《Bioengineering》：Effect of Cryotherapy Methods and Cavity Preparation Depth on Intrapulpal Thermal Response: An In Vitro Study
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局部冷却可作为牙髓病麻醉的辅助手段，但其牙髓内热效应尚未被完全表征。本体外研究比较了纱布包裹冰块、Endo-Frost冷却棉球及直接冰棒三种方案在未预备、2 mm与4 mm窝洞预备条件下的牙髓内峰值温度降低（ΔT）、自温度最低点恢复情况及最大冷却速率。取10颗
局部冷却可作为牙髓病麻醉的辅助手段，但其牙髓内热效应尚未被完全表征。本体外研究比较了纱布包裹冰块、Endo-Frost冷却棉球及直接冰棒三种方案在未预备、2 mm与4 mm窝洞预备条件下的牙髓内峰值温度降低（ΔT）、自温度最低点恢复情况及最大冷却速率。取10颗离体下颌第一磨牙，每种方案与每种条件各施加10次。牙根置于37.0 ± 0.1 °C水浴中，每秒记录牙髓内温度。采用线性混合效应模型分析结果。方案、预备条件及其交互作用均影响ΔT（均p < 0.001）；估计降温幅度随预备深度增加而增大，直接冰为3.67至5.06 °C，纱布包裹冰为4.59至6.43 °C，冷却棉球为10.24至13.32 °C。恢复至最大降温幅度50%、75%和100%的时间显示显著的方案与条件交互作用（均p ≤ 0.022）。纱布包裹冰在各条件下自最低点恢复至基线的间期最短（与其他方案相比均p < 0.001），而冷却棉球的合并估计最大冷却速率最高。上述发现尚不能确立临床麻醉效能或剩余牙本质厚度的独立效应。
研究背景：牙髓是人体神经与血管分布最为丰富的软组织之一，其处于低顺应性腔室中，炎症变化所产生的疼痛常难以用常规局部麻醉控制。在症状性不可逆牙髓炎患者中，下颌第一磨牙下牙槽神经阻滞失败率据报道可高达72%。炎症牙髓组织内伤害性传入纤维的外周敏化被认为是麻醉抵抗的主要机制，并伴随对冷等温度刺激的夸张且持久的反应。已有多种辅助麻醉策略用于克服原发性麻醉失败，但這些方法常需额外干预，并可能伴随患者不适增加、技术敏感性、一过性心血管效应或局部组织损伤。冷冻治疗作为一种非药物辅助手段日益受到关注，随机临床试验显示下牙槽神经阻滞后行口内冷却可提高麻醉成功率并减轻术中疼痛。然而近期证据表明冷冻治疗的临床效应具有方案依赖性，且牙髓腔水平的生物物理基础仍未被完全表征，临床研究多报告患者层面结局而很少量化不同冷却方案实际产生的牙髓内温度变化幅度与时间特征；有限的实验室证据也多评估单一冷却剂或孤立实验条件。此外，分隔冷却源与牙髓的牙体硬组织量可能影响局部冷却效果，牙本质作为低传导性、厚度依赖性屏障，加热研究显示剩余牙本质减薄时牙髓温度变化更大，但冷却特异性证据仍有限。因此本研究旨在同一组离体下颌第一磨牙中比较三种冷冻治疗方案在三种渐进窝洞预备条件下的牙髓内热效应，以峰值温度降低、冷却后恢复时间及最大冷却速率为结局指标，零假设为冷冻治疗方式、预备条件及其交互作用对这些热学结局无显著影响。研究结论：在本体外研究的局限范围内，牙髓内热反应取决于冷冻治疗方案与预备条件。Endo-Frost冷却棉球产生最大峰值温度降低及最高合并估计最大冷却速率。纱布包裹冰在各预备条件下自最低温度至完全基线恢复的间期最短，而早期与中期恢复取决于预备条件。上述发现描述的是非灌注实验室条件下的完整冷冻治疗方案，其绝对降温幅度不应外推至活髓牙，且不能确立麻醉效能或疼痛缓解。重要意义在于通过完全重复的牙内析因设计在标准化条件下刻画了方案依赖性的热传递特征，为后续结合临床麻醉结局的验证研究提供了热学基础。
关键技术方法：研究采用体外重复测量设计，取10颗因牙周原因新鲜拔除的双根下颌第一磨牙为独立生物学样本，经排除标准筛选后储存备用。牙根于釉牙骨质界根方5 mm处截除，经根管扩大后建立逆行热电偶放置通路并以超声凝胶充填根管以模拟牙髓组织高含水量，根端以流动复合树脂封闭。牙髓腔温度以T型热电偶经远中根管逆行置于髓室顶、水浴温度以K型热电偶监测，均经冰浴校准，采样间隔1 s、持续10 min。同一组牙依次制备2 mm与4 mm标准开髓洞形（0 mm为未预备）。三种完整冷冻治疗方案由单一校准操作者施加，每个牙—方案—条件组合重复10次，牙序与方案序随机化。结局以线性混合效应模型分析，牙作为随机截距，Bonferroni校正用于两两比较。
研究结果：3.1 牙髓内总温度降低（ΔT）：所有10颗牙完成九种方案与条件组合、每种组合10次重复记录。ΔT模型中冷冻治疗方案、渐进窝洞预备条件及方案与条件交互作用均显著。边缘估计值直接冰棒、纱布包裹冰与Endo-Frost分别为4.34、5.58与11.90 °C，0、2、4 mm条件分别为6.17、7.38与8.27 °C，主效应两两比较经Bonferroni校正后均有差异。因交互作用显著，解释聚焦于九种方案与条件组合的估计边缘均值及预备条件简单效应。预备条件在各方案内均有显著简单效应，各方案内三种预备条件两两对比经Bonferroni校正后均有差异；ΔT自未预备至4 mm条件分别由3.67增至5.06 °C（直接冰棒）、由4.59增至6.43 °C（纱布包裹冰）、由10.24增至13.32 °C（Endo-Frost冷却棉球），对应0至4 mm增幅分别为1.39、1.84与3.08 °C，各预备条件下数值顺序均为Endo-Frost > 纱布包裹冰 > 直接冰。3.2 冷却后恢复动力学（t50、t75、t100）：三种恢复结局的对数转换模型中方案、预备条件及交互作用均显著。纱布包裹冰在各预备条件下t100均短于其他两方案（Bonferroni校正后均p < 0.001），直接冰与Endo-Frost冷却棉球在任何条件下t100均无显著差异，各方案内预备条件间t100均无显著差异。早期与中期恢复取决于预备条件：t50方面，0 mm时Endo-Frost冷却棉球较纱布包裹冰恢复更早，2 mm时直接冰与棉球均较纱布包裹冰恢复更早，4 mm时各方案差异均不显著；t75方面，0 mm时直接冰较棉球与纱布包裹冰恢复更晚，2 mm时直接冰较棉球恢复更晚，4 mm时纱布包裹冰较直接冰与棉球恢复更早；方案内预备条件差异仅在纱布包裹冰的t50与t75中显著，4 mm时间期短于0与2 mm。3.3 最大冷却速率：最大冷却速率受冷冻治疗方案、预备条件及交互作用显著影响，合并估计边缘均值以Endo-Frost冷却棉球数值最高（0.472 ± 0.027 °C/s），直接冰（0.260 ± 0.027 °C/s）与纱布包裹冰（0.254 ± 0.027 °C/s）次之。
讨论部分总结：方案与预备条件的显著交互作用是本研究的主要发现，零假设被拒绝；各方案内峰值牙髓冷却随预备进展而增加，但增幅因方案而异，在既定应用条件下Endo-Frost冷却棉球在各预备条件下产生最高数值ΔT且自未预备至4 mm条件的ΔT增幅最大。本研究结果与更广泛的热测量文献一致，即牙髓内温度变化强烈受冷却系统特性影响；本研究通过在同一牙齿内比较三种临床衍生冷冻治疗方案并评估渐进窝洞预备下的反应，扩展了该文献，重复牙内设计在比较方案层面热行为时降低了样本间变异。所观察的ΔT值不应被解释为麻醉效能的直接度量，冷冻治疗作为局部麻醉辅助的临床研究虽报告有益效应，但效应幅度与一致性因冷却方式和操作阶段而异，且根管内冷冻治疗研究聚焦于外根表面温度或术后疼痛而非髓室温度，因此本热学数据无法直接与患者层面疼痛或麻醉成功率结局排序，需要同时测量牙髓内温度与临床麻醉结局的研究来确定特定降温幅度或持续时间是否具有临床意义。Endo-Frost方案所观察到的更强冷却不能单纯归因于制冷剂本身，该方案结合了低温源、饱和棉载体、三个接触部位与30 s暴露，而冰方案起始接近0 °C且在载体、部位、接触面积、压力、持续时间、表面适应性与相变行为方面不同，因此功能性热反应反映的是完整冷却源与牙齿系统而非单一材料属性，本设计无法识别哪个单独属性主要导致方案间差异，这在比较临床衍生方案时尤为重要，因为载体几何形态与界面接触可实质性影响热传递。恢复与冷却速率结果进一步表明热反应不能仅以峰值冷却描述：纱布包裹冰在各预备条件下自温度最低点至基线恢复的间期最短，而Endo-Frost冷却棉球产生最高合并估计最大冷却速率；纱布包裹冰较短的恢复间期并不意味着自记录开始更早恢复基线，其最低点出现在温度曲线较晚处且施加时间更长，此外t50与t75并不遵循统一的方案排序，因方案与条件交互作用显著，合并冷却速率估计不应被解释为在各预备深度显示相同的方案效应。三种方案中冷却均随渐进预备而增加，该模式与牙本质厚度依赖性热绝缘及既往报告剩余牙本质厚度减薄时牙髓温度变化更大的研究一致；然而本研究的0、2、4 mm条件代表连续预备深度而非直接测量的剩余牙本质厚度，预备还改变了窝洞几何形态，且对于咬合面棉球与冰棒施加，接触基底由未预备条件的釉质变为预备后的窝洞表面，因此方案与条件交互作用应被解释为完整冷却方案与渐进预备之间的交互作用而非孤立的牙本质厚度效应，剩余牙本质厚度对冷却的独立效应无法从这些测量中估计。本研究的主要方法学优势是完全重复的牙内析因设计，每颗牙在三种方法与三种窝洞深度下作为自身对照，降低了方案与预备比较中的样本间解剖变异，同时线性混合模型考虑了牙间变异；校准热电偶、标准化导热界面与温控水浴进一步支持测量精度与可重复性。缺乏牙髓灌注是本体外模型的主要局限：尽管牙根置于37 °C水浴中，牙内超声凝胶为静止状态，未复制微血管流动或牙髓静水压；体内牙齿冷却期间牙髓血流持续存在，且模拟牙髓循环的实验室模型显示冷刺激后牙表面温度恢复快于无循环的同一牙齿，因此活体循环可能削弱此处测得的绝对冷却，4 mm预备条件下Endo-Frost相关的13.32 °C降温可能高估灌注牙中的降温幅度，任何此类差异的大小及相对方案排序是否在体内持续无法从本数据确定；该模型也未复制牙周循环、唾液或周围软组织，超声凝胶近似牙髓组织高含水量但未复制其血管或神经成分，单一热电偶测量点无法表征三维温度梯度；仅评估双根下颌第一磨牙，釉质厚度、剩余牙本质厚度、髓室解剖、最终窝洞几何与接触面积未量化；三种冷冻治疗方案有意未在源温度、载体、部位、接触面积、压力、持续时间或相变行为方面匹配，这允许比较临床衍生方案组合但妨碍将观察到的差异归因于任何单一成分；虽评估了最大冷却速率与恢复时间，但未确定低于临床有意义温度阈值的持续时间；结局系在每牙—方案—条件单元内对10次施加进行时间点平均后得出，施加间变异未单独分析。未来研究应纳入预备前后显微计算机断层扫描或直接解剖标测以量化剩余牙本质厚度、测量接触面积与施加压力，并将热测量与临床相关感觉或麻醉终点结合。独立生物学样本为10颗牙，重复施加为技术重复而未增加独立样本数，这限制了对临床牙齿解剖多样性的外推；供者年龄与性别未记录，因每颗牙接受所有方案与预备条件，这些供者特征在每颗牙内保持恒定，无法在方案组间造成人口学失衡；年龄相关的下颌磨牙牙髓体积减小与下颌第二磨牙部分髓室尺寸的性别差异已有报告，但均未确立年龄或性别特异性热反应，因此缺乏人口学数据限制的是效应修饰评估与人群外推性而非在牙内比较中引入年龄或性别分配失衡；此外0、2、4 mm预备的必要固定顺序意味着预备效应无法与实验顺序完全分离，因此需要更大规模、记录供者特征并量化牙齿形态的研究。更大规模、效能充分的临床试验应评估标准化冷却持续时间与下牙槽神经阻滞成功率、术中疼痛及不良反应；补充热学研究应检查冷却的幅度与持续时间以确定这些实验室差异是否具有临床相关性，本实验未确立最佳施加持续时间或镇痛温度阈值；对A-delta与C纤维在本研究所确定温度范围与持续时间下反应的电生理或组织学研究有助于阐明任何此类效应的神经基础，纳入模拟牙髓灌注的实验室模型可使本研究发现在更符合生理的热交换条件下接受检验。
