管预备使用Dentsply Maillefer 10号K锉放入根管到距离根尖孔1 mm处，通畅根管，确定工作长度。首先使用iRace(瑞士FKG DENTAIRE公司)序列R1(15号0.06锥度)、R1a(20号0.02锥度)和R1b(25号0.06锥度)预备根管，然后使用BLX镍钛系统预备根管从25号0.06锥度至35号0.04锥度。用2%次氯酸钠2 mL和17%乙二胺四乙酸(EDTA)3 mL锉间冲洗10 s，最后用5 mL无菌水冲洗。将所有样本储存在合成组织液(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蒸馏水中构成。

1.3 实验样本分组和根管填充将选定的牙根样本随机分为对照组、OrthoMTA组和Gutta-Percha+AH-plus组，每组20颗，用5 mL无菌水冲洗样品，并在填充前用纸尖干燥。按每组充填要求充填后，在手术显微镜下观察样本(放大16倍)以排除有裂纹的牙根。所有的根管口用磷酸锌水门汀密封，厚度为1～2 mm。样品在37℃STF中保存1周。机械试验前除去磷酸锌水门汀。① 对照组：未接受任何根管封闭。② OrthoMTA组：用OrthoMTA(韩国BioMTA公司)进行根管填充。将OrthoMTA与PBS溶液以3∶1的比例混合[8]，通过无菌拭子吸收过量溶液；将OrthoMTA通过MTA输送器输送到距离根尖1 mm的距离，通过垂直加压器使MTA在根尖2 mm附近充填压实，重复进程，直至MTA在根管开口下方2 mm处填充根管。 ③ Gutta-Percha+AH-plus组：用Gutta-percha+AH-plus Sealer(美国Dentsply公司)进行根管填充。采用 B&L-α2和B&L-β热凝牙胶充填器(韩国B&L Biotech公司)通过Hot gutta-perchaRE热牙胶垂直加压填充；主牙胶尖是35号0.04锥度，根据制造商的说明混合AH-plus并将其放置在输送器上导入根管，将主牙胶尖放置到工作长度后，使用加压器进行垂直压至距离根尖孔3 mm 左右并烫除多余的牙胶，用牙胶和B&L-β热凝牙胶充填器进行回填(加热温度170℃)，然后去掉多余的牙胶，并在根管口下方2 mm处用充填器压实根管。

1.4 模拟牙周膜将牙根浸泡在熔化的蜡中至距其冠端5 mm处，形成0.2～0.3 mm的蜡层。将每个牙根样本冠端固定在深为20 mm、直径为20 mm的圆形塑料容器中，用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)浇灌到距根尖5 mm水平处。PMMA的固定完成后，取出牙根，去除牙根外的蜡层。形成丙烯酸支撑物并用热水清洗，然后干燥并填充轻体硅橡胶印模材料。将牙根插入铸模中，去除多余的印模材。所有的牙根均被固定在PMMA的铸模中。

1.5 采用随机载荷疲劳试验建立体外抗性模型所有机械测试均在试验机(美国Instron 公司)上进行，样品安装在钢夹具上，钢夹具是直径为5 cm的圆形压力板，设置试验机条件(500～1 500 N， 2 Hz正弦交替，循环7 200次)，然后进行负载。

1.6 微型CT扫描和牙根裂纹程度评分微型CT扫描参数：分辨率 20 μm， 电压 80 kV，电流80 μA。从PMMA中取出所有牙根，对所有牙根进行扫描观察牙根裂纹发生情况，获得距根尖部9、6和3 mm图像并进行分析。牙根裂纹评分：0分，无裂纹或裂纹深度<0.5 mm；1分，不完全裂纹，截面只有一个裂纹，深度> 0.5 mm；2分，2个不完整的裂纹或更多；3分，只有1个完整的裂纹；4分，2个或更多完整裂纹。如果样本在3个检测层面出现不同评分，则选择最高评分。

2 结 果

2.1 微型CT观察体外抗性模型建立后各组牙根裂纹发生情况在随机载荷疲劳试验中牙根出现不同程度的裂纹，表明体外抗性模型建立成功(图1)。随机载荷疲劳试验后，微型CT观察到牙根内部裂纹发生情况有4种不同的表现，包括牙根无裂纹、牙根出现不完全裂纹、牙根出现完全裂隙以及牙根出现不完全和完全裂纹。本研究随机载荷疲劳试验中，通过微型CT二维断层扫描和三维结构重建后发现大部分牙根均为近远中向裂纹(图2)。

2.2 各组牙根裂纹评分与对照组比较，OrthoMTA组牙根裂纹评分降低，Gutta-percha+ AH-plus组牙根裂纹评分升高，但差异均无统计学意义(P>0.05)；OrthoMTA组牙根裂纹评分低于Gutta-percha+AH-plus组，但2组间比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表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 各组牙根裂纹评分

3 讨 论

VRF发生在牙根部, 裂纹会从根尖孔向冠方扩展到牙颈部，与牙本质小管方向一致，完全或部分穿通根管进入牙周膜。在根尖区域，牙根会出现完全性断裂，在靠近牙颈部区域往往更多地表现为局部不完全性折裂甚至不发生折裂。根尖部裂隙处牙体组织以及根尖周组织出现病理性吸收，裂隙附近的牙周膜变为炎症性肉芽组织，充满裂隙。

导致VRF的因素很多，如牙齿形态异常[9]、高浓度次氯酸钠冲洗[10]、器械和操作方式[11]及不同填充技术[12]修复治疗后受力过程中产生的楔应力[13-14]等。其中根管治疗后牙体的抗折性降低是VRF的主要原因。目前根管预备不能完全避免上述情况。虽然尚不清楚器械折断是否会导致VRF，但牙髓治疗后牙齿的VRF风险明显增加[2]。研究[15]表明：尽管存在牙根本身的解剖因素，但不同的根管预备方法均会造成牙根抗折性降低。

VRF缺乏特定的症状和体征，在临床检查过程中，有时仅能发现局部窄而深的牙周袋。VRF早期不易被察觉，也可能在冠修复之前就已经发生VRF，但在症状出现前未被发现[16-17]。所以根管治疗不仅要消除感染而且要维持牙根足够的抗力。因此，在根管治疗过程中，除了严密充填之外，能够补偿根管预备后牙根抗折性降低的封闭材料备受期待。目前多种根管充填材料已经广泛应用于根管充填，但也引起了很多争议。BABA 等[18]认为:树脂填充根管的抗折性优于牙胶充填，但不能保证完全防水密封和与牙本质的化学结合。不同固化方式的树脂类根充材料对VRF的影响也不相同[19-20]。采用侧向冷凝技术的Resilon/Epiphany封闭剂的性能优于Gutta-percha/AH-plus封闭剂，但对牙根抗折性的影响差异无统计学意义[21]。

研究[22]显示：牙根样本存储在含有0.2%叠氮化钠、0.1%麝香草酚溶液、10.0%甲醛溶液和0.9%盐水溶液中，对实验结果无明显影响。IACONO等[23]将填充有OrthoMTA的牙根样品分别浸入STF和磷酸盐缓冲盐水中1个月，浸入磷酸盐缓冲盐水中的OrthoMTA的推出强度增加。由于STF的成分与唾液的无机成分相似[24], 因此本研究在根管充填前将样本储存在STF中。

迄今为止，绝大多数关于抗断裂性的研究都是在静态或单循环载荷下进行失效实验 。静压试验是最常用的实验方法，垂直载荷通过钢球传递给试样，然后逐渐增加载荷直至断裂，记录最大载荷。该方法的缺陷是连续增加载荷，结论可能有一定的局限性。选择不同的尖端可能影响最大载荷，大多数类似的研究会选择球形尖端，钢球半径为2～4 mm[24]。选择半径适合的钢球可使其位于每个样本的根管口中心，以便使试样断裂。大多数关于测试抗断裂性能的研究使用球形尖端(r= 2 mm)，Gutta-percha+AH-plus根管充填后进行测试，发生的断裂最大载荷值为300～600 N，但钢球半径增加后(r= 6 mm)得到断裂载荷值为922.7～1 613.7 N[25]，其原因可能与压强有关。此外，不同的加载角度和根部解剖学差异会导致试样出现不同的断裂载荷值。MONTEIRO等[26]实验研究得出的样本断裂负荷值高于平均水平。HANADA等[20]采用金属盘(r=25 mm)进行加载试验，将金属盘平放在根部的横截面上进行载荷，传导力沿着样品的长轴传递，结果显示：传统的根管封闭剂和树脂类的根管封闭剂之间无明显差异。故本研究使用了金属盘，使其直接与牙根样本的横截面接触并进行载荷。疲劳试验使用单个循环加载到失效测试条件，以模拟咀嚼功能并导致样品在重复加载后断裂，但测试时间将持续数天。因此，大多数疲劳试验会加快负载频率，达到4～8 Hz[27]。但正常咀嚼运动频率为每分钟60～120次，仅为1～2 Hz。单周期负荷疲劳试验不同于正常的咀嚼形式。研究[28]表明：正常咀嚼运动周期为0.875 s，载荷范围为3～600 N。根据随机载荷谱最高频率范围内的咀嚼力分布情况，本研究中的载荷设定为500～1 500 N。本研究结果表明：当根管用Gutta percha+AH-plus进行封闭时，裂纹形成情况与对照组相似，OrthoMTA组裂纹评分低于其他组，但差异无统计学意义。

在以往的研究中，大多数样本在静压试验中均发生了断裂。然而，在大型金属圆盘的随机载荷疲劳试验中，样本的裂纹是近中折裂。力学研究[29]已经证明：在长时间的反复应力下容易在应力集中区域形成疲劳裂纹。根管为近卵圆形，器械预备后为圆形 ，根管壁厚度不均匀。根管壁抗力减弱，容易产生应力集中。本研究采用大型金属圆盘使其直接与牙根样本的横截面完全接触并进行载荷，避免了楔入效应。微小的裂纹往往是疲劳损伤产生的，在交变应力的作用下，微裂纹扩展，达到临界值时试样损坏，小于临界值时裂纹保持原始状态。当样本保持恒定应力时，裂纹变钝，增加了裂纹推进所需的应力。本研究中，样本保持在适当的载荷范围内，解决了恒定载荷的问题。牙根裂纹的发生及其变化是不可知的。许多学者在人工口内设计并模拟了口腔环境和复杂的生理运动，但由于人体生理结构和功能的复杂性，准确模拟咀嚼活动还需进一步研究。