Der antibakterielle Effekt verschiedener Wurzelkanalfülltechniken auf Enterococcus faecalis Biofilm in humanen Wurzelkanälen in vitro

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1 Aus dem Department für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde Klinik für Zahnerhaltungskunde und Parodontologie der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau Ärztlicher Direktor: Prof. Dr. E. Hellwig Der antibakterielle Effekt verschiedener Wurzelkanalfülltechniken auf Enterococcus faecalis Biofilm in humanen Wurzelkanälen in vitro INAUGURAL - DISSERTATION zur Erlangung des Zahnmedizinischen Doktorgrades der Medizinischen Fakultät der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau Vorgelegt 2016 von Tilman David Schurig geboren in Pößneck

2 Dekanin: Prof. Dr. Kerstin Krieglstein 1. Gutachter: Prof. Dr. Karl - Thomas Wrbas 2. Gutachter: Prof. Dr. Wael Att Jahr der Promotion: 2016

3 Gewidmet meinem Vater Dr. med. Hans Schurig ( 2008)

4 Abkürzungsverzeichnis μl = Mikroliter μm = Mikrometer AL = Arbeitslänge C = Grad Celsius Ca(OH) 2 = Kalziumhydroxid CBA = Colombia-Blut-Agar CFU = Colony-Forming-Unit CHX = Chlorhexidindigluconat d = Tag(e) EDTA = Ethylendiamintetraacetat h = Stunde(n) H 2 O 2 = Wasserstoffperoxid MAF = Master Apical File MAP = Master Apical Point MGP = Medicated Guttapercha NaOCl = Natriumhypochlorit min = Minute(n) ml = Milliliter mm = Millimeter n = Probenmenge PBS = Phosphatgepufferte Salzlösung PCR = Polymerase-Chain-Reaction REM = Rasterelektronenmikroskopie RTF = Reduced Transport Fluid s = Sekunde(n) TSB = Tryptic Soya Bouillon

5 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 1 2. Literaturübersicht Wurzelkanalinfektion Definition Infektionswege Leitkeime einer Wurzelkanalinfektion/ endodontische Mikroorganismen Wurzelkanalbehandlung Ziele der Wurzelkanalbehandlung Die Aufbereitung des Wurzelkanalsystems Wurzelkanalspülung Wurzelkanalfüllmaterialien Wurzelkanalfülltechniken Erfolg und Misserfolg einer Wurzelkanalbehandlung Verbleibende Mikroorganismen im Wurzelkanalsystem Bakterienreduktion durch die Wurzelkanalaufbereitung Bakterienreduktion durch die Wurzelkanalspülung Bakterienreduktion durch die Wurzelkanalfüllung Fragestellung Material und Methoden Material Auflistung verwendeter Verbrauchsmaterialien und Kunststoffe Auflistung verwendeter Chemikalien Auflistung verwendeter Instrumentarien Auflistung und Zusammensetzung verwendeter Nährmedien Auflistung verwendeter Geräte Auflistung verwendeter Software Probenmaterial Methoden Probenherstellung Einbetten Sterilisation 33

6 4.2.4 Probenentnahme zur Kontrolle des Sterilisationserfolges Rekontamination Bestimmung der Ausgangskontamination Wurzelkanalfüllung Kontrollröntgenbilder und Inkubation Revision der Wurzelkanalfüllung und Bestimmung der Endkontamination Statistische Auswertung Versuchsaufbau Ergebnisse Übersicht Mittelwerte Tabellarische Darstellung Darstellung im Säulendiagramm Prozentuale Bakterienreduktion Signifikanztests Vergleich der einzelnen Gruppen Vergleich von gefüllten bzw. nicht gefüllten Proben Vergleich der Anzahl Bakterien-negativer Endkontamination Vergleich von Heiß- und Kaltfülltechnik Diskussion Methodendiskussion Ergebnisdiskussion Zusammenfassung Summary Literaturverzeichnis Datenanhang CFU - Werte Gruppe A (= laterale Kondensation) CFU - Werte Gruppe B (= Thermafil) CFU - Werte Gruppe C (= Continuous-Wave-Technik) CFU - Werte Gruppe D (= Kontrollproben) 80 Lebenslauf (fehlt in der Online-Publikation) Danksagung

7 Einleitung 1 1. Einleitung Die Eliminierung der mikrobiellen Flora nekrotischer Wurzelkanäle stellt den Schlüsselfaktor für den Erfolg endodontischer Therapiemaßnahmen dar (Peciuliene et al. 2000). Das Optimum, bakterienfreie Bedingungen im Wurzelkanalsystem zu erreichen, ist demnach Ziel der Wurzelkanalbehandlung. Dennoch konnte vielfach gezeigt werden, dass trotz aufwändig durchgeführter Behandlung auf höchstem Niveau keine sterilen Bedingungen im Wurzelkanal erreicht werden können. In dem komplex aufgebauten Wurzelkanalsystem mit seinen zahlreichen anatomischen Nischen wie akzessorischen Kanälen, Isthmi, Rami, Rezessi und Divertikel, Verzweigungen des apikalen Deltas und Dentintubuli können therapieresistente Keime wie Enterococcus faecalis, Fusobacterium nucleatum, Tannerelle forsythia und andere verbleiben und somit zu einer Reinfektion des Endodonts und des periradikulären Gewebes bis hin zu einer Abszessbildung führen (Siqueira et al. 1997; Siqueira 2001; Nair et al. 2005). Dies bedeutet für den Patienten häufig das Erleiden von Schmerzen sowie den Verlust des entsprechenden Zahnes. Aufgrund dieser nicht zufriedenstellenden Umstände befassten und befassen sich viele Studien mit der Verbesserung desinfizierender Maßnahmen im Rahmen der endodontischen Behandlung. Während die suffiziente Aufbereitung und Spülung des Wurzelkanalsystems einen wichtigen Beitrag zur Bakterienreduktion leisten, ist die medikamentöse Wurzelkanaleinlage von geringerer Bedeutung (Chong & Pitt Ford 1992; Siqueira et al. 1997; Kawashima et al. 2009). Den Abschluss der Wurzelkanalbehandlung bildet der bakteriendichte, homogene Verschluss des Wurzelkanalsystems, der durch die Wurzelkanalfüllung sowie die koronale Versorgung erreicht werden soll. Die Bakterienreduktion durch die Aufbereitung und Spülung des Kanals sowie die dichte Versiegelung des Kanalsystems stellen die beiden Säulen des Langszeiterfolges der endodontischen Behandlung dar (Nair et al. 1990; Lin et al. 1992; Sjögren et al. 1997; Sundqvist et al. 1998; Hancock et al. 2001; Siqueira 2001; Schirrmeister et al. 2009). Neben der Notwendigkeit einer entsprechenden Qualität der Wurzelkanalfüllung wurde außerdem bereits von Grossman (1980) die Forderung aufgestellt, dass das Wurzelkanalfüllmaterial selbst einen antimikrobiellen Effekt auf die im Kanal verbliebenen Restbakterien ausüben soll. Dieser Forderung wird auf verschiedene Weise durch die Freisetzung chemischer Substanzen aus den Füllmaterialien entsprochen. Sowohl für Wurzelkanalfüllpasten als auch für Wurzelkanalfüllstifte konnte eine antibakterielle Wirkung nachgewiesen werden, wobei 1

8 Einleitung 1 materialabhängige Differenzen bestehen (Stevens & Grossman 1981; Moorer & Genet 1982; Attin et al. 2001; Lai et al. 2001; Yamamoto 2001; Bodrumlu & Alacam 2006; Melker et al. 2006; Miyagak et al. 2006; Saha et al. 2010). Durch den Zusatz antimikrobiell wirksamer Substanzen konnte die bakterienreduzierende Wirkung von Wurzelkanalfüllstiften weiter verbessert werden (Podbielski et al. 2000; Bodrumlu & Alacam 2006; Melker et al. 2006; Öztan et al. 2006). Die zahlreichen Methoden zur Applikation des Wurzelkanalfüllmaterials in das Wurzelkanalsystem werden in Heiß- und Kaltfülltechniken unterteilt. Da bei den Heißfülltechniken Temperaturen entstehen, bei denen ein Überleben von Mikroorganismen nicht möglich ist (Stuart et al. 2006), liegt die Vermutung nahe, dass durch die Anwendung von hitzebasierten Wurzelkanalfülltechniken ein größerer antibakterieller Effekt erzielt werden kann als bei Kaltfülltechniken. Demnach wurden in der vorliegenden Arbeit die Bakterienreduktion einer Kaltfülltechnik (laterale Kondensation) und zweier auf verschiedenen Temperaturniveaus arbeitenden Heißfüllmethoden (Thermafil, Continuous- Wave-Technik) verglichen. Dazu wurden Wurzelkänale in vitro infiziert und die Biofilmbildung rasterelektronenmikroskopisch überprüft. Anhand der Auszählung keimbildender Einheiten (Colony-Forming-Units, CFU) vor dem Legen der Füllung sowie nach deren Revision konnte die Bakterienreduktion durch die Wurzelkanalfülltechnik verglichen werden. 2

9 Literaturübersicht 2 2. Literaturübersicht 2.1 Wurzelkanalinfektion Definition Der Zahn wird in den außen liegenden Schmelzmantel und die im Inneren liegende Pulpa- Dentin-Einheit unterteilt. Die Zahnpulpa bzw. das Zahnmark, in dem Nerven, Blut- und Lymphgefäße verlaufen, bildet gemeinsam mit dem Dentin, dem Zahnbein, eine physiologische Einheit. Diese funktionelle Einheit wird durch die radiär im Dentin verlaufenden Dentinkanälchen (Dentintubuli) und deren Inhaltsstrukturen ermöglicht: Über Fortsätze der Odontoblasten, welche die Pulpahöhle auskleiden, sowie durch marklose Nervenfasern, deren Perikaryen in Plexus der Pulpa liegen, können Dentin und Pulpa miteinander kommunizieren. Außerdem trägt der die Dentintubuli ausfüllende Dentinliquor zur Interaktion zwischen Pulpa und Dentin bei und erhält bei Schmerzweiterleitung besondere Bedeutung (Hydrodynamische Theorie) (Brännström 1966). Die Pulpa wird in Kronenpulpa und Wurzelpulpa eingeteilt. Die Wurzelpulpa ist eingebettet in das Wurzelkanalsystem der Zahnwurzel und stellt den eigentlichen Bestandteil der Untersuchung dieser Arbeit dar. Da sie aber in offener Verbindung mit der Kronenpulpa steht, sind beide physiologisch nicht voneinander zu trennen. Der Zahnschmelz bedeckt die koronalen, der Mundhöhle exponierten Anteile der Pulpa-Dentin-Einheit und stellt damit einen Schutzmantel dar, der das Innere des Zahns vor äußeren Noxen wie mechanischer Belastung (Abrasion, Attrition), Temperatur, Schmerz und Infektionen abschirmt bzw. eine abmildernde Barriere darstellt. Unter einer Infektion versteht man das Eindringen von Krankheitserregern in den menschlichen Organismus, sowie die Ansiedelung und Vermehrung dieser Erreger (Bankl 2004). Auf die Endodontie angewandt bedeutet dies ein Eindringen von Mikroorganismen in das Wurzelkanalsystem des Zahnes. Diese als Wurzelkanalinfektion bezeichnete Erkrankung breitet sich häufig über das Foramen apicale in das apikale Parodont aus, wo sie eine sogenannte apikale Parodontitis hervorruft. Als Krankheitserreger kommen Bakterien, Viren, Pilze, Protozoen und Parasiten in Frage. Die Wurzelkanalinfektion und die apikale Parodontitis gehen allerdings in den allermeisten Fällen auf eine bakterielle in Kombination mit einer fungalen Infektion durch Keime aus der Mundhöhle zurück (Lin et al. 1991; Baumgartner et al. 2000; Siqueira 2001; Narayanan & Vaishnavi 2010). 3

10 Literaturübersicht 2 In der Endodontie werden zwei Arten der Wurzelkanalinfektionen unterschieden: Die Infektion eines zuvor gesunden Wurzelkanals wird als initiale oder primäre Wurzelkanalinfektion bezeichnet. Die sogenannte persistierende oder sekundäre Wurzelkanalinfektion beschreibt die Reinfektion einer nicht erfolgreichen endodontischen Wurzelkanalbehandlung durch Wiedereintritt oder Verbleiben von Mikroorganismen im Kanal. Synonym dafür wird der Begriff eines endodontischen Misserfolges verwendet Infektionswege Bakterien können über viele verschiedene Wege in das Wurzelkanalsystem eindringen, wenngleich die verschiedenen Infektionswege unterschiedliche klinische Relevanz haben. Narayanan & Vaishnavi (2010) fassen in einer Übersichtsarbeit sechs mögliche Infektionswege zusammen: 1.) Dentintubuli Durch kariöse Läsionen sowie durch iatrogene Einflüsse können Dentintubuli offen gelegt werden. Diese können dann als zentripedale Leitwege für Mikroorganismen dienen. Bei einer Restdentinstärke von 0,2 mm oder weniger können Bakterien durch die Dentintubuli in die Zahnpulpa gelangen (Dahlen & Möller 1991). Die kariöse Läsion gehört zusammen mit undichten Restaurationen zu den häufigsten und damit klinisch wichtigsten Infektionswegen der Wurzelkanalinfektion (Rolph et al. 2001). 2.) Offene Pulpawunde Kariöse Läsionen, traumatische und iatrogene Einflüsse können eine offene Pulpawunde generieren und somit für Bakterien aus der Mundhöhle einen freien Zugang ins Zahninnere schaffen. 3.) Ligamentum Parodontale Bei Schädigung des parodontalen Faserapparates (z.b. durch Luxation des Zahnes, Parodontaltaschen, Parodontalbehandlung) können Bakterien über laterale Kanäle oder in ausgeprägten Fällen auch über das Foramen apicale das Endodont erreichen. 4

11 Literaturübersicht 2 4.) Blutbahn (Anachorese) Auch in einem gesunden Organismus befinden sich geringe Mengen von Bakterien in der Blutbahn, welche eine Infektion der Pulpa auslösen können. Dieser als Anachorese bezeichnete Vorgang konnte zwar für einige Bakterien nachgewiesen werden (Kockapan 2003), doch ist die klinische Relevanz dieses Phänomens unklar (Hülsmann 2008). 5.) Insuffiziente Restaurationen Hier stehen vor allem mangelhafte provisorische Verschlüsse im Fokus, jedoch können auch aufgrund insuffizienter definitiver Restaurationen Bakterien in den Zahn eindringen. 6.) Ausbreitung Bakterien können von einem infizierten Zahn oder einem nicht-odontogenen Infektionsherd durch das Gewebe zu einem benachbarten oder naheliegenden gesunden Zahn migrieren und dort durch laterale oder apikale Kanäle eine Wurzelkanalinfektion auslösen. 7.) Über diese sechs Punkte hinaus sei noch darauf hingewiesen, dass auch im Verlauf einer Wurzelkanalbehandlung auf iatrogenem Weg Mikroorganismen in das Wurzelkanalsystem gelangen können. 5

12 Literaturübersicht Leitkeime einer Wurzelkanalinfektion/ endodontische Mikroorganismen Durch zahlreiche Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass sich in endodontischen Infektionen spezifische Erreger finden, die auch als Leitkeime der Wurzelkanalinfektion bzw. als endodontische Mikroorganismen bezeichnet werden. Dabei unterscheiden sich die Keimspektren von primären endodontischen Infektionen deutlich von denen endodontischer Misserfolge (Siqueira 2001; Molander et al. 1998; Sundqvist et al. 1998; Anderson et al. 2012) Flora der initialen/ primären Wurzelkanalinfektion Die initiale Wurzelkanalinfektion geht in den meisten Fällen von Bakterien der Mundhöhle aus. Die primär invadierenden Bakterien sind also ein relativ unspezifisches Gemisch der Flora der Mundhöhle, welche in jedem menschlichen Individuum etwa 100 bis 200 Keime umfasst (Paster et al. 2006). Im weiteren Verlauf der Infektion scheint sich jedoch ein spezifisches Erregergemisch heraus zu kristallisieren, welches als die Flora der initialen oder primären Wurzelkanalinfektion betrachtet werden kann. Isolate dieser Infektionen zeigen ein polymikrobielles Erregergemisch, welches sich überwiegend aus obligaten Anaerobiern zusammensetzt, wobei manche Studien ein ausgewogenes Verhältnis grampositiver zu gramnegativen Bakterien, andere eine Dominanz gramnegativer Bakterien feststellten (Hancock et al. 2001; Siqueira 2001; Narayanan & Vaishnavi 2010). In vielen Studien konnten zahlreiche Keime aus primären Infektionen identifiziert werden, die in Tabelle 1 dargestellt sind. Neben Bakterien wurden auch Pilze, vor allem die Candida- Spezies Candida albicans aus primären Wurzelkanalinfektionen isoliert. Sie scheinen jedoch vielmehr bei den sekundären Infektionen eine Rolle zu spielen. Gleiches gilt für den Keim Enterococcus faecalis. Einem weiteren Ansatz der Identifikation von Erregern primärer Infektionen gingen Vianna et al. (2006) nach und konnten die Anwesenheit von Archaea in initial infizierten Wurzelkanälen nachweisen. Eine Aussage zur Relevanz dieser Erkenntnisse kann allerdings noch nicht getroffen werden und bedarf weiterer Untersuchungen. 6

13 Literaturübersicht 2 Flora der initialen/ primären Wurzelkanalinfektion Die wichtigsten Vertreter Weitere, seltene Vertreter Bacteroides melaninogenicus Prevotella Porphyromonas P. intermedia P. endodontalis P. nigrescens P. gingivalis P. tannerae P. multissacharivorax P. baroniae P. denticola D. pneumosintes D. invisus Tannerella forsythia Dialister-Spezies In geringen Mengen nachgewiesen Campylobacter spp. C. rectus C. gracilis. Catonella morbic Veillonella parvula Eikenella corrodens Granulicatella adiacens Neisseria mucosa Centipeda periodontii Gemella morbillorum Capnocytophaga gingivalis Corynebacterium matruchotii Bifidobacterium dentium anaerobic lactobacilli F. nucleatum F. periodonticum Fusobakterien Orale Spirochäten (Treponema) T. denticola T. sacranskii T. parvum T. maltophilum T. lecithinolyticum grampos. anaerobe Stäbchen Pseudoramibacter alactolyticus Filifactor alocis Actinomyces spp. Propionibacterium propionicum Olsenella spp. Slackia exigua Mogibacterium timidum and Eubacterium spp. Unkultivierbare Phylotypen Dialister oral clone BSO16 Migasphaera oral clone BSO16 Solobacterium Olsenella Eubacterium Cytophaga Lachnospiraceae oral clone 55A-34 Veillonella oral clone BP 1 85 Bacteroidetes oral clone XO 83 Prevotella oral clone PUS Eubacterium oral clone BP 1 89 and Lachnospiraceae oral clone MCE Other microorganisms in endodontic infections Methanobrevibacter Archaea grampos. Kokken Parvimonas micra Streptococcus spp. which include, S. anginosus S. mitisi S. sanguinis Enterococcus faecalis Hefepilze Candida spp. C. albicans Candida glabrata C. guilliermondii Tab. 1: Flora der initialen/ primären Wurzelkanalinfektion (Waltimo et al. 1999; Vianna et al. 2006; Narayanan & Vaishnavi 2010) 7

14 Literaturübersicht Flora der persistierenden/ sekundären Wurzelkanalinfektion Nach abgeschlossener endodontischer Therapie kann eine Reinfektion des Wurzelkanalsystem von zwei verschiedenen Ursachen ausgehen: Entweder von im Kanal verbliebenen Mikroorganismen der primären Infektion oder von durch Undichtigkeiten neu eingedrungenen Keimen (Lin et al. 1991). Beides kann natürlich auch miteinander einhergehen und eine klare Differenzierung ist praktisch unmöglich. Die Spezifität der Flora im Falle endodontischer Misserfolge ist auf die Selektion einzelner Bakterien im Rahmen der therapeutischen Maßnahmen zurückzuführen. So kann eine Reinfektion nur durch Bakterien ausgelöst werden, die durch die desinfizierende Wirkung der Behandlung nicht abgetötet werden und die gleichzeitig an die nach gelegter Wurzelkanalfüllung stark veränderten Lebensbedingungen mit nur wenigen Nährstoffen angepasst sind. Attin et al. (2001) beschreiben außerdem eine Selektion durch das Wurzelkanalfüllmaterial selbst, welches nur auf einige Bakterienspezies antimikrobiell wirkt. Die aus all diesen Selektionsvorgängen resultierende Bakterienflora besteht im Gegensatz zur primären polymikrobiellen Infektion meist aus Einzelspezies, seltener aus Doppel- oder Mehrfachspezies, wobei grampositive Bakterien und fakultative Anaerobier das Keimspektrum dominieren (Molander et al. 1998; Sundqvist et al. 1998; Hancock et al. 2001; Siqueira 2001; Pinheiro et al. 2003; Anderson et al. 2012). Eine Übersicht der aus sekundär infizierten Wurzelkanälen isolierten Bakterienspezies gibt Tabelle 2. Flora der persistierenden/ sekundären Wurzelkanalinfektion gramneg. anaerobe Stäbchen Fusobacterium nucleatum Prevotella spp. Campylobacter rectus. grampos. Spezies Streptococci S. mitis S. gordonii S. anginosus S. oralis Lactobacilli L. paracasei L. acidophilus Staphylococci E. faecalis Olsenella uli Parvimonas micra Pseudoramibacter alactolyticus Propionibacterium spp. Actinomyces spp. Bifidobacterium spp. Eubacterium spp. Hefepilze Candida spp. C. albicans C. glabrata C. guilliermondii Tab. 2: Flora der persistierenden/ sekundären Wurzelkanalinfektion (Waltimo et al. 1999; Narayanan & Vaishnavi 2010) 8

15 Literaturübersicht 2 Enterococcus faecalis Eine herausragende Rolle im Falle endodontischer Infektionen spielt der Keim Enterococcus faecalis, der in sekundären Wurzelkanalinfektionen den am häufigsten isolierten Keim darstellt (Sundqvist et al. 1998; Peciuliene et al. 2000; Hancock et al. 2001; Pinheiro et al. 2003; Rocas et al. 2004). Die Prävalenz von E. faecalis in persistierenden Wurzelkanalinfektionen beträgt je nach Studie % (Sundqvist et al. 1998; Stuart et al. 2006; Schirrmeister et al. 2009; Tennert et al. 2014). Dabei tritt E. faecalis in der Regel als Reinkultur auf, nur selten vergesellschaftet mit einer oder mehreren Bakterienspezies. Enterokokken sind grampositive, fakultativ anaerobe Streptokokken der Serogruppe D nach Lancefield. Sie gehören zur physiologischen Standortflora des Darms und werden mit opportunistischen Infektionen des Urogenitaltraktes, intraabdominellen Infektionen sowie mit Sepsis und Endokarditis in Verbindung gebracht (Portenier et al. 2003). In 60 % der Fälle ist E. faecalis bei Enterokokken-Infektionen beteiligt (Sun et al. 2009). E. faecalis gehört ebenso zur physiologischen Bakterienflora der Mundhöhle (Hancock et al. 2001) und wurde bei Wurzelkanalinfektionen und bei Entzündungen des marginalen und apikalen Parodonts identifiziert (Sun et al. 2009; Portenier et al. 2003). Infektionen durch E. faecalis in der Mundhöhle können sowohl endogener (opportunistisch) als auch exogener (durch Nahrungsmittel) Ursache sein (Anderson et al. 2012). In geringen Mengen konnte E. faecalis in primären Wurzelkanalinfektionen gefunden werden. Eine weitaus bedeutendere Rolle spielt er hingegen bei endodontischen Misserfolgen (Siqueira 2001; Distel et al. 2002; Rocas et al. 2004). Man vermutet, dass er im Rahmen einer nicht ausreichend isolierten Wurzelkanalbehandlung (ohne Kofferdam) sowie durch Undichtigkeiten des provisorischen Verschlusses in großen Mengen in den Kanal gelangen kann. Außerdem ist natürlich ein Verbleiben von Restkeimen der primären Infektion eine mögliche Ursache des Vorhandenseins von E. faecalis im Wurzelkanal (Hancock et al. 2001). Um im Wurzelkanalsystem für lange Zeit zu überleben und eine erneute Infektion auslösen zu können, hat E. faecalis begünstigende Eigenschaften: - Virulenzfaktoren, z.b. Zytolysin (= Hämolysin), Aggregations-Substanz (AS), Oberflächenprotein ESP, Pheromone, extrazelluläre Superoxide - Ist fähig, als Einzelspezies zu überleben und behauptet sich gegen andere Bakterienspezies - Moduliert die Immunabwehr des Wirts durch verschiedene Proteine: - Vermindert die Aktivität von Lymphozyten - Erschwert die Phagozytose durch Granulozyten 9

16 Literaturübersicht 2 - Gute Bindung an Wirtszellen und Dentin durch Serin-Protease, Gelatinase, Kollagenbindendes Protein - Ist klein genug, um Dentintubuli zu invadieren und darin zu überleben - Kann in der stationären Phase über eine lange Zeitdauer ohne Nährstoffe auskommen (sogenannter viable but non-cultivable state ); wird durch Serumzufuhr wieder reaktiviert - Besitzt zahlreiche Resistenzen, insbesondere in der Stationären Phase: - gegen endodontische Spüllösungen, z.b. NaOCl, Ethanol - gegen Kalziumhydroxid als endodontisches Medikament - gegen Säure (bis ph von 3,5) durch intrazelluläre ph-regulierung mittels transmembranöser Protonenpumpe - gegen β-lactam-antibiotika, Clindamycin, Aminoglycoside, Fluorchinolone (wie die meisten Enterokokken) - Besitzt die Eigenschaft Biofilm zu bilden - Dadurch bis zu 1000fach höhere Resistenz gegen Phagozytose, Antikörper und Antibiotika (Portenier et al. 2003; Stuart et al. 2006; Narayanan & Vaishnavi 2010) 10

17 Literaturübersicht Wurzelkanalbehandlung Ziele der Wurzelkanalbehandlung Durch die Wurzelkanalbehandlung soll eine Reinigung des Wurzelkanalsystems von infiziertem Gewebe stattfinden. Im Zuge dessen soll es außerdem zur Desintegration des den Mikroorganismen Schutz gebenden Biofilms kommen, sodass die Anzahl der Mikroorganismen im Wurzelkanalsystem auf ein Maß reduziert wird, bei dem der Entzündungsprozess durch die körpereigene Immunabwehr ausheilen kann (Siqueira et al. 1997; Nair et al. 2005; Bonsor et al. 2006). Des Weiteren sollen Maßnahmen getroffen werden, um eine Reinfektion des Wurzelkanalsystems zu verhindern. Dazu gehören das Legen einer biokompatiblen Wurzelkanalfüllung, die das gesamte Wurzelkanalsystem dauerhaft hermetisch verschließt sowie das Schaffen eines dichten koronalen Verschlusses (Hickel & Schäfer 1999; Rolph et al. 2001; Willershausen et al. 2011). Um diese Ziele zu erreichen, wird eine Therapie aus mehreren Teilschritten benötigt Die Aufbereitung des Wurzelkanalsystems Unter der Maßnahme der Wurzelkanalaufbereitung versteht man die Entfernung von Geweberesten und Mikroorganismen sowie die Erweiterung des Wurzelkanals zur Aufnahme der Wurzelkanalfüllung unter Verwendung von Instrumenten und Spüllösungen (Schäfer et al. 2000). Generell kann die Wurzelkanalaufbereitung manuell mit Handinstrumenten oder maschinell erfolgen. Es sind sowohl für die manuelle als auch für die maschinelle Aufbereitung zahlreiche Anwendungstechniken und Systeme beschrieben (Hickel et al. 2000; Schäfer et al. 2000; Kockapan 2003; Heidemann et al. 2005). 11

18 Literaturübersicht Wurzelkanalspülung Bereits während der Aufbereitung muss der Wurzelkanal zum Abtransport von Dentinspänen und Auflösen von Pulpagewebsresten gespült werden. Folgende Anforderungen werden an endodontische Spüllösungen gestellt (Bartel et al. 2006; Bonsor et al. 2006): - die Auflösung und Entfernung von Pulpagewebsresten - Desintegration des Biofilm, Reduktion der Keime sowie bakterieller Toxine - Auflösung der Schmierschicht Die Wurzelkanalspülung hat also sowohl einen mechanischen ( flow und backflow ) als auch einen chemischen (auflösenden) Effekt (Siqueira et al. 1997). Als Spüllösungen werden Natriumhypochlorit (NaOCl), Chlorhexidindigluconat (CHX), Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 ), Jod-Jod-Kali-Lösung, Ethylendiamintetraacetat (EDTA), Zitronensäure und Alkohol eingesetzt. Die weiteste Verbreitung findet Natriumhypochlorit in Konzentrationen von 0,5 bis 5 % und wird je nach Spülkonzept in Kombination mit verschiedenen Lösungen verwendet (Gomes et al. 2001; Bartel et al. 2006) Wurzelkanalfüllmaterialien In der Wurzelkanalbehandlung übernimmt die Wurzelkanalfüllung als abschließende Maßnahme die Aufgabe des dauerhaft hermetischen und biokompatiblen Verschlusses des gereinigten und aufbereiteten Wurzelkanalsystems. Ziel ist es, eine Rekontamination von apikal sowie von koronal zu verhindern. Für Wurzelkanalfüllungen werden überwiegend zwei verschiedenen Materialien verwendet: ein (halb-)festes Kernmaterial in Form eines oder mehrerer Wurzelkanalfüllstifte, sowie eine erhärtende Wurzelkanalfüllpaste (= Sealer) Wurzelkanalfüllstifte Wurzelkanalfüllstifte werden in halbfeste und feste Stifte eingeteilt. Während die zu den festen Stiften gehörenden Silber-, Titan- und Kunststoffstifte heutzutage nicht mehr oder nur in seltenen Ausnahmen verwendet werden, stellen halbfeste Wurzelkanalfüllstifte aus Guttapercha aktuell das Material der Wahl dar (Hickel & Schäfer 1999; Bodrumlu & Alacam 2006). 12

19 Literaturübersicht 2 Guttaperchastifte setzen sich aus dem gleichnamigen Naturprodukt Guttapercha (19-22%), Zinkoxid-Füllern (59-75%), röntgen-opaken Metallsulfaten (1-17%), Plastikwachsen und Kunststoffen (1-4%) sowie verschiedenen Spurenelementen wie Cadmium, Kupfer, Eisen, Schwefel oder Titan (<1%) zusammen (Schäfer et al. 2000; Kockapan 2003). Sie liegen in Abhängigkeit von der Temperatur in Alpha-, Beta- oder Gamma-kristalliner Form vor. Die Alpha-Konfiguration entspricht der natürlichen Form der Guttapercha und wird aufgrund des gegenüber der Beta-Form 9 C niedrigeren Schmelzpunktes sowie klebrigerer und weicherer Konsistenz bei den thermoplastischen Fülltechniken verwendet. Halbfeste Guttaperchastifte liegen in der Beta-Konfiguration vor (Schäfer 2008). Guttaperchastifte sind nach Durchmesser (ISO-Größe) und Konizität (= Taper) genormt. Sie erfüllen die Anforderungen der Gewebeverträglichkeit, des Abdichtungsverhaltens, der Handhabung und der gegebenenfalls notwendigen Entfernbarkeit (Hickel & Schäfer 1999). Wurzelkanalfüllpasten (= Sealer) Der plastische Sealer soll Inkongruenzen zwischen dem Wurzelkanalfüllstift und der Kanalwand ausgleichen und beide Oberflächen miteinander verkleben. Insbesondere für einen dichten apikalen Verschluss ist die Anwendung eines Sealers von großer Bedeutung (Tagger et al. 1994). Neben den Forderungen der Dimensionsstabilität und der Biokompatibilität sollen Sealer außerdem eine antibakterielle Wirkung auf Restbakterien im Kanal haben (Grossman 1980; Slutzky-Goldberg et al. 2008). Es gibt eine große Vielfalt von Wurzelkanalfüllpasten, die werkstoffkundlich in bis zu 13 verschiedene Klassen eingeteilt werden können (Hickel & Schäfer 1999; Kockapan 2003). AH-Plus (Dentsply DeTrey GmbH, Konstanz, Deutschland) AH-Plus ist der Nachfolger des in den 1950er Jahren entwickelten, weit verbreiteten Sealers AH-26. Er gehört zur Gruppe der Epoxid- bzw. Kunstharz-Sealer und reagiert in einer Epoxid-Amin-Additionspolymerisation. AH-Plus ist ein Zwei-Komponenten-Paste/Paste- System, das sowohl manuell als auch in Kartuschen angemischt werden kann. Es setzt im Gegensatz zu seinem Vorgänger AH-26 kein Formaldehyd frei, welches zwar einen starken antibakteriellen Effekt aufweist, bezüglich seiner Biokompatibilität jedoch als fraglich gilt (Hickel & Schäfer 1999; Mickel et al. 2003). 13

20 Literaturübersicht Wurzelkanalfülltechniken Wurzelkanalfüllungen aus den Materialien Guttapercha und Sealer können durch verschiedene Techniken in den Wurzelkanal eingebracht werden (Kuttler 1979). Es werden Kalt und Heißfülltechniken (= thermoplastische Methoden) unterschieden. Laterale Kondensation Zunächst wird ein auf Arbeitslänge unter Klemmspannung passender Guttaperchastift (Master apical point, MAP) dünn mit Sealer beschichtet und in den Wurzelkanal eingebracht. Dieser wird dann mit einem Spreader gegen die Kanalwand lateral kondensiert, sodass für einen weiteren, akzessorischen Guttaperchastift Platz geschaffen wird. Dieser wiederum wird dünn mit Sealer beschichtet in den Kanal eingebracht. Nach diesem Schema füllt man den Kanal weiter mit akzessorischen Guttaperchastiften bis der Kanal dicht gefüllt ist. Dann wird der koronal über den Kanaleingang ragende Teil der Stifte heiß abgetrennt und die erwärmte Guttapercha vertikal mit einem Plugger kondensiert. Thermafil Das Thermafil-System der Firma Dentsply Maillefer (Ballaigues, Schweiz) gehört zu den Heißfüllmethoden. Es besteht aus den Thermafil-Obturatoren für die Füllung, Thermafil- Verifiern für die Bestimmung des individuell passenden Obturators sowie dem Thermaprep- Ofen zur Erwärmung der Obturatoren. Der 25 mm lange Obturator besteht aus einem Kunststoffträger mit einem Fingergriff, der entsprechend der ISO-Größe gefärbt und außerdem mit dieser beschriftet ist (ISO-Größen ). Der schwarze Kunststoffkern hat eine Konizität von 4 % und ist mit einer thermoplastischen Guttaperchaschicht ummantelt. Der ebenfalls aus Kunststoff bzw. Nickel- Titan bestehende Verifier entspricht in seiner Dimensionierung dem Kern des Obturators. Entsprechend der Gebrauchsanweisung des Herstellers wird wie folgt vorgegangen: Die Wurzelkanalfüllpaste wird vor dem Einbringen der Füllung an die koronalen Kanalwände appliziert. Erst danach wird der erwärmte Obturator eingeführt, wobei der Kunststoffkern die Guttapercha bis zur Arbeitslänge in den Kanal drückt und somit einen dichten apikalen Abschluss der Füllung mit Guttapercha garantiert. Der koronal aus dem Kanal herausragende 14

21 Literaturübersicht 2 Anteil des Obturators wird dann mit rotierenden Instrumenten (Therma-Cut-Bohrer) oder einer Hitzesonde auf Höhe des Kanaleingangs abgetrennt. Continuous-Wave-Technik Diese Wurzelfülltechnik setzt sich aus dem Schaffen eines apikalen Stopps (= Downpack) sowie anschließendem Auffüllen des Kanals zusammen (= Backfill). Zur Schaffung des apikalen Stopps wurde in dieser Arbeit die auf Buchanan (1998) zurückgehende Continuous-Wave-Technik verwendet. Bei dieser Technik wird wie folgt vorgegangen: Wie bei der Lateralen Kondesationstechnik wird ein auf Arbeitslänge unter Klemmspannung passender MAP ausgewählt und, dünn mit Sealer beschichtet, in den Kanal eingebracht. Dann wird der koronale Anteil des Guttaperchastiftes bis auf die apikalen 2 3 mm mittels einer Hitzesonde abgetrennt und wieder aus dem Kanal entfernt, sodass ein apikaler Stopp im Kanal verbleibt. Dieser verhindert, dass heiße Guttapercha über das apikale Foramen hinaus kondensiert wird. Anschließend wird der Kanal sukzessive mit einer thermoplastischen Injektionstechnik von apikal nach koronal aufgefüllt (Multiple-Increment- Backfill-Technik) (Johnson & Bond 1999). 15

22 Literaturübersicht Erfolg und Misserfolg einer Wurzelkanalbehandlung Verbleibende Mikroorganismen im Wurzelkanalsystem Zunächst soll darauf hingewiesen werden, dass eine vollständige Bakterienelimination auch bei adäquater Durchführung der therapeutischen Techniken im Rahmen einer Wurzelkanalbehandlung praktisch nicht erreicht werden kann. Für jeden Teilschritt der Wurzelkanalbehandlung für die Aufbereitung, die Spülung, die medikamentöse Einlage sowie für die Füllung konnten Grenzen bezüglich einer vollständigen Beseitigung der intrakanalären Mikroorganismen gezeigt werden. Eine interessante Studie dazu stammt von Nair et al. (2005) welche Wurzelspitzen von Zähnen mit abgeschlossener endodontischer Behandlung resezierten und auf vorhandene Keime untersuchten: bei 14 von 16 Proben konnte eine Infektion im Kanal festgestellt werden. Damit zeigten sie, dass die Wurzelkanalinfektion nach Durchführung aller Schritte der Wurzelkanalbehandlung in den meisten Fällen noch immer persistierte. Bakterien verbleiben oft in schwierig zugänglichen Bereichen wie kleinen akzessorischen Kanälen, interkanalären Isthmi, Rami, Rezessi und Divertikeln des Hauptkanals, Verzweigungen des apikalen Deltas und sogar in den Dentintubuli meist außerdem geschützt in einem Biofilm (Siqueira et al. 1997; Siqueira 2001; Nair et al. 2005). Insbesondere für den Keim E. faecalis konnte gezeigt werden, dass er sehr schnell die gesamte Länge der Dentintubuli durchdringen und mindestens zehn Tage ohne erneute Substratzufuhr in ihnen überleben kann (Haapasalo & Orstavik 1987; Orstavik & Haapasalo 1990; Senges et al. 2011) Bakterienreduktion durch die Wurzelkanalaufbereitung In die antimikrobielle Wirkung der chemomechanischen Reinigung gehen die mechanische Wirkung der Aufbereitung sowie die chemomechanische Wirkung der simultan verwendeten endodontischen Spülung ein. Gleich zu Beginn soll hervorgehoben werden, dass die chemomechanische Reinigung eine grundlegende Rolle bezüglich der Bakterienreduktion einnimmt und deshalb für die Wurzelkanalbehandlung von großer Wichtigkeit ist, denn durch die Wurzelkanalaufbereitung 16

23 Literaturübersicht 2 wird der größte Teil des infizierten Gewebes entfernt (Siqueira et al. 1997). Byström & Sundquist (1981) sowie Peciuliene et al. (2000) zeigten, dass durch die chemomechanische Reinigung eine Bakterienreduktion auf weniger als 1 % der Ausgangsflora erzielt wird. Dennoch konnten Studien zeigen, dass mit keiner Aufbereitungstechnik das Wurzelkanalsystem vollständig gereinigt und desinfizieren werden kann (Bystrom & Sundqvist 1981; Siqueira et al. 1997; Sjögren et al. 1997). Unabhängig von der Technik bleiben Teile des Wurzelkanals während der chemomechanischen Reinigung unberührt, sodass dort Bakterien und infiziertes Gewebe verbleiben können (Nair et al. 1990; Lin et al. 1991; Lin et al. 1992; Siqueira et al. 1997). Peciuliene et al. (2000) untersuchten unter anderem 14 Wurzelkanäle, die mit E. faecalis infiziert waren und fanden in fünf von ihnen auch nach der chemomechanischen Präparation persistierende E. faecalis - Keime. Das zeigt die enorme Fähigkeit von E. faecalis, den desinfizierenden Maßnahmen der Wurzelkanalbehandlung zu entgehen - auch hinsichtlich des Teilschrittes der Wurzelkanalaufbereitung Bakterienreduktion durch die Wurzelkanalspülung Im Rahmen der chemomechanischen Reinigung ist die Wurzelkanalspülung die zweite wichtige Maßnahme zur Reduktion der Bakterienmenge infizierter Wurzelkanäle. Es ist erwiesen, dass die Bakterienreduktion unter Verwendung antimikrobieller Substanzen signifikant höher ist als bei deren Verzicht (Siqueira et al. 2000; Brito et al. 2009). Dabei ist allerdings entscheidend welche Spülmittel und welche Technik angewendet werden. Die Spülung kann ohne vorherige Aufbereitung ihre Wirkung nicht entfalten, weil diese nur durch eine adäquate Präparation des Wurzelkanals effektiv an ihren Wirkort gelangt. Natriumhypochlorit (NaOCl) wird in Konzentrationen von 0,5 bis 5 % eingesetzt und ist die am häufigsten Verwendete Spüllösung. Es erwies sich in Untersuchungen als effektiv gegen eine Vielzahl endodontischer Keime, vor allem auch gegen E. faecalis (Gomes et al. 2001). Jedoch ist es entscheidend, dass Natriumhypochlorit auch in die Dentintubuli eindringen kann, in welche die Mikroorganismen in der Regel penetrieren. Als Barriere steht dem die Schmierschicht des Dentins im Wege. Der Chelatbildner Ethylendiamintetraacetat (EDTA) ist in der Lage diese Schmierschicht aufzulösen und somit die Dentintubuli für NaOCl zugänglich zu machen (Bartel et al. 2006). Deshalb wird Natriumhypochlorit in Kombination mit EDTA angewendet. Dadurch steigert sich die antibakterielle Wirkung von 17

24 Literaturübersicht 2 Natriumhypochlorit erheblich (Berutti et al. 1997). Neben NaOCl in Kombination mit EDTA hat sich Chlorhexidindigluconat (CHX) als weitere sehr effektive Wurzelkanalspüllösung herausgestellt. Auch CHX ist unter anderem wirksam gegen E. faecalis (Gomes et al. 2001). Deshalb bezeichnen Stuart et al. (2006) die kombinierte Anwendung von NaOCl und CHX als effektivste Methode in der Bekämpfung des resistenten Keimes. Neben der Wahl der Spüllösungen ist die Anwendungstechnik von großer Bedeutung. Die Wirkung des NaOCl ist abhängig von dessen Menge und Dauer im Kanal (Bonsor et al. 2006). Gomes et al. (2001) zeigten, dass die Wirkgeschwindigkeit des Spülmittels mit steigender Konzentration steigt, sodass für eine 0,2%ige CHX-Lösung sowie für eine 5,25%ige NaOCl-Lösung Anwendungszeiten von 30 Sekunden vorgeschlagen werden. Wichtiger als die bloße Kenngröße der Konzentration scheint jedoch eine häufige Applikation neuen, unverbrauchten Spülmittels zu sein (Siqueira et al. 2000). So sind zum Beispiel die für die antibakterielle Wirkung verantwortlichen freien Hypochloride des Natriumhypochlorits nach Applikation relativ schnell verbraucht und es bedarf erneuter NaOCl-Zufuhr. Des Weiteren ist es wichtig, dass die Spüllösung genügend weit apikal in den Kanal eindringt. Daher werden dünne Spülkanülen (Durchmesser μm) empfohlen, die mindestens bis auf 4-5 mm vor Arbeitslänge ohne Friktion eingebracht werden können (Bartel et al. 2006). Darüber hinaus kann der Bakterienreduzierende Effekt durch den zusätzlichen Einsatz von Laser- oder Ultraschallaktivierung weiter verbessert werden (Seet et al. 2012) Bakterienreduktion durch die Wurzelkanalfüllung Da nach all den bisher genannten Schritten der Wurzelkanalbehandlung noch immer Bakterien im Kanal verbleiben können, sollte auch die Wurzelkanalfüllung einen antibakteriellen Effekt ausüben (Grossman 1980; Wu et al. 2006; Willershausen et al. 2011). Ein solcher kann vom verwendeten Material selbst ausgehen, hängt aber auch von der Qualität der Wurzelkanalfüllung ab. Die Wurzelkanalfülltechnik kann ebenfalls dazu beitragen. 18

25 Literaturübersicht 2 Wurzelkanalfüllmaterialien Guttapercha Der antimikrobielle Effekt der Guttapercha geht auf ihren Zinkoxid-Anteil zurück: Aus den in festem Zustand vorliegenden Zinkoxid-Partikeln werden durch Hydrolyse Zinkoxid-Ionen herausgelöst, welche die antimikrobiell aktive Komponente darstellen (Moorer & Genet 1982; Attin et al. 2001; Melker et al. 2006). Diese antibakterielle Wirkung variiert jedoch mit dem Zinkoxid-Anteil der Guttapercha sowie mit der Größe der Zinkoxid-Partikel (Yamamoto 2001; Bodrumlu & Alacam 2006). So stellten Moorer & Genet (1982), Attin et al. (2001) und Melker et al. (2006) eine langsam wirkende, relativ schwache aber signifikante antibakterielle Wirkung der Guttapercha fest, während Bodrumlu & Alacam (2006, 2007) und Shin et al. (2008) keinen antibakteriellen Effekt feststellen konnten. Zur Steigerung der antibakteriellen Wirkung wurde Guttapercha mit weiteren Zusätzen wie Iodoform (sogenannte Medicated Guttapercha, MGP), Chlorhexidindigluconat, Tetracyclin oder Kalziumhydroxid versetzt (Podbielski et al. 2000; Barthel et al. 2002; Öztan et al. 2006). Interessant scheinen Zusätze mit Iodoform und Tetracyclin zu sein, für die ein Effekt gegen E. faecalis gezeigt werden konnte (Bodrumlu & Alacam 2006; Melker et al. 2006). Sealer Sealer nahezu aller Werkstoffgruppen sind vielfach auf ihre antibakterielle Wirkung hin untersucht worden, wobei sich herausstellte, dass sie abhängig von Ihrer Zusammensetzung sowie von den jeweils getesteten Mikroorganismen ein sehr unterschiedliches antimikrobielles Potenzial besitzen. Zum antibakteriellen Effekt des Sealer-Materials kann also keine generelle Aussage getroffen werden. Viele Untersuchungen konnten eine starke antibakterielle Wirkung von AH-Plus bzw. seinem Vorgänger AH-26 bezüglich vieler Bakterienspezies aufzeigen (Stevens & Grossman 1981; Lai et al. 2001; Miyagak et al. 2006; Saha et al. 2010). Während man dies bei AH-26 noch mit der Freisetzung von Formaldehyd erklärte, führt man es bei AH-Plus, der kein Formaldehyd mehr freisetzt, auf den Anteil des Bisphenol-A Diglycidil-Ethers zurück (Slutzky-Goldberg et al. 2008). Die Frage nach der Wirkung von AH-Plus speziell gegen den Keim E. faecalis war Gegenstand vieler weiterer Studien. In mehreren Untersuchungen konnte eine antibakterielle Wirkung von frischem AH-Plus in den ersten 24 h nach dem Anmischen gezeigt werden, während nach dieser Zeitdauer keine weitere antibakterielle 19

26 Literaturübersicht 2 Wirkung gegen Enterococcus faecalis feststellbar war (Pizzo et al. 2006; Sagsen et al. 2009; Zhang et al. 2009). Cobankara et al. (2004), Saleh et al. (2004) und Kayaoglu et al. (2005) bestätigten ebenfalls die antibakterielle Wirkung von frisch angemischtem Sealer AH-Plus gegen E. faecalis. Willershausen et al. (2011) konnten zeigen, dass das Bakterienwachstum von E. faecalis auf abgebundenem Sealer nicht eingeschränkt ist. Mickel et al. (2003) und Slutzky-Goldberg et al. (2008) fanden weder für frisches noch für abgebundenes AH-Plus eine antibakterielle Wirkung gegen E. faecalis und auch Miyagak et al. (2006) konnten keine antimikrobielle Wirkung von frisch angemischtem AH Plus gegen E. faecalis feststellen. Die Ursache dieser voneinander abweichenden Ergebnisse liegt vermutlich in der unterschiedlichen Methodik. Deshalb sollen hier die Untersuchungen von Saleh et al. (2004) hervorgehoben werden, die eine besondere Praxisnähe aufweisen. Sie untersuchten die antibakterielle Wirkung von AH Plus auf E. faecalis in infizierten Dentinproben. Dabei stellten sie fest, dass es durch die Anwendung von AH Plus zu einer vollständigen Bakterieneliminierung bis mindestens 300 μm in das Dentin hinein kam. Aufgrund dieser Ergebnisse sollte von einer Wirksamkeit von frisch angemischtem Sealer AH-Plus gegen E. faecalis in vivo ausgegangen werden. Neben der Freisetzung antimikrobieller Wirkstoffe liefert auch die reduzierte Adhäsionsmöglichkeit der Mikroorganismen an AH-Plus eine Erklärung für dessen antibakterielle Eigenschaften. So zeigt der Sealer AH-Plus hinsichtlich der Adhäsion von E. faecalis im Vergleich zu anderen Sealern lediglich ein durchschnittliches Adhäsionsverhalten (Senges et al. 2011). Eine neue Perspektive zur Steigerung der antimikrobiellen Wirksamkeit von AH Plus scheint in der Beimischung von Polyethylenimin-Nanopartikeln zu liegen, wodurch die antibakteriellen Eigenschaften des Sealers nach ersten Untersuchungen weiter verbessert werden konnten (Beyth et al. 2013). Dennoch ist die antibakterielle Wirkung der Wurzelkanalfüllmaterialien begrenzt und stellt zu Faktoren wie der effektiven Versiegelung des Kanalsystems und der Stabilität des Sealers nur einen ergänzenden Faktor zur Bakterienbekämpfung dar (Tagger et al. 1988; Attin et al. 2001; Kayaoglu et al. 2005). 20

27 Literaturübersicht 2 Qualität der Wurzelkanalfüllung Kriterien zur Qualität der Wurzelkanalfüllungen stellen die dichte apikale, koronale sowie laterale Versiegelung, die korrekte apikale Extension, sowie eine ausreichende Dichte des Füllmaterials dar. Insgesamt ist eine in diesen Punkten gute Qualität der Wurzelfüllung entscheidender als die Abgabe antimikrobiell wirksamer Substanzen des Füllmaterials (Lin et al. 1992; Schulte et al. 1998; Attin et al. 2001). Durch eine dichte Versiegelung des Wurzelkanalsystems nach apikal und lateral soll eine Abkapselung der im Kanal verbliebenen Restbakterien vom Parodont erreicht werden (Goodis 2006; Wu et al. 2006). Die Versiegelung nach koronal soll außerdem einer Reinfektion vorbeugen. Sjögren et al. (1990) konnten zeigen, dass für die Wurzelkanalbehandlung die besten Erfolgsaussichten bestehen, wenn die Wurzelkanalfüllung im Bereich von 0 bis 2 mm vor dem Apex enden. Sowohl Über- als auch Unterfüllung verschlechtern die Prognose, wobei es widersprüchliche Daten gibt, welche Art der Fehlextension die größeren negativen Folgen hat (Sjogren et al. 1990; Lin et al. 1992; Schulte et al. 1998). Insgesamt scheint die Über- bzw. Unterfüllung jedoch gegenüber der dichten Versiegelung nachrangig zu sein (Lin et al. 1992). Mit der Dichte des Füllmaterials ist das Vorhandensein von Poren oder Hohlräumen in der Füllung bzw. an deren Übergang zur Wand des Wurzelkanals gemeint. Es ist wichtig, diese nicht gefüllten Bereiche zu vermeiden, da sie Platz für die Bakterienvermehrung bieten sowie Reservoirs für Nährstoffe und Flüssigkeiten beinhalten können (Peciuliene et al. 2000; Narayanan & Vaishnavi 2010). Klinisch kann die Dichte der Wurzelkanalfüllung lediglich durch ihre Homogenität und Randständigkeit in der Röntgenkontrollaufnahme beurteilt werden. Diesbezüglich röntgenologisch insuffiziente Wurzelkanalfüllungen sind häufig mit endodontischen Misserfolgen assoziiert (Schulte et al. 1998; Schirrmeister et al. 2009). Die Dichte der Wurzelkanalfüllung ist also von wichtiger Bedeutung in Bezug auf die antibakterielle Wirkung der Füllung. 21

28 Literaturübersicht 2 Wurzelkanalfülltechnik Eine antibakterielle Wirkung der Wurzelkanalfülltechnik wäre zum einen indirekt über die Beeinflussung der oben genannten bakterienlimitierenden Faktoren denkbar aber auch direkt über ein mögliches antibakterielles Potential der Eigenschaften verschiedener Füllmethoden. Einige Studien befassen sich mit der Fragestellung, ob die Wurzelkanalfülltechnik die Qualität der Wurzelkanalfüllung beeinflusst. Hinsichtlich ihrer apikalen Dichtigkeit ist die Thermafil-Technik der Vertikalen Kondensationstechnik, diese wiederum der Lateralen Kondensationstechnik überlegen (Inan et al. 2007; Samson et al. 2013). Bezüglich der Extension der Wurzelkanalfüllung geht die Thermafil-Technik mit einer vermehrten Überfüllung des Wurzelkanals einher (Clark & ElDeeb 1993; Juhlin et al. 1993; Clinton & van Himel 2001; Schäfer & Olthoff 2002), was auf den Erfolg der Wurzelkanalfüllung einen negativen Einfluss haben kann. Bezüglich der Dichte, Randständigkeit und Penetration in laterale Kanäle liegen Warmfülltechniken gegenüber der Lateralen Kondensation im Vorteil (Scott et al. 1992; Clark & ElDeeb 1993; Gencoglu et al. 1993; Clinton & van Himel 2001; Samson et al. 2013). Demnach beeinflusst die Wurzelkanalfülltechnik die Bakterienbekämpfung über ihre Korrelation mit verschiedenen Kriterien der Wurzelkanalfüllungsqualität. In Hinblick auf eine mögliche thermische Gewebeschädigung des Parodonts durch thermoplastische Wurzelkanalfüllmethoden wurde die durch diese hervorgerufene Temperaturentwicklung an der Wurzeloberfläche untersucht. Lipski (2004, 2005, 2006) stellte für das bei 115 C arbeitende Thermafil-System einen maximalen Temperaturanstieg an der Wurzeloberfläche von 3,87 C fest, für die Continuous-Wave-Technik mit einer auf 200 C erhitzten Sonde von bis zu 23,18 C und bei Injektionstechniken, welche die Guttapercha auf 160 C erhitzen von bis zu 22,1 C. Diese Ergebnisse zeigen, dass durch die Anwendung von Heißfülltechniken das Wurzeldentin unterschiedlich stark erwärmt wird. Da hohe Temperaturen einen antibakteriellen Faktor darstellen, ist es möglich, dass die auf verschiedenen Temperaturniveaus arbeitenden Wurzelkanalfüllmethoden durch ihre thermische Wirkung unterschiedlich stark antibakteriell auf intrakanaläre Mikroorganismen wirken. Für Enterokokken sind eine Bakterienvermehrung im Temperaturintervall von C sowie eine Überlebensfähigkeit bei 60 C für bis zu 30 min möglich (Murray 1990, Stuart et al. 2006). Andere Autoren zeigten für Enterokokken eine Bakterienreduktion von 90 % bei Temperaturen von C (Spinks et al. 2006). 22

29 Literaturübersicht 2 Die Untersuchungen von Özcan et al. (2011) stellten unter Verwendung eines nicht antibakteriellen Sealers nur bei der Continuous-Wave-Technik eine Bakterienreduktion fest, was für eine antimikrobielle Wirkung der Wurzelkanalfülltechnik durch Hitze sprechen könnte. Auch die Untersuchung von Farzaneh et al. (2004), welche bezüglich der Erfolgsraten von Wurzelkanalbehandlungen einen Unterschied zwischen der vertikalen und lateralen Kondensationstechnik feststellten, könnten auf einen antibakteriellen Effekt der Heißfüllmethoden hindeuten. Spezifische Untersuchungen zu einer möglichen antimikrobiellen Wirkung durch Hitze verschiedener Wurzelkanalfülltechniken liegen allerdings derzeit nicht vor. 23

30 Fragestellung 3 3. Fragestellung In dieser Arbeit wurde die Wurzelkanalfüllung als abschließender Teilschritt der Wurzelkanalbehandlung näher betrachtet. Die Fragestellungen der Untersuchung waren: 1. Wird durch die Wurzelkanalfüllung bzw. die -fülltechnik ein antibakterieller Effekt auf in vitro gezüchteten Entorococcus faecalis - Biofilm erzielt? 2. Fällt ein möglicher antibakterieller Effekt der Wurzelkanalfüllung bzw. der -fülltechnik in Abhängigkeit von der jeweils angewandten Wurzelkanalfülltechnik unterschiedlich aus? Es sollten dafür folgende Wurzelkanalfülltechniken untersucht und verglichen werden: Gruppe A Laterale Kondensation Gruppe B Thermafil Gruppe C Continuous-Wave-Technik Der antibakterielle Effekt der Wurzelkanalfülltechniken sollte anhand des Keims E. faecalis ermittelt werden, welcher häufig mit endodontischen Misserfolgen assoziiert wird. 24

31 Material und Methoden 4 4. Material und Methoden 4.1 Material Auflistung verwendeter Verbrauchsmaterialien und Kunststoffe Mtwo-Guttapercha , VDW GmbH, München, Deutschland Kryoröhrchen Cryo.S 2ml (121263), Greiner Bio-One GmbH, Frickenhausen, Deutschland Mtwo-Papierspitzen , VDW GmbH, München, Deutschland Papierspitzen ISO 25 Taper 02, sterilisiert, VDW GmbH, München, Deutschland Ultra-Etch, Ultradent, South Jordan, USA Optibond FL Primer (25881 e) und Adhäsiv (25882 e), Kerr, Rastatt, Deutschland Ceram X Mono, Farbe M5, Dentsply DeTrey GmbH, Konstanz, Deutschland Technovit 4071, Heraeus Kulzer GmbH, Wehrheim, Deutschland Peripherywachs, Surgident-Heraeus Kulzer GmbH, Wehrheim, Deutschland Ringer Spüllösung, B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Deutschland Eppendorf Tubes 3810X; Eppendorf AG, Hamburg, Deutschland VMK Endoneedle, Vedefar, Dilbeek, Belgien AH Plus, Dentsply DeTrey GmbH, Konstanz, Deutschland Thermafil Obturator Ref. A0166, Dentsply Maillefer, Ballaigues, Schweiz BeeFill-Kartuschen, VDW GmbH, München, Deutschland Wägepapier MN 226, Unilab Technologies OG, Innsbruck, Österreich Auflistung verwendeter Chemikalien Natriumhypochlorit (NaOCl), 3%ige Lösung, Aug. Hedinger GmbH & Co. KG, Stuttgart, Deutschland Natriumthiosulfat (Na 2 S 2 O 3 ), 5%ige Lösung, Sigma-Aldrich Chemie GmbH, München, Deutschland Thymol (C 10 H 14 O), 0,1%ige Lösung, Caesar & Loretz GmbH, Hilden, Deutschland 25