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6  Studie 3:
Die bakterielle Dichtigkeit von Wurzelkanalfüllungen in Kombination mit adhäsiven Deckfüllungen oder provisorischen Füllungsmaterialien

6.1 Zielstellung

Eine Wurzelkanalbehandlung verfolgt den Zweck, einer apikalen Parodontitis vorzubeugen oder sie auszuheilen. Ein infizierter Wurzelkanal muss desinfiziert, geformt und mit einem sogenannten hermetischen Verschluss obturiert werden. Diese Wurzelkanalfüllung sollte zusammen mit der koronalen Versorgung in der Lage sein, orale Mikroorganismen an der Penetration bis ins apikale Gewebe zu hindern. Viele Studien untersuchten die apikale Dichtigkeit von Wurzelkanafüllungen. In jüngerer Zeit konzentrierte sich jedoch das Interesse der Forschung auf die koronale Dichtigkeit. Ray und Trope demonstrierten mittels einer radiologischen Untersuchung eine Korrelation zwischen dem periapikalen Status wurzelkanalgefüllter Zähne und ihrer koronalen Versorgung (476). Es konnte gezeigt werden, dass Wurzelkanalfüllungen ohne koronale Deckfüllung keine ausreichende Barriere für Mikroorganismen darstellen (464, 465, 515, 478, 516, 421, 483).

Nach einer Wurzelkanalbehandlung benötigt der Zahn bis zum Erhalt der definitiven Restauration eine koronale Zwischenversorgung. In einer früheren In-vitro-Studie wurde die Dichtigkeit wurzelkanalgefüllter Zähne in Kombination mit unterschiedlichen provisorischen Versorgungsmaterialien untersucht (517). Während der einmonatigen Beobachtungsphase konnte nur Glasionomerzement Bakterien am Eindringen hindern.

In manchen Fällen muss ein wurzelkanalgefüllter Zahn über mehrere Monate beobachtet werden, bevor die koronale Versorgung fertiggestellt werden kann. Für diesen Zweck werden Materialien benötigt, die ausreichend Schutz vor einer Re-Infektion des Wurzelkanalsystems gewährleisten. Da endodontisch behandelte Zähne oftmals eine Aufbaufüllung benötigen, bevor laborgefertigte Restaurationen eingegliedert werden können, wäre es ergonomisch, diese Aufbaufüllungen bereits unmittelbar nach Wurzelkanalfüllung als provisorische Langzeitversorgung zu [Seite 86↓]applizieren. Ziel der vorliegenden Studie war es, die Bakteriendichtigkeit wurzelkanalgefüllter Zähne zu untersuchen, die koronal entweder mit herkömmlichen provisorischen Füllungsmaterialien oder mit adhäsiven Aufbaumaterialien versorgt wurden. Dies sollte im Rahmen eines Langzeitversuches erfolgen.


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6.2  Material und Methode

Abbildung 18: Schematische Darstellung des Versuchsablaufs der Studie 3


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6.2.1  Präparation der Zähne

Von 130 extrahierten menschlichen einwurzligen Zähnen, die für unterschiedliche Zeitintervalle in 20%igem Alkohol gelagert worden waren, wurden die Kronen abgetrennt und verworfen (Abb. 18). Die verbliebenen Wurzeln wurden von koronal auf eine einheiliche Länge von 14mm gekürzt. Mit einem Diamantschleifer von 2,5mm Durchmesser wurden 4mm tiefe standardisierte Kavitäten in die koronalen Anteile der Wurzeln präpariert. Diese Kavitäten wurden zur Simulation klinischer Zugangskavitäten angefertigt. Die Wurzeln wurden bis zu einer ISO 60 Masterfeile aufbereitet, bei einer Aufbereitungslänge, die 1mm kürzer als die Wurzellänge war. Die Wurzelkanäle wurden dann mit der Step-back-Technik konisch präpariert. Die gesamte Aufbereitung wurde durch Einsatz von 2,5%igem NaOCl unterstützt. Ein Instrument der ISO-Größe 15 wurde vorsichtig 1,5mm über den Apex hinaus geschoben, um die apikale Durchgängigkeit zu gewährleisten. Die Wurzelkanäle wurden während 20 Sekunden mit Ultraschall und 15%igem EDTA behandelt, um den Smearlayer von den Wurzelkanalwänden zu entfernen. 120 der Wurzeln wurden mittels lateraler Kondensation mit AH26 (DeTrey, Konstanz D) als Sealer gefüllt und anschließend sechs experimentellen Gruppen zugeteilt (je n=20).

Abbildung 19: Die in Studie 3 verwendeten Materialien Clearfil, CoreRestore, Ketac-Fil und IRM


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Die erste Gruppe („CF“) wurde koronal mit dem Aufbaumaterial Clearfil (Kuraray, Osaka, Jp) versorgt (Abb. 19), nachdem die Kavitäten geätzt und mit New Bond (Kuraray, Osaka, Jp) behandelt worden waren. Die zweite Gruppe („CR“) wurde mit einem weiteren Aufbaumaterial gefüllt, nämlich CoreRestore (Kerr, Karlsruhe, D), ebenfalls nach Ätzung und Bonding, jedoch mit OptiBond Solo (Kerr, Karlsruhe, D). Die dritte Gruppe („KF“) wurde mit dem Glasionomerzement Ketac-Fil (ESPE, Seefeld, D) verschlossen. In der vierten Gruppe („I“) wurde das kunststoffverstärkte provisorische Füllmaterial IRM (DeTrey, Konstanz, D) appliziert. Da in früheren Studien erfolgreich Klebewachs als Versiegler gegen die Bakterien, u.a. auch für die negativen Kontrollgruppen verwendet wurde, erschien es sinnvoll, noch zwei weitere experimentelle Gruppen zu bilden, bei denen Wachs in die Zugangskavitäten appliziert werden sollte. In der fünften Gruppe („KF/Wachs“) wurde auf den Kanaleingang eine dünne Schicht Klebewachs appliziert, bevor die restliche Kavität mit Ketac-Fil verschlossen wurde. In der sechsten Gruppe („I/Wachs“) wurde ebenso verfahren, nur dass statt des Glasionomerzementes IRM verwendet wurde.

Fünf der verbleibenden 10 Zähne wurden mit AH26 und Guttapercha lateral kondensiert, es wurden jedoch keine Deckfüllungen appliziert, zwei Wurzeln blieben ungefüllt und dienten als positive Kontrollen. In drei Wurzeln wurden einige Guttaperchastifte eingebracht; anschließend wurden die gesamten Wurzeln vollständig mit Klebewachs ummantelt, sie dienten als negative Kontrollen. Alle Zähne wurden für zwei Wochen bei 100%iger Luftfeuchtigkeit und 37°C gelagert, um ein vollständiges Abbinden bzw. Aushärten der Füllungsmaterialien zu gewährleisten.

6.2.2 Bakterielles Setup

Die Wurzeln wurden unter Aussparung der koronalen Stirnseite und der apikalen 1-2mm mit Klebewachs überzogen. Die anschließende Befestigung an 15ml Polyethylen-Teströhrchen (=obere Kammern) ließ sie mit dem Apex aus einer Perforation aus der unteren Spitze der Röhrchen herausragen. Die gesamten Aufbauten wurde in Ethylenoxid sterilisiert, wobei in die Teströhrchen in Wasser [Seite 90↓]getränkte Tupfer eingelegt wurden, um eine gewisse Feuchtigkeit zu etablieren, die einer Sprungbildung an den Zähnen vorbeugen sollte. Nach dem Sterilisationsvorgang wurden die Aufbauten mit Klebewachs auf Rollrandgläsern (=untere Kammern) befestigt, die mit 10ml steriler klarer Trypticase-Soja-Bouillon (TSB) gefüllt waren (Abb. 20). Dadurch waren die unteren Kammern für den weiteren Verlauf des Experimentes hermetisch von der Außenwelt abgeschlossen. Die Wurzelspitzen hingen hierbei etwa 5-6mm in der TSB. Die oberen Kammern wurden mit je 3ml TSB mit 0,25mg Streptomycin/ml und einem gegen Streptomycin resistenten Keim der Species Staphylococcus epidermidis in einer Konzentration von 108 CFU/ml inokuliert.

Abbildung 20: Experimenteller Aufbau des Dichtigkeitstests von Wurzelkanalfüllungen mittels Bakterien


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Alle Aufbauten wurden bei 37°C inkubiert und die unteren Kammern wurden täglich auf Eintrübung als Indikator für bakterielles Wachstum überprüft. Nach drei Monaten wurde diese Überprüfung nur noch dreimal wöchentlich vorgenommen. Die bakterielle Bouillon wurde alle vier Wochen ausgetauscht. Zu Beginn des Experimentes wurde wöchentlich per Stichprobe die Vitalität der Bakterien aus den oberen Kammern durch Bebrütung auf Columbia-Blut-Agar-Platten getestet. Nach zwei Monaten fand diese Überprüfung nur noch jede vierte Woche statt. Trotz der größeren Zeitintervalle zwischen den Überprüfungen konnte eine gleichbleibende Anzahl der vitalen Mikroorganismen beobachtet werden.

Trat eine Eintrübung in der unteren Kammer auf, so wurde der Tag der Eintrübung notiert, die Versiegelung der unteren Kammer aufgebrochen und Flüssigkeiten aus oberer und unterer Kammer zur Bebrütung entnommen. Das Experiment wurde zwölf Monate lang durchgeführt.

Nach Gewinnung der Daten wurde eine statistische Analyse mit dem χ2-Test für die Anzahl der trüben Proben pro Gruppe bzw. dem Kruskal-Wallis-Test für den durchschnittlichen Tag der Eintrübung durchgeführt. Hierfür wurde das Statistikprogramm SPSS 8. 0 auf PC unter Windows 98 verwendet.

6.3 Ergebnisse

Die negativen Kontrollen, die vollständig mit Wachs überzogen waren, zeigten während der gesamten Versuchsdauer keine Eintrübung in ihren unteren Kammern. In ihren oberen Kammern befanden sich während der gesamten Beobachtungszeit vitale Keime in gleichbleibender Anzahl. Die zwei leeren, negativen Kontrollzähne ließen am zweiten Tag eine Eintrübung der unteren Kammer zu. Die fünf gefüllten Wurzeln, die keine Deckfüllung erhalten hatten, zeigten alle innerhalb des ersten Monats eine Eintrübung der unteren Kammer. Je eine Probe aus der Gruppe „KF/Wachs“ und eine aus der „CR“ musste verworfen werden, da die Wachsversiegelung zwischen oberem Aufbau und unterer Kammer zerbrochen war.

Alle unteren Kammern mit Eintrübung enthielten Flüssigkeiten, die wachstumsfähige Bakterien beherbergten. In den Fällen, in denen die unteren [Seite 92↓]Kammern am Ende des Experimentes noch klare TSB enthielten, konnten keine vitalen Bakterien nachgewiesen werden. In zwei dieser Fälle jedoch konnten durch Gram-Färbung bakterielle Überreste dargestellt werden.

Für den durchschnittlichen Tag der Eintrübung (Tab. 2) ergab sich kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den Testgruppen. Die Anzahl undichter Proben pro Gruppe und die signifikanten Unterschiede können aus den Abbildungen 21 und 22 ersehen werden.

Tabelle 2: Anzahl undichter Proben und durchschnittlicher Tag (Median) der Eintrübung pro Gruppe

Material

Undichte Proben/ untersuchte Proben

Durchschnittlicher Tag der Eintrübung

Clearfil

18/20

79

CoreRestore

16/19

78

Ketac-Fil

20/20

71

IRM

20/20

61

Ketac-Fil/Wachs

19/19

106

IRM/Wachs

20/20

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Am Ende des Versuches erwiesen sich nur drei Proben aus der Gruppe „CR“ und zwei Proben aus der Gruppe „CF“ als bakteriendicht, insgesamt also fünf Proben aus 120 getesteten. Bei Beendung des Experimentes konnte kein signifikanter Unterschied in der Anzahl undichter Proben zwischen den Gruppen festgestellt werden. Bis Monat 10 zeigte die Gruppe „CF“ für mehrere Monate signifikant weniger undichte Proben als die Gruppe „KF“ oder die Gruppe „I“. Die stärkste Zunahme an undichten Proben konnte in den ersten vier Monaten beobachtet werden. Die Hälfte der mit IRM verschlossenen Proben war innerhalb von zwei Monaten undicht. Die Gruppe der mit Ketac-Fil versorgten Zähne war die erste, in der alle Proben undicht waren. Letzteres trat nach dem fünften Monat ein.


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Abbildung 21: Darstellung der Anzahl undichter Proben pro Gruppe. Um eine gute Übersichtlichkeit zu wahren, wurden in dieser Grafik nur die Gruppen mit adhäsiver und provisorischer Versorgung aufgeführt. Die Gruppen, in denen die Wurzeln mit Wachs verschlossen worden waren, sind in Abb. 22 aufgetragen.


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Abbildung 22: Darstellung der Anzahl undichter Proben pro Gruppe. Aufgetragen sind die mit Wachs und die mit provisorischen Materialien verschlossenen Wurzeln, die der Übersichtlichkeit halber getrennt von den anderen Gruppen aufgeführt wurden.


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6.4  Diskussion

Für dieses Experiment wurde Staphylococcus epidermidis gewählt, da diese Spezies aus Wurzelkanälen isoliert wurde (163), einfach zu kultivieren ist und in früheren Experimenten mit ähnlichem Versuchsaufbau bereits erfolgreich eingesetzt wurde (464, 465, 421). Für die Deckfüllung wurde u.a. IRM gewählt, da es ein häufig verwendetes provisorisches Füllungsmaterial ist. Glasionomerzement zeigte bereits gute Ergebnisse in einer früheren Studie bei einer Beobachtungszeit von einem Monat (517). In der vorliegenden Studie sollte seine Dichtigkeit im Langzeitversuch erprobt werden. In früheren und in dieser Studie wurden einige Proben vollständig mit Wachs überzogen und als negative Kontrollen verwendet. Damit sollte geprüft werden, ob alle wachsversiegelten Flächen bakteriendicht abgeschlossen waren. Diese negativen Kontrollzähne erwiesen sich in allen Fällen als dicht. Diese Beobachtung veranlasste zu untersuchen, ob nicht auch eine Wachsschicht in den Zugangskavitäten zu einer verbesserten Dichtigkeit führen könne. Aus diesem Grunde wurde in zwei der experimentellen Gruppen auf den Kanaleingang der Wurzeln eine dünne Wachsschicht aufgetragen, bevor zusätzliches provisorisches Füllungsmaterial eingebracht wurde.

Dieses Studiendesign stellt die ungünstigste Situation dar: Wenn nur ein einziger Mikroorganismus die untere Kammer erreicht, ist es nur eine Frage der Zeit, bis sich die klare Bouillon eintrübt und damit die Probe als undicht gewertet wird. In vivo würde ein einzelnes Bakterium mit hoher Wahrscheinlichkeit durch die Körperabwehr eliminiert werden. Friedman et al. führten In-vivo-Experimente an Hunden durch (481, 482). Sie brachten autologe Plaque in die Zugangskavitäten wurzelkanalgefüllter Zähne ein und verschlossen diese Kavitäten anschließend. Nach unterschiedlichen Zeitintervallen wurden die Tiere geopfert, es wurden die apikalen Gewebe entnommen und histologische sowie radiologische Auswertungen durchgeführt. Eine solche Methode hat sicherlich eine wertvollere Aussagekraft bezüglich der Dichtigkeit von Wurzelkanalfüllungen als jede In-vitro-Methode. Andererseits kann es von Interesse sein, Grundlagen in vitro zu ermitteln, bevor ein Tierexperiment durchgeführt wird und ein Studiendesign wie das der vorliegenden Studie kann einen gewissen Vorhersagewert aufweisen.


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Clearfil und CoreRestore wurden ausgewählt, da es sinnvoll erschien, zu untersuchen, ob adhäsiv eingesetzte Füllungen eine höhere Dichtigkeit besitzen als nicht adhäsiv gelegte Füllungen. Felton et al. untersuchten die Inhibierung bakteriellen Wachstums unter Kompositfüllungen, die mit oder ohne GLUMA vorbehandelt worden waren (518). In keiner der mit GLUMA behandelten Kavitäten konnten Bakterien nachgewiesen werden. Hörsted-Bindslev fand ähnliche Ergebnisse, als er mit GLUMA behandelte Kavitäten bei Affen untersuchte (519).

Überraschenderweise zeigten die adhäsiv gelegten Materialien in der vorliegenden Studie nach 12 Monaten keine bessere Dichtigkeit im Vergleich zu den anderen Materialgruppen. Deveaux et al. untersuchten die Dichtigkeit verschiedener provisorischer Füllungsmaterialien gegen Bakterien, allerdings nur in der Zahnkrone, Wurzelkanalfüllungen waren nicht integriert (520). Nach 21 Tagen waren 15% der IRM-Proben undicht. Obwohl die Autoren darstellen, dass Thermocycling keinen Einfluss auf die Dichtigkeit der Füllungen hat, fanden sich in der Gruppe mit IRM-Füllungen nach Thermocycling nur noch 65% dichte Proben und in der Gruppe mit Fermitfüllungen, die vor Thermocycling 90% dichte Proben hatte, fanden sich danach 60% dichte Proben. In der vorliegenden Studie wurde kein Thermocycling durchgeführt, da dies möglicherweise zu einer Schädigung der Guttaperchafüllungen geführt hätte. Es ist jedoch denkbar, dass die Deckfüllungen der Testgruppen unter thermischer und mechanischer Belastung noch schlechtere Ergebnisse bezüglich der Dichtigkeit erzielt hätten.

Pisano et al. untersuchten die Dichtigkeit von Wurzelkanalfüllungen, die mit Guttapercha und Roth Sealer obturiert waren. In die Kanaleingänge applizierten die Autoren Cavit, IRM oder Super-EBA-Zement (521). Nach 90 Tagen erwiesen sich 15% der mit Cavit versehenen Zähne und 35% der mit IRM oder Super-EBA-versehenen Zähne als undicht gegen Bakterien. In der vorliegenden Studie waren es nach 90 Tagen 75% der mit IRM versorgten Zähne. Diese Diskrepanz ist möglicherweise darauf zurückzuführen, dass Pisano et al. etwa 3,5 mm des koronalen Anteiles der Wurzelkanalfüllungen entfernten und in den entstandenen Hohlraum ohne weitere Kavitätenpräparation die provisorischen Füllungsmaterialien einbrachten. In der vorliegenden Studie wurden Kavitäten mit einem Durchmesser [Seite 97↓]von ca. 2,5mm präpariert, um Zugangskavitäten zu simulieren. Es ist denkbar, dass diese im Vergleich zu Pisano et al. größere Durchmesser zu stärkeren Unregelmäßigkeiten im Dimensionsverhalten des provisorischen Füllungsmaterials geführt hat.

Die hier verwendeten Aufbaumaterialien waren chemisch härtende Komposite, die in einer Schicht („bulk technique“) appliziert wurden. Dies könnte die Auswirkungen der Schrumpfung verstärkt und damit zu Spaltbildung geführt haben. Bei Anwendung eines lichthärtenden Materials in mehreren Schichten („increment technique“) hätte dieses Problem kompensiert werden können. Lundin et al. präparierten Klasse-II-Kavitäten in kariesfreie Prämolaren, die aus kieferorthopädischen Gründen zur Extraktion vorgesehen waren (522). Anschließend verschlossen sie die Defekte mit GLUMA und einem lichthärtenden Komposit. Obwohl hier ein lichthärtendes Material eingesetzt wurde, konnten die Autoren innerhalb von 1-32 Tagen eine bakterielle Invasion unter den Füllungen nachweisen. Im Gegensatz zur vorliegenden Studie waren die Kavitäten jedoch größer, komplexer und in vivo durchgeführt. Dies könnte zu gewissen Imperfektionen der Füllungsränder geführt haben. Die Füllungsränder lagen in der vorliegenden Studie ausschließlich im Dentin, was ein weiterer Grund für das Versagen der adhäsiven Materialien in der vorliegenden Studie sein könnte. Durch die initiale Abtrennung der Zahnkronen war kein Zahnschmelz mehr vorhanden, der eventuell eine günstigere Randdichtigkiet ergeben hätte. Diese Studie repräsentiert somit den klinisch schwierigen Fall tief zerstörter Zähne mit geringen oder gar keinen koronalen Anteilen.

In allen negativen Kontrollzähnen, die vollständig mit Wachs überzogen worden waren, konnte in der unteren Kammer kein bakterielles Wachstum nachgewiesen werden. In den Gruppen „I/Wachs“ und „KF/Wachs“ wurde das Wachs nur in de Zugangskavitäten auf den Kanaleingang appliziert. Alle diese experimentellen Proben erwiesen sich am Ende der Beobachtungszeit als undicht. Es fragt sich, ob die Bakterien entlang der Füllungs-Dentin-Grenze nach apikal penetriert sind oder durch das Dentin. Dies wiederum würde bedeuten, dass die Ergebnisse dieser Studie zufällig waren, abhängend davon, wie permeabel das Dentin jeder einzelnen [Seite 98↓]Wurzel war. In einer früheren Studie, in der die Beobachtungszeit bei einem Monat lag (517), zeigten die Gruppen der mit IRM bzw. Ketac-Fil gefüllten Zähne jedoch vergleichbare Anzahl undichter Proben wie in der vorliegenden Studie: Die mit IRM versorgte Gruppe hatte von 20 getesteten Proben 11 undichte, die mit Ketac-Fil versorgten Zähne wiesen 1 undichte von 20 auf, in der vorliegenden Studie waren es für IRM 8 von 20 und für Ketac-Fil 2 von 20, so dass von einer gewissen Reproduzierbarkeit und damit nicht von einer Zufälligkeit der Ergebnisse ausgegangen werden kann.

In zwei unteren Kammern der während der gesamten Studienzeit dichten Proben konnten durch Gramfärbung Reste bakterieller Zellen nachgewiesen werden. Es kann spekuliert werden, dass eine bestimmte (vermutlich geringe) Menge an Bakterien die untere Kammer erreichte, jedoch nicht überlebensfähig bzw. vermehrungsfähig war. Trotz der Erkenntnis, dass bakterielle Zellwandbestandteile in der Lage sind, Entzündungsreaktionen hervorzurufen und aufrecht zu erhalten (25), ist bis heute unbekannt, wie viele solcher Bestandteile nötig sind, um eine Entzündungsreaktion zu provozieren. Aus diesem Grunde kann nicht gesagt werden, ob die Bakterientrümmer, die in den negativen Proben gefunden wurden, von klinischer Relevanz sind.

Um eine gewisse Standardisierung zu erzielen, wurden die Wurzeln auf eine einheitliche Länge von 14mm gekürzt. 4mm dienten hierbei als Zugangskavität, 10mm waren für die Wurzelkanalfüllung vorgesehen. In einer klinischen Situation sind die Wurzeln oder Zähne in der Regel länger. Es ist denkbar, dass ein längerer Zahn zu einer größeren Versieglungsfläche und damit einer verbesserten Dichtigkeit im Vergleich zur Situation der vorliegenden Studie führt.


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6.5 Schlussfolgerungen

Innerhalb der ersten vier Wochen konnten alle getesteten Materialien in vitro einen akzeptablen Schutz vor bakterieller Penetration bieten. Auf Langzeit-Basis dürfte von den getesteten Materialien Clearfil als Material der Wahl betrachtet werden. Es ist jedoch in Betracht zu ziehen, dass auch in den mit Clearfil versorgten Zähnen fast alle nach einem Jahr undicht waren. Daher ist nach wie vor zu empfehlen, das Zeitintervall zwischen Wurzelkanalfüllung und definitiver Versorgung so gering wie möglich zu halten.


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23.06.2005