生物陶瓷類根管封閉劑的研究進展

顏愈佳 鄒玲

口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床醫(yī)學研究中心四川大學華西口腔醫(yī)院牙體牙髓病科 成都 610041

根管治療的成功依賴于對根管內(nèi)感染的控制與徹底清除，同時運用生物相容性好的封閉材料嚴密充填根管，防止再感染的發(fā)生。而無論對于根管預(yù)備或是根管充填，根管系統(tǒng)的復(fù)雜解剖形態(tài)都是根管治療的難點之一[1]。在根管充填時，單純的牙膠只能充填根管的主體部分，無法完全順應(yīng)根管形態(tài)，達到嚴密的三維封閉效果。根管封閉劑作為“粘接劑”，能滲入牙本質(zhì)小管、側(cè)支根管以及牙膠與根管壁之間的間隙等多種潛在間隙，達到較好的封閉效果[2]。根管封閉劑，又稱根管充填糊劑，隨著材料學的發(fā)展其組分也一直在變化。根據(jù)主要成分可分為氧化鋅丁香酚類、硅酮類、樹脂類、氫氧化鈣類、玻璃離子類、納米類以及生物陶瓷類[3-4]。

生物陶瓷材料是為醫(yī)學設(shè)計的生物相容性良好的陶瓷類材料，種類主要有氧化鋁、氧化鋯、生物活性玻璃、微晶玻璃、羥磷灰石以及磷酸鈣等[5]，這些材料成分中富含硅、鋁、氧元素，是與普通陶瓷材料成分相似的一類無機非金屬材料。生物陶瓷材料早期在醫(yī)學的運用主要為植入體內(nèi)的骨替代材料，隨著對材料性能研究的深入，其在牙科領(lǐng)域的運用也越發(fā)的廣泛，例如修復(fù)骨缺損、根尖填充材料、根管穿孔修復(fù)、根管封閉劑和直接蓋髓材料[6]。生物陶瓷類根管封閉劑即材料主要成分為生物陶瓷類材料的根管封閉劑。

本文將對幾種臨床常用生物陶瓷類根管封閉劑的構(gòu)成和性能進行綜述，擬為臨床醫(yī)生選擇此類根管封閉劑提供參考。

1 臨床常用生物陶瓷類根管封閉劑及其構(gòu)成

1.1 硅酸鈣基生物陶瓷類根管封閉劑

硅酸鈣基生物陶瓷類根管封閉劑又可分為基于三氧化礦物凝聚體（mineral trioxide aggregate，MTA）型和非基于三氧化礦物凝聚體型[7]。臨床現(xiàn)有常用的非基于三氧化礦物凝聚體型的硅酸鈣基生物陶瓷類根管封閉劑有iRoot SP、EndoSequence BC Sealer以及EndoSequence BC Sealer Hiflow等，主要由氧化鋯、硅酸鈣、磷酸鈣、氫氧化鈣、填料和增稠劑組成[5,8]。而基于三氧化礦物凝聚體型的生物陶瓷類根管封閉劑有Endo CPM Sealer、Biodentine、ProRoot Endo Sealer、MTA Fillapex和MTA Angelus等。它們的主要成分均有MTA的組分硅酸二鈣、硅酸三鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣和二氧化硅等，以及少量的硫酸鈣、碳酸鈣、氧化鉍與氧化鎂等，不同的商品劑型還有不同的填料、色料成分添加[8-9]。

1.2 磷酸鈣基生物陶瓷類根管封閉劑

磷酸鈣基的生物陶瓷類根管封閉劑相對而言在臨床工作中使用得更少，現(xiàn)有的商品化劑型有Sankin apatite root canal sealer（Ⅰ～Ⅲ），用于實驗的有Capseal（Ⅰ、Ⅱ）。前者的主要成分為α-磷酸三鈣、羥磷灰石、聚丙烯酸和適量添加的碘仿；后者的主要成分為磷酸四鈣、無水磷酸二鈣、氧化鋯與硅酸鹽等[10-11]。

2 生物陶瓷類根管封閉劑的性能研究

經(jīng)典的Grossman標準提出了理想根管充填材料應(yīng)該具有的性質(zhì)[12]，包括良好的生物相容性、阻射性、抗菌能力、流動性、黏附性等多項物理化學性能。針對以硅酸鈣基為主的生物陶瓷類根管封閉劑的實驗室研究及臨床試驗[13-14]結(jié)果顯示：其性能不遜于既往臨床的經(jīng)典根管封閉劑，如環(huán)氧樹脂類的AH plus或者氫氧化鈣類的Apexit plus等。

2.1 生物相容性

根管充填材料可與根尖孔或側(cè)支根管口的組織直接接觸或通過表面修復(fù)的模式間接接觸[15]。生物相容性被定義為材料在特定應(yīng)用過程中表現(xiàn)出適當甚至有利的宿主反應(yīng)的能力，也可以理解為材料與組織接觸后不會引發(fā)如毒性、刺激性、炎癥反應(yīng)、過敏反應(yīng)或致癌的不良反應(yīng)[16]。大多數(shù)實驗通過細胞毒性實驗來評估材料的生物相容性。在對生物陶瓷類根管封閉劑的細胞毒性實驗中觀察到，EndoSequence BC Sealer、iRoot SP、MTA Fillapex等在新鮮混合時都表現(xiàn)出中度的細胞毒性，但這種毒性會隨著時間的增長而降低，直至完全成型[17-18]。與臨床經(jīng)典環(huán)氧樹脂基根管封閉劑AH plus相比，生物陶瓷類糊劑表現(xiàn)出更低的細胞毒性[19-20]。目前，研究[20-21]顯示：其生物相容性更高的原因在于成分中的磷酸鈣是骨組織和牙體組織的主要無機成分，因此，生物陶瓷類根管封閉劑被推出根尖孔進入根尖周組織時有可能會誘導(dǎo)骨再生。

2.2 生物活性

生物陶瓷可根據(jù)其與周圍組織接觸后能否誘發(fā)反應(yīng)分為生物惰性與生物活性材料[22]。在根管封閉劑與根尖周組織接觸后，具有良好生物活性的材料能刺激代謝與細胞特異性變化，促使組織愈合。例如促炎因子分泌和免疫細胞募集的調(diào)節(jié)與根尖周炎癥恢復(fù)有關(guān)，生長因子分泌和細胞分化與根尖周愈合有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)：多種生物陶瓷類根管封閉劑在體外實驗中能表現(xiàn)出促細胞遷移[23]、促成骨分化[24-25]、調(diào)節(jié)促炎癥因子釋放[24,26]、促血管新生[27]以及促巨噬細胞極化[28]等多種作用。

2.3 流動性

流動性是根管封閉劑充填牙膠難以進入的區(qū)域或間隙時的保障[29]。根據(jù)國際標準化組織（International Organization of Standardization，ISO）6876/2012的要求，根管封閉劑的流動性測試直徑應(yīng)不小于17 mm[30]，而材料的流動性受到包括溫度、粒度等多方面的因素影響。鑒于臨床常用熱牙膠垂直加壓充填技術(shù)，目前研究最多的是溫度對材料流動性的影響。研究[31]結(jié)果顯示：與AH plus糊劑[（21.08±1.76）mm/（22.93±1.11）mm]相比，硅酸鈣基的EndoSequence BC Sealer Hiflow[（23.74±1.68）mm/（29.41±2.42）mm]在37℃及100℃的條件下流動性均更佳。而同為硅酸鈣基的Bio-C sealer的流動性隨著溫度的升高有所下降[（33.87±2.75）mm/（21.89±2.00）mm]，分析可能是其組分中的聚乙二醇受熱降解以及脫水所致。除此以外，還有不少研究[32-33]都證明了生物陶瓷類根管封閉劑具有良好的流動性，既符合ISO 6876/2012的要求，也不遜于原有臨床常用根管封閉劑。

2.4 抗菌性

即使在充分的機械化學預(yù)備后根管系統(tǒng)內(nèi)仍可能殘留微生物，這些都是后續(xù)治療失敗、繼發(fā)感染的可能原因，因此，根管封閉劑的抗菌性能對提高根管治療成功率具有重要意義。目前認為根管封閉劑抗菌能力的關(guān)鍵在于其pH及鈣離子的釋放[34]。研究[29]表明：EndoSequence BC Sealer的pH以及鈣離子遠高于AH plus，推測這可能是其抗菌性和刺激礦化組織沉積以獲得良好修復(fù)的原因。研究人員[35]采用改良直接接觸實驗測試iRoot SP對糞腸球菌的體外抗菌活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：iRoot SP凝固3 d后與糞腸球菌直接接觸也能表現(xiàn)出明顯的抑菌能力，優(yōu)于AH plus、Apexit plus等；但凝固7 d后的iRoot SP即使仍有較高pH，其抗菌活性降低。也有研究推測iRoot SP體內(nèi)抗菌的機制可能與牙本質(zhì)內(nèi)的水分有關(guān)。iRoot SP的良好親水性降低了界面處的接觸角，使得材料能在根管系統(tǒng)內(nèi)擴散更廣，有助于進入細微區(qū)域；同時，iRoot SP成分中的硅酸鈣與氧化鈣遇水反應(yīng)生成氫氧化鈣與硅酸鈣水凝膠，氫氧化鈣與成分中的磷酸鹽進一步生成羥磷灰石與硅酸鈣，使pH維持在高水平[35]。

糞腸球菌作為根尖周炎病損中的常見病原微生物常用于根管封閉劑抗菌活性的測試，許多研究[36-37]結(jié)果都顯示：生物陶瓷類根管封閉劑對其具有良好的抗菌作用。另外，以金黃色葡萄球菌[38]、白色念珠菌[39]等為實驗對象的研究也證實生物陶瓷類根管封閉劑具有良好的抗菌性。

2.5 黏附性

根管封閉劑的黏附性被定義為其黏附根管壁牙本質(zhì)并促進牙膠尖彼此及與牙本質(zhì)黏附的能力，考慮到界面處更多涉及到的是形成的化學鍵結(jié)合而非簡單的分子吸引力，更為準確的描述應(yīng)該為粘接[40]。以硅酸鈣基根管封閉劑為例，其與牙本質(zhì)粘接的機制主要涉及顆粒在牙本質(zhì)小管里的擴散形成機械聯(lián)鎖結(jié)合[41]；封閉劑內(nèi)強堿性環(huán)境使膠原蛋白變性，礦物質(zhì)滲入管間牙本質(zhì)形成礦物質(zhì)滲透區(qū)[42-43]；磷酸鹽與硅酸鈣水凝膠、氫氧化鈣的反應(yīng)產(chǎn)物羥磷灰石的作用[35]。

封閉劑的粘接作用主要體現(xiàn)在與根管壁和牙膠尖兩者的粘接上。在與根管壁牙本質(zhì)的粘接機制上，如前所述，封閉劑水合產(chǎn)物的強堿性使膠原蛋白改性，形成了多孔結(jié)構(gòu)，促進了高濃度鈣離子、氫氧根離子以及碳酸根離子的擴散進入，有利于此處的礦化形成[44-45]。而粘接性的評估方法主要是測量微滲漏以及粘接強度來側(cè)面反映。對比BioRoot RCS與AH plus的推出實驗[46-47]結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)：前者的推出強度高于后者，表明生物陶瓷類根管封閉劑具有良好的粘接性。也有實驗[48]得到相反的結(jié)論，這可能與其取樣只選取了牙根中段某一個部位而非頸部/根中/根尖3個部位的取樣共同研究有關(guān)。

關(guān)于微滲漏的研究[49]顯示：與AH plus或者氧化鋅丁香酚基的封閉劑相比，EndoSequence BC Sealer都表現(xiàn)出較低的染料滲透。細菌微滲漏實驗[50]同樣支持生物陶瓷類根管封閉劑有較好的抗微滲漏作用這一觀點。

根管封閉劑在牙本質(zhì)小管中的滲透能力反映了其對于根管壁的封閉性，進而影響粘接強度。研究發(fā)現(xiàn)：生物陶瓷類根管封閉劑在全牙根長度上牙本質(zhì)小管的滲透率均高于AH plus[51]，并且即使存在未清除干凈的氫氧化鈣封藥，其封閉性也遠強于AH plus[52]。

2.6 固化時間

固化時間指根管封閉劑在調(diào)和結(jié)束后至完全固化前的時長，這一時長也間接影響了使用糊劑時的可操作時長，即工作時間。工作時間是指從由調(diào)和開始至能夠使用封閉材料且對其性能不產(chǎn)生不利影響的這一段時間。理想情況下，工作時間足夠長會更有利于操作，然而過緩的凝固會更容易導(dǎo)致對組織的刺激。大部分的生物陶瓷類根管封閉劑的凝固時間都短于AH plus[53]。但隨著根管的干燥，這一時間也會被顯著延長，這使得實驗室數(shù)據(jù)與臨床觀察所得會有較大出入。而伴隨溫度的升高，無論是AH plus或是生物陶瓷類根管封閉劑，其固化時間基本呈上升趨勢，這可能與水分的減少有關(guān)[31]。

2.7 阻射性

阻射性并不直接影響根管治療，它主要用于在影像檢查上便于與相鄰解剖組織區(qū)分開來，方便評估根管充填的質(zhì)量。根據(jù)ISO 6876/2012的標準，根管封閉劑阻射性最低不得低于3 mm厚鋁片的阻射性[30]。生物陶瓷類根管封閉劑配方中主要有2個成分提供阻射能力，氧化鉍與氧化鋯。經(jīng)過研究[31]發(fā)現(xiàn)：常規(guī)生物陶瓷類根管封閉劑的阻射性約等同于6～7 mm的鋁片厚度，且隨溫度的升高，阻射性有所降低，變化趨勢與其他類型的根管封閉劑一致。

2.8 溶解度

溶解度是指材料進入水中一段時間內(nèi)的質(zhì)量損失，ISO 6876/2012相關(guān)指標要求質(zhì)量損失不超過3%[34]。高溶解度的根管封閉材料有可能導(dǎo)致牙膠材料之間或與根管壁牙本質(zhì)之間形成縫隙，從而導(dǎo)致微滲漏。總的來說，生物陶瓷類根管封閉劑的溶解度都大于環(huán)氧樹脂基封閉劑，并且不一定完全符合ISO標準要求[54-55]。實驗[56-57]發(fā)現(xiàn)：iRoot SP（20.64%）、MTA Fillapex（14.89%）都是高度可溶的，這或許與它們成分中存在親水性納米顆粒有關(guān)，表面積的增加使得更多的液體分子與封閉劑材料相接觸。但同時，也有實驗發(fā)現(xiàn)：MTA Fillapex在內(nèi)的部分生物陶瓷類根管封閉劑溶解度小于3%。這或許與其實驗過程中測定溶解度所使用的溶液、烘干樣本的方法與ISO標準有所不同有關(guān)[50]。

這些材料溶解于水的同時也會與之發(fā)生反應(yīng)，在牙本質(zhì)內(nèi)形成礦物滲透與沉積，且與體外實驗條件相比，根管封閉劑在根管內(nèi)所能接觸到的液體量有限，因此，生物陶瓷類根管封閉劑的溶解度是否會導(dǎo)致根管空隙產(chǎn)生微滲漏還需要進一步的觀察和研究。

2.9 可再治療性

研究[58]發(fā)現(xiàn)：根管再治療時難以去盡的根管封閉劑對根尖周組織的恢復(fù)有很大影響。生物陶瓷材料凝固后十分堅硬，其滲透在牙本質(zhì)小管中的材料及形成的羥磷灰石晶體增加了再治療工作的難度。有研究[59]發(fā)現(xiàn)：無論是否使用氯仿作為輔助手段EndoSequence BC Sealer的清除后殘留率高于AH plus。但也有研究結(jié)果顯示：大部分的生物陶瓷類根管封閉劑清除的效率、到達工作長度所需要的時間均與AH plus差異無統(tǒng)計學意義[60]，甚至有發(fā)現(xiàn)MTA Fillapex更容易被清除[61]。目前，已知的任何手段都沒有辦法做到完全清除根管封閉劑，溶劑、超聲、光子激發(fā)光聲流（photon-initiated photoacoustic streaming，PIPS）等輔助手段的使用可提高根管充填材料的清除率，但根尖1/3仍是材料殘留最多的地方[62]。

2.10 對后期功能的影響

髓腔內(nèi)根管封閉劑的不完全去除可能會導(dǎo)致牙體組織的變色。既往研究發(fā)現(xiàn)：蓋髓材料如灰色MTA（gray-colored mineral trioxide aggregate，GMTA）、白色MTA（white-colored mineral trioxide aggregate，WMTA）在髓腔內(nèi)的殘余會導(dǎo)致牙體明顯的變色[63]，而基于MTA的生物陶瓷根管封閉劑如ProRoot MTA、MTA Angelus等也會導(dǎo)致明顯的牙體變色，故不推薦在前牙美學區(qū)使用[64]。但Biodentine在長達180 d的觀察中仍未發(fā)現(xiàn)明顯的牙體顏色變化[65]。

根管預(yù)備過程中對根管壁的切削會降低牙體組織抗折性，使根管治療后的患牙存在牙根縱裂的風險。而根管充填物能一定程度起到恢復(fù)牙體抗折性的作用。研究顯示：使用生物陶瓷類根管封閉劑如EndoSequence BC Sealer或TotalFill BC Sealer充填的牙抗折性與使用AH plus的離體牙差異無統(tǒng)計學意義，且明顯高于只預(yù)備但未行充填的牙齒，這就證明生物陶瓷根管封閉劑對于牙體組織的抗折性無明顯負面影響[66-67]。

2.11 臨床應(yīng)用研究

生物陶瓷根管封閉劑如EndoSequence BC Sealer或iRoot SP的臨床推薦使用方法多是搭配單根牙膠行單尖法充填，相較于通用的連續(xù)波垂直加壓充填法能節(jié)約不少操作時間。有學者[68]通過micro-CT的研究發(fā)現(xiàn)：單尖法和垂直加壓充填法的充填量與殘留空隙比例無明顯差異，均滿足臨床治療質(zhì)量要求。而在根管治療術(shù)后常見并發(fā)癥治療后疼痛方面，無論是無癥狀根尖周炎或是有癥狀的不可復(fù)性牙髓炎，生物陶瓷根管封閉劑相較于經(jīng)典的AH plus糊劑也表現(xiàn)出較低的疼痛誘發(fā)率[69-70]。且對于術(shù)前存在明顯根尖周病損的病例，使用生物陶瓷根管封閉劑的單尖法充填在長時間隨訪過程中表現(xiàn)出較高的成功率與良好的治愈率[71]。這些都表明生物陶瓷類根管封閉劑在臨床的運用是不遜色于經(jīng)典的AH plus。

3 總結(jié)

生物陶瓷材料作為一種近十年來較為新型的根管封閉劑，因其有良好的生物相容性、抗菌性、流動性等生物、物理、化學方面的特性，具有良好的臨床應(yīng)用前景[72]。雖然相關(guān)研究顯示：在某些方面它或許并不優(yōu)于經(jīng)典的根管封閉劑，亦或是不同配比的生物陶瓷材料間性能也有所差異，這使得它并不滿足根管封閉材料的所有要求。但對材料配比的改動或者新類型材料的添加或許能使其性能更加完善。生物陶瓷材料的生物相容性以及促礦化等能力，使其在牙髓病學領(lǐng)域如蓋髓材料、骨缺損修復(fù)材料等多方面同樣具有可研究并進行臨床轉(zhuǎn)化的價值[5-6,73]，這一目標需要更多的臨床試驗進行探究。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。