Maggio 2011

Extended cyclic fatigue life of F2 ProTaper instruments used in reciprocating movement

Introduzione

Gli strumenti rotanti in nichel-titanio con varie sezioni e conicità sono stati sviluppati e commercializzati nell’ultimo ventennio. Pur possedendo innumerevoli vantaggi, gli strumenti in NiTi tendono ad andare in contro ad una prematura rottura dovuta alla fatica ciclica, fattore limitante nel determinare il loro uso clinico.

Recentemente è stato riportato un nuovo approccio all’uso del file F2 ProTaper tramite l’introduzione del movimento reciprocante.

Il concetto di riuscire a preparare con un unico strumento in NiTi un intero canale radicolare è interessante sia perché la curva di apprendimento si riduce per via della tecnica molto semplificata, sia per il fatto che l’uso di un solo strumento in NiTi è molto più conveniente rispetto al convenzionale sistema multi-file.

I primi studi centrati sulla tecnica dell’utilizzo di un singolo file nella pratica endodontica appaiono promettenti, rimangono ancora alcuni parametri da valutare tramite studi clinici e di laboratorio.

La frattura di uno strumento endodontico avviene come risultato di una fatica torsionale o da flessione ed è un evento complesso, quindi il cambiamento della cinematica di utilizzo degli strumenti deve essere valutato in termini di resistenza alla rottura dovuta alla fatica ciclica.

Lo scopo di questo studio è stato quello di valutare la durata alla fatica ciclica dello strumento F2 ProTaper utilizzato con movimento reciprocante in relazione allo stesso strumento utilizzato con il convenzionale movimento continuo.

Durante lo studio sia la morfologia della superficie della frattura che l’anatomia delle spire sono state usate per determinare la tipologia di frattura dello strumento.

Materiali e metodi

Un campione di 30 strumenti F2 ProTaper in NiTi (lunghezza di 25mm; Maillefer SA, Ballaigues, Svizzera) da sei differenti lotti sono stati usati in questo studio. Durante i test meccanici sono stati utilizzati differenti settaggi, in termini di cinematica e velocità, risultanti in tre differenti gruppi (dieci strumenti per ogni singolo gruppo).

Gli strumenti sono stati distribuiti in modo random tramite l’aiuto di un algoritmo.

È stato inoltre ricavato un canale artificiale da un tubo di acciaio inox con diametro di 1.04 mm, una lunghezza totale di 20.0 mm ed un raggio di curvatura di 6.0 mm. La porzione rettilinea misurava 10.6 mm, mentre l’arco del tubo misurava 9.4 mm ed il raggio di curvatura, misurato nella porzione concava del tubo, misurava circa 90°.

Un’impalcatura d’acciaio con base quadrata ed un asse verticale contenente una struttura che permetteva il fissaggio ed il movimento di un manipolo micromotore/contrangolo. A questa struttura era messa in relazione ad una morsa da banco, con possibilità di movimento solo orizzontale, nella quale era fissato il tubo d’acciaio

Il tubo è stato riempito di glicerina per ridurre la frizione e il calore prodotto dall’attrito degli strumenti contro le pareti del tubo.

Ogni strumento è stato montato su un contrangolo e introdotto nel canale artificiale fino a toccare un fermo posizionato all’altra estremità. Questo fermo, successivamente rimosso, è stato utilizzato per standardizzare la penetrazione degli strumenti all’interno del canale.

Tre diversi gruppi di file in NiTi sono stati testati con diversi parametri di utilizzo:

- Nel Gruppo 1 gli strumenti ruotavano ad una velocità di 250 giri al minuto fino alla rottura

- Nel Gruppo 2 gli strumenti ruotavano ad una velocità di 400 giri al minuto fino alla rottura

- Nel Gruppo 3 gli strumenti ruotavano ad una velocità di 400 giri al minuto fino alla rottura

Nei primi due gruppi (G1 e G2) gli strumenti sono stati utilizzati con rotazione continua tramite un motore elettrico (X-Smart model; Tulsa/Dentsply, Tulsa, OK, USA) ed un manipolo contrangolo con riduzione di 1:20.

Nel terzo gruppo (G3) gli strumenti sono stati utilizzati con movimento reciprocante tramite un micromotore elettrico dell’ATR Teknica (Pistoia, Tuscany, Italy).

Il tempo di frattura d’ogni strumento è stato misurato dallo stesso operatore con l’ausilio di un cronometro digitale e la determinazione della rottura dello strumento è stata basata sull’osservazione dell’operatore.

L’analisi d’ogni strumento fratturato è stata eseguita con SEM (JEOL JSM 5800; JEOL, Mitaka, Tokyo, Japan) per determinare la tipologia di frattura.

Risultati

L’analisi tramite SEM ha dimostrato che i file presentavano il tipico aspetto di una frattura duttile, con un aspetto fibroso delle superfici e la presenza di micro cavità (dimples); in tutti i file inoltre è stato osservato un lieve aumento della lunghezza, mentre non sono state osservate deformazioni plastiche a livello delle spire.

Il numero dei cicli necessari per portare alla frattura di uno strumento hanno avuto diversi riscontri a seconda del tipo di movimento (continuo o reciprocante) con i seguenti risultati:

- 160 cicli ad una velocità di 250 giri al minuto sotto rotazione continua

- 120 cicli ad una velocità di 400 giri al minuto sotto rotazione continua

- 630 cicli (che corrispondono a 126 rotazioni complete) ad una velocità di 400 giri al minuto sotto movimento reciprocante

Discussione

I risultati hanno dimostrato che la cinematica di movimento ha un’influenza significante sulla fatica ciclica dello strumento F2 ProTaper.

Da un punto di vista meccanico la frattura da stress negli strumenti rotanti ad uso endodontico deriva da una forza ripetitiva applicata ad essi. Ricerche hanno dimostrato che la rottura da fatica ciclica deriva dalla formazione di microfratture, normalmente localizzate sulla superficie del file, e che queste, con l’aumentare dei cicli di carico, aumentano ulteriormente la loro grandezza.

Questo comportamento si può osservare in qualsiasi materiale sottoposto a stress ciclici e in particolar modo in situazioni in cui sia presente una superficie con irregolarità (normalmente riscontrabile in tutti i nuovi strumenti endodontici), poiché proprio a livello di una di queste irregolarità, sottoposta a stress concentrati, si instaura e cresce la microfrattura.

Dati sperimentali hanno infatti mostrato che la forza necessaria per fratturare uno strumento endodontico varia anche in base alla distribuzione dei difetti sulla loro superficie; di conseguenza la resistenza alla fatica ciclica di uno strumento può essere considerata come un rapporto fra valori di tensione, irregolarità e ampiezza delle microfratture sulla superficie.

Il comportamento di uno strumento endodontico allo stress ciclico durante il trattamento canalare può essere così schematizzato:

- la parte convessa dello strumento è sottoposta ad uno stress tensionale e si apre la microfrattura

- la parte concava dello strumento è sottoposta ad uno stress compressivo e la microfrattura si chiude

Quando la porzione di strumento è sottoposta ad uno stress tensionale si apre la microfrattura e, dopo aver ruotato di 180°, la parte dello strumento è sottoposta ad uno stress compressivo e la microfrattura si chiude con conseguente passaggio da tensione a compressione, determinando la chiusura della microfrattura. Viceversa nei secondi 180° si ha il passaggio da compressione a tensione con conseguente riapertura della microfrattura. Durante ogni ciclo si ha massima tensione sullo strumento e massima compressione ogni 180°.

La frattura da fatica ciclica di uno strumento avviene dopo “N” cicli e non è determinata dalla velocità d’utilizzo dello stesso, infatti aumentando la velocità di rotazione, il tempo per arrivare alla frattura dello strumento decresce, ma il numero di cicli compiuti non varia.

Come visto precedentemente quando si passa da 250 a 400 giri al minuto il tempo che occorre per arrivare alla frattura dello strumento si riduce, questa caratteristica è stata riportata anche in diversi studi, arrivando sempre alla conclusione che uno strumento utilizzato ad alti giri è più suscettibile alla frattura di uno utilizzato a bassi giri.

Utilizzando uno strumento endodontico con movimento reciprocante durante ogni ciclo lo strumento compie una rotazione in senso orario di 0.4 (144°) e una in senso opposto di 0.2 (72°), il che significa che in seguito a 5 cicli reciprocanti lo strumento completa un’intera rotazione (360°). Dato che la resistenza alla fatica è determinata dal numero di volte che una microfrattura si apre e si chiude e che ogni 360° una microfrattura si apre e si chiude una volta, il movimento reciprocante appare logicamente migliore nell’aumentare la resistenza alla fatica ciclica di uno strumento F2 ProTaper.

Durante questo studio è stato dimostrato che il movimento reciprocante, rispetto al convenzionale movimento continuo, aumenta la resistenza alla fatica ciclica dello strumento F2 ProTaper ed è inoltre stata confermata l’influenza della velocità di rotazione sulla resistenza alla fatica negli strumenti F2 ProTaper usati in rotazione continua.

Abstract
De-Deus G, Moreira EJL, Lopes HP, Elias CN. Extended
cyclic fatigue life of F2 ProTaper instruments used in reciprocating
movement. International Endodontic Journal.
Aim
To evaluate the cyclic fatigue fracture resistance
of engine-driven F2 ProTaper instruments under reciprocating
movement.
Methodology
A sample of 30 NiTi ProTaper F2
instruments was used. An artificial canal was made
from a stainless steel tube, allowing the instruments to
rotate freely. During mechanical testing, different
movement kinematics and speeds were used, which
resulted in three experimental groups (n = 10). The
instruments from the first group (G1) were rotated at a
nominal speed of 250 rpm until fracture, whilst the
instruments from the second group (G2) were rotated
at 400 rpm. In the third instrument group (G3), the
files were driven under reciprocating movement. The
time of fracture for each instrument was measured, and
statistical analysis was performed using parametric
methods.
Results
Reciprocating movement resulted in a
significantly longer cyclic fatigue life (P < 0.05). Moreover,
operating rpm was a significant factor affecting
cyclic fatigue life (P < 0.05); instruments used at a
rotational speed of 400 rpm (approximately 95 s) failed
more rapidly than those used at 250 rpm (approximately
25 s).
Conclusions
Movement kinematics is amongst the
factors determining the resistance of rotary NiTi
instruments to cyclic fracture. Moreover, the reciprocating
movement promoted an extended cyclic fatigue
life of the F2 ProTaper instrument in comparison with
conventional rotation.
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