Torsional resistance of two nickel-titanium rotary instruments: A comparative study

Im Rahmen der Studie wurde untersucht, inwiefern Wärmebehandlung weniger Einfluss nimmt auf die (zunehmende oder abnehmende) Torsionsfestigkeit im Gegensatz zu dem starken Anstieg der Flexibilität und Ermüdungsresistenz, auf die in zahlreichen Artikeln hingewiesen wird. Zudem tritt ein Torsionsbruch äußerst rasch ein, wenn die Spitze des Instruments blockiert wird.

Einführung

Für einen Bruch der endodontischen NiTi-Instrumente werden zwei Hauptmechanismen verantwortlich gemacht: Torsionsermüdung und zyklische Ermüdung. Torsionsermüdung ist die Ursache vieler Brüche und Fehlfunktionen.1 Brüche aufgrund zyklischer Ermüdung treten durch wiederholte Druck- und Zugspannungen an den äußersten Fasern einer Feile auf, die sich in einem gekrümmten Wurzelkanal dreht. Torsionsermüdung tritt auf, wenn die Spitze des Instruments an der Kanalwand bindet oder anhaftet, was auch in einem geraden Wurzelkanal passieren kann.1

Die Widerstandsfähigkeit von NiTi-Instrumenten gegenüber zyklischer Ermüdung wurde bereits intensiv studiert.2 Es gibt jedoch viel weniger Informationen zu Torsionsfestigkeitstests.3 Die Haupttestmethode für statische Rotationsfrakturen ist der Vergleich zwischen der Torsionsfestigkeit der Instrumente entsprechend der ISO-Norm 3630-1. Dieser Spezifikation entsprechend muss die 3-mm-Feilenspitze mit Messing fixiert sein und eine Drehgeschwindigkeit von 2 U/min angewandt werden, um eine kontinuierliche Torsionsbelastung zu schaffen, bis der Bruch eintritt.3

Die Torsionsbelastung kann bei rotierenden Instrumenten im Kanal über den drehmomentkontrollierten endodontischenMotor begrenzt werden: Die Drehmomenteinstellungen können so gewählt werden, dass eine übermäßige Torsionsbelastung der Instrumente vermieden wird. Es wurde aufgezeigt, dass die richtigen Drehmomentvoreinstellungen für die jeweiligen Instrumente nur schwer festzustellen sind.4 Sind sie zu hoch, hängt die Sicherheit von den Fähigkeiten des Arztes ab, ein übermäßiges Greifen bzw. eine Feilenblockade zu vermeiden. Sind sie zu niedrig, wird das rotierende Instrument zu stark von wiederholtem Arretieren und Entriegeln mit dem drehmomentkontrollierten Motor oder der Auto-Reverse-Funktion belastet. In engen Kanälen, wo die Instrumente höherer Torsionsbelastung ausgesetzt sind als in breiteren Kanälen, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass diese wiederholten Torsionsbelastungen auftreten.

Bisher wurde das Drehmoment zum Zeitpunkt des Bruchs (entsprechend dem ISO-Test) noch nicht häufig als Anhaltspunkt für die Bestimmung der Drehmomenteinstellungen von drehmomentkontrollierten Motoren eingesetzt. In den meisten Fällen sind die Einstellungen höher als das Drehmoment zum Zeitpunkt des Bruchs. Daher stimmt das Konzept, dass die Verwendung eines voreingestellten Drehmomentwerts sicher ist (d. h. dass so der Scherbruch des Instruments verhindert werden kann), nicht unbedingt. NiTi-Instrumente sollten aus dem Grund idealerweise in allen Fällen eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Torsion aufweisen und in gekrümmten Kanälen auch flexibel sein und einer zyklischen Ermüdung standhalten.

Zahlreiche Faktoren können die Widerstandsfähigkeit gegenüber Torsion beeinflussen. Zu diesen zählen das Design, die Abmessungen, der Fertigungsprozess und die Bewegung selbst.5 In der vorliegenden Studie wurden zwei rotierende NiTi-Instrumente mit ähnlichem Design und ähnlichen Abmessungen getestet, um das Drehmoment zum Zeitpunkt des Bruchs zu vergleichen. Die Nullhypothese war, dass identifizierbare Unterschiede auf die unterschiedlichen Fertigungsprozess zurückzuführen wären.

 

Methodologie

Die folgenden Instrumente von zwei unterschiedlichen Systeme wurden getestet und verglichen: ProTaper Next (Dentsply Maillefer) und EdgeFile X7 (EdgeEndo). Je Marke wurden zehn Instrumente (17/0,04) einem Test mit wiederholter Torsionsbeanspruchung ausgesetzt. Der Test wurde mit einem drehmomentkontrollierten endodontischen Motor (MASTERsurg, KaVo) durchgeführt. Mit dem Motor war eine genaue Aufzeichnung der Drehmomentwerte während der Verwendung der Instrumente möglich. Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Geräts wurde in einer vorherigen Studie validiert.6 Für den Test wurde die 3-mm-Spitze jeder Feile sicher fixiert in einem Kunststoffblock gehalten, der aus autopolymerisierendem Harz hergestellt wurde (DuraLay, Reliance Dental Manufacturing). Jede Feile wurde sodann im Uhrzeigersinn mit einer Geschwindigkeit von 300 U/min gedreht, bis ein Bruch eintrat. Die Drehmomentgrenze war mit 5,5 Ncm beziffert, damit Messwerte zwischen 0,1 bis 5,5 Ncm aufgezeichnet werden konnten. Die Drehmomentwerte zum Zeitpunkt des Bruchs wurden von der integrierten Software des Motors aufgezeichnet und mit Tabellenkalkulationssoftware analysiert. Die Daten wurden mit einer einfaktoriellen Varianzanalyse und einem Tukey-Test mit der Signifikanzeben α = 5 % ausgewertet.

Ergebnisse

Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der derzeitigen Studie. Die ProTaper-Next-Feilen wiesen im Vergleich zu den EdgeFile-X7-Instrumenten keine wesentlichen unterschiedlichen Widerstandswerte mit Hinsicht auf das maximale Drehmoment zum Zeitpunkt des Bruchs auf (p < 0,05). Ebenso wurden keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Instrumenten mit Hinsicht auf die Zeit bis zum Versagen gefunden (p < 0,05).

Tabelle 1: Drehmoment zum Zeitpunkt des Bruchs (Ncm) Maximales Drehmoment (SD) Zeit bis zum Versagen (in Sekunden)
Edge ENDO X7  0, 57 (± 0,1) 0,42 (± 3,5 )
Protaper Next 0,51 (± 0,1) 0,39 (± 2,9)

Diskussion

Der statische ISO-Torsionsfestigkeitstest wurde vor mehr als 50 Jahren entwickelt, um manuelle Edelstahlinstrumente zu testen. Daher ist er wahrscheinlich nicht die ideale Testmethode für rotierende Instrumente, die sich mit viel höheren Drehzahlen als 2 U/min bewegen, oder für die spezifischen Motoren mit Drehmomentkontrolle und Autoreverse.7 Daher wurde die Torsionsfestigkeit in der vorliegenden Studie mit einer anderen Drehzahl bewertet: der klinischen Drehzahl (300 U/min).

Die getesteten Instrumente ähnelten sich in Abmessung und Design, durchliefen aber unterschiedliche Fertigungsprozesse (Legierungen und Wärmebehandlungen). Der Website des Herstellers zufolge weisen EdgeFile-X7-Feilen eine höhere Flexibilität und mehr Ermüdungsfestigkeit auf als Konkurrenzprodukte. Bei Edelstahlinstrumenten sind die Flexibilität und Torsionsfestigkeit in der Regel umgekehrt proportional, was im Wesentlichen auf der Masse bzw. den Abmessungen der Instrumente beruht. Je größer die Masse, umso starrer und widerstandsfähiger ist das Instrument gegenüber einer Torsionsbelastung.8 In dem vorliegenden Fall waren sich Masse und Abmessungen sehr ähnlich. Auch die Torsionsfestigkeit war ähnlich und zeigte keinen statistisch signifikanten Unterschied zwischen den beiden Instrumenten. Die Nullhypothese wurde somit widerlegt.

Die vorliegende Studie zeigte also auf, dass die Wärmebehandlung die Torsionsfestigkeit nicht wesentlich beeinflusst – im Gegensatz zu dem starken Anstieg der Flexibilität und Ermüdungsresistenz, der sich aus der Wärmebehandlung ableiten lässt, die in vielen veröffentlichten Artikel angesprochen wird.9, 10

Literatur:

  1. Sattapan B, Nervo GJ, Palamara JE, Messer HH. Defects in rotary nickel-titanium files after clinical use. J Endod. 2000 Mar;26:161–5.
  2. Plotino G, Grande NM, Cordaro M, Testarelli L, Gambarini G. A review of cyclic fatigue testing of nickel-titanium rotary instruments. J Endod. 2009 Nov;35(11):1469–76.
  3. Pedullà E, Grande NM, Plotino G, Gambarini G, Rapisarda E. Influence of continuous or reciprocating motion on cyclic fatigue resistance of 4 different nickel-titanium rotary instruments. J Endod. 2013 Feb;39(2):258–61.
  4. Gambarini G. Advantages and disadvantages of new torque-controlled endodontic motors and low-torque NiTi rotary instrumentation. Aust Endod J. 2001 Dec;27(3):99–104.
  5. Xu X, Eng M, Zheng Y, Eng D. Comparative study of torsional and bending properties for six models of nickel-titanium root canal instruments with different cross-sections. J Endod. 2006 Apr;32(4):372–5.
  6. Gambarini G, Seracchiani M, Piasecki L, Valenti Obino F, Galli M, Di Nardo D, Testarelli L. Measurement of torque generated during intracanal instrumentation in vivo. Int Endod J. 2019 May;52(5):737–45.
  7. Pedullà E, Lo Savio F, La Rosa GRM, Miccoli G, Bruno E, Rapisarda S, Chang SW,Rapisarda E, La Rosa G, Gambarini G, Testarelli L. Cyclic fatigue resistance,torsional resistance, and metallurgical characteristics of M3 Rotary and M3 ProGold NiTi files. Restor Dent Endod. 2018 Apr 23;43(2)
  8. Gambarini G, Testarelli L, Galli M, Tucci E, De Luca M. The effect of a new finishing process on the torsional resistance of twisted nickel-titanium rotary instruments. Minerva Stomatol. 2010 Jul-Aug;59(7-8):401-6.
  9. Braga LC, Faria Silva AC, Buono VT, de Azevedo Bahia MG. Impact of heat treatments on the fatigue resistance of different rotary nickel-titanium instruments. J Endod. 2014;40(9):1494–7
  10. Plotino G, Testarelli L, Al-Sudani D, Pongione G, Grande NM, Gambarini G. Fatigue resistance of rotary instruments manufactured using different nickel-titanium alloys: a comparative study. 2014;102(1):31–5

https://www.dental-tribune.com/clinical/torsional-resistance-of-two-nickel-titanium-rotary-instruments-a-comparative-study/