Воздействие возвратно-поступательного движения и движения в режиме OTR на механическое сопротивление NiTi файлов излому при циклических усталостных испытаниях и во время препарирования канала в полимерном блоке

Д-р Славомир Габрис, Польша

Д-р Славомир Габрис (Dr. Slawomir Gabrys), DDS, закончил медицинский факультет Ягеллонского Университета (г. Краков, Польша), является членом Польской ассоциации эндодонтии (Polskie Towarzystwo Endodontyczne), Европейского эндодонтического общества и группы Dental Masters Group. С 2011 года сотрудничает с научно-исследовательским отделом Польской ассоциации эндодонтии. В течение последних восьми лет сотрудничества с компанией Poldent занимается проектом Endo Akademia.

Рис. 1 Вид специально изготовленного блока с каналами из нержавеющей стали для проведения циклических испытаний на усталость

Вступление

Первые ручные эндодонтические файлы были изготовлены из никель-титанового сплава (NiTi) в 1988 году, с тех пор прошло уже свыше 30 лет. Первые ротационные NiTi файлы с конусностью свыше .2 появились на стоматологическом рынке в 1992 году. Применение  механических файлов значительно упростило и ускорило процесс препарирования корневых каналов, произведя настоящую революцию в эндодонтии. В отличие от файлов из нержавеющей стали, инструменты из NiTi сплава позволяют максимально сохранять исходную анатомию канала. Однако, несмотря на все свои преимущества, вращающиеся NiTi файлы имеют ряд недостатков, наиболее существенным из которых является возможность перелома инструмента внутри корневого канала. Согласно исследованиям, проведенным Школой стоматологической медицины Пенсильванского университета (США) и Стоматологической больницей Нанкинского университета (Китай), частота перелома ротационных файлов составляет примерно 2%. Перелом инструмента во время препарирования значительно затрудняет либо делает невозможной дезинфекцию всего корневого канала, чем сильно усложняет задачу стоматолога-эндодонта. В последнее время благодаря применению эндодонтического микроскопа и ультразвуковых устройств, упростился процесс извлечения сломанных файлов из корневых каналов; тем не менее, всегда существует риск чрезмерного расширения канала, приводящего к ослаблению корня, или его перфорации.

Как  правило, выделяют два основных механизма, которые могут стать причиной перелома файла в корневом канале: превышение предела циклической и/или торсионной нагрузки. Файл, вращающийся в искривленном канале, подвергается циклическому сжатию и растяжению (участок инструмента, в сторону которого произошел изгиб, сжимается, с противоположной стороны этот же участок файла растягивается). Циклическое повторение сжатия и растяжения при каждом обороте инструмента постепенно приводит к усталостному разрушению металла и последующему перелому инструмента.

Инструмент, вращаясь в канале и срезая дентин, также подвергается воздействию торсионной нагрузки. Если сопротивление стенок канала достаточно велико (при заклинивании файла), однако инструмент продолжает вращение с нарастающей силой (повышается момент вращения), то в определенный момент времени торсионная нагрузка, приложенная к файлу, может превысить предел прочности металла и привести к перелому инструмента.

Рис. 2 Параметры каналов для проведения испытаний: длина 16 мм, угол кривизны 90°, радиус кривизны 2,5 мм.

Существует множество факторов, повышающих риск перелома файла: опыт стоматолога-эндодонта, метод работы в корневом канале (созданный доступ, последовательность применения файлов, путь прохождения корневого канала); дизайн инструмента и термообработка сплава; степень и радиус кривизны канала; настройки эндомотора (скорость, момент вращения) и тип движения файла (полновращательное и возвратно-поступательное движение, движение в режиме OTR).

Данное исследование было направлено на изучение воздействия возвратно-поступательного движения и движения в режиме OTR на перелом файла при циклических усталостных испытаниях и испытаниях на торсионную нагрузку (во время препарирования и расширения каналов в полимерных блоках). Для испытаний использовали файлы RECIPROC blue R25 (компания VDW) и Endostar E3 Azure 25/.06 (компания Poldent).

Файлы RECIPROC blue R25 представляют собой инструменты из термообработанного никель-титанового сплава, с номинальным диаметром кончика 0,25 мм и конусностью 0.08 мм/мм на первых 3 мм от кончика инструмента. Файлы с  S-образным поперечным сечением и вращением влево предназначены для препарирования канала возвратно-поступательными движениями. 

Endostar E3 Azure 25.06 – инструменты из термообработанного никель-титанового сплава, с номинальным диаметром кончика 0,25 мм и конусностью рабочей части 0,06 мм/мм. Файлы с S-образным поперечным сечением и вращением вправо разработаны для препарирования канала полновращательными, возвратно-поступательными движениями и в режиме OTR.

Оба инструмента (RECIPROC blue и Endostar E3 Azure) подвергаются специальной термообработке на этапе изготовления, в результате которой на поверхности формируется слой оксида титана, придающий инструментам характерный синий цвет. Благодаря проводимой термообработке, инструменты при препарировании сохраняют мартенситные и аустенситные свойства никель-титанового сплава.  

Принцип препарирования каналов возвратно-поступательными движениями был впервые  предложен д-ром Яредом (Yared) в 2008 году. Файл выполняет попеременно частичное вращение по часовой стрелке и частичное вращение против часовой стрелки. Возвратно-поступательное вращение обозначается в градусах. Например, вращение на 180° по часовой стрелке и на 90° против часовой стрелки означает, что файл попеременно перемещается на половину поворота по часовой стрелке и на  четверть оборота против часовой стрелки. Таким образом, чтобы файл выполнил оборот в 360°, необходимо четыре цикла движений по часовой стрелке и против часовой стрелки. Возвратно-поступательные движения продлевают срок службы никель-титановых файлов. Для файлов RECIPROC blue R25 производитель рекомендует применять следующий режим возвратно-поступательного движения: 150° против часовой стрелки и 30° по часовой стрелке при скорости вращения 300 об./мин.

Режим OTR был запатентован компанией J.Morita в 2015 году. Данный режим работы файлов предназначен для максимального применения преимуществ возвратно-поступательного движения и минимизации его недостатков, в частности скопления дентинных опилок в апикальной части корневого канала. Режим OTR сочетает в себе полновращательное и возвратно-поступательное движение. Файл начинает вращаться в канале на 360° по часовой стрелке. При ощущении высокого сопротивления в канале файл меняет направление вращения на 90° против часовой стрелки и затем на 180° по часовой стрелке.  Усилие, приложенное к файлу, измеряется датчиками наконечника каждые 180°. Если усилие превышает предустановленное значение момента вращения, файл продолжит вращаться на 90° против часовой стрелки и на 180° по часовой стрелке, при этом датчики наконечника снова измерят усилие, приложенное к файлу.  Если усилие превысит предустановленное значение момента вращения, файл будет выполнять возвратно-поступательное движение (180° по часовой стрелке и 90° против часовой стрелки). Если усилие окажется ниже предустановленного значения момента вращения, файл начнет вращаться на 360° по часовой стрелке. Можно установить пять значений момента вращения для активации возвратно-поступательного движения при работе файлом в режиме OTR: 0,2 Нсм, 0,4 Нсм,  0,6 Нсм, 0,8 Нсм и 1,0 Нсм. Чем ниже значение момента вращения, устанавливаемое на наконечнике, тем чаще файл выполняет возвратно-поступательные движения (90° против часовой стрелки и 180° по часовой стрелке). Все файлы Endostar E3 Azure с вращением вправо могут работать в режиме OTR.

Материалы и методы

Для проведения испытаний использовали следующие инструменты: 40 новых файлов RECIPROC blue R25 с диаметром кончика 0,25 мм и варьирующейся конусностью рабочей части (от .08 в области кончика файла до 0.04 у основания рабочей части), и 40 новых файлов Endostar E3 Azure 25/.06 с диаметром кончика 0,25 мм и постоянной конусностью рабочей части .06. Все инструменты имели длину равную 25 мм. Все файлы исследовали под стереомикроскопом (Leica M50, Leica Microsystems) при 20-кратном увеличении. Поскольку дефектов и деформаций обнаружено не было, все инструменты подвергли испытаниям.

Рис. 3 Микрометр для измерения сломанных файлов

Исследование включало две части: 1) циклические усталостные испытания, 2) торсионные испытания.

Циклические усталостные испытания

Для испытаний использовали 20 файлов RECIPROC blue R25 и 20 файлов Endostar E3 Azure 25/.06.  Данные 40 инструментов случайным образом разделили на четыре группы (каждая группа включала 10 инструментов одной компании; n = 10) в зависимости от испытываемого вида  движения:

 

Рис. 4 Позиционирование файлов внутри каналов: RECIPROC blue R25 (слева) и Endostar  E3 Azure 25/06 (справа)

Рис. 5 Тренировочный эндоблок с каналом длиной 18.5 мм и кривизной 55°

- Группа 1: RECIPROC blue R25, полновращательные движения против часовой стрелки при скорости вращения 300 об./ мин. и моменте вращения 2 Нсм;

- Группа 2: RECIPROC blue R25, возвратно-поступательные движения (программа RECIPROC ALL);

- Группа 3: Endostar E3 Azure 25/.06, полновращательные движения по часовой стрелке при скорости вращения 300 об./ мин. и моменте вращения 2 Нсм;

- Группа 4: Endostar E3 Azure 25/.06, возвратно-поступательные движения в режиме OTR при минимальном моменте вращения (0,2 Нсм) и скорости вращения 300 об./мин. (вращение файла на 180° по часовой стрелке и на 90° против часовой стрелки). 

Табл. 1 Показатели среднего времени до момента перелома файла (в секундах), средней длины сломанного фрагмента (в миллиметрах) и стандартного отклонения

Группа	Среднее время до момента перелома файла (стандартное отклонение)	Средняя длина сломанного фрагмента файла (стандартное отклонение)
Группа 1	31.2 (2.90)	4.01 (0.34)
Группа 2	40.1 (3.35)	3.95 (0.32)
Группа 3	89.6 (6.33)	3.78 (0.29)
Группа 4	217.3 (23.25)	3.79 (0.41)

Табл. 2 Медианное количество препарированных блоков до момента перелома файла и стандартное отклонение

Группа	Медианное количество препарированных блоков (стандартное отклонение)
Группа 1	7 (1.20)
Группа 2	9 (1.10)
Группа 3	10 (1.10)
Группа 4	14 (1.29)

Испытания файлов проводили на специально изготовленном блоке с каналами из нержавеющей стали (Рис. 1). Блок изготовили в соответствии с рекомендациями, описанными в 2010 году Plotino и соавт. Канал длиной 16 мм был изогнут под углом 90°, радиус кривизны составил 2,5 мм (Рис. 2).

Инструменты приводились в движение двумя электрическими моторами в зависимости от используемого вида движения. Эндомотор Endostar Provider (компания J. Morita) использовали для групп 1, 3 и 4, эндомотор VDW.SILVER RECIPROC (компания VDW) применили для Группы 2. Для уменьшения трения инструментов о стенки канала использовали смазку WD-40 (компания WD-40 Co.), распыляя ее в канал перед использованием каждого файла. Инструменты совершали полновращательные и возвратно-поступательные движения внутри канала до момента перелома файла. Время перелома было измерено в секундах с помощью цифрового секундомера (Junsd JS-307, компания Shenzhen JUNSD Industry Co.). Далее каждый сломанный инструмент был измерен цифровым микрометром (компания Magnusson, Рис. 3) с точностью до 0,02 мм для проверки погружения каждого файла в канал на одинаковую глубину (Рис. 4). 

Торсионные испытания

Для испытаний использовали 20 файлов RECIPROC blue R25 и 20 файлов Endostar E3 Azure 25/.06. Данные 40 инструментов случайным образом разделили на четыре группы (каждая группа включала 10 инструментов одной компании; n = 10) в зависимости от испытываемого вида движения:

- Группа 1: RECIPROC blue R25, полновращательные движения против часовой стрелки при скорости вращения 300 об./ мин. и моменте вращения 2 Нсм

- Группа 2: RECIPROC blue R25, возвратно-поступательные движения (программа RECIPROC ALL)

- Группа 3: Endostar E3 Azure 25/.06, полновращательные движения по часовой стрелке при скорости вращения 300 об./ мин. и моменте вращения 2 Нсм

- Группа 4: Endostar E3 Azure 25/.06, возвратно-поступательные движения в режиме OTR при минимальном моменте вращения (0,2 Нсм) и скорости вращения 300 об./мин. (вращение файла на 180° по часовой стрелке и на 90° против часовой стрелки)

Испытания проводились на полимерных тренировочных эндоблоках (компания VDW) с каналом длиной 18,5 мм и степенью искривления 55° в апикальной области (Рис. 5). Каждый файл использовали для препарирования каналов в полимерных блоках до момента его перелома. Далее производили подсчет блоков с препарированными каналами, включая блок, в котором произошел перелом инструмента.

Работа со всеми инструментами проводилась одним испытателем (автором настоящей статьи). Блоки устанавливали в параллельные тиски для обеспечения их устойчивости во время препарирования канала. Первоначально канал препарировали файлом К-типа № 10 (компания Poldent). Файл вводили в канал до тех пор, пока его кончик не становился виден в отверстии блока. Далее канал расширяли до размера 20/.02 файлом Endostar NT2 (20/.02) (Poldent) на всю рабочую длину (18мм). Таким образом, все каналы в полимерных блоках были предварительно подготовлены одинаковым образом одними и теми же инструментами одним оператором. Далее работа выполнялась непосредственно испытываемыми инструментами. Файлами RECIPROC blue и Endostar E3 Azure выполнили четыре цикла вращений, включая три клюющих движения в апикальном направлении. Во время четвертого цикла была достигнута рабочая длина в 18 мм. После каждого цикла вращения проводили ирригацию канала дистиллированной водой из шприца с иглой с боковым отверстием. Далее проходимость канала проверяли файлом K-типа № 10 до появления кончика инструмента в отверстии блока, после чего снова промывали канал дистиллированной водой. Между циклами вращения инструменты очищали погружением в поролоновую губку. После достижения рабочей длины препарирование канала в полимерном блоке завершалось, и работа с тем же файлом продолжалась в следующих блоках до момента перелома инструмента.

Статистический анализ

Статистический анализ проводился в программе IBM SPSS (версия 25.0, IBM Corp.). Для оценки статистической значимости различий между группами провели тест Краскела-Уоллиса. При значительных статистических различиях использовали апостериорный тест Геймса-Ховелла. Сравниваемые группы оценили с использованием критерия однородности дисперсии. Статистически значимым был принят уровень p <0,05. 

Результаты

Испытания на циклическую усталость.

Показатели средних значений и стандартных отклонений по времени до момента перелома (секунды) инструментов в анализируемых группах приведены в Табл. 1. Статистически значимые различия были выявлены среди всех четырех групп инструментов (p <0,001). Инструменты в группе 4 продемонстрировали самые высокие показатели по сравнению с остальными тремя группами. Самые низкие показатели были отмечены у инструментов в группе 1. При сравнении по параметру воздействия типа движения (полновращательное либо возвратно-поступательное движение) на время до момента перелома файлов одного и того же типа (сравнение инструментов в группе 1 и группе 2; группе 3 и группе 4), статистически значимое увеличение времени до момента перелома было отмечено при возвратно-поступательном движении файлов RECIPROC и возвратно-поступательном движении в режиме OTR файлов Endostar (p <0,001; Рис. 6).

Рис. 6 Среднее время до перелома в секундах. Красным цветом: RECIPROC blue R25 (полновращательное и возвратно-поступательное движение). Синим цветом: Endostar E3 Azure 25//06 (полновращательное и возвратно-поступательное движение в режиме OTR)


Рис. 7 Медианное количество препарированных блоков. Красным цветом: RECIPROC blue R25 (полновращательное и возвратно-поступательное движение). Синим цветом: Endostar E3 Azure 25//06 (полновращательное и возвратно-поступательное движение режима OTR)

Средние значения и стандартные отклонения по длине сломанных фрагментов (мм) также показаны в Табл. 1. Статистически значимых различий при сравнении файлов по длине сломанных фрагментов выявлено не было (p> 0,05).

Торсионные испытания

Медианные значения и стандартные отклонения по количеству препарированных полимерных блоков до момента перелома файлов для всех анализируемых групп показаны в Табл. 2. Статистически значимые различия между инструментами были выявлены во всех группах при сравнении их друг с другом (p <0,001), за исключением сравнения группы 2 с группой 3. По сравнению с остальными группами, показатель медианы в группе 4 оказался самым высоким, при этом самый низкий показатель медианы анализируемой переменной был отмечен в группе 1.  При сравнении воздействия типа движения (полновращательное или возвратно-поступательное движение) на количество препарированных блоков до момента перелома файла (сравнение инструментов в группе 1 и  группе 2; в группе 3 и в группе 4), статистически значимое увеличение количества препарированных блоков было отмечено при возвратно-поступательном движении файлов RECIPROC и возвратно-поступательном движении в режиме OTR файлов Endostar (p <0,001; Рис.7).

 Обсуждение

Результаты испытаний продемонстрировали, что для никель-титановых ротационных файлов, совершающих  возвратно-поступательные движения, характерен более длительный срок службы. Возвратно-поступательное движение (файлы RECIPROC blue и файлы Endostar E3 Azure для работы в режиме OTR) позволяет повысить количество использований  инструмента до момента его перелома (циклические усталостные испытания) и, как следствие, увеличилось количество каналов, препарированных в полимерных блоках.

Как правило, циклические усталостные испытания проводятся для сравнения устойчивости к циклической усталости отдельных файлов, различающихся по дизайну, например, поперечному сечению, термообработке (или ее отсутствию) и производственному процессу. Целью настоящего исследования было изучение воздействия типа движения на сопротивление инструмента усталости. В данном исследовании при проведении циклических усталостных испытаний не ставилось отдельной задачи по сравнению файлов RECIPROC blue R25 и Endostar E3 Azure 25/.06. Выполнение подобного сравнения было признано нецелесообразным вследствие различной ширины инструмента в точке перелома (около четырех миллиметров от кончика файла). Кроме того, данные файлы отличаются конусностью в нескольких последних миллиметрах от кончика файла. Конусность инструментов RECIPROC blue R25 равна .08 на участке в трех миллиметрах от кончика файла; при этом ширина файла на третьем миллиметре от кончика равна 0,49 мм. Инструменты Endostar E3 Azure 25/.06 имеют одинаковую конусность .06 по всей длине, при этом ширина файла на третьем миллиметре от кончика равна 0,43 мм. Ширина файла Endostar E3 Azure на четвертом миллиметре от кончика составляет 0,49 мм. В литературных источниках не было обнаружено точных данных относительно конусности файлов RECIPROC blue R25 ниже третьего миллиметра от кончика файла, однако их ширина на четвертом миллиметре от кончика очевидно превышала 0,49 мм, поскольку данная ширина отмечалась на третьем миллиметре от кончика файла. Согласно результатам исследования Haïkel и соавт., Gambarini и Plotino и соавт., увеличение площади поперечного сечения за счет увеличения конусности или ширины файла приводит к снижению устойчивости к  циклической усталости. По этой причине сравнение двух файлов аналогичной конструкции и термообработки, но разной конусности не было целью настоящего исследования.

Существенной разницы между всеми испытываемыми инструментами по показателям средней длины сломанных фрагментов выявлено не было. Каждый из файлов сломался примерно в четырех миллиметрах от кончика, что свидетельствует об их правильном расположении в препарируемом канале во время испытаний.

Полимерные блоки использовали с целью определения количества каналов, которые могут быть препарированы до момента перелома файла. Более клинически значимыми были бы исследования, проведенные на удаленных зубах. Однако,  найти каналы с одинаковой повторяющейся анатомией было бы сложно или практически невозможно. В полимерных блоках каналы идентичны, имеют одинаковую длину, ширину, конусность, степень и радиус кривизны, т.е. препарирование каналов файлами выполнялось в одинаковых условиях.

Безусловно, механические свойства полимерных блоков и дентина зуба не являются идентичными. Твердость полимерных блоков по Кнупу ниже, чем у дентина, окружающего пульпарную камеру зуба (22 кг/мм² и 30 кг/мм², соответственно). Следовательно, результаты, полученные в ходе настоящего исследования, не могут полноценно учитываться в клинической практике. Количество каналов, препарированных одним файлом в полимерных блоках, может отличаться от того количества каналов, которые будут  препарированы этим файлом в клинических условиях.

Настоящее исследование состояло из двух частей: циклические усталостные испытания и испытания на торсионную нагрузку. Цель исследования заключалась в оценке воздействия возвратно-поступательного движения на срок службы файлов при проведении испытаний на устойчивость инструментов к циклической усталости и торсионной нагрузке. Во время испытаний на торсионную нагрузку имитировались условия работы файлом в сильно искривленном корневом канале во время эндодонтического лечения, когда инструмент подвергается воздействию скручивающей силы при расширении канала.

Систематический обзор in vitro исследований, проведенный Ahn и соавт., показал, что в большинстве исследований возвратно-поступательные движения повышают устойчивость файла к циклической усталости по сравнению с полновращательным движением. В некоторых исследованиях изучалось также воздействие возвратно-поступательных движений на срок службы файлов, при этом также учитывались показатели устойчивости файлов к циклической и торсионной нагрузке. Результаты настоящего исследования показывают, что совершение файлом возвратно-поступательных движений во время препарирования снижает риск перелома инструментов в канале (Рис. 8).

В настоящем исследовании изучали возвратно-поступательное движение при работе в режиме OTR и его воздействие на устойчивость файла к циклической усталости. Эндодонтические инструменты с режимом OTR появились сравнительно недавно, по этой причине не было проведено достаточного количества исследований воздействия данного вида движения на устойчивость файлов к циклической усталости. Следует отметить, что исследование воздействия движения в режиме OTR  на продолжительность функционирования файла до его перелома при препарировании корневых каналов было проведено впервые, результаты показали, что  возвратно-поступательное движение в режиме OTR продлевает функционирование файла до момента его перелома и позволяет препарировать большее количество корневых каналов.

Рис. 8 Первая линия (RECIPROC blue R25, полновращательное движение): каналы в 6 блоках препарированы без повреждения файла, перелом инструмента произошел при работе в канале 7 блока. Вторая линия (RECIPROC blue R25, возвратно-поступательное движение): каналы в 8 блоках препарированы без повреждения файла, перелом инструмента произошел при работе в канале 9 блока. Третья линия (Endostar E3 Azure 25/.06, полновращательное движение): каналы в 9 блоках препарированы без повреждения файла, перелом инструмента произошел при работе в канале 10 блока. Четвертая линия (Endostar E3 Azure 25/.06, возвратно-поступательное движение в режиме OTR): каналы в 13 блоках препарированы без повреждения файла, перелом инструмента произошел при работе в канале 14 блока.

Заключение

Как показали результаты проведенного исследования, возвратно-поступательные движения  повышают устойчивость файлов к циклической усталости по сравнению с полновращательным движением. Кроме того,  данный вид движения существенно продлевает функционирование файла до момента его перелома и позволяет препарировать большее количество корневых каналов.

Список литературы находится в редакции.