制冷喷雾提升镍钛根管锉循环疲劳抗性的临床策略研究

《BMC Oral Health》：Clinical strategy to enhance cyclic fatigue resistance of Ni-Ti rotary files using refrigerant spray

本研究针对临床中镍钛(NiTi)旋转器械因循环疲劳易断裂的难题，探讨了应用Endo-Frost制冷喷雾预处理对六种不同合金及运动模式器械的疲劳抗性影响。结果显示喷雾组器械断裂时间(TTF)显著延长(p<0.001)，电镜分析显示疲劳裂纹扩展区增大，证实该策略可安全提升各类NiTi器械的临床操作安全性。

　　

在现代根管治疗中，镍钛(NiTi)旋转器械因其卓越的柔韧性和切削效率已成为不可或缺的工具。然而，这些器械在弯曲根管内高速旋转时，会承受反复的弯曲应力，导致循环疲劳失效，即器械分离。这种断裂风险在临床中尤为棘手，特别是遇到复杂弯曲的根管解剖形态时。更令人担忧的是，研究显示人体体温环境会进一步削弱镍钛器械的疲劳抗性，因为较高的温度会促进合金中奥氏体相的形成，而该相态的疲劳寿命远低于马氏体相。虽然此前有学者提出通过降温来提升器械性能，但诸如冷水中操作、深低温处理等方案均因临床操作性差而难以落地。面对全球范围内推广单次使用器械以降低交叉感染风险的背景，如何在不影响临床流程的前提下，有效提升器械的首次使用安全性，成为亟待突破的瓶颈。

本研究团队创新性地将临床常用的Endo-Frost制冷喷雾作为干预手段，系统评估了其对六种代表性镍钛器械循环疲劳抗性的影响。研究选取了涵盖传统镍钛合金(ProTaper Universal, PTU)、M-Wire热处理合金(ProTaper Next, PTN; Reciproc, REC)以及金/蓝热处理马氏体合金(ProTaper Gold, PTG; Reciproc Blue, REB; WaveOne Gold, WOG)的器械，同时兼顾连续旋转(PTU, PTN, PTG)与往复运动(REC, REB, WOG)两种模式。通过将每种器械随机分为喷雾组（喷射10秒使温度降至13±2°C）与对照组，在37°C模拟体温环境的弯曲不锈钢管道内进行静态循环疲劳测试，记录其断裂时间(TTF)与断片长度(FL)，并采用牙科手术显微镜(DOM)和扫描电镜(SEM)进行断口形貌分析。

关键技术方法包括：采用随机分组设计（每组n=10），使用Endo-Frost喷雾进行标准化降温处理，通过热电偶实时监测器械温度；在37°C恒温箱内模拟人体环境，采用60°弯曲角度、5mm曲率半径的不锈钢管道进行静态循环疲劳测试；通过视频记录断裂时间，数码卡尺测量断片长度，并利用DOM和SEM进行宏观与微观断口分析。

结果

循环疲劳性能

所有喷雾组器械的TTF均极显著高于对照组(p<0.001)。其中连续旋转器械组提升幅度约50%，而往复运动器械组提升约20%。断片长度与喷雾后器械温度在各组间无显著差异，表明疲劳寿命的延长并非由于断裂位置改变或初始温度差异所致。

宏观与微观断口分析

DOM下所有断片均呈现尖锐断裂缘，无塑性变形痕迹，符合循环疲劳断裂特征。SEM观察显示所有样本表面均存在疲劳辉纹。

喷雾组器械普遍表现出更广阔的疲劳裂纹扩展区，表明其抵抗裂纹扩展的能力增强。特别值得注意的是，相同几何设计的PTG（金合金）比PTU（传统合金）具有更宽的疲劳扩展区，凸显合金成分的关键作用。

然而REB器械在喷雾前后未呈现明显差异，提示其截面设计可能对裂纹行为存在特异性影响。

讨论与结论

本研究首次系统验证了制冷喷雾预处理对多类型镍钛器械循环疲劳抗性的普适性增强作用。其机理主要源于低温诱导的奥氏体向马氏体相变：当器械温度降至奥氏体结束温度(A_f)以下时，合金中马氏体比例升高，而马氏体相的疲劳寿命可达奥氏体相的近百倍。这种相变效应在不同合金体系中均得到体现，但提升幅度受运动模式调制——连续旋转器械因持续应力积累而获益更显著，而本身具有抗疲劳优势的往复运动器械则提升相对有限。

值得注意的是，热处理马氏体合金（如PTG、WOG）即使用前不降温，其疲劳抗性仍优于降温后的传统奥氏体合金（如PTU），说明合金本质属性对性能的影响权重高于外部降温干预。断口分析进一步从微观层面证实了喷雾处理延缓裂纹扩展的效果，为机理解释提供了形貌学证据。

该策略的突出优势在于临床易操作性：Endo-Frost喷雾本就是牙科常备耗材，10秒喷射流程可轻松融入现有临床步骤。尽管存在冷凝水干扰摩擦、实时根管内温度监测困难等局限，但TTF的显著延长预示着该方案具备实质性的临床风险缓冲价值。尤其对于高难度弯曲根管病例，这额外的数十秒操作窗口可能成为避免器械分离的关键。

本研究发表于《BMC Oral Health》，为提升根管治疗安全性提供了经济、便捷的技术路径。后续研究需进一步探讨喷雾对器械切削效率、扭转强度及牙本质作用的影响，以全面评估其临床转化潜力。