生物陶瓷类根管封闭剂的研究进展

颜愈佳 邹玲

口腔疾病研究国家重点实验室 国家口腔疾病临床医学研究中心四川大学华西口腔医院牙体牙髓病科 成都 610041

根管治疗的成功依赖于对根管内感染的控制与彻底清除，同时运用生物相容性好的封闭材料严密充填根管，防止再感染的发生。而无论对于根管预备或是根管充填，根管系统的复杂解剖形态都是根管治疗的难点之一[1]。在根管充填时，单纯的牙胶只能充填根管的主体部分，无法完全顺应根管形态，达到严密的三维封闭效果。根管封闭剂作为“粘接剂”，能渗入牙本质小管、侧支根管以及牙胶与根管壁之间的间隙等多种潜在间隙，达到较好的封闭效果[2]。根管封闭剂，又称根管充填糊剂，随着材料学的发展其组分也一直在变化。根据主要成分可分为氧化锌丁香酚类、硅酮类、树脂类、氢氧化钙类、玻璃离子类、纳米类以及生物陶瓷类[3-4]。

生物陶瓷材料是为医学设计的生物相容性良好的陶瓷类材料，种类主要有氧化铝、氧化锆、生物活性玻璃、微晶玻璃、羟磷灰石以及磷酸钙等[5]，这些材料成分中富含硅、铝、氧元素，是与普通陶瓷材料成分相似的一类无机非金属材料。生物陶瓷材料早期在医学的运用主要为植入体内的骨替代材料，随着对材料性能研究的深入，其在牙科领域的运用也越发的广泛，例如修复骨缺损、根尖填充材料、根管穿孔修复、根管封闭剂和直接盖髓材料[6]。生物陶瓷类根管封闭剂即材料主要成分为生物陶瓷类材料的根管封闭剂。

本文将对几种临床常用生物陶瓷类根管封闭剂的构成和性能进行综述，拟为临床医生选择此类根管封闭剂提供参考。

1 临床常用生物陶瓷类根管封闭剂及其构成

1.1 硅酸钙基生物陶瓷类根管封闭剂

硅酸钙基生物陶瓷类根管封闭剂又可分为基于三氧化矿物凝聚体（mineral trioxide aggregate，MTA）型和非基于三氧化矿物凝聚体型[7]。临床现有常用的非基于三氧化矿物凝聚体型的硅酸钙基生物陶瓷类根管封闭剂有iRoot SP、EndoSequence BC Sealer以及EndoSequence BC Sealer Hiflow等，主要由氧化锆、硅酸钙、磷酸钙、氢氧化钙、填料和增稠剂组成[5,8]。而基于三氧化矿物凝聚体型的生物陶瓷类根管封闭剂有Endo CPM Sealer、Biodentine、ProRoot Endo Sealer、MTA Fillapex和MTA Angelus等。它们的主要成分均有MTA的组分硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙和二氧化硅等，以及少量的硫酸钙、碳酸钙、氧化铋与氧化镁等，不同的商品剂型还有不同的填料、色料成分添加[8-9]。

1.2 磷酸钙基生物陶瓷类根管封闭剂

磷酸钙基的生物陶瓷类根管封闭剂相对而言在临床工作中使用得更少，现有的商品化剂型有Sankin apatite root canal sealer（Ⅰ～Ⅲ），用于实验的有Capseal（Ⅰ、Ⅱ）。前者的主要成分为α-磷酸三钙、羟磷灰石、聚丙烯酸和适量添加的碘仿；后者的主要成分为磷酸四钙、无水磷酸二钙、氧化锆与硅酸盐等[10-11]。

2 生物陶瓷类根管封闭剂的性能研究

经典的Grossman标准提出了理想根管充填材料应该具有的性质[12]，包括良好的生物相容性、阻射性、抗菌能力、流动性、黏附性等多项物理化学性能。针对以硅酸钙基为主的生物陶瓷类根管封闭剂的实验室研究及临床试验[13-14]结果显示：其性能不逊于既往临床的经典根管封闭剂，如环氧树脂类的AH plus或者氢氧化钙类的Apexit plus等。

2.1 生物相容性

根管充填材料可与根尖孔或侧支根管口的组织直接接触或通过表面修复的模式间接接触[15]。生物相容性被定义为材料在特定应用过程中表现出适当甚至有利的宿主反应的能力，也可以理解为材料与组织接触后不会引发如毒性、刺激性、炎症反应、过敏反应或致癌的不良反应[16]。大多数实验通过细胞毒性实验来评估材料的生物相容性。在对生物陶瓷类根管封闭剂的细胞毒性实验中观察到，EndoSequence BC Sealer、iRoot SP、MTA Fillapex等在新鲜混合时都表现出中度的细胞毒性，但这种毒性会随着时间的增长而降低，直至完全成型[17-18]。与临床经典环氧树脂基根管封闭剂AH plus相比，生物陶瓷类糊剂表现出更低的细胞毒性[19-20]。目前，研究[20-21]显示：其生物相容性更高的原因在于成分中的磷酸钙是骨组织和牙体组织的主要无机成分，因此，生物陶瓷类根管封闭剂被推出根尖孔进入根尖周组织时有可能会诱导骨再生。

2.2 生物活性

生物陶瓷可根据其与周围组织接触后能否诱发反应分为生物惰性与生物活性材料[22]。在根管封闭剂与根尖周组织接触后，具有良好生物活性的材料能刺激代谢与细胞特异性变化，促使组织愈合。例如促炎因子分泌和免疫细胞募集的调节与根尖周炎症恢复有关，生长因子分泌和细胞分化与根尖周愈合有关。研究发现：多种生物陶瓷类根管封闭剂在体外实验中能表现出促细胞迁移[23]、促成骨分化[24-25]、调节促炎症因子释放[24,26]、促血管新生[27]以及促巨噬细胞极化[28]等多种作用。

2.3 流动性

流动性是根管封闭剂充填牙胶难以进入的区域或间隙时的保障[29]。根据国际标准化组织（International Organization of Standardization，ISO）6876/2012的要求，根管封闭剂的流动性测试直径应不小于17 mm[30]，而材料的流动性受到包括温度、粒度等多方面的因素影响。鉴于临床常用热牙胶垂直加压充填技术，目前研究最多的是温度对材料流动性的影响。研究[31]结果显示：与AH plus糊剂[（21.08±1.76）mm/（22.93±1.11）mm]相比，硅酸钙基的EndoSequence BC Sealer Hiflow[（23.74±1.68）mm/（29.41±2.42）mm]在37℃及100℃的条件下流动性均更佳。而同为硅酸钙基的Bio-C sealer的流动性随着温度的升高有所下降[（33.87±2.75）mm/（21.89±2.00）mm]，分析可能是其组分中的聚乙二醇受热降解以及脱水所致。除此以外，还有不少研究[32-33]都证明了生物陶瓷类根管封闭剂具有良好的流动性，既符合ISO 6876/2012的要求，也不逊于原有临床常用根管封闭剂。

2.4 抗菌性

即使在充分的机械化学预备后根管系统内仍可能残留微生物，这些都是后续治疗失败、继发感染的可能原因，因此，根管封闭剂的抗菌性能对提高根管治疗成功率具有重要意义。目前认为根管封闭剂抗菌能力的关键在于其pH及钙离子的释放[34]。研究[29]表明：EndoSequence BC Sealer的pH以及钙离子远高于AH plus，推测这可能是其抗菌性和刺激矿化组织沉积以获得良好修复的原因。研究人员[35]采用改良直接接触实验测试iRoot SP对粪肠球菌的体外抗菌活性，结果发现：iRoot SP凝固3 d后与粪肠球菌直接接触也能表现出明显的抑菌能力，优于AH plus、Apexit plus等；但凝固7 d后的iRoot SP即使仍有较高pH，其抗菌活性降低。也有研究推测iRoot SP体内抗菌的机制可能与牙本质内的水分有关。iRoot SP的良好亲水性降低了界面处的接触角，使得材料能在根管系统内扩散更广，有助于进入细微区域；同时，iRoot SP成分中的硅酸钙与氧化钙遇水反应生成氢氧化钙与硅酸钙水凝胶，氢氧化钙与成分中的磷酸盐进一步生成羟磷灰石与硅酸钙，使pH维持在高水平[35]。

粪肠球菌作为根尖周炎病损中的常见病原微生物常用于根管封闭剂抗菌活性的测试，许多研究[36-37]结果都显示：生物陶瓷类根管封闭剂对其具有良好的抗菌作用。另外，以金黄色葡萄球菌[38]、白色念珠菌[39]等为实验对象的研究也证实生物陶瓷类根管封闭剂具有良好的抗菌性。

2.5 黏附性

根管封闭剂的黏附性被定义为其黏附根管壁牙本质并促进牙胶尖彼此及与牙本质黏附的能力，考虑到界面处更多涉及到的是形成的化学键结合而非简单的分子吸引力，更为准确的描述应该为粘接[40]。以硅酸钙基根管封闭剂为例，其与牙本质粘接的机制主要涉及颗粒在牙本质小管里的扩散形成机械联锁结合[41]；封闭剂内强碱性环境使胶原蛋白变性，矿物质渗入管间牙本质形成矿物质渗透区[42-43]；磷酸盐与硅酸钙水凝胶、氢氧化钙的反应产物羟磷灰石的作用[35]。

封闭剂的粘接作用主要体现在与根管壁和牙胶尖两者的粘接上。在与根管壁牙本质的粘接机制上，如前所述，封闭剂水合产物的强碱性使胶原蛋白改性，形成了多孔结构，促进了高浓度钙离子、氢氧根离子以及碳酸根离子的扩散进入，有利于此处的矿化形成[44-45]。而粘接性的评估方法主要是测量微渗漏以及粘接强度来侧面反映。对比BioRoot RCS与AH plus的推出实验[46-47]结果，可以发现：前者的推出强度高于后者，表明生物陶瓷类根管封闭剂具有良好的粘接性。也有实验[48]得到相反的结论，这可能与其取样只选取了牙根中段某一个部位而非颈部/根中/根尖3个部位的取样共同研究有关。

关于微渗漏的研究[49]显示：与AH plus或者氧化锌丁香酚基的封闭剂相比，EndoSequence BC Sealer都表现出较低的染料渗透。细菌微渗漏实验[50]同样支持生物陶瓷类根管封闭剂有较好的抗微渗漏作用这一观点。

根管封闭剂在牙本质小管中的渗透能力反映了其对于根管壁的封闭性，进而影响粘接强度。研究发现：生物陶瓷类根管封闭剂在全牙根长度上牙本质小管的渗透率均高于AH plus[51]，并且即使存在未清除干净的氢氧化钙封药，其封闭性也远强于AH plus[52]。

2.6 固化时间

固化时间指根管封闭剂在调和结束后至完全固化前的时长，这一时长也间接影响了使用糊剂时的可操作时长，即工作时间。工作时间是指从由调和开始至能够使用封闭材料且对其性能不产生不利影响的这一段时间。理想情况下，工作时间足够长会更有利于操作，然而过缓的凝固会更容易导致对组织的刺激。大部分的生物陶瓷类根管封闭剂的凝固时间都短于AH plus[53]。但随着根管的干燥，这一时间也会被显著延长，这使得实验室数据与临床观察所得会有较大出入。而伴随温度的升高，无论是AH plus或是生物陶瓷类根管封闭剂，其固化时间基本呈上升趋势，这可能与水分的减少有关[31]。

2.7 阻射性

阻射性并不直接影响根管治疗，它主要用于在影像检查上便于与相邻解剖组织区分开来，方便评估根管充填的质量。根据ISO 6876/2012的标准，根管封闭剂阻射性最低不得低于3 mm厚铝片的阻射性[30]。生物陶瓷类根管封闭剂配方中主要有2个成分提供阻射能力，氧化铋与氧化锆。经过研究[31]发现：常规生物陶瓷类根管封闭剂的阻射性约等同于6～7 mm的铝片厚度，且随温度的升高，阻射性有所降低，变化趋势与其他类型的根管封闭剂一致。

2.8 溶解度

溶解度是指材料进入水中一段时间内的质量损失，ISO 6876/2012相关指标要求质量损失不超过3%[34]。高溶解度的根管封闭材料有可能导致牙胶材料之间或与根管壁牙本质之间形成缝隙，从而导致微渗漏。总的来说，生物陶瓷类根管封闭剂的溶解度都大于环氧树脂基封闭剂，并且不一定完全符合ISO标准要求[54-55]。实验[56-57]发现：iRoot SP（20.64%）、MTA Fillapex（14.89%）都是高度可溶的，这或许与它们成分中存在亲水性纳米颗粒有关，表面积的增加使得更多的液体分子与封闭剂材料相接触。但同时，也有实验发现：MTA Fillapex在内的部分生物陶瓷类根管封闭剂溶解度小于3%。这或许与其实验过程中测定溶解度所使用的溶液、烘干样本的方法与ISO标准有所不同有关[50]。

这些材料溶解于水的同时也会与之发生反应，在牙本质内形成矿物渗透与沉积，且与体外实验条件相比，根管封闭剂在根管内所能接触到的液体量有限，因此，生物陶瓷类根管封闭剂的溶解度是否会导致根管空隙产生微渗漏还需要进一步的观察和研究。

2.9 可再治疗性

研究[58]发现：根管再治疗时难以去尽的根管封闭剂对根尖周组织的恢复有很大影响。生物陶瓷材料凝固后十分坚硬，其渗透在牙本质小管中的材料及形成的羟磷灰石晶体增加了再治疗工作的难度。有研究[59]发现：无论是否使用氯仿作为辅助手段EndoSequence BC Sealer的清除后残留率高于AH plus。但也有研究结果显示：大部分的生物陶瓷类根管封闭剂清除的效率、到达工作长度所需要的时间均与AH plus差异无统计学意义[60]，甚至有发现MTA Fillapex更容易被清除[61]。目前，已知的任何手段都没有办法做到完全清除根管封闭剂，溶剂、超声、光子激发光声流（photon-initiated photoacoustic streaming，PIPS）等辅助手段的使用可提高根管充填材料的清除率，但根尖1/3仍是材料残留最多的地方[62]。

2.10 对后期功能的影响

髓腔内根管封闭剂的不完全去除可能会导致牙体组织的变色。既往研究发现：盖髓材料如灰色MTA（gray-colored mineral trioxide aggregate，GMTA）、白色MTA（white-colored mineral trioxide aggregate，WMTA）在髓腔内的残余会导致牙体明显的变色[63]，而基于MTA的生物陶瓷根管封闭剂如ProRoot MTA、MTA Angelus等也会导致明显的牙体变色，故不推荐在前牙美学区使用[64]。但Biodentine在长达180 d的观察中仍未发现明显的牙体颜色变化[65]。

根管预备过程中对根管壁的切削会降低牙体组织抗折性，使根管治疗后的患牙存在牙根纵裂的风险。而根管充填物能一定程度起到恢复牙体抗折性的作用。研究显示：使用生物陶瓷类根管封闭剂如EndoSequence BC Sealer或TotalFill BC Sealer充填的牙抗折性与使用AH plus的离体牙差异无统计学意义，且明显高于只预备但未行充填的牙齿，这就证明生物陶瓷根管封闭剂对于牙体组织的抗折性无明显负面影响[66-67]。

2.11 临床应用研究

生物陶瓷根管封闭剂如EndoSequence BC Sealer或iRoot SP的临床推荐使用方法多是搭配单根牙胶行单尖法充填，相较于通用的连续波垂直加压充填法能节约不少操作时间。有学者[68]通过micro-CT的研究发现：单尖法和垂直加压充填法的充填量与残留空隙比例无明显差异，均满足临床治疗质量要求。而在根管治疗术后常见并发症治疗后疼痛方面，无论是无症状根尖周炎或是有症状的不可复性牙髓炎，生物陶瓷根管封闭剂相较于经典的AH plus糊剂也表现出较低的疼痛诱发率[69-70]。且对于术前存在明显根尖周病损的病例，使用生物陶瓷根管封闭剂的单尖法充填在长时间随访过程中表现出较高的成功率与良好的治愈率[71]。这些都表明生物陶瓷类根管封闭剂在临床的运用是不逊色于经典的AH plus。

3 总结

生物陶瓷材料作为一种近十年来较为新型的根管封闭剂，因其有良好的生物相容性、抗菌性、流动性等生物、物理、化学方面的特性，具有良好的临床应用前景[72]。虽然相关研究显示：在某些方面它或许并不优于经典的根管封闭剂，亦或是不同配比的生物陶瓷材料间性能也有所差异，这使得它并不满足根管封闭材料的所有要求。但对材料配比的改动或者新类型材料的添加或许能使其性能更加完善。生物陶瓷材料的生物相容性以及促矿化等能力，使其在牙髓病学领域如盖髓材料、骨缺损修复材料等多方面同样具有可研究并进行临床转化的价值[5-6,73]，这一目标需要更多的临床试验进行探究。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。