根管峡部牙本质的结构与矿物质含量及显微硬度的研究

姚清婷， 李军， 李姝慧

1. 新疆医科大学，新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐（830000）； 2. 新疆维吾尔自治区人民医院口腔颌面外科，新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐（830000）； 3. 新疆维吾尔自治区人民医院口腔科，新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐（830000）

根管峡部（root canal isthmus，RCI）是指同一牙根内两个根管之间含有牙髓组织的狭窄的、带状或网状连通结构［1］。牙根纵裂（vertical root fracture，VRF）是指局限于牙根部的纵向劈裂［2］，表现为完全裂或不完全裂，预后较差。牙根纵裂的病因较复杂，主要与根管预备和充填过程中对根管壁的压力传递、根管内桩核修复、根管峡部的存在以及咀嚼力过大等因素有关［3-5］。研究表明根管峡部是牙根的一个天然的薄弱环节，而根部牙本质的力学性能和牙根的形态是影响牙根纵裂发生的重要因素［6］。目前国内外有许多关于根管治疗过程中根管清洁程度及充填效果等与根管峡部关系的研究［7-8］，涉及根管峡部牙本质的结构、矿物质含量及显微硬度的研究鲜有报道。本文对比研究有无根管峡部单根前磨牙根部牙本质的结构、矿物质含量及显微硬度的差异，为探讨根管峡部与牙根纵裂发生的相关性提供基础，以及临床上牙根纵裂的防治研究提供新思路。

1 材料与方法

1.1 标本收集、处理

经新疆维吾尔自治区人民医院伦理委员会批准（伦审号：KY2018011856），在患者签署知情同意表的情况下收集在口腔科就诊因正畸或牙周病拔除的单根前磨牙160 颗。牙齿符合以下标准：①牙体组织基本完整，不影响根管形态完整性；②根尖已发育完全，无内外牙根吸收；③未行根管治疗，根管无钙化。标本处理：使用Gracey 龈下刮治器去除牙齿表面附着的软组织和牙石，γ 射线照射消毒。

1.2 标本选取与分组

先对所有离体牙用口腔X 射线机（KODAK2100，法国）拍摄正、侧位X 线片，进一步确定根尖发育完全，根管无钙化，筛选出单、双根管牙，将X 线片挑选出的离体牙沿牙体长轴垂直放置在一个X 射线透射的聚苯乙烯泡沫标本架里，并用棉球固定，标本架垂直放在锥形束CT 扫描仪（Kavo 3D eXam，美国）的标本转台上，扫描层厚为0.10 mm。轴向断层扫描牙体从根管口至根尖，观察横截面根管数目、有无根管峡部及其分布情况，当扫描轴位图像显示两根管之间狭窄的带状通道时，则记录为有根管峡部。选取距离根尖3～6 mm 区段内存在峡部的单根双根管前磨牙30 颗作为实验组，无根管峡部单根管前磨牙30 颗作为对照组。将所有标本浸泡在含0.5%（质量/体积）麝香草酚的Hank′s 平衡盐溶液中，保存于4 ℃冰箱中备用。

1.3 实验方法

1.3.1 扫描电镜观察 对2 组标本进行不同浓度酒精梯度脱水，干燥，将标本用导电胶和碳导电胶带固定于圆形金属底座上，然后使用离子溅射仪（E-1045，日立高新技术有限公司，日本）进行表面喷金镀膜，持续约20 min，将喷金完成的标本分别置于扫描电镜（LEO1430VP，德国），由低倍镜（× 1 000）下定位观察逐渐转换至高倍镜（×5 000），观察纵剖面根部牙本质显微结构，实验组观察距根尖3～6 mm 区段内管间峡部牙本质结构，对照组观察距根尖3～6 mm 区段内管壁表面牙本质结构。

1.3.2 X 线能谱仪分析 用X 线能谱仪（OXFORD，英国）对扫描电镜观察区域的两组标本进行牙本质元素分布测定及含量检测。测定各元素重量百分比，每个标本测试5 次，取平均值作为结果，并计算Ca、P 含量比值。

1.3.3 显微硬度测试 将2 组各选取的30 颗牙齿沿颊舌向牙体长轴先磨出深约2 mm 浅槽，不穿通根管壁，用凿子纵向劈开，丙烯酸树脂镶嵌固定，碳化硅砂纸打磨抛光，体式显微镜（XTL-165-LB，凤凰光学，江西）下放大观察两组标本确定根部剖面无破坏，将标本剖面向上放置在维氏显微硬度仪（HXD-1000，BAHENS，上海）载物台上，实验组在距离根尖3～6 mm 区段内管间峡部牙本质上测定3个点，对照组在根管壁距离根尖3～6 mm 区段内测定3 个点，载荷100 g，加载保持15 s，检测每个点显微硬度值，取3 点平均值作为该标本的显微硬度值。

1.4 统计学分析

应用SPSS 23.0 软件对所有实验数据进行统计学分析，计量资料用x ± s 的形式表示，对数据进行独立样本t 检验分析，以P＜0.05 为差异具有统计学意义。

2 结 果

2.1 扫描电镜观察根部牙本质显微结构

实验组根部管间峡区牙本质结构紊乱，呈无定型结构或未见牙本质小管轮廓，管间牙本质及管周牙本质结构无序，表面被非晶态钙化物或交错的矿化纤维束覆盖（图1a～1b）；对照组根管壁牙本质结构致密，牙本质小管呈椭圆形，小管排列规则，管腔开口明显，管间牙本质及管周牙本质清晰可见（图1c～1d）。与对照组相比，实验组牙本质小管数目明显减少，小管直径较小，结构排列紊乱且形态不规则。

Figure 1 Longitudinal section root dentin microstructure图1 纵剖面根部牙本质显微结构

2.2 牙本质元素含量的分析

两组标本用X 线能谱仪测定牙本质元素分布，结果显示在能谱中可以观察到元素Ca、P、O、C、Na、Mg 的信号，Ca、P 信号峰值最明显，P 的信号峰值略低于Ca；对照组Ca、P 信号峰值较实验组强烈（图2）。牙本质元素定量结果显示实验组Ca、P 重量百分比及Ca/P 比值均低于对照组，而C 重量百分比高于对照组，差异具有统计学意义（P ＜0.05，表1）。

2.3 显微硬度测试

实验组峡部牙本质的显微硬度值为（50.56 ±0.79）kgf/㎡，对照组管壁牙本质的显微硬度值为（52.06±0.65）kgf/㎡，实验组显微硬度值显著低于对照组，差异具有统计学意义（t=-7.973，P ＜0.001）。

Figure 2 Distribution of dentin elements in roots图2 根部牙本质元素分布

表1 两组根部牙本质元素含量的结果比较Table 1 Comparison of the content elements of root dentin between the two groups

3 讨 论

根管峡部是根管解剖形态的变异，可能存在于任何含有两个根管或具有C 形根管的牙根中。Estrela 等［9］报道上颌第一磨牙根管峡部发生率为60.8%，其中最高为近中颊根，达93.5%。在前磨牙中，上颌第二前磨牙根管峡部发生率为50.5%，较上颌第一前磨牙（18.8%）高，而下颌第一前磨牙的根管峡部发生率为18.8%，下颌第二前磨牙为3%。根管峡部在距离根尖3～6 mm 处好发［10］。本实验选用了根管峡部发生率较高的单根前磨牙为研究对象。目前最常用的实验检测根管峡部的方法是观察根管横断面，但对标本是破坏性的，采用显微CT（mCT）或锥形束CT（CBCT）扫描可对根管峡部做到无损检测。因此本实验选用了CBCT 对牙体进行断层扫描，对于确定根管峡部的存在准确率高。

von Arx 等［11］通过对拔除或根管治疗的前磨牙和磨牙中的牙根纵裂进行组织学分析，发现牙根纵裂与峡部有关的占56.3%，而绕过峡部纵裂占28.1%。Chai 等［5］研究发现峡部的存在使得牙根的抗折能力从50 N 下降到大约10 N。这些证据均表明根管峡部是牙根存在的一个天然薄弱环节，可能会使牙根抗力降低。本实验通过扫描电镜观察，发现峡区牙本质结构紊乱，未见或仅有少量的扁平、不规则的牙本质小管轮廓，小管数目明显减少，表面被非晶态钙化物或交错的矿化纤维束覆盖，呈指状突起，与Wang 等［12］观察到的实验结果一致。以上研究结果提示牙根纵裂可能与牙本质的解剖结构改变相关，存在根管峡部的牙发生牙根纵裂危险性较高。

牙本质由大约70%的无机羟基磷灰石、20%的有机物和10%的水组成，有机基质主要成分是Ⅰ型胶原。化学组成决定其物理性质，故化学成分的改变可以影响到牙本质力学性能［13］。Küçükkaya等［14］观察到使用根管冲洗液处理根管后导致牙本质Ca、P 含量下降，既不利于充填材料对牙本质的粘结，也可能导致牙髓治疗后的牙齿更容易发生折断。Mushashe 等［15］也发现漂白后的牙釉质和牙本质的离子释放增加，显微硬度明显降低。Ca、P矿物元素可促进羟基磷灰石晶体的形成，晶体程度的高低对力学性能有明显影响。也有学者研究发现牙本质矿物质的改变可能与牙本质抗折性等问题有关［16］。本实验中，X 射线能谱仪结果显示两组根部牙本质的主要矿物质元素均是Ca 和P，峡部处牙本质中Ca、P 含量和Ca/P 比值均低于无根管峡部前磨牙根管壁牙本质，表明峡部处牙本质的矿化程度较低，显微硬度降低，以致抗折性能削弱。研究发现，牙釉质中的Ca 和P 含量明显高于牙本质而C 含量低，牙釉质中的无机物含量较牙本质多而有机物较少，牙釉质的微硬度及弹性模量高于牙本质，此研究提示C 元素可能代表牙本质中有机物的变化。本实验结果显示峡部处牙本质C含量高于无峡部前磨牙根管壁牙本质，说明峡部处牙本质有机物含量较高，可能会降低牙本质的硬度，从而降低了其抗折强度。以上研究均表明牙本质Ca、P 含量的降低，及C 含量的升高可能会影响牙本质的力学性能，会削弱牙本质，使牙本质抗压强度降低，易导致牙根纵裂等并发症的发生。

显微硬度被用作衡量牙体组织整体强度或抗断裂能力的指标［17］，用维氏金刚石棱锥压头测得的显微硬度称为维氏显微硬度，该方法实用性强、精确性高。牙本质的显微硬度、极限压缩强度以及弹性模量等力学性能主要是由牙本质中的羟基磷灰石晶体所提供［18］，而羟基磷灰石晶体中主要的无机成分为Ca 和P，Ca/P 比值的改变可能会使牙本质的渗透性、显微硬度和溶解度特性发生变化［19］。根管预备过程中用来清除微生物的冲洗溶液可能会影响牙本质的化学和物理性质，从而使牙齿更容易断裂［20］。在Uzunoglu 等［21］的实验中，发现长期暴露于的17%EDTA 溶液中会导致牙根纵裂发生的概率增加，推测其原因为无机物从牙根中流失，对牙本质小管和管间牙本质产生破坏，导致牙本质显微硬度的降低。本实验通过维氏显微硬度仪测试结果显示峡部处的牙本质显微硬度低于无峡部前磨牙管壁牙本质。这些结果说明根管峡部牙本质矿化程度较低，而矿化程度的降低亦可能导致根管峡部牙本质表面显微硬度的降低，显微硬度直接关系到牙体组织对变形和折断的易感性，故推测有根管峡部存在的牙更容易发生牙根纵裂。

综上所述，根管峡部牙本质小管结构发生改变，Ca、P 含量及显微硬度值均降低，对牙本质的整体力学性能产生重要影响。根管峡部是牙根的薄弱环节，可削弱根部牙体硬组织抗力，可能是牙根纵裂发生的因素之一。临床诊断和治疗时应注意其物理性能，对存在根管峡部的牙齿，根管预备过程中应尽量减少对根管壁的侧向扩张力，如选用小锥度锉预备，从而减少牙根纵裂的发生。