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作者：
Suhad Jabbar Hamed Al-Nasrawi（伊拉克）
伊拉克库法大学牙科学院口腔内科学系，教授
Zuha Ayad Jaber（伊拉克）
伊拉克库法大学牙科学院口腔内科学系
Nibrass Talib Al-Quraine（伊拉克）
伊拉克库法大学牙科学院口腔内科学系，助理教授
Abtesam Imhemed Aljdaimi（利比亚塞卜）
利比亚塞卜哈大学牙科学院牙科材料学系及口腔和口腔外科学系，助理教授
Sattar Jabbar Abdul-Zahra Al-Hmedat（伊拉克）
伊拉克库法大学牙科学院口腔内科学系
Saleh Zidan（利比亚塞卜）
利比亚塞卜哈大学牙科学院牙科材料学系
Julfikar Haider（英）
英国曼彻斯特大学工程系，博士
过氧乙酸（peracetic acid，PAA）被广泛用作灭菌/消毒剂，在牙髓病学中它是一种很有前景的根管冲洗剂。不同浓度的过氧乙酸可以用来达到不同的功效。然而，根管器械接触到一定浓度的PAA会影响其抗循环疲劳性能。因此，本研究的目的是研究PAA对三种商用热处理镍钛（NiTi）机用锉的抗循环疲劳性能的影响。选用三种热处理镍钛机用锉: One Curve（OC）， ProTaper Gold （PTG）和 Wave One Gold（WOG）。每种类型分为三组（每种锉n = 6）：（1）未做处理；（2）锉浸入在0.002%浓度的PAA中；（3）锉浸入0.35%浓度的 PAA中。在模拟根管中测试了每种锉的性能。用断裂循环次数（NCF）来评估锉的循环疲劳抗性。采用独立样本t检验将组内的每种锉与其各自的对照组进行比较，并采用单因素方差分析（one-way ANOVA）对主要组间进行比较。在0.002% PAA的作用下，除PTG外，所有样本的循环疲劳抗力均显著下降（P = 0.209）。在浸于较高浓度（0.35%）的PAA后，所有组别中锉的抗循环疲劳性能都显著降低。PAA暴露前后，PTG的抗循环疲劳性能最高，WOG次之。暴露于较高或较低浓度的PAA中，对热处理镍钛锉的循环疲劳性能均有不利影响。PTG锉表现出很好的性能，在临床应用中，可使用0.002% PAA进行消毒。
关键词: 抗循环疲劳性能，根管冲洗液，疲劳断裂循环数
过氧乙酸是过氧化氢和乙酸在水溶液中的混合物。它是一种众所周知的氧化漂白剂，通常用作灭菌消毒剂，用于污染表面、机器和设备的处理。它具有广谱的抗革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌、真菌、酵母菌和病毒的活性。它能迅速有效地去除有机物，而不会留下任何残留物。它的分解产物（醋酸、过氧化氢、水和氧）的低毒性，是它在使用上非常有吸引力的优势之一。此外，它在有机物、低温悬浮物的存在下仍然有效，具有长期应用潜力。但由于其具有较强的腐蚀性，限制了其应用。在牙科中，它用于设备、印模和牙胶的灭菌和消毒。此外，由于它具有抗菌性和组织溶解性，还被认为是一种很有前景的根管冲洗液。
为了实现灭菌或消毒的功能，它被用于不同的设计，包括不同的浓度、接触时间以及温度。现已证实，对化学消毒最耐药的萎缩芽孢杆菌孢子，在接触0.2% PAA 40 分钟后能被有效地清除。以0.014%的PAA处理30 分钟，可达到杀灭人轮状病毒的效果。埃可病毒1号、脊髓灰质炎病毒1号、柯萨奇病毒B5、人轮状病毒和噬菌体f2需要较低的灭活浓度。而猴轮状病毒SA11最为敏感，仅需0.002%即可灭活。在低浓度PAA下，Harakeh已经表明，该酸达到0.0007%的浓度，就可以有效地杀菌，但不能很好地灭毒。然而，其他研究人员指出，病毒灭活的最小剂量是12 ppm（0.0012%）。对于病毒（HBV、HIV）和细菌繁殖体的破坏，只需要5分钟，而破坏杀孢子功能需要在0.35% PAA中浸泡10分钟。Ossia-Ongagna和Sabatier支持使用0.35% PAA接触10分钟，以杀灭孢子活性。
在牙科领域，浸泡在0.2%过氧乙酸中消毒海藻酸盐印膜的效果与浸泡在2%戊二醛、2.5%次氯酸钠（NaOCl）和氯己定（CHX）的效果相当。在正畸矫治中，建议使用0.25% PAA对正畸钳消毒10 分钟。此外，它还能快速消毒牙胶。0.2% PAA对被枯草芽孢杆菌污染的聚丙烯酸树脂在消毒5 分钟后，就达到较高水平的消毒效果。在一项研究灭菌能力和使用PAA对牙科设备可能产生的不良影响的实验中，Ceretta等人证明了不锈钢牙科器械在0.25% PAA中浸泡20分钟，能够、安全地消毒，同时造成最小的腐蚀性损害。
根管治疗是一个多阶段的治疗，其中要使用到各种器械，来实现良好的清理成型根管以及消除细菌菌群的目的。虽然一些根管内器械是一次性的，比如根管锉，但由制造商包装的成品并不是消毒的，因此，应该在先进次使用前消毒。此外，包装上有明确的标签，说明内容是未经消毒的。另外，它们的表面可能受到金属刺和碎片的污染。在某些情况下，在新的或未使用的锉上观察到了上皮细胞，因此，使用前消毒似乎是一个基本要求，而PAA是被推荐的材料之一。
联合使用NaOCl、乙二胺四乙酸乙酯和过氧化氢等冲洗剂对有效的根管预备清理有很大的影响，而这些对器械的性能又起着很大的作用。许多研究都在用PAA改善根管系统的清洁和消毒。1% PAA对粪肠球菌具有较好的杀菌效果，其杀菌效果可与2.5% NaOCl和2% CHX相媲美。另一项研究表明，使用4% PAA可显著消除和溶解混合生物膜。在5%浓度下，PAA对牙髓组织的溶解效果与2.5%和5.25% NaOCl相同。其抗菌效果和消除玷污层的能力使PAA成为一种很有前景的冲洗剂，它将加快和简化根管预备工作。在一项关于0.05% PAA与机用器械联合使用的调查中，Gomes等人将其作为2.5% NaOCl的替代方法去除玷污层。然而，根管器械在冲洗或化学灭菌/消毒过程中，暴露于化学试剂中可能会导致其表面的改变和腐蚀，进而影响根管锉的切削效率、整体强度和抗折能力。
在现代口腔治疗中，常用的根管治疗器械是机用根管器械，特别是镍钛合金根管器械。镍钛器械具有良好的性能，如耐腐蚀性和超弹性，具有良好的形状记忆能力，使其能够轻松进入复杂的根管系统，实现所需的清理和预备。尽管具有这些良好的性能，但疲劳失效可能导致器械在根管内折断。
弯曲扭转的应力是引起锉意外折裂的最重要因素。在根管预备过程中，可能会发生尖部弯曲或部分锉在根管内弯曲而其余部分仍在旋转，从而使锉的扭转阻力过载。而锉承受反复的压缩力和拉伸力则会导致循环疲劳失效。循环疲劳应力导致锉表面形成微裂纹，通常从器械外部的最小缺陷开始。在制造过程中，锉的材料、设计、几何缺陷、包含物、孔隙率和过热都可能导致疲劳失效。此外，环境因素如温度和冲洗液类型也可能会影响锉的强度。
因此，重要的是，当与灭菌剂接触时器械要有足够的抗疲劳能力。由于PAA作为灭菌剂和根管冲洗剂应用，其在高、低浓度下对热处理镍钛机锉的影响值得研究。然而，在文献中尚没有PAA对根管器械循环疲劳抗力影响的相关信息。因此，本研究的目的旨在评估两种浓度PAA（0.002%和0.35%）对根管锉循环疲劳抗力的影响。
本研究中被检验的原假设如下：（1）三种热处理镍钛机用根管锉接触较低浓度PAA（0.002%）时，其循环疲劳抗性无显著影响;（2）当PAA浓度较高（0.35%）时，对三种热处理的锉循环疲劳性能无显著影响。
2.1 锉样品和准备
选择54根热处理镍钛根管锉进行抗疲劳试验。所有器械的型号和锥度相同（#25， 0.06）。在20倍放大的立体显微镜（Meiji Techno公司，日本）下观察这些锉，以确保它们没有缺陷。表1给出了关于不同锉的进一步详细信息。
每组18个未使用过的锉，被分配到三个子组（n = 6）。样本大小是在对每组的两个锉进行了试点研究后决定的。在先进个亚组中，这些锉未经处理，作为对照组。第二组中的每个锉在35 °C的0.002% PAA（Bonnymans公司，英国）中浸泡10分钟，而第三组中的每个锉在35 °C的0.35% PAA中浸泡10 分钟。PAA溶液是从5%原液中新鲜制备的。浸泡后，用蒸馏水彻底冲洗锉并干燥，以消除来自PAA的任何影响。
2.2 循环疲劳测试
使用人工根管在35 ± 1 °C条件下检查锉的循环疲劳抗力。人工根管在一个高级直径0.6 mm、半径6.06 mm、曲率角45°的氧化锆块内建立。根管曲率从距根尖约2.5 mm处开始，很大曲率距根尖约5.5 mm处（图1）。在预烧结的氧化锆块上制备，然后在烧结炉（VITA Zyrcomat，维他公司，德国）中在1500 °C下烧结1小时，获得管体的充分强度。
为了避免滑出，并允许在测试期间对仪器进行良好的观察，模拟的根管用一个玻璃板覆盖。根据制造商的建议，WOG锉以往复模式旋转（顺时针+逆时针），而OC和PTG锉则完全顺时针旋转。以350转/分的恒定转速，使用扭矩控制的电动马达（X-Smart，登士柏迈菲公司，瑞士）往复轴向运动，直到锉断裂。所有锉的轴向移动（动态）均为3 mm，每个位移将近2 秒，以模拟实际临床情况。这是通过在锉轴上的环形线实现的，因为他们间隔为1 mm。每个周期的动态运动包括了进出步骤：先将锉插入到全工作长度，向外移动3 mm（3环线），再向内移动到全工作长度。每次换锉后，用生理盐水冲洗人工根管，以减少器械与管壁之间的摩擦。
使用1/100 s计时器计算折断时间。本研究的实验部分由一名专业口腔医生进行，并由一名助理记录时间。疲劳断裂循环数（NCF）的定义是将断裂所需的时间转换为十进制单位，然后将时间乘以每分钟指定的旋转数。将9个子组的NCF数据（n = 54）取平均值，计算每个子组的平均NCF值。使用数字卡尺(Mitutoyo公司，日本)测量折断段的长度。
2.3 断口分析
在扫描电子显微镜（40 VP，Smart SEM，蔡司公司，英国）的不同放大率下（×200 - ×5,000），观察折断锉的横切面和侧面。疲劳迹象主要表现在4个区域：[1]裂纹萌生区，微裂纹形成并开始扩展；[2]裂纹扩展，裂纹不断扩展；[3]过应力区或过载区（典型的浅窝断裂或延性破坏）和边缘磨损的迹象，包括横截面轮廓变圆和切削刃失去锐度。
2.4 统计分析
对每个亚组，记录NCF的均值和标准差。Shapir-o-Wilk正态检验表明，NCF数据呈正态分布，因此，我们采用独立样本t检验来定义低浓度和高浓度酸暴露前后各亚组间的统计学差异。在此之后，采用单因素方差分析（one-way ANOVA）检验来发现暴露于酸前、在低浓度接触后、暴露于高浓度后的主要组之间的差异。Bonferroni检验紧随ANOVA检验以验证主要组之间的差异显著性。由于断裂片段长度的数据不是正态分布，使用非参数检验进行结果的比较。采用Mann-Whitney U检验比较实验亚组与对照组的折断片段长度，主要组间数据比较采用Kruskal-Wallis检验。采用SPSS软件22.0版本（IBM公司，美国）进行统计分析，所有检验均在95%的置信水平下进行，并且P < 0.05。
如表2和图2所示，PTG的循环疲劳抗力很大（1437.33 ± 67.59），OC低（1103.67 ± 18.96）。暴露在0.002% PAA，所有测试组的循环疲劳抗力都有所下降。除PTG组外，差异均有统计学意义（P = 0.209）。在锉浸入0.35% PAA后，所有测试组的循环疲劳抗力都表现出更显著的下降。在PAA浓度为0.002%和0.35%时，OC的降幅很大（分别为12.53%和30.44%），其次为WOG（在浓度为0.002%和0.35%时分别为8.37%和17.10%），PTG（在浓度为0.002%和0.35%时分别为2.99%和13.96%）。
在接触酸之前，PTG组的抗疲劳能力最高，OC组低。在两种浓度的酸暴露后，他们表现出了相同的趋势。从主要群体之间的比较来看，未处理的OC组与WOG组间差异有显著性（P = 0.04），其余各组间差异有高度显著性（表3）。
表4显示了各组折断段长度的平均值和标准差。在没有PAA暴露的情况下，OC的片段长度最短，而WOG的片段长度最长。除PTG与WOG无差异（P = 0.130）外，各组间差异均有统计学意义（见表5）。然而，在0.002%或0.35% PAA的酸暴露后，除OC和WOG之间的差异外，差异无统计学意义。
如图3所示，对照亚组断裂面附近的扫描电镜分析显示，所有测试锉均出现不规则折断线特别是OC处出现微裂纹（粗箭头）。然而，浸在0.35% PAA中的PTG和WOG锉显示出更强的微裂纹证据。此外，在0.002% PAA处理组中发现了锉刃处金属磨损的迹象。0.35% PAA浸泡后磨损逐渐增加，尤其是OC和PTG浸泡后。横切面显示各组的机械损伤特征。可以识别出裂纹起始区（虚线）和有孔隙、凹痕（细箭头）的超载快速断裂区。与对照组相比，酸处理组的横断面轮廓变得更圆。OC表现出强烈的失效迹象即大量的凹陷。
根管锉在弯曲根管内旋转时，由于循环疲劳，会导致根管锉在很大弯曲点发生意外的失效。先进的镍钛锉在灭菌或根管冲洗过程中可能会与PAA发生接触。因此，进行循环疲劳试验是非常必要的，以便为牙医提供有关PAA对锉抗折裂的可能影响因素的信息。本研究比较了三种热处理镍钛根管锉，浸泡在较低浓度（0.002%）或较高浓度（0.35%）的PAA 10分钟前后的循环疲劳。选取浓度为0.35%是因为其快速杀菌效果较好，而选择浓度0.002%为较低浓度，是由于其有效的消毒能力。由于PAA在根管治疗中的应用高达5%，因此本研究的结果引起了研究者对这种酸对锉不良影响的关注。
本研究的主要目的是测试PAA暴露对不同类型锉的循环疲劳性能的影响。为了保持一致性，每个组的亚组中，都对锉进行了标准化处理，例如属于同一类型的锉，每次处理后的结果采用独立样本t检验与同一类型的对照组进行比较。锉的设计、使用的合金和运动模式对经过PAA处理的锉的影响是值得研究的。通过比较不同类型的设计、材料和操作说明的商用锉，可以证明这一点。在本研究中，选择了三种尺寸和锥度相近的热处理镍钛锉，在标准化的实验条件下进行了测试。由于在制造过程中PTG与WOG在热处理方面相似，两者的比较反映了锉的运动模式以及横截面设计所带来的影响。另一方面，PTG和OC的截面均为三角形，并连续顺时针旋转，但它们是由不同的合金制成的。因此，它们之间的比较反映了锉的材料对循环疲劳抗力的影响。
根据本研究的结果，除了经过0.002% PAA处理的PTG 以外，0.002%或0.35% PAA对锉的耐循环疲劳性能有显著的影响。因此，先进个假设被部分否定。由于暴露于0.35% PAA显著降低了所有测试类型锉的循环疲劳，第二个假设被完全否定。
未经浸入处理的锉的循环疲劳试验结果表明，PTG锉的抗疲劳性能最高，其次是WOG锉，而OC锉的抗疲劳性能低。这一趋势与Abdul-Zahra Al Hmedat在没有使用PAA的情况下对WOG和OC锉的研究结果一致。Yilmaz等人的研究结果也支持了目前的结果，他们声称OC锉的循环疲劳抗力低于WOG锉。至于OC和PTG的对比，目前的结果也与Uygun等人一致，他们报道与OC器械比较，PTG锉表现出更高的循环疲劳抗性。另一方面，目前的结果与Hanbazaza和Abuhaimed的不一致，他们证明，连续旋转的PTG对比往复旋转的WOG，在较低的疲劳循环次数下失效。可以认为，这种分歧是由于所采用的实验设置不同造成的。
影响锉抗循环疲劳性能的主要因素包括锉的型号、锥度、截面设计、制造工艺和材料。在循环疲劳试验中，很大应力点会影响镍钛机用器械的疲劳寿命。金属体积越大，疲劳性能越差。一般来说，PTG与WOG具有相似之处，因为它们都是经过复杂的冷热处理制备而成，且均采用了金处理技术，且D1与D3之间的锥度是恒定的，从D4到D14，锥度逐渐减小。然而，这两个锉之间也存在差异。PTG的凸三角形截面设计与WOG的有两条切削边的平行四边形设计不同。锉横截面的设计被证明是改变机用器械在扭转或张力下的应力分布的原因。有限元分析表明，三角形截面设计比方形截面设计具有更高的抗循环疲劳性能。这是由于与方形截面和直径相似的锉相比，三角形截面锉的金属质量较小。
因此，在本研究中，与WOG锉的平行四边形截面的附加金属质量相比，PTG中三角形截面的金属质量较小，因此可能具有更高的循环疲劳抗力。这一发现与之前的研究报告一致，即由热处理合金和小截面制成的锉具有更大的抗循环疲劳性能。此外，横截面设计可能会影响锉与管壁的啮合和应力的产生，也有利于降低扭应力。研究表明，金属质量的多少会影响机用器械的抗疲劳性能。在动力学方面，虽然研究表明往复运动可以提高锉的抗疲劳性能，但如目前的研究显示横断面设计似乎更有影响力。据说，与三角形和S形截面的机用器械相比，矩形截面的机用器械弹力更小，沿长度的应力分布更小，应力集中程度最高。因此，矩形截面设计更容易发生塑性变形。
PTG和WOG材料的抗循环疲劳性能均优于OC材料。这可能是由于合金和金属丝（wire）的类型、锉的设计以及所采用的热处理方法。OC由C wire制成，PTG和WOG由高级冶金金丝（gold-wire）和两相转变热处理合金制成，这主要涉及两个步骤：初始电解抛光和后续热处理。此外，OC具有可变的非对称偏心（off-centered）的横截面，其高级为凸三角形而冠部截面为S形。PAA暴露后，材料的性能表现出相同的趋势，PTG的性能很好，其次是WOG，而OC的循环疲劳抗力低。到目前为止，还没有关于PAA对热处理的机用镍钛器械的影响的研究发表。在0.002% PAA的浸入条件下，各样品的循环疲劳抗力均有所下降。PAA浓度对PTG锉的影响不显著。但PAA浓度（0.35%）显著降低了各类型材料的抗疲劳性能，其中PTG的抗疲劳性能很好，其次是WOG和OC。这可能是由于PAA对锉材料的腐蚀作用。Thierry等人也指出PAA在浸入的镍钛合金中产生了分散的击穿电位。
在酸的影响方面，目前的结果与Pulikkottil等人的结果一致，他们报道了暴露于酸性溶液后，镍钛丝的耐腐蚀性显著降低。关于酸对镍钛合金力学性能的影响，目前的研究结果与Lin等人的发现一致，结果表明，在酸性pH条件下，镍钛丝的三点弯曲强度明显降低。有研究表明，随着酸浓度的增加，pH值降低，腐蚀效果更强。因此，在较高的酸浓度下，锉的加速腐蚀作用可能导致其循环疲劳抗力的显著降低。
有趣的是，无论采用何种治疗方法，OC锉中的折断部位都位于根管弯曲开始的附近，而PTG和WOG则在弯曲中心附近。锉的局部应力集中，决定了裂纹开始和随后的断裂的部位，这可能是由于微观缺陷或微裂隙。目前的结果与Uygun等人一致，他们报道PTG组的片段长度（5.34 ± 0.53 mm）大于OC组（4.54 ± 0.2 mm）。在本研究中，OC的断裂片段长度（2.57 ± 0.087 mm）也小于PTG的片段长度（4.06 ± 1.09 mm）。另一方面，这一发现与Yilmaz等人的发现不一致，因为WOG和OC的片段长度相当。同样，两种酸处理后的片段长度结果（表4）也不太一致。然而，这些差异需要进一步的研究来确定影响因素。OC横截面的变型设计可能会改变很大应力点的分布。各组间折断片段长度的差异可以归因于测试条件、所使用合金的性能或锉内部原始缺陷的影响。
对照组的扫描电子显微分析显示了力学失效的迹象，如微裂纹，裂纹扩展和超载区域。而酸处理的亚组表现出进一步的磨损迹象，如扁平的边缘和圆形的横截面，与酸浸有关的凹陷。这些迹象在OC中是明显的，证实了PAA浸泡对被测锉的循环疲劳的不利影响。
在研究镍钛机用锉的循环疲劳性能时，一个重要的实验室缺陷可能是导致疲劳失效的多个因素，如研究环境、材料性能、具体设计和被测试器械的尺寸。所有这些都使测量单一变量对根管锉抗循环疲劳性能的影响变得困难。这些实验室研究结果的临床相关性很难评估，因为实验条件与临床根管内器械不同，其中，锉失效可能是由于同时作用的因素（循环疲劳和扭转应力）造成的。此外，Yao等人论证了拔除牙的使用虽然模拟了临床情况，但在解剖学上并不规范。因此，拔除牙不是检测镍钛锉循环疲劳抗力的很好方法。在本研究中，利用人工根管来排除循环疲劳变量以外的所有变量。
机用镍钛锉的循环疲劳抗力是通过利用槽块或弯曲的金属管将镍钛锉沿斜面旋转来研究的。性能测试可以在动态或静态模式下进行。在静态模式下，器械在人工根管中以恒定长度旋转，不做任何轴向运动。然而，在动态模式下，锉在人工根管内的旋转与轴向运动有关。在模拟临床情况时，动态模式比没有轴向运动的模式更真实；因此，本研究采用了动力学模型。此外，与其他两种锉相比，WOG锉所采用的往复运动可能会带来一定程度上的结果不一致。此外，为了提供类似的模拟，目前的研究是在35 °C下进行的，这是报道的根管内温度。然而，也有人指出镍钛锉可能会受到根管内温度的影响。
PAA对被测锉的化学成分的影响需要进一步的化学分析来研究，这可能由于腐蚀造成的。此外，还可以研究样本的断裂性能，以确认锉类型中的失效模式和机制。
在使用商用机用根管锉进行根管治疗时，建议避免使用灭菌剂（PAA），以避免出现不良的疲劳失效。
在目前的体外研究的限制下，可以得出结论，PAA灭菌剂的使用在相对较高（0.35%）或较低（0.002%）的浓度下，对用于根管治疗的热处理镍钛锉的循环疲劳性能有不利影响。PTG锉的抗疲劳性能在所有实验组别（包括OC和WOG）中是很好的，可消毒或者与0.002% PAA一起使用，而不会使其抗疲劳性能明显下降。但是，高浓度PAA用于灭菌/消毒或作为与热处理镍钛机用锉一起使用的冲洗液是不可行的。在低浓度PAA时，PTG锉可安全用于临床根管治疗。
作者声明本文不存在任何利益冲突。
感谢库法大学牙科学院基础科学系Aayad Ammar Sayhood博士对此项研究的支持。同时感谢曼彻斯城市大学的Hayley Andrews博士进行的扫描电镜分析。
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