Апикальный периодонтит – это воспалительное заболевание, вызванное реакцией иммунной системы хозяина на присутствие микроорганизмов (планктонное состояние или биопленка) или их продуктов, которые находятся вблизи или в системе корневых каналов, или снаружи вокруг верхушки корня. Целью эндодонтического лечения является предотвращение или излечение апикального периодонтита, следовательно, микроорганизмы как в планктонном состоянии, так и в состоянии биопленки должны быть удалены из системы корневых каналов. К сожалению, из-за сложности системы корневых каналов, имеющей перешейки, плавники и боковые каналы, полное удаление биопленки из системы корневых каналов невозможно во время эндодонтического лечения. Кроме того, структура зуба и корня состоит из дентина, пористого материала, содержащего канальцы с типичным диаметром 0,6–3,2 мкм и длиной 1-2 мм, которые доступны для микроорганизмов. Поэтому следует попытаться свести к минимуму количество микроорганизмов после обработки.

Идеальным был бы неинструментальный метод очистки системы корневых каналов. Это позволило бы избежать недостатков, связанных с инструментацией, таких как образование смазанного слоя и дентинных опилок, ятрогенные ошибки, ослабление структуры корня и образование апикальных трещин. Это было предложено Lussi и его коллегами, которые представили ирригационное устройство для очистки корневых каналов без использования инструментов. Были опубликованы многообещающие результаты (in vitro и in vivo), однако было обнаружено, что необходимы дальнейшие улучшения, и, следовательно, система в настоящее время недоступна на коммерческой основе. Установление чередующегося отрицательного и положительного давления, которое обеспечило бы эффективную процедуру ирригации без использования инструментов и выведения ирриганта, на данный момент представляется невозможным. Поэтому по-прежнему необходимо создавать пространство в системе корневых каналов с помощью инструментов, чтобы иметь возможность вносить дезинфицирующие растворы или медикаменты.

К сожалению, когда система корневых каналов инфицирована, дентинные опилки и смазанный слой также инфицированы. Смазанный слой – это смесь дентинных опилок, остатков пульпы, одонтобластических отростков и микроорганизмов (если они присутствуют), которые прочно прикреплены к стенке корневого канала и могут проникать на глубину до 40 мкм в дентинные канальцы. Как дентинные опилки, так и смазанный слой могут инактивировать лекарственные средства и ирриганты корневых каналов и блокировать их доступ к биопленке. Недавно было показано, что образование дентинных опилок и последующая закупорка перешейков могут оказаться более серьезной проблемой, чем ожидалось. После использования первого инструмента в корневом канале стенка покрывается инфицированным смазанным слоем в местах соприкосновения файла со стенкой канала. В этих местах биопленка механически разрушается, но также сливается со смазанным слоем. В местах, где файлы не соприкасаются со стенками, присутствует биопленка, возможно, покрытая или заблокированная дентинными опилками. Таким образом, удаление дентинных опилок и смазанного слоя играет решающую роль в процессе дезинфекции.

Смазанный слой, дентинные опилки и нетронутую биопленку можно удалить только ирригацией. Для эффективной ирригации необходимо как механическое очищение стенки корневого канала от тканей пульпы, дентинных опилок и смазанного слоя, микроорганизмов (планктонных или биопленочных) и продуктов их жизнедеятельности (в настоящее время называемых субстратом), их удаление из системы корневых каналов, так и их химическое растворение. Оба эти механических и химических аспекта связаны с созданием потока ирриганта. Ирриганты химически инактивируются после их взаимодействия с биопленкой, и поэтому их необходимо смешивать со свежими ирригантами.

Цели создания потока ирриганта:

• прохождение раствора по всей протяженности системы корневых каналов, чтобы войти в тесный контакт с субстратом, унести субстрат и обеспечить смазку инструментов.
• обеспечение адекватной подачи по всей системе корневых каналов, освежение и смешивание ирриганта, чтобы сохранить эффективную концентрацию активного химического компонента(ов) и компенсировать его быструю инактивацию.
• ограничение рамками корневого канала, таким образом, предотвращает выведение ирриганта за верхушку.

Во время процедуры ирригации можно выделить две фазы: фазу потока, во время которой ирригант подается в корневой канал и вытекает из него, и фазу покоя, когда ирригант находится в состоянии покоя в корневом канале. Ирригация одним шприцем позволяет только контролировать поток, активация ирриганта может помочь улучшить распределение ирриганта по всей системе корневых каналов, а также улучшить перемешивание, освежение и химические свойства ирриганта. В этой статье обсуждаются эксплуатационные характеристики, динамика жидкости, а также механические и химические взаимодействия, связанные со звуковой, ультразвуковой и лазерной ирригацией.

Исследования по оценке смазанного слоя стенки корневого канала не обсуждаются в этой статье, поскольку надежность методологии не полностью разработана.

Механические свойства биопленок относительно гидродинамики

Биопленка состоит из прочного внеклеточного матрикса и микроорганизмов. Матрикс состоит в основном из белков и полисахаридов (EPS, внеклеточная полимерная субстанция), он эффективно защищает микроорганизмы. Внеклеточная полимерная субстанция может составлять более 80% биопленки, что превращает биопленку в вязкоупругую жидкость, заставляя ее проявлять упругие свойства при низком напряжении и вязкостно-текучие свойства при высоком напряжении, тем самым защищая содержащиеся в ней бактерии. Следовательно, для получения эффективной дезинфекции необходимо разрушение матрицы. Специфическое строение матрицы зависит от вида микроорганизмов (например, в одном корневом канале было обнаружено около 600 видов бактерий) и условий окружающей среды во время роста, таких как питание и присутствие типичных веществ. Например, ионы металлов, такие как Ca++, могут быть включены в матрицу, вызывая поперечные связи отрицательно связывающих сторон полисахаридов, таким образом укрепляя матрицу.

Усилия, оказываемые на биопленку потоком ирриганта, могут разрушить верхние слои биопленки или ее матрицу из полисахаридов (разрушение сцепления) или могут полностью удалить биопленку (разрушение адгезии). Разрушение верхних слоев матрицы или её полисахаридной основы облегчает проникновение ирригантов в биопленку и, следовательно, может усилить химический эффект ирригантов. Однако в литературе имеется не так много информации о влиянии потока жидкости на биопленку, главным образом из-за большого разнообразия компонентов и связанных с ними физических свойств, что делает ее сложной междисциплинарной темой. Кроме того, измерение механических свойств должно проводиться в короткие сроки (в течение нескольких минут), поскольку биопленка является живым организмом и адаптируется к окружающей среде. Недавно были рассмотрены критические нагрузки, необходимые для разрушения биопленок с помощью множества различных методов. Было обнаружено, что чувствительность биопленок к определенным режимам нагружения сильно варьируется в зависимости от биопленки. Кроме того, сообщаемые значения адгезионной прочности в значительной степени зависят от метода тестирования, который варьируется от грубых измерений в макромасштабе до атомно-силовой микроскопии, работающей в наноразмерном масштабе. Типичные значения, приведенные в литературе, дают модуль упругости порядка от 10-1 до 102 Па и прочность на сдвиг при сцеплении от 101 до 103 Па. Давления и напряжения сдвига, создаваемые различными методами ирригации, показывают, что некоторые методы способны полностью удалять биопленку (таблица 1). К сожалению, механические свойства эндодонтической биопленки неизвестны, таким образом, предсказать влияние жидкостных нагрузок на удаление биопленки в корневом канале пока невозможно.

Таблица 1 Характеристики методов ирригации и активации ирриганта при условии, что корневой канал размером 35.06 заполнен водой.

Недавно проведенное численное трехмерное исследование влияния потока жидкости на биопленку показало, что высокую стабильность полисахаридной матрицы обеспечивает поверхностная структура биопленки. Низкая стабильность полисахаридной матрицы может привести к отслоению больших участков от верхней части биопленки (Рисунок 1). Интересно, что после отслоения остается гладкая структура поверхности базальной биопленки. Это подтверждается другим исследованием, в котором биопленки с гладкой основой остаются после того, как биопленка была подвергнута высоким сдвиговым напряжениям с использованием метода гидродинамического измерения. Эти наблюдения могут быть объяснены расслоением биопленок, в результате которого у основания биопленки остаются более старые, прочные слои, обычно прочно прилипающие к субстрату. Таким образом, полное удаление биопленки со стенки корневого канала может оказаться сложной задачей, и сочетание механического и химического воздействия на биопленку остается решающим. На рисунке 2 показаны возможные механизмы удаления биопленки, связанные с потоком ирриганта.

Рисунок 1. Структура биопленки до и после отслаивания при различной прочности σcrit. (BцL и др.  Рисунок 7. Воспроизведено с разрешения John Wiley and Sons, Inc.)

Рисунок 2. Схемы механизмов снятия биопленки с поверхности. Биопленка подвергается химическому воздействию, после чего израсходованный ирригант необходимо заменить, смешав со свежим ирригантом. Обновление ирриганта осуществляется потоком, который создает напряжение сдвига на стенке. Наконец, кавитация (образование и схлопывание пузырьков) может усилить локальное удаление биопленки.

Звуковые, ультразвуковые и лазерно-активируемые ирригационные системы

Звуковая активация: эксплуатационные характеристики

Звуковая активация осуществляется с использованием инструментов, которые имеют принудительую вибрацию на одном конце (на наконечнике) и могут свободно вибрировать на другом конце. Звуковые устройства работают на слышимых частотах (ниже 20 кГц) и имеют амплитуду колебаний файла до 1 мм. Инструменты, приводимые в действие ультразвуком, демонстрируют простую схему изгиба, состоящую из большой амплитуды на конце (пучности) и небольшой амплитуды на приводимом конце (узле), где происходит пьезовоздействие (Рисунок 3). Поскольку амплитуда в пучности может достигать 1 мм, что больше диаметра корневого канала, происходит частый контакт со стенками, что приводит к снижению эффективности.

Ультразвуковая активация: эксплуатационные характеристики

Как и при звуковой активации, инструменты, используемые во время ультразвуковой активации, имеют принудительную вибрацию на одном конце (на наконечнике) и могут свободно вибрировать на другом конце. Ультразвуковые устройства работают на более высоких частотах (обычно 20-200 кГц) и имеют амплитуды менее 100 мкм. Более высокая частота, используемая при ультразвуковой активации, приводит к более сложной структуре узлов и пучностей, чем у звуковых устройств. Инструменты, приводимые в действие пьезоэлектрическим элементом частотой около 30 кГц, демонстрируют диаграмму направленности примерно на трех длинах волн, или шесть узлов и пучностей, расположенных на расстоянии примерно 5 мм друг от друга (Рисунок 3). Точная схема колебаний зависит от геометрии инструмента и материала. Амплитуда колебаний наконечника таких инструментов составляет порядка 10-100 мкм в направлении колебаний. Существует также колебание, перпендикулярное основному направлению колебаний, с относительной амплитудой приблизительно 10%.

Рисунок 3. Инструменты со звуковым и ультразвуковым приводом демонстрируют отчетливую структуру узлов (N) и пучностей (AN). Точный рисунок зависит от геометрии файла и свойств материала. Смещение самое большое на кончике.

Поперечное сечение инструментов, доступных для ультразвуковой активации, является круглым или квадратным. Инструменты с квадратным поперечным сечением в основном режущие, поскольку изначально они использовались для инструментации корневого канала и, следовательно, сопряжены с риском повреждения стенки корневого канала при использовании в целях ирригации. В 1980 году Weller предложили гладкий инструмент и намеренный контакт со стенкой; однако позже было показано, что при предотвращении намеренного контакта поток ирриганта улучшался. Недавно в исследовании in vitro с участием 30 врачей-эндодонтистов было продемонстрировано, что контакт со стенкой корневого канала происходит почти всегда, хотя и непреднамеренно. Степень контакта зависит не только от используемой настройки мощности, но и от жесткости инструмента и от силы, с которой инструмент прижимается к стенке корневого канала. Но легкий контакт не должен влиять на его очистительные механизмы потокообразования и кавитации, так как колебания файла не затухают. Вместо этого он создает вторичные колебания на слышимых частотах, во время которых файл отодвигается от стенки и продолжает колебаться на заданной ультразвуковой частоте. Термин "активная ультразвуковая ирригация" (UAI) был предложен для замены пассивной ультразвуковой ирригации (PUI) во избежание путаницы.

Лазерная активация: эксплуатационные характеристики

Другим методом очистки системы корневых каналов является LAI, который использует лазерную энергию для перемешивания ирриганта. Эти лазеры, как правило, относятся к типу Er:YAG или ErCrYSGG, с длиной волны в инфракрасной области (2796-2940 нм), которая хорошо поглощается водой. Динамика LAI была изучена с использованием высокоскоростной визуализации, показывающей образование и взрыв большого пузырька пара на кончике волокна, генерируемого поглощением лазерной энергии и быстрым нагревом ирриганта. Разрушение этого пузырька может вызвать ударную волну и дополнительные пузырьки по всей системе корневых каналов. Наконечник лазерного волокна может быть размещен вблизи верхушки корневого канала или в пульповой камере с обычными волокнами или специально разработанными волокнами (фотоакустический поток, инициируемый фотонами, PIPS).

Ирригация с лазерной активацией - это непрямой метод, не основанный на прямой абляции биоматериала.

Определение характеристик потока при ирригации со звуковой, ультразвуковой и лазерной активацией

Звуковая и ультразвуковая активация

Звуковые или ультразвуковые колебания инструмента вызывают обтекание его жидкостью, что приводит к переменным давлениям и сдвиговым напряжениям на стенке корневого канала. Поток также приводит к перемешиванию ирриганта, так что ирригант, израсходованный во время его реакции с биоматериалом, заменяется свежим ирригантом. При использовании игл, активируемых ультразвуком, или непрерывного потока в пульповой камере ирригант также обновляется.

Расположение узлов и пучностей вдоль инструмента определяет обтекание файла в осевом направлении (Рисунок 4). Одиночная пучность и узел, отображаемые инструментами, приводимыми с помощью звука, могут вызвать поток от верхушки к концу файла. Множество пучностей и узлов на инструменте, приводимом в действие ультразвуком, приводит к более сложному распределению микропотоков вдоль инструмента. Боковой поток, создаваемый обоими инструментами, полезен для очистки боковых расширений (боковых каналов, перешейков, овальных расширений) корневого канала, которые трудно очистить потоком, создаваемым ирригацией под положительным (шприцем) или отрицательным давлением.

Рисунок 4. Микропотоки (синие стрелки), индуцируемые внутри модели корневого канала с помощью файла с ультразвуковыми колебаниями, который демонстрирует структуру узлов и пучностей (красная линия).

Ни звуковая, ни ультразвуковая активация не приводят к большой скорости жидкости в апикальном направлении, что делает выведение ирриганта маловероятным. С другой стороны, это требует размещения этих файлов вблизи верхушки. Тем не менее, смешивание и обновление ирригантов и удаление дентинных опилок происходит, когда инструмент, активируемый ультразвуком, вводится на расстояние 3 мм от рабочей длины.

Искривление корневого канала может повлиять на очистку апикальной области, главным образом из-за ограниченного доступа для инструмента. Когда инструмент вставлен на рабочую длину или вблизи нее, на его колебание может повлиять сильный контакт инструмента со стенкой корневого канала. Поэтому рекомендуется вставлять инструмент с ультразвуковым приводом только в начале искривления, не сгибая его. Кривизна не должна влиять на сам поток, поскольку радиус кривизны обычно намного больше масштаба, в котором происходит поток.

Увеличение интенсивности ультразвука приведет к более эффективной очистке.

Акустический поток

Боковой поток индуцируется в каждой из пучностей вдоль файла; эта боковая составляющая потока обычно намного сильнее осевой составляющей. Акустический поток - это явление, уже введенное в 1884 году Rayleigh и распространенное на случай цилиндра, колеблющегося с высокой амплитудой внутри другого цилиндра. Ультразвуковая очистка с помощью акустического потока, индуцируемого колеблющимся цилиндрическим объектом, уже была описана Williams и Nyborg в 1970 году, которые использовали тонкий колеблющийся капилляр или вольфрамовую проволоку для удаления биоматериала с поверхности.

Как правило, акустический поток представляет собой суперпозицию двух потоков, один из которых является колебательным компонентом, а другой - устойчивым компонентом, сила которого зависит от амплитуды колебаний. Простая теория акустического потока была использована Ahmad и его коллегами для обоснования ультразвуковой активации в эндодонтии; однако рассматривалась только устойчивая часть потока. Недавно было показано, что крайне важно также включить колебательный компонент (Рисунок 5).

Рисунок 5. Схематическое изображение акустического потока, создаваемого колеблющимся с помощью ультразвука инструментом (черный круг). Рядом с инструментом находится пограничный слой, в котором жидкость колеблется вместе с файлом (колебательный компонент). В направлении колебаний образуются струи (устойчивый компонент), которые могут воздействовать на близлежащую стенку корневого канала и течь обратно к файлу (устойчивый компонент) (захват).

Колебательная часть акустического потока заставляет поток колебаться вперед и назад вместе с файлом. При этом жидкость оказывает переменное давление и напряжение сдвига на стенку корневого канала (материал на ней). Жидкость вблизи файла колеблется с той же скоростью (u_o), что и файл,

u₀= Aω, 

где A - амплитуда колебаний (в м), а ω - частота колебаний (в Гц). Эта скорость быстро уменьшается с увеличением расстояния от файла. Давление и напряжение сдвига на близлежащей стенке могут составлять порядка 100 и 1 кПа соответственно, что больше, чем типичная прочность прикрепления биопленки, о которой сообщалось ранее. Значения давления и напряжения сдвига аналогичны тем, которые были получены при ирригации шприцем с использованием очень высокой скорости потока (0,26 мл/с). Однако при ирригации шприцем эти силы возникают только вблизи выходного отверстия иглы, тогда как при ультразвуковой активации эти силы присутствуют вблизи каждого узла инструмента. Колебательный характер давления и напряжения сдвига, кроме того, могут вызвать усталость материала, который необходимо удалить со стенки корневого канала. Однако, поскольку колебательная составляющая быстро уменьшается с удалением от колеблющегося файла, этот эффект наиболее выражен, когда файл находится близко к стенке.

Нелинейные эффекты жидкости приводят к установившемуся (без колебаний) потоку (струям) в направлении колебаний со скоростью us:

us = 3/4 * ωy²/R

где ω - частота колебаний (в Гц), y - амплитуда колебаний (в м), а R - радиус файла (в м). Скорость струи обычно составляет 1 м/с и увеличивается с увеличением амплитуды или настройки мощности.

Эта устойчивая часть потока выполняет фактическую транспортировку и перемешивание жидкости. Струи также оказывают давление (1 кПа) и напряжение сдвига (10 Па) на материал на стенке даже на относительно больших расстояниях от инструмента, поскольку скорость струи уменьшается лишь с увеличением расстояния от файла. Эти значения могут быть на один или два порядка ниже колебательных составляющих, в зависимости от близости стенки корневого канала, что оказывает значительное влияние на течение. Давление самое высокое в центре струи; напряжение сдвига наиболее велико вне центра, на расстоянии, в 0,1 раза превышающем расстояние между колеблющимся файлом и стенкой. Из-за этих струй направление колебаний файла следует учитывать, в частности, при очистке овальных каналов, перешейков и боковых каналов.

Акустический поток индуцируется для всех конструкций поперечного сечения существующих инструментов, хотя детали потока могут изменяться. Акустический поток или кавитация (смотреть раздел “Кавитация”) невозможны для активации звуком, поскольку его частота и связанная с ней скорость колебаний слишком малы.

Кавитация

Во время высокоамплитудных колебаний инструмента во время ультразвуковой активации может возникать кавитация. Кавитация определяется как зарождение, рост и схлопывание пузырьков внутри жидкости.

Для создания пузырька пара напряжение внутри жидкости должно быть больше, чем предел прочности жидкости на растяжение, который составляет порядка 107 Па для чистой воды. Однако в нечистой воде (водопроводная вода, дистиллированная вода) часто имеются крошечные очаги (кавитационные зародыши) с захваченным газом на поверхностях стенок или частиц, из которых гораздо легче вырастить пузырьки (процесс, называемый гетерогенной кавитацией), поскольку только давление окружающей среды 105 Па (плюс давление пара 103 Па) должно быть преодолено. Типичная скорость u, необходимая для создания этого отрицательного давления ΔP в жидкости с плотностью ρ, может быть оценена из соотношения Бернулли:

ΔP = 1/2 * ρu²

В воде порог скорости составляет около 15 м/с, что возможно с помощью современных эндодонтических ультразвуковых устройств, но не с помощью звуковых устройств.

Пузырьки растут во время отрицательной фазы волны давления и разрушаются, когда давление становится положительным. Вблизи твердой стенки пузырьки имеют тенденцию сжиматься в направлении стенки. Альтернативно, во время схлопывания пузырька рядом с мягкой стенкой (например, биопленкой, покрывающей стенку) мягкий материал может оттягиваться от стенки к пузырьку. Сообщается, что высокоскоростные струи (сотни метров в секунду) с соответствующими локальными давлениями в 1 ГПа и касательными напряжениями в 1 МПа и ударными волнами сопровождают схлопывание пузырьков, известное как эффект гидроудара.

Коллапс пузырька также может спровоцировать несколько последовательных разрастаний и схлопываний пузырька, пока он не затухнет. Энергичный инерционный коллапс пузырьков называется кратковременной кавитацией, она связана с очисткой поверхности, медикаментозной терапией, эрозией поверхности и другими механическими эффектами ультразвуковой очистки. Серьезное кавитационное повреждение судовых винтов на самом деле было тем явлением, которое побудило Рэлея начать исследовать динамику пузырьков.

В ряде исследований наблюдалась кавитация на эндодонтических инструментах или очень близко к ним, особенно в областях с высокими скоростными градиентами, например, вблизи острых краев файлов с квадратным поперечным сечением (режущие файлы) (Рисунок 6). Более ранние исследования исключали кавитацию как значительный вклад в очистку корневых каналов, в то время как недавние статьи с более новыми ультразвуковыми системами показывают обратное. Высокоскоростная визуализация показала, что вокруг верхушки инструмента образуется облако кавитационных пузырьков и что маленькие одиночные пузырьки образуются вокруг других пучностей на инструменте. Было продемонстрировано, что последние обладают сонохимической активностью. Инструменты параллельной формы создают большую кавитацию вокруг пучностей вдоль инструмента. Меньшее ограничение (т. е. более узкий корневой канал) увеличивает величину кавитации. Ирриганты с поверхностно-активными свойствами, такие как NaOCl, могут влиять на образование пузырьков и их разрушение и, следовательно, приводить к образованию более крупного пузырькового облака, состоящего из гораздо меньших пузырьков. Однако в моделях in vitro облако пузырьков обрушивается только на файл, а не на стену. Поэтому его вклад в очистку корневых каналов все еще обсуждается. Механизм эффективности очистки может быть иным, когда стенка состоит исключительно из дентина или когда она покрыта биопленкой. 

Рисунок 6. Эскиз и фотографии с короткой экспозицией возникновения кавитации (выделены красным цветом) вдоль файла, колеблющегося с помощью ультразвука. На кончике имеется большое облако пузырьков ((а) при взгляде по направлению к кончику, (b) при взгляде сбоку); в других пучностях имеются одиночные пузырьки меньшего размера (c).

Пузырьки не обязательно должны разрушаться. Заполненные газом пузырьки могут оставаться стабильными в течение относительно длительного времени и колебаться вместе с колеблющимся полем давления, создаваемым колеблющимся файлом. Даже если это поле давления само по себе слишком низкое, чтобы вызвать какую-либо очистку, эта стабильная кавитация может значительно усилить поток и, следовательно, локальную очистку за счет неустойчивых колебаний формы пузырьков. Помощь в очистке с помощью стабильного кавитационного пузырька была описана еще в 1958 году Jackson и Nyborg и недавно также наблюдалась вблизи эндодонтического файла с ультразвуковыми колебаниями вблизи слоя вязкоупругого гидрогеля. Эти стабильные пузырьки газа могут быть введены путем увлечения через вызванную файлом нестабильность на границе раздела ирригант-воздух или во время газообразующих реакций ирриганта с органическим материалом).

Стабильные пузырьки оптимально колеблются, когда они находятся в резонансе с ультразвуком, который в воде может быть приблизительно равен :

R_bubble = 3.3 mmkHz /f

Для ультразвука с частотой f = 30 кГц пузырьки приводятся в движение оптимально, когда их радиус R = 100 мкм. Поскольку стабильные пузырьки медленно растворяются с течением времени, их поведение зависит от времени, вот почему время покоя между активациями ультразвука (или пульсациями) может быть важным.

Ирригация с лазерной активацией

Динамика лазерной активации была изучена с использованием высокоскоростной визуализации, которая показывает образование и взрыв большого пузырька пара на кончике волокна, генерируемого поглощением лазерной энергии и быстрым нагревом ирриганта (рисунок 7). Размер пузырька, генерируемого лазером, зависит от выходной энергии, длительности импульса и частоты лазера, а также от поперечного сечения поглощения ирриганта для длины волны лазера. Коллапс пузырька, вызванный лазером, вытягивает жидкость из корональной и апикальной частей к центру пузырька и, таким образом, вызывает скорость жидкости в несколько метров в секунду. Этот поток связан с сильным напряжением сдвига (порядка 1 кПа) на стенке, что благоприятно для очищения. Также наблюдалось, что на последней стадии схлопывания пузырька возникает ударная волна, которая вызывает кавитацию по всему корневому каналу, что может еще больше улучшить очистку стенок корневого канала. Кроме того, устойчивые пузырьки, которые уже присутствуют в корневом канале, образуются за счет изменений давления в результате роста и схлопывания пузырька, индуцированного лазером, и, таким образом, могут локально усиливать поток и связанную с ним очистку. Точные механизмы очистки во время лазерной активации до конца не выяснены.

Рисунок 7. (а) Высокоскоростная визуализация активности вокруг наконечника Er: YAG-лазера внутри модели изогнутого корневого канала с боковым каналом. Лазер сгенерировал большой пузырь, который быстро расширяется (b) и сжимается (c). Разрушение этого пузырька, вызванное лазером, приводит к образованию пузырьков вблизи вершины и внутри бокового канала (d, e), что может улучшить очистку в этих областях. Скорость записи 9000 кадров в секунду, энергия лазера 80 МДж (лазер KaVo KEY3).

На рост и схлопывание пузырьков могут влиять поверхностно-активные вещества для ирригации, такие как NaOCl, которые, как было продемонстрировано, приводят к образованию большего количества и меньшего размера пузырьков по сравнению с водой.

Поток ирриганта в боковых каналах, овальных расширениях, перешейках и канальцах

Расширения основного корневого канала, такие как боковые каналы, ответвления в апикальной дельте, перешейки и дентинные канальцы, как правило, трудно поддаются очистке, поскольку ирригант нелегко проникает в эти области. Ирригационные системы, создающие поток ирриганта параллельно стенке корневого канала, такие как шприцевые системы и системы с отрицательным давлением, создают конвекцию в боковой канал только на расстоянии, в два раза превышающем диаметр его входа (рисунок 8). Перенос ирриганта за пределы этой точки обусловлен диффузией и, следовательно, медленный. Диффузия ирриганта в боковой канал может быть улучшена путем увеличения концентрации или температуры ирриганта.

Рисунок 8. Схема течения вокруг входа в боковые каналы (или канальцы) из-за течения вдоль стенки. Внутри бокового канала образуются вихри (слева), скорость которых быстро уменьшается (справа). После двух вихрей скорость становится настолько малой, что диффузия становится доминирующей.

Транспортировка ирриганта в боковой канал также может быть улучшена за счет улучшения конвекции, для чего должен быть поток в направлении бокового канала. Боковые потоки могут быть вызваны звуковыми, ультразвуковыми или лазерно-активируемыми системами, тем самым усиливая растворение тканей в боковых каналах, растворение тканей или частичное удаление остатков из перешейков или удаление дентинных опилок из овальных расширений. Кроме того, микромасштабный поток, индуцируемый ультразвуковой активацией, и пузырьки, генерируемые ультразвуковой и лазерной активацией, могут усиливать конвекцию вблизи входа в боковой канал и, таким образом, увеличивать транспорт ирриганта внутри таких каналов.

Физические свойства ирригантов

На расход ирригантов влияют физические свойства ирригантов, а именно плотность, вязкость, угол смачивания, характеристики смачивания и поверхностное натяжение. Свойства эндодонтических ирригантов очень схожи со свойствами дистиллированной воды, что можно объяснить тем фактом, что ирриганты представляют собой в основном водные растворы. Поверхностное натяжение эндодонтических ирригантов изучалось более тщательно, чем два других свойства, исходя из предположения, что оно может оказывать значительное влияние на проникновение ирриганта в дентинные канальцы и вспомогательные корневые каналы и на растворение ткани пульпы. Также было предложено добавлять смачивающие вещества (поверхностно-активные вещества) в обычно используемые ирригационные растворы для снижения их поверхностного натяжения, хотя их точная концентрация в растворах сообщается редко (поскольку их чрезвычайно трудно определить количественно), и смешивать NaOCl с другими химическими веществами, такими как спирт, с целью снижения поверхностного натяжения, что уменьшит его эффект. В то время как плотность и вязкость всегда влияют на поток, эффект поверхностного натяжения важен только там, где присутствуют две несмешивающиеся жидкости (например, ирригант и воздух). Однако дентин гидрофилен, и дентинные канальцы, вероятно, содержат дентинную жидкость с текучими свойствами, аналогичными свойствам воды, которая, вероятно, непосредственно пропитывает стенку корневого канала, ограничивая действие поверхностно-активных веществ, поскольку эти две жидкости смешиваются. Недавние исследования также показали, что поверхностно-активные вещества не усиливают способность NaOCl растворять ткань пульпы или способность обычных хелаторов удалять кальций из дентина или смазанного слоя. Напротив, по-видимому, использование ирригантов с пониженным поверхностным натяжением in vitro может привести к более глубокому проникновению смазанного слоя в дентинные канальцы. Наличие воздушного пузырька, занимающего апикальную часть корневого канала, было частично продемонстрировано in vitro и in vivo. В таком случае поверхностное натяжение может иметь важное значение для потока ирриганта.

Воздушная пробка и апикальное проникновение или ирригант

В апикальной части корневого канала может образоваться воздушный пузырь или его ещё называют воздушной пробкой. Такой пузырь может быть захвачен во время подачи ирриганта в пустой корневой канал продвигающимся фронтом ирриганта или во время слияния пузырьков газа, образующихся в корневом канале во время реакции между NaOCl и органическим материалом. Воздушная пробка потенциально может препятствовать проникновению ирриганта в апикальную область.

Захват воздуха уже был продемонстрирован и изучен в конических капиллярах, заполненных сверху, и было показано, что этот воздушный пузырь исчезает автоматически, хотя и по прошествии относительно длительного времени. Однако в случае ирригации корневых каналов метод пломбирования отличается, поскольку корневые каналы заполняются изнутри наружу, а не сверху. Тем не менее, со временем пузырь может исчезнуть. Результаты недавно опубликованного экспериментального и вычислительного исследования гидродинамики показывают, что возникновение воздушной пробки уменьшается при использовании иглы с открытым концом, увеличении размера верхушки, расположении иглы ближе к рабочей длине и подаче ирриганта с более высокой скоростью потока (0,260 мл/с). Кроме того, кратковременное введение иглы на рабочую длину может эффективно устранить образовавшуюся воздушную пробку.

Ирригация под отрицательным давлением, ультразвуковая активация ирриганта или применение файла для прохождения могут более эффективно доставлять растворы ирриганта в апикальную треть, чем ирригация шприцем. Недавнее исследование in vivo продемонстрировало, что как ультразвуковая активация, так и отрицательное давление одинаково эффективны при доставке апикального ирриганта в корневые каналы мезиальных корней моляров нижней челюсти.

Взаимодействие между биопленкой и потоком, создаваемым звуковой, ультразвуковой или лазерной активацией

Слабые силы (низкие давления и напряжения сдвига) или высокая стабильность полисахаридной матрицы вызывают только упругую деформацию биопленки, которая меняется на противоположную, как только напряжение снимается. Повторная нагрузка структуры биопленки периодическим напряжением, как в случае со звуковой, ультразвуковой и лазерной активацией, может привести к усталости биопленки, однако порог (сила и количество циклов нагружения) повреждения после усталости неизвестен.

При увеличении усилия (или снижении стабильности полисахаридной матрицы) может произойти вязкая деформация биопленки. Биопленка деформируется и смещается, чтобы распределить и свести к минимуму приложенные напряжения. При приложении постоянной силы, например, в случае постоянного потока, биопленка достигнет устойчивого состояния, и дальнейшая деформация или удаление происходить не будут. Следовательно, может быть выгодно генерировать нестационарный поток, например, путем нестационарных колебаний ультразвукового файла или путем генерирования пульсаций ультразвуком или лазером.

При напряжениях, превышающих когезионную или адгезионную прочность биопленки, части биопленки могут отделяться от основной массы биопленки (механическое разрушение биопленки, процесс, называемый отслаиванием) или от субстрата, соответственно. Отделившиеся части биопленки могут прикрепляться повторно в другом месте, где механические и химические условия более благоприятны (рисунок 9).

Рисунок 9. Воздушная пробка, расположенная на вершине корневого канала справа. Синий цвет обозначает ирригант, белая область обозначает воздух.

Взаимодействие с кавитационными пузырьками, создаваемыми ультразвуковой или лазерной активацией

Градиенты, связанные с временными масштабами и масштабами длины приложенного напряжения, важны с точки зрения поведения вязкоупругого материала. Кавитационные пузырьки, как переходные, так и стабильные, обычно демонстрируют большие скорости и ускорения в малом масштабе времени, что делает их эффективными при пластической деформации биопленки (рисунок 10). Для кратковременной кавитации допустимы скорости 100 м/с в микронных масштабах. Скорость колебаний стабильных пузырьков, приводимых в движение приложенным ультразвуковым полем, может быть намного выше, чем колебания, вызываемые самим ультразвуком, и обычно происходит в меньшем масштабе.

Рисунок 10. Гидрогель, имитирующий биопленку (а), удаляемый (b) потоком (c) и кавитацией (d), создаваемой ультразвуковым колеблющимся файлом (е). Также имеется устойчивый пузырек (f), который улучшает удаление гидрогеля.

Химические эффекты, усиливаемые звуковой, ультразвуковой и лазерной активацией

Ирриганты химически инактивируются после их взаимодействия с дентином, микроорганизмами или биопленкой, остатками тканей или самими ирригантами, и поэтому их необходимо смешивать со свежим ирригантом. Смешивание ирриганта включает в себя транспортировку ирриганта, которая может осуществляться либо путем диффузии, либо путем конвекции (потока). Диффузия - это результат случайного перемещения отдельных частиц (молекул/ионов) в жидкости. Этот процесс протекает медленно и зависит (среди прочего) от существующих градиентов температуры и концентрации. Конвекция, с другой стороны, является более быстрым и эффективным транспортным механизмом, при котором молекулы переносятся движением жидкости. Конвекция способствует эффективной подаче, освежению и смешиванию ирриганта. Таким образом, фаза потока и активации ирриганта способствуют химической активности за счет конвекции и диффузии молекул/ионов ирриганта; во время фазы покоя диффузия является доминирующей.

Для достижения оптимального химического эффекта ирригантов их следует распределять по всей системе корневых каналов, обновлять и смешивать как можно эффективнее. Этот процесс можно охарактеризовать с помощью (второго) числа Дамколера, которое определяется как отношение типичного времени транспортировки ирриганта ко времени реакции.

Недавно было показано, что число Дамколера в апикальной области при ирригации шприцем с иглой с боковым отверстием было выше 1, что позволяет предположить, что транспорт жидкости был слишком медленным, чтобы обеспечить адекватное обновление ирригантов. Системы активации ирриганта могут улучшить подачу по всей системе корневых каналов (время транспортировки ирриганта) и освежение/перемешивание ирриганта за счет создания дополнительной конвекции.

Скорость реакции ирриганта с биопленкой, тканью пульпы или стенкой корневого канала (дентин и смазанный слой) важна для прогнозирования его химического эффекта. К сожалению, для типичных эндодонтических ирригантов известна только скорость реакции NaOCl с дентином. В литературе не сообщалось о влиянии звуковой активации на химический эффект ирригантов. С другой стороны, лазерная или ультразвуковая активация действительно увеличивает скорость реакции NaOCl с дентином, равно как и увеличение концентрации. Влияние активации наблюдалось также в фазе покоя. Такое увеличение будет уменьшаться с течением времени в ходе реакции. В литературе сообщалось о подобном синергетическом эффекте NaOCl и ультразвука при растворении тканей или удалении дентинных опилок из корневых каналов. Влияние активации ирриганта может быть объяснено сонохимическим эффектом и/или освежением/смешиванием ирриганта, или из-за образования маленьких пузырьков, когда NaOCl вступает в контакт с органической тканью. Однако точные механизмы очищения пока неизвестны.

рН также может влиять на скорость реакции, хотя буферный эффект дентина может компенсировать этот эффект.

Сообщалось об улучшении проникновения этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) в дентинные канальцы пульповой камеры после ультразвуковой активации, но причина пока не выяснена. Сонохимические реакции могут быть исключены, поскольку их нелегко осуществить, так как для запуска сонохимических реакций в ЭДТА требуется высокая энергия.

Рекомендации по клиническим процедурам

Протоколы активации ирригации

Легко применимым протоколом для звуковой, ультразвуковой, лазерной ирригации является “Метод прерывистой промывки”, впервые описанный Cameron. Сначала ирригант вводится в корневой канал с помощью шприца. Затем ирригант активируется внутри корневого канала, что позволяет отделить субстрат от стенки корневого канала. После активации корневой канал промывают с помощью шприца, тем самым удаляя разрыхленный субстрат со стенки корневого канала.

Другой протокол включает непрерывный поток ирриганта через насадку или волокно в пульсовую камеру. Затем ирригант должен перетекать из пульповой камеры или коронковой части корневого канала в апикальную часть путем приведения в действие инструмента, тем самым улучшая подачу ирриганта в (апикальный) корневой канал.

На рынке также имеются иглы (калибр 23-30), которые обеспечивают непрерывный поток ирриганта через иглу в корневом канале во время (ультразвуковой) активации иглы. Эти иглы обеспечивают подачу ирриганта, освежение и активацию одновременно.

Протоколы ирригации наиболее эффективны, когда корневой канал сформирован до апекса мастер файлом, потому что в корневом канале больше места для динамического воздействия жидкости. Однако это не означает, что протоколы не могут быть использованы иным образом или не будут эффективны во время эндодонтического лечения.

Звуковая активация

Ирригация со звуковой активацией может выполняться с помощью звуковых наконечников на звуковых частотах. Традиционно доступны только режущие файлы. В настоящее время на рынке доступно несколько новых систем звуковой активации, таких как система EndoActivatorR System или Vibringe. Система эндоактиватора позволяет изменять мощность и частоту воздействия, а также размер полимерных наконечников, которые не врезаются в стенку корневого канала. Производитель советует вводить ирригант в корневой канал с помощью шприца после создания конусной формы. Ирригант активируется в течение 30-60 с с помощью перекачивания короткими движениями по 2-3 мм (рисунок 11).

Рисунок 11. (a–d) a и b: канал промывают NaOCl с помощью шприца и иглы. c: звуковая активация NaOCl d: NaOCl после звуковой активации.

Vibringe - это система подачи ирриганта, которая использует звуковую колеблющуюся иглу для подачи ирриганта в корневой канал. Его можно использовать на протяжении всей процедуры эндодонтического лечения.

Ультразвуковая активация

Для ультразвуковой активации можно использовать большинство ультразвуковых устройств, уже имеющихся в клинике, в сочетании с различными инструментами. Иногда требуются специальные насадки или ирригационные системы. Доступны инструменты для всех вышеупомянутых протоколов активации. Их можно применять на расстоянии 1-2 мм от рабочей длины (за исключением некоторых игл, активируемых ультразвуком) или в начале сильного изгиба, чтобы предотвратить сильный контакт со стенкой. Для “метода прерывистой промывки” последовательность из трех раз по 10 с, по-видимому, благоприятна для удаления дентинных опилок. Для непрерывной промывки рекомендуется использовать в основном 1 минуту. Для оптимальной эффективности очистки овальных расширений, перешейков и боковых каналов, положение которых известно, инструмент следует по возможности поворачивать в направлении этих областей (рисунок 12).

Рисунок 12. (a–d) a и b: канал промывают NaOCl с помощью шприца и иглы. c: ультразвуковая активация NaOCl d: NaOCl после ультразвуковой активации.

В настоящее время рекомендуется использовать настройки низкой интенсивности ультразвуковой энергии для предотвращения разрушения инструментов. Обычно сломанные инструменты легко выходят из корневого канала. Имеются нережущие инструменты, которые можно безопасно использовать в корневом канале. Следует избегать сильного контакта файла со стенками корневого канала.

Лазерная активация

Для лазерной активации на рынке доступны лазерные системы Er: YAG или ErCrYSGG. Можно использовать “Метод прерывистой промывки” или непрерывный поток в пульповую камеру. Лазерное волокно может быть вставлено на 1-2 мм короче рабочей длины и перемещено вертикально в пределах апикальной трети. Его также можно поместить в пульповую камеру непосредственно над отверстием корневого канала. Последнее предписано для обычных волокон и для волокон специальной конструкции (PIPS) (рисунок 13).

Рисунок 13. (a–e) a - d: размещение лазерного волокна (PIPS) в пульповой камере e: NaOCl после PIPS.

Имеющиеся в продаже лазерные устройства позволяют варьировать размер и тип оптических волокон, частоты следования импульсов, энергию пульсации и длительность импульса. De Groot сообщили, что в качестве оптимальных настроек используется сочетание низкой мощности (80 МДж) на импульс и частоты PRF 15 Гц. Сообщалось о значительной потере ирриганта из пульповой камеры при настройках энергии выше 120 МДж на импульс, что снижало эффективность процедуры ирригации.

Для метода PIPS рекомендуемое значение энергии еще ниже: 10 МДж. Волокно PIPS помещается в устье корневого канала после заполнения системы корневых каналов и пульповой камеры ирригантом. Во время активации происходит значительная потеря ирриганта, поэтому во время активации требуется непрерывный поток ирриганта в пульповую камеру.

Влияние систем активации на процедуру дезинфекции

Таким образом, ультразвуковая и лазерная активация положительно влияют как на механические, так и на химические аспекты процедуры ирригации. Однако точно неизвестно, в какой степени это будет способствовать процедуре дезинфекции и улучшит ли это в конечном итоге результат лечения. Обе системы потенциально способны разрушать или удалять биопленку, но в какой степени они могут удалять биопленку со стенки корневого канала и из более отдаленных областей, таких как овальные отростки, боковые каналы и канальцы, неизвестно. В настоящее время нет надежных моделей эндодонтической биопленки, доступных для исследования. Апикальный периодонтит является многофакторным заболеванием, и, следовательно, его излечение зависит от целого ряда аспектов, а не только от ирригации во время эндодонтического лечения. Из клинических исследований ясно, что длина и качество пломбирования корневого канала являются двумя из немногих очевидных факторов риска. Однако влияние процедуры орошения, сложной анатомии канала (апикальная дельта и дентинные канальцы), структуры биопленки, внешней биопленки вокруг верхушки корня на исход эндодонтического лечения неизвестно, поскольку отсутствуют данные рандомизированных контролируемых исследований. Недавно в ходе рандомизированных контролируемых исследований было продемонстрировано, что протокол орошения с помощью ультразвука не приводит к значительному улучшению эндодонтических результатов по сравнению со шприцевой ирригацией. Это может указывать на то, что нам необходимо еще больше усовершенствовать механические и химические аспекты ирригационных процедур, чтобы повлиять на результат эндодонтического лечения, или что другие влияющие факторы более важны для определения результата эндодонтического лечения. Для ответа на эти вопросы необходимы дополнительные рандомизированные контролируемыеисследования.