Сравнительная оценка температурных изменений внутри пульпарной камеры при препарировании зубов с помощью твердосплавных и алмазных инструментов под несъемные ортопедические конструкции

9 августа 2017

      Одонтопрепарирование является обязательным этапом лечения при использовании несъемных ортопедических конструкций. Вместе с тем, одонтопрепарирование представляет собой крайне травматичную процедуру, оказывающую негативное влияние, как на твердые ткани, так и на пульпу зуба. Это связано с тем, что в процессе препарирования зубов, особенно интактных, под металлокерамические и цельнокерамические искусственные коронки, возникает необходимость в удалении больших объемов твердых тканей.

      Травматическая составляющая процесса препарирования включает в себя воздействие на ткани зуба и пульпу, таких факторов как давление, вибрация, а также высокая температура. Выделение тепла в процессе препарирования является существенным повреждающим фактором для пульпы зуба, способным вызвать в ней необратимые патологические изменения [24].

      Резкое повышение температуры в пульпарной камере, возникающее во время препарирования тканей зуба, снижает реактивную способность пульпы и вызывает в ней такие морфологические изменения, как абсцессы, некрозы, тромбозы сосудов [16, 21, 25, 26]. Кроме того, чрезвычайно чувствительны к термическому раздражению и нервные волокна пульпы [13]. Критическим для пульпы считается повышение температуры в полости зуба на 5,5°С [28].

      Указанные выше патологические изменения обусловливают в пульпе развитие острого воспалительного процесса. Развивающийся как результат термического воздействия, пульпит может приобрести также хроническое течение [18, 19].

      Количество тепла, выделяющегося в процессе одонтопрепарирования, зависит от многих факторов, таких как: наличие и эффективность водно-воздушного охлаждения, скорость вращения инструмента, давление, оказываемое на инструмент в процессе работы, продолжительность контакта инструмента с твердыми тканями зуба, свойства режущего инструмента и т.д.

      Явлению повышения температуры внутри пульпарной камеры в процессе препарирования твердых тканей зубов посвящено значительное количество научных публикаций [2-4, 6-8, 11, 14, 17, 20, 22, 23, 27]. Подавляющее большинство этих исследований касалось в основном влияния на температуру в пульповой камере таких параметров как скорость вращения инструмента, давление, оказываемое на инструмент в процессе препарирования, качественные и количественные характеристики применяемого охлаждения. Многие из этих исследований были выполнены еще 40 – 50 лет назад и ограничивались существовавшими на тот момент техническими возможностями и средствами для препарирования зубов.

      Кроме того, помимо эволюции оборудования и инструментария, следует также отметить и некоторое изменение самой методики одонтопрепарирования, что, на сегодняшний день, связано в первую очередь с широким распространением металлокерамических и цельнокерамических искусственных коронок. Одним из основных требований при применении этих высокоэстетичных ортопедических конструкций является удаление больших объемов твердых тканей зуба. Все это диктует необходимость проведения новых исследований, касающихся данной проблемы. Следует отметить также, что в доступной литературе недостаточно освещенным остается аспект, касающийся динамики температурных изменений, происходящих в процессе препарирования зубов, а также остается неясной зависимость этих изменений от типа применяемого инструмента и параметров процесса препарирования.

      Тип инструмента для препарирования зубов является важным фактором, влияющим на интенсивность генерации тепла (кал/сек·см2) в процессе препарирования. К основным характеристикам вращающегося инструмента для препарирования зубов следует отнести материал, из которого изготовлена рабочая часть инструмента, размер и конфигурацию рабочей части, а также характер взаимодействия инструмента с обрабатываемой поверхностью. Именно этот параметр в значительной степени обуславливает всё многообразие изменений, происходящих в твердых тканях и пульпе зуба в процессе одонтопрепарирования.

      По характеру взаимодействия с твердыми тканями зуба все вращающиеся инструменты для препарирования можно разделить на две группы: с режущей рабочей поверхностью (твердосплавные боры) и с абразивной рабочей поверхностью (алмазные боры)[5].

      На сегодняшний день наиболее часто для препарирования зубов под искусственные коронки используются алмазные инструменты. В то же время в качестве альтернативы алмазным инструментам фирмой «SS White» были предложены специальные твердосплавные боры серии «Great White Ultra». 

      В связи с этим, интересным представляется сравнение эффективности и безопасности использования двух различных типов инструментов для одонтопрепарирования под несъемные ортопедические конструкции.

Цель исследования:

      Определить характер температурных изменений внутри пульповой камеры в процессе препарирования зубов алмазными и твердосплавными инструментами под несъемные ортопедические конструкции.

Задачи исследования:

      Проследить динамику температурных изменений в пульпарной камере во время препарирования образцов зубов.

      Оценить зависимость динамики температурных изменений от степени износа инструмента, интенсивности охлаждения и интенсивности генерации тепла в заданных условиях применения каждого типа инструментов.

Материалы и методы

      Для сравнительной оценки двух различных типов боров в качестве инструмента с режущей рабочей поверхностью был выбран твердосплавный бор серии “Great White™ Ultra” (“SS White Burs, Inc.”) №856-018. Согласно информации фирмы-производителя, одной из конструкционных особенностей данного бора являются широкие отводные каналы, имеющие спиральную направленность, благодаря которым обеспечивается хорошее охлаждение инструмента и обрабатываемой поверхности (рис. 1-1).

      В качестве абразивного инструмента для сравнения был выбран алмазный бор FG CRS 856-018 (“SS White Burs, Inc.”) со средним размером алмазных частиц 140 мкм. Данный бор полностью соответствует по геометрической форме и размерам бору GWU 856-018 и также предназначен для быстрого удаления больших объемов твердых тканей зуба в процессе одонтопрепарирования (рис. 1-2).

Бор GWU 856-018 Рис. 1-1. Бор GWU 856-018Бор FG CRS 856-018 Рис. 1-2. Бор FG CRS 856-018

      Материалом исследования служили 20 морфологически интактных человеческих премоляров верхней челюсти, удаленных по ортодонтическим показаниям у пациентов обоих полов в возрасте от 22 до 35 лет. Зубы отбирались в эксперимент не позднее 20 минут после их удаления из полости рта. Сразу после удаления зубы были подвергнуты тщательной механической очистке и дезинфекции и помещены в 0,09% раствор хлорида натрия, в котором хранились при комнатной температуре вплоть до эксперимента, но не более двух недель.

      Перед проведением исследования верхушку корня каждого зуба предварительно резецировали на 2мм, один из корневых каналов ретроградно препарировали вплоть до пульпарной камеры. Полость пульповой камеры очищали от остатков пульпы промыванием 3% раствором гипохлорита натрия и 17% раствором ЭДТА, затем чистую пульпарную камеру ретроградно заполняли теплопроводящей пастой “Радиал” (Россия). Контроль равномерного заполнения полости зуба термопроводящей пастой осуществлялся с помощью радиовизиографического исследования (рис. 2).

Пульпарная камера зуба 14 заполнена теплопроводящей пастой
Рис. 2. Пульпарная камера зуба 14 заполнена теплопроводящей пастой. Через небный канал в полость зуба введен датчик температуры.

      Регистрация температурных измерений в процессе препарирования образцов зубов осуществлялась с помощью термопары К-типа (никель-хром/ никель-алюминий) с диаметром датчика 0,5мм (рис. 3), введенной внутрь пульпарной камеры через препарированный корневой канал в среде термопроводящей пасты.

Термопара К-типа Рис. 3. Термопара К-типа (никель-хром / никель-алюминий)

      Термопара, подключенная к электронному измерителю температуры «Center 300», позволяла проводить прямой отсчет температуры в градусах Цельсия со скоростью 0,6 циклов измерений в секунду. Сигнал с электронного термометра поступал на компьютер для последующего отображения, обработки и хранения информации. Полученные данные сохранялись в виде массива, часть которого затем переносили в табличный процессор (Excel MS Office), с помощью которого получали графический вид процесса. Обработку, анализ и вычисление средних значений по данным измерений проводили в программе MathCAD.

      Для измерения температуры пульпарной камеры в процессе препарирования образцов зубов нами был подготовлен специальный экспериментальный стенд, общий вид которого представлен на рис.4. Для механической фиксации и имитации теплофизических свойств пародонта исследуемый образец зуба с введенной в корневой канал термопарой фиксировался в зажимное устройство на уровне анатомической шейки с применением прокладки из теплоизолирующего материала, чтобы исключить поток тепла на держатель и избежать, таким образом, методической погрешности измерения. Коронка зуба изолировалась при помощи коффердама.

Стенд для препарирования образцов зубов Рис. 4. Конструкция стенда для препарирования образцов зубов

      Все образцы были разделены на 2 группы по 10 зубов в каждой. Зубы I группы были препарированы с помощью твердосплавного бора GWU 856-018; препарирование зубов II группы проводилось алмазным бором FGCR 856-018. Все 10 зубов в каждой группе были обработаны одним инструментом.

      Во всех случаях препарирование зубов проводилось при скорости вращения бора 300,000 об/мин турбинным наконечником TREND TC–95 RM («W&H», Австрия) с одной апертурой для подачи охлаждающего водно-воздушного потока. Уровень интенсивности охлаждения при препарировании всех образцов зубов определялся расходом воды 40 ± 2 мл/мин при температуре охлаждающей жидкости 20?С.

      Все образцы зубов были препарированы под металлокерамическую искусственную коронку с циркулярным полукруглым уступом шириной 0,6мм. Средняя толщина редукции тканей при препарировании составила 1,5мм. Препарирование каждого зуба проводилось одним оператором по следующей схеме:

  • препарирование жевательной поверхности; 
  • препарирование апроксимальных поверхностей; 
  • препарирование вестибулярной поверхности; 
  • препарирование оральной поверхности.
Результаты исследований

1. Препарирование твердосплавными инструментами.

      В результате проведённых экспериментов в группе 1, в которой обработка зубов осуществлялась с помощью твердосплавного бора GWU 856-018, были получены 10 графиков отражающих динамику температурных изменений проводимого препарирования.

      На Рис.5-1 и 5-2 приведены наиболее характерные зависимости температуры (T) от времени (t) при препарировании 5-го и 10-го образцов зубов соответственно.


Рис. 5-1. Зависимости T(t) для случая препарирования твердосплавным бором GWU 856-018 образца №5. Красная линия – получена при усреднении данных измерений в интервале 3 секунды для каждой точки кривой. Синяя линия получена при усреднении в интервале 9 секунд, что соответствует постоянной времени установления температуры в пульпарной камере в реальных условиях с учетом теплопроводности зубной ткани [2, 3]


Рис. 5-2. Зависимости T(t) для случая препарирования твердосплавным бором GWU 856-018 образца №10, полученные аналогичным образом как на Рис. 5-1

      Как видно, температурные кривые (красные линии) имеют пилообразный вид и отражают чередование процессов преимущественного нагревания и охлаждения, причем в начале препарирования имеется тенденция к нагреванию (повышение средней температуры хорошо видно на синей линии). По достижении определенного температурного уровня, зависящего, по-видимому, от разницы между начальной температурой образца и температурой охлаждающей жидкости, а также от баланса интенсивности генерации тепла и интенсивности охлаждения, наступает период относительного равновесия между процессами нагревания и охлаждения - синяя линия вблизи 22°С. 

      Здесь следует отметить, что интенсивность генерации тепла выше, при прочих равных условиях, при препарировании плотных, твердых и прочных материалов, чем в случае неплотных и относительно мягких материалов, так как в единицу времени на единице поверхности разрывается большее число межатомных связей, и при разрыве каждой связи выделяется больше энергии (сohesive energy). Поэтому при препарировании эмали (в самом начале процесса препарирования) как правило, наблюдается рост температуры – интенсивность генерации тепла превосходит интенсивность охлаждения. В конце процесса, когда препарируется дентин, наоборот, - интенсивность охлаждения преобладает и наблюдается снижение температуры в пульпарной камере – спад красной и синей кривых на Рис. 5-1 и Рис. 5-2.

      В целом, амплитуда температурных колебаний во всех случаях препарирования образцов зубов 1 группы не превышала 1?С. Графики имеют сходный характер без заметных признаков влияния износа инструмента. Среднее время препарирования для образцов 1-й группы составило 266 секунд.

2. Препарирование алмазными инструментами.

      На Рис. 6-1 приведена характерная зависимость температуры (T) от времени (t) при препарировании алмазным бором FG CR S 856-018 первых пяти образцов зубов.

 
Рис. 6-1. Зависимость T(t) для случая препарирования алмазным бором FG CRS 856-018 образца №5

      На графике видно, что температурная кривая, как и в случаях препарирования твердосплавными борами, имеет пилообразный характер с участками подъема и спада температуры, хотя процесс имеет общую тенденцию к охлаждению. Амплитуда температурных колебаний для графиков препарирования образцов с 1-го по 5-ый находится в пределах 0,5?С, что отражает меньшую интенсивность генерации тепла в процессе препарирования эмали алмазными инструментами по сравнению с твердосплавными.

      На Рис. 6-2 приведена характерная зависимость температуры (T) от времени (t) при препарировании алмазными инструментами образцов зубов с 6-го по 10-ый.

 
Рис. 6-2. Зависимость T(t) для случая препарирования алмазным бором FG CRS 856-018 образца №8

      Видно, что приведенный график отличается от предыдущего, хотя температурная кривая также имеет пилообразный характер с общей тенденцией к понижению температуры при препарировании дентина. Здесь наблюдается участок повышения температуры в начале процесса, когда интенсивность генерации тепла превышает интенсивность охлаждения. Амплитуда температурных колебаний возросла и составила 1–1,5?С для случаев препарирования с пятого по десятый образцов зубов. Это свидетельствует о значительном дисбалансе интенсивностей генерации тепла и охлаждения в этих экспериментах.

      Следует отметить, что интенсивность генерации тепла зависит от скорости вращения инструмента и давления на инструмент при препарировании, и для каждого типа инструмента эта величина может быть определена как функция этих параметров и параметров обрабатываемого материала. Сюда же можно внести такой параметр как износ инструмента, снижающий эффективность резания твердых тканей зуба и, таким образом, снижающий интенсивность генерации тепла. Если при этом оператор компенсирует снижение эффективности резания увеличением давления на инструмент, то интенсивность генерации тепла тоже возрастает.

      Интенсивность охлаждения определяется температурой, скоростью потока и удельной теплоемкостью охлаждающего вещества. Таким образом, та или иная комбинация указанных параметров, определяющих интенсивность генерации тепла и интенсивность охлаждения, и определяет характер зависимости температуры в пульпарной камере от времени при препарировании.

      Например, если интенсивность генерации тепла превышает интенсивность охлаждения, наблюдается подъем температуры в пульпарной камере, как это имеет место в начале процессов в экспериментах, результаты которых представлены на Рис.5-1, Рис.5-2 и Рис.6-2.

      Если же интенсивность охлаждения оказывается выше интенсивности генерации тепла, то наблюдается спад температуры в пульпарной камере, как это имеет место в процессе, результаты которого представлены на Рис.6-2 после 100 секунд препарирования и в конце процессов, представленных на Рис.5-1 и Рис.5-2. 

      Результаты, представленные на Рис.6-1, свидетельствуют о том, что в этом эксперименте интенсивность охлаждения с самого начала процесса препарирования превышала интенсивность генерации тепла. По-видимому, интенсивность генерации тепла при препарировании алмазным бором невысока даже при препарировании эмали. А вот процесс охлаждения здесь, видимо, был интенсивным – низкая температура охлаждающего агента.

      Среднее время препарирования образцов зубов во второй группе составило 199 секунд.

Выводы

      На основании полученных результатов исследования процесса генерации тепла при препарировании зубов различными видами инструментов нами были сделаны следующие выводы:

  • Процесс генерации тепла при препарировании зубов под искусственные коронки имеет пилообразный характер, вследствие колебания ряда параметров, таких как эффективности охлаждения, свойств материала рабочей части инструмента, флуктуации давления на инструмент.
  • Препарирование зубов твердосплавными инструментами характеризуется несколько более выраженным ростом температуры внутри пульпарной камеры, чем препарирование алмазными инструментами.
  • Амплитуда повышения температуры при препарировании зубов возрастает с увеличением степени износа инструмента, как следствие компенсирующего увеличения давления на инструмент, производимого рукой оператора.
  • Анализ температурных изменений выявил признаки износа алмазного инструмента уже после 5-ти кратного препарирования.
  • После препарирования 10-ти зубов твердосплавным инструментом признаки заметного износа инструмента отсутствовали.
  • Предложенный режим водно-воздушного охлаждения является безопасным с точки зрения возможности термической травмы пульпы.
  • Препарирование зубов твердосплавными инструментами является несколько более продолжительным по времени.

      Полученные результаты свидетельствуют о необходимости проведения дальнейших исследований, целью которых явилось бы определение безопасного диапазона кратности применения инструментов для препарирования зубов под искусственные коронки, а также оптимальных параметров, определяющих интенсивность охлаждения и интенсивность генерации тепла.

      Результаты работы позволили правильно интерпретировать данные, полученные ранее [8] в измерениях на зубах животных, когда неясным оставались причины снижения температуры при препарировании.

Используемая литература:

  1. Большаков Г.В., Трусова Н.Ф. Влияние температурного фактора на активность лизосомальных ферментов пульпы зуба. Стоматология, 1988; 67(4): 14-16.
  2. Ржанов Е.А., Ржанов А.Е., Максимовский Ю.М., Гринин В.М. Выделение и диссипация тепла в процессе препарирования твердых тканей зуба. Часть 1. Стоматолог, 2006; 3: 24-26.
  3. Ржанов Е.А., Ржанов А.Е., Максимовский Ю.М., Гринин В.М. Выделение и диссипация тепла в процессе препарирования твердых тканей зуба. Часть 2. Стоматолог, 2006; 4: 8-16.
  4. Шигабутдинов Т.С. Опыт применения сверхскоростных оборотов режущего инструмента и методика препарирования зубов для зубного протезирования. Стоматология, 1961; 4: 55-57.
  5. Шиллинбург Г., Якоби Р., Бракетт С. Основы препарирования зубов для изготовления литых металлических, металлокерамических и керамических реставраций. – М.: Азбука, 2006. С. 65-77
  6. Шорин В.Д. Опыт применения турбинной бормашины в клинике ортопедической стоматологии. Стоматология, 1961; 4: 83 - 86
  7. Шорин В.Д. Роль охлаждения при препарировании твердых тканей зуба. Стоматология, 1981; 60(3) с.56-57
  8. Bhaskar S.N., Lilly G.E. Intrapulpal temperature during cavity preparation. J Dent Res. 1965; 44(4):644-647
  9. Brown W.S., Dewey W.A., Jacobs H.R. Thermal properties of teeth. J Dent Res, 1970; 49(4): 752-755
  10. Carson J., Rider T., Nash D. A thermographic study of heat distribution during ultraspeed cavity preparation. J Dent Res, 1979; 58(7): 1681-1684.
  11. Cavalcanti B.N., Otani C., Rode S.M. High-speed cavity preparation techniques with different water flows. J Prosthet Dent, 2002; 87(2):158-161.
  12. Cavalcanti B.N., Serairdarian P.I., Rode S.M. Water flow in high-speed handpieces. Quintessence Int, 2005; 36(5): 361-364.
  13. Demmel H.J ., Lamprecht I . Calorimetric thermal conductivity measurements of dental liner materials, Dtsch Zahnarztl Z, 1971; 26(4): 456-463.
  14. Galindo D.F., Ercoli C., Funkenbusch P.D., Greene T.D., Moss M.E., Lee H.J., Ben-Hanan U., Graser G.N., Barzilay I. Tooth preparation: a study on the effect of different variables and a comparison between conventional and channeled diamond burs. J Prosthodont, 2004; 13(1): 3-16.
  15. Henschel C.J. Heat impact of revolving instruments on vital dentin tubules. J Dent Res, 1943; 22: 323-333.
  16. Kercher T.C., Fisher A.K. Effects of heat on oxygen consumption in bovine dental pulp. J Dent Res, 1968; 47(5): 798-800.
  17. Laforgia P.D., Milano V., Morea C., Desiate A. Temperature change in the pulp chamber during complete crown preparation. J Prosthet Dent, 1991; 65(1): 56-61.
  18. Langeland K. Histologic evaluation of pulp reactions to operative procedures. Oral Surg Oral Med Oral Pathol. 1959; 12: 1235-1249, 1357-1371.
  19. Langeland K, Langeland L. Pulp reactions to crown preparations, impressions, temporary crown fixation and permanent cementation. J Prosthet Dent, 1965, 15: 129-143.
  20. Lauer H.C., Kraft E., Rothlauf W., Zwingers T. Effects of the temperature of cooling water during high-speed and ultrahigh-speed tooth preparation. J Prosthet Dent, 1990; 63(4): 407-413.
  21. Lisanti V.F., Zander H.A. Thermal injury to normal dog teeth: in vivo measurements of pulp temperature increases and their effect on the pulp tissue. J Dent Res, 1952; 31(4): 548-558.
  22. Otti P., Lauer H.C. Temperature response in the pulpal chamber during ultrahigh-speed tooth preparation with diamond burs of different grit. J Prosthet Dent, 1998; 80(1): 12-19.
  23. Ozturk B., Usumez A., Ozturk A.N., Ozer F. In vitro assessment of temperature change in the pulp chamber during cavity preparation. J Prosthet Dent, 2004; 91(5): 436-440.
  24. Pohto M., Scheinin A. Microscopic observations in living dental pulp II. Effect of thermal irritants on circulation of the pulp in the lower rat incisor. Acta Odont Scand, 1958; 16: 315-327.
  25. Seltzer S. Early pulp changes in the teeth of a dog following full crown preparations. J Dent Res, 1958; 37(2): 220-228.
  26. Shovelton D.S., Marsland E.A. The response of the human dental pulp to cavity preparation with an air turbine handpiece. Brit Dent J, 1960; 109: 225-234.
  27. Vaughn R.C., Peyton F.A. The influence of rotational speed on temperature rise during cavity preparation. J Dent Res, 1951; 30(5): 737-744.
  28. Zach L, Cohen G. Pulp response to externally applied heat. Oral Surg Oral Med Oral Pathol, 1965; 19: 515-530

Последние публикации

5 апреля 2020

Лучшие маски от коронавируса от Crosstex

В нынешних условиях у многих вполне закономерно возникает вопрос: «Какие маски защищают от коронавируса?». 

Читать полностью
Рекомендованные товары

Если у вас остались вопросы, мы с удовольствием на них ответим