Vergleich der Effektivität von SmartPrep mit herkömmlichen

ORIGINALARBEIT
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T. Dammaschke, T.N. Rodenberg, E. Schäfer, K.H.R. Ott1
Vergleich der Effektivität von SmartPrep
mit herkömmlichen Rosenbohrern bei der
Exkavation der Dentinkaries
SmartPrep ist ein rotierendes Instrument aus einem speziellen
Polymerkunststoff und soll in der Lage sein, selektiv ausschließlich kariöses Dentin zu entfernen. Ziel dieser In-vitro-Untersuchung war es, die Effektivität von SmartPrep mit herkömmlichen
Hartmetall-Rosenbohrern zu vergleichen. Hierzu wurden 50
extrahierte Zähne in der Mitte einer kariösen Läsion gespalten
und die 100 Proben nach dem Zufallsprinzip in 5 Gruppen eingeteilt. Fünf Zahnärzte bekamen die Aufgabe, jeweils 10 Zähne
zu exkavieren: eine Zahnhälfte mit SmartPrep, die korrespondierende Hälfte mit herkömmlichen Rosenbohrern. Die für die Kariesexkavation benötigte Zeit wurde gemessen. Anschließend
wurden aus allen Kavitäten histologische Proben hergestellt und
nach Mallory-Azan-Färbung lichtmikroskopisch ausgewertet.
Die Schichtstärke der verbliebenen Karies wurde gemessen
(< 1 mm oder > 1 mm). Die Daten wurden statistisch ausgewertet: die Exkavationszeit mit dem t-Test, die Inzidenz und die
Schichtdicke verbliebener Karies mit dem Chi-Quadrat-Test. Im
Durchschnitt wurden für die Exkavationen mit SmartPrep 208,1 s
(± 116,6 s) und mit Rosenbohrern 228,32 s (± 123,2 s) benötigt
(p > 0,05). Nur 25,6 % der mit SmartPrep behandelten Proben
wurden als kariesfrei eingestuft. In der Gruppe Rosenbohrer waren dies 53,7 % (p < 0,0001). In 85,5 % der kariösen Proben
nach SmartPrep-Anwendung und in 69,5 % nach Exkavation mit
Rosenbohrern war die Schichtdicke der verbliebenen Karies größer als 1 mm (p < 0,0005).
Schlüsselwörter: Dentinkaries, Exkavation, SmartPrep, Rosenbohrer, Effektivität
Comparing the efficiency of SmartPrep with conventional
bud burs in dentin caries excavation. SmartPrep is a rotating
instrument for dentin caries excavation made out of a special
polymer. According to the manufacturer’s information, SmartPrep shall be able to remove carious dentin selectively. The aim
of this in vitro study was to compare the efficiency of SmartPrep
to conventional bud burs made of tungsten carbide. 50 extracted teeth were split in the middle of a carious lesion. The 100
specimens were randomly divided into 5 groups. Five dentists
were asked to excavate 10 teeth each: one-half with SmartPrep
and the corresponding half with conventional bud burs. The
time needed for caries excavation was measured. Subsequently,
histological specimens were produced from all cavities and analyzed by light-microscope after Mallory-Azan-staining. The thickness of remaining caries was measured (< 1 mm or > 1 mm).
The data were statistically evaluated using the t-test for the time
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Poliklinik für Zahnerhaltung (Direktor: Prof. Dr. K. Ott) der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster
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needed and the Chi-square-test for evaluating the incidence of
remaining caries and the layer thickness of the remaining caries.
In average, it took 208.1 s (± 116.6 s) with SmartPrep and
228.32 s (± 123.2 s) with bud burs to excavate a cavity. This difference was not statistically different (p > 0.05). Only 25.6 % of
the SmartPrep treated specimens were evaluated to be caries
free in contrast to 53.7 % in the bud bur group (p < 0.0001).
The thickness of the remaining caries was more than 1 mm in
85.5 % of the carious sections after SmartPrep treatment and
69.5 % after bud bur excavation (p < 0.0005).
Keywords: dentin caries, excavation, SmartPrep, bud bur, efficiency
1 Einleitung
Die oberflächliche bzw. äußere Schicht des kariösen Dentins
ist mit Bakterien kontaminiert, durch die der mineralische
Anteil aufgelöst und die Kollagenmatrix derart geschädigt
wird, dass eine Remineralisation nicht mehr möglich ist.
Diese Schicht muss durch Exkavieren vollständig entfernt
werden. In der inneren, tiefer liegenden Zone finden sich
weniger oder bestenfalls gar keine Bakterien. Zwar kommt
es auch hier zu Auflösung des Mineralanteils, aber die
Kreuzband-Ultrastruktur der Kollagenmatrix ist nicht verändert. Wenn die Bakterien und ihre metabolischen Produkte
entfernt werden, kann die innere Schicht der Dentinkaries
remineralisiert werden [6]. Daher muss die innere Dentinkariesschicht nicht zwingend entfernt werden.
Nach Angaben des Herstellers soll das rotierend eingesetzte Instrument SmartPrep (SS White, Lakewood, NJ,
USA) in der Lage sein, bei der Exkavation zwischen diesen
beiden kariösen Schichten der Dentinkaries unterscheiden
zu können. Daraus könnte eine minimal-invasive Exkavation
mit dem Vorteil resultieren, dass weniger Dentintubuli eröffnet und – im Vergleich zu herkömmlichen Rosenbohrern –
weniger Schmerzen auftreten.
Auf den ersten Blick sieht das SmartPrep-Instrument wie
ein konventioneller Rosenbohrer aus, allerdings wird es
nicht aus Metall, sondern aus einem speziellen PolymerKunststoff hergestellt. Außerdem sind die Schneiden nicht
in Spiralform, sondern schaufelförmig, gerade angeordnet.
Das Polymermaterial hat eine Knoop-Härte von 50 und wurde unter der Vorgabe entwickelt, härter als kariöses Dentin
(Knoop-Härte 0–30) aber weicher als gesundes Dentin
(Knoop-Härte 70–90) zu sein. Nach Herstellerangaben ist
SmartPrep in der Lage, selektiv kariöses Dentin zu entfernen, während gesundes Dentin nicht angegriffen wird. Die
Instrumentenschneiden aus Polymer nutzen sich bei Kontakt mit härteren Materialien, wie z. B. gesundes Dentin, ab
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T. Dammaschke et al.: Effektivität von SmartPrep
Abbildung 1a und b SmartPrep-Instrument ISO 018 vor (1a) und nach (1b) Benutzung. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme. Balken entspricht 100
µm. Originalvergrößerung 40x.
Figure 1a and b SmartPrep instrument ISO 018 before (1a) and after (1b) use. Scanning electron microscope micrograph. Bar represents 100 µm. Orig. magnification 40x.
und werden stumpf. Daher sind SmartPrep-Instrumente lediglich für den einmaligen Gebrauch bestimmt [4] (Abb. 1a
u. b). Sie sind in drei ISO-Größen erhältlich: 010, 014 und
018. Wie herkömmliche Rosenbohrer werden SmartPrep-Instrumente in einem langsam laufenden Winkelstück bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 500 Umin-1 bis 800
Umin-1 angewendet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Rosenbohrern wird nach Primärpräparation die Exkavation
nicht von peripher nach zentral, sondern umgekehrt von
zentral nach peripher durchgeführt, um Kontakt mit den
härteren Zahnhartsubstanzen zu vermeiden. SmartPrep-Instrumente sollen kariös verändertes Dentin schichtweise abtragen und nur mit leichtem Druck angewendet werden.
Nach unserem Kenntnisstand wurde bisher keine wissenschaftliche Studie veröffentlicht, in der die Effektivität von
SmartPrep bei der Kariesexkavation im Dentin untersucht
wurde. Daher war es das Ziel dieser Untersuchung, die Effektivität von SmartPrep mit herkömmlichen Rosenbohrern an
korrespondierenden Zahnhälften in vitro zu vergleichen.
2 Material und Methode
Für diese In-vitro-Studie wurden 50 kariöse menschliche
Zähne ausgewählt und direkt nach Extraktion in PBS-Puffer
(pH 7,2) gelagert. Alle Zähne hatten eine okklusale
und/oder zervikale kariöse Läsion annähernd gleicher Größe im Dentin. Ausschlusskriterien waren Füllungen bzw.
Füllungsreste in der Kavität sowie schlechte Zugänglichkeit
der Dentinkaries bedingt durch intakte Schmelzüberhänge.
Mit einer diamantierten Innenlochsäge (Modell 1600, Leitz,
Wetzlar) wurden die Zähne unter Wasserkühlung in der
Mitte einer kariösen Läsion geteilt, so dass von jedem Zahn
zwei korrespondierende Hälften gewonnen wurden. Die
100 Proben wurden nach dem Zufallsprinzip in 5 Gruppen à
10 Zähne aufgeteilt. Fünf Zahnärzte bekamen die Aufgabe,
jeweils 10 Zahnhälften zu exkavieren: eine Hälfte mit
SmartPrep (SS White, Lakewood, NJ, USA) und die korrespondierende Hälfte mit konventionellen Hartmetall-Rosenbohrern (H1 SE, Komet, Lemgo). Die Rosenbohrer waren
neu und lagen in den gleichen ISO-Größen (010, 014 und
018) vor wie die SmartPrep-Instrumente. Vor der Untersuchung wurde den Zahnärzten das SmartPrep-System erklärt
und demonstriert. Zu Trainingszwecken und zur Kalibrie-
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rung mussten alle Zahnärzte zunächst jeweils 10 Zähne exkavieren. Die Verwendung von SmartPrep-Instrumenten
war nicht limitiert. Das vorgegebene Ziel war, die Behandlung jeweils solange durchzuführen, bis das Dentin vom behandelnden Zahnarzt als kariesfrei eingestuft wurde. Nach
folgende Kriterien wurden die Kariesfreiheit des Dentin bewertet: Härte beim Sondieren, Dentinfarbe und „cri dentaire”. Die benötigte Zeit wurde jeweils vom ersten Einsatz des
Winkelstücks bis zum letzten Sondieren des Dentins gemessen.
Für die histologische Auswertung nach der Exkavation
wurden alle Zähne mit Hilfe einer Form in Epoxidharz eingebettet (Paladur farblos, Heraeus-Kulzer, Wehrheim). Mit
einer diamantierten Innenlochsäge (Modell 1600, Leitz,
Wetzlar) wurden 200 µm dicke longitudinale Serienschnitte
gewonnen. Der Schnitt verlief durch die komplette Ausdehnung der Kavität und immer parallel zur ersten Schnittebene, die durch das Teilen der Zähne entstanden war. Es wurden möglichst viele Schnitte hergestellt, um sowohl die komplette Kavität als auch die umgebenden Dentinareale zu erfassen. Die Anzahl der erhaltenen Schnitte (5 bis 12) war dabei von der Größe der Kavität abhängig. Die einzelnen
Schnittpräparate wurden auf einen Objektträger (Thermanox Plastic Coverslips 174985, Nalge Nunc International, Rochester, NY, USA) aufgeklebt. Anschließend erfolgte eine
histologische Färbung nach Mallory-Azan (Waldeck GmbH
& Co. KG, Division Chroma, Münster), wobei Schnitte eines
Zahnes jeweils zusammen behandelt wurden. Die Schnitte
wurden histologisch mittels Lichtmikroskop (Orthoplan,
Leitz, Wetzlar) bei 32facher Vergrößerung von einem Untersucher evaluiert, der nicht wusste, wie die einzelnen Proben
behandelt worden waren (Blindstudie). Restkaries war rot gefärbt und wurde in jeden Schnitt einzeln bewertet (Ja-/NeinEntscheidung). Nach Überprüfung des Vergrößerungsfaktors mit Hilfe eines Objektmikrometers wurde die Schichtstärke der Restkaries (dicker oder dünner als 1 mm) mit einem Messokular am Mikroskop vermessen, wobei die maximale Schichtdicke zugrunde gelegt wurde.
Die Anzahl der Schnitte mit bzw. ohne Karies sowie die
Anzahl der Schnitte mit Restkaries < 1 mm bzw. > 1 mm
wurden statistisch anhand des Chi-Quadrat-Test miteinander verglichen. Die für die Exkavation benötigte Zeit wurde
mit dem t-Test analysiert.
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T. Dammaschke et al.: Effektivität von SmartPrep
Abbildung 2 Prozentsatz von Schnitten mit und ohne Restkaries. 74,4 %
(238 von 320 Schnitten) der mit SmartPrep behandelten Proben zeigten
eine Restkaries, wogegen 25,6 % (82 von 320) als kariesfrei eingestuft wurden. In der Gruppe Rosenbohrer waren 46,3 % (144 von 311 Schnitten) der
Proben mit und 53,7 % (167 von 311) ohne Karies. Die Exkavation mit SmartPrep war signifikant weniger effektiv (p < 0,0001).
Figure 2 Percentage of sections with and without remaining caries. 74.4 %
(238 out of 320 sections) of the SmartPrep treated specimens displayed a
remaining caries, whereas 25.6 % (82 out of 320) were evaluated to be caries-free. In the group bud bur 46.3 % (144 out of 311 sections) of the specimens showed caries and 53.7 % (167 out of 311) showed no caries. SmartPrep-excavation was significantly less effective (p < 0.0001).
3 Ergebnisse
3.1 Benötigte Zeit für die Exkavation
Um eine Zahnhälfte zu exkavieren, wurden durchschnittlich
208,10 s (± 116,6 s) mit SmartPrep bzw. 228,32 s (± 123,2 s)
mit Rosenbohrern benötigt. Der Unterschied war statistisch
nicht signifikant (p > 0,05).
3.2 Ergebnis der Kariesexkavation
Von den mit SmartPrep behandelten Zähnen konnten 320
Schnitte angefertigt und gefärbt werden. 74,4 % (238 von
320) zeigten eine Restkaries, wogegen 25,6 % (82 von 320) als
kariesfrei eingestuft wurden. In der Kontrollgruppe (Rosenbohrer) wurden 311 Schnitte ausgewertet: 46,3 % (144 von
311) mit und 53,7 % (167 von 311) ohne Karies. Diese Ergebnisse unterschieden sich signifikant (p < 0,0001). (Abb. 2)
3.3 Evaluation der Schichtstärke der Restkaries
Wenn Restkaries nach SmartPrep-Exkavation zurückblieb,
war in 85,3 % der Schnitte (203 von 238) die Schichtstärke dicker als 1 mm und in 14,7 % (35 von 238) dünner als 1 mm,
wogegen in der Rosenbohrer-Gruppe 69,5 % der Schnitte
(100 von 144) die Schichtstärke der Restkaries dicker und in
30,5 % (44 von 144) dünner als 1 mm war. Diese Ergebnisse
unterschieden sich signifikant (p < 0,0005). (Abb. 3)
4 Diskussion
4.1 Diskussion der Fehlermöglichkeiten
Die Zähne wurden direkt nach Extraktion in einer PBS-Pufferlösung gelagert. Der Vorteil von PBS-Puffer ist, dass er kariöses Dentin nicht verändert. Andere Lagermedien wie Alkohol, Formalin oder Glutaraldehyd können mit der Kollagenstruktur des Dentins reagieren und zu einer Verhärtung der
Dentinkaries führen. Im Gegensatz dazu besitzt PBS-Puffer
einen leichten antibakteriellen Effekt ohne die Kollagenstruktur im Dentin zu verändern oder Proteine zu denaturieren [3].
Eine Standardisierung kariöser Läsionen erscheint schwierig, doch konnte durch die zufällige Verteilung der Zähne in
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Abbildung 3 Vergleich der Schichtstärke der Restkaries nach SmartPrep- und
Rosenbohrer-Exkavation. Die Schichtstärke der Restkaries war nach Anwendung von SmartPrep bei 85,3 % der Proben (= 203 von 238 Schnitten) und
nach Anwendung von Rosenbohrern bei 69,5 % der Proben (= 100 von 144
Schnitten) dicker als 1 mm. Der Unterschied war signifikant (p < 0,0005).
Figure 3 Comparison of the thickness of remaining caries after SmartPrepand bud-bur-excavation. The thickness of remaining caries was more than
1 mm after SmartPrep treatment in 85.3 % of the specimens (= 203 out of
238 sections) and after bud bur treatment in 69.5 % of the specimens
(= 100 out of 144 sections). The difference was significant (p < 0.0005).
die zwei Gruppen, das Exkavieren von korrespondierenden
Zahnhälften und die Auswertung der einzelnen histologischen Schnitte (n = 631) zur Erhöhung der Anzahl der Probengröße, der Einfluss unterschiedlicher Ausdehnung, Tiefe, Lokalisation, Struktur etc. der Kavität auf das Exkavationsergebnis minimiert werden. Um individuelle Fehler während der
Instrumentenanwendung und/oder der Beurteilung der Kavität zu minimieren, führten fünf erfahrene Zahnärzte die
Maßnahmen durch, wobei sie vor Durchführung der Studie
die Exkavation mit SmartPrep trainiert hatten.
Die histologische Auswertung wurde von einem einzelnen Untersucher durchgeführt, der nicht wusste, wie die einzelnen Proben behandelt worden waren („Blindversuch“). So
wurden alle Proben in gleicher Weise evaluiert.
4.2 Diskussion des Ergebnisses
Die Kariesdiagnostik ausschließlich nach klinischen Kriterien (wie Oberflächenhärte und Dentinfarbe) kann in einer
wissenschaftlichen Untersuchung nur mit Einschränkungen angewendet werden, da jeder Zahnarzt stark von subjektiven Erfahrungen beeinflusst ist. Um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, ist eine histologische Auswertung notwendig [7]. Für die histologische Färbung muss man beachten, dass Dentinkaries in zwei unterschiedliche Schichten
eingeteilt werden kann [6]. Mit einer Mallory-Azan-Färbung
ist es möglich, diese beiden Schichten zu unterscheiden [5].
Gesundes, nicht verändertes Kollagen wird blau gefärbt,
während kariös verändertes Dentin rot erscheint [1]. Die Mallory-Azan-Färbung ist somit eine geeignete Methode, um
exakte Ergebnisse zu erhalten [5]. Die Methodik wurde bereits in anderen, vergleichbaren Studien angewendet [2, 7].
Ob SmartPrep effektiv Karies entfernen kann, wurde bisher nicht nachgewiesen. Im Rahmen dieser In-vitro-Studie
zeigte sich SmartPrep signifikant weniger effektiv in der Kariesentfernung als herkömmliche Hartmetall-Rosenbohrer.
Nur 25,6 % der mit SmartPrep behandelten Proben wurden
histologisch als kariesfrei eingestuft im Gegensatz zu 53,7 %
der mit Rosenbohrer behandelten Proben. Allerdings wurden auch nach herkömmlicher Exkavation weniger als 60 %
der Proben als kariesfrei bewertet. Dieses Ergebnis stimmt
mit anderen vergleichbaren Untersuchungen weitestgehend
überein [2, 7]. Ein Grund dafür könnte in der relativ geringen
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T. Dammaschke et al.: Effektivität von SmartPrep
Größe der Zahnhälften liegen, was zu Schwierigkeiten bei
der Handhabung geführt haben könnte. Ohne die Halbierung von Zähnen wären evtl. für beide Exkavationsarten bessere histologische Ergebnisse zu erzielen. Das Verhältnis der
kariesfreien Proben zwischen SmartPrep und Rosenbohrer
wäre aber vermutlich ähnlich, zumal die statistischen Unterschiede hoch signifikant waren.
Im Vergleich zum Rosenbohrer waren nach SmartPrepExkavation die Haftwerte verschiedener Dentinadhäsive an
der Dentinoberfläche z. T. signifikant niedriger [8]. Der
Grund dafür könnte in einer insuffizienten Kariesentfernung mit dem Polymer-Instrument liegen, da die Haftwerte
von Dentinadhäsiven am gesunden Dentin signifikant höher
als im kariösen Dentin sind [9].
Die Zeit, die zur Exkavation gebraucht wurde, war bei
SmartPrep im Durchschnitt 20 s kürzer als bei den Rosenbohrern. Der Unterschied war statistisch nicht signifikant.
Der Grund für die kürzere Exkavationszeit könnte in dem
selbstlimitierenden Charakter der SmartPrep-Instrumente
liegen. Alle Zahnärzte hatten den gleichen subjektiven Eindruck: auch wenn man mehr Dentin exkavieren wollte, das
nach klinischer Beurteilung noch kariös erschien, konnte
dieses Dentin auch mit frischen SmartPrep-Instrumenten
nicht entfernt werden. Sobald das Dentin rotierend berührt
wurde, nutzen sich die Schneiden aus Polymerkunststoff ab.
Um die Effektivität des SmartPrep-Systems zu erhöhen,
müsste der Polymerkunststoff härter sein. Ein anderes Problem, das alle Zahnärzte berichteten, war, dass in kleinen Kavitäten die Polymer-Schneiden sehr leicht mit Schmelz in Berührung kommen können und das SmartPrep-Instrument
so stumpf wird.
5 Schlussfolgerung
Die Anwendung von Materialien, die härter als das kariöse
Dentin, aber weicher als gesundes Dentin sind, ist eine viel-
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versprechende Idee bei der Entwicklung neuer Methoden
der Exkavation kariösen Dentins. Die derzeit verfügbaren
SmartPrep-Instrumente waren im Rahmen dieser In-vitroStudie bei der Exkavation kariösen Dentins im Vergleich zu
Rosenbohrern weniger effektiv.
Literaturverzeichnis
1.
2.
3.
4.
5.
6.
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Scheutzel P: Möglichkeiten und Grenzen des Caridex-Systems als Alternative
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Yoshiyama M, Tay FR, Doi J, Nishitani Y, Yamada T, Itou K, Carvalho RM, Nakajima M, Pashley DH: Bonding of self-etch and total-etch adhesives to carious
dentin. J Dent Res 81, 556-560 (2002).
Manuskript eingegangen: 10.11.04
Manuskript angenommen: 14.01.05
❙
Korrespondenzadresse
OA Dr. Till Dammaschke
Westfälische Wilhelms-Universität
Poliklinik für Zahnerhaltung
Waldeyerstr. 30
D-48149 Münster
E-Mail: [email protected]
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