Исследование прочностных свойств вращающихся никель-титановых эндодонтических инструментов на основании устойчивости к циклической усталости: нерандомизированное экспериментальное исследование

Введение. Основная проблема при принятии решения клинициста состоит в том, какой никель-титановый инструмент использовать в каждом конкретном клиническом случае. Часто это происходит от незнания, на что обращать внимание. Несмотря на всю информацию, существующую в литературе, трудно найти алгоритм принятия решения, хотя известно, что при диагностике анатомо-топографических особенностей корневых каналов зуба при эндодонтическом лечении нужно обращать внимание на угол изгиба и радиус кривизны корневого канала.

Цель исследования: изучение прочностных свойств вращающихся никель-титановых эндодонтических инструментов путем проведения сравнительного экспериментального исследования стойкости к циклической усталости.

Методы. Нерандомизированное экспериментальное исследование проведено с использованием двух систем вращающихся никель-титановых инструментов: PM-файл («Русмед», Россия) и ProTaper Universal (Dentsply Sirona, США). Методом трехмерного моделирования в программе Fusion 360 (Аutodesk, США) спроектированы фантомы корневых каналов, представляющие собой блоки с рядом из 5 каналов для каждого размера инструментов, имитирующие угол изгиба корневого канала 45°, радиус кривизны 5 мм, с изменением конусности для каждого конкретного инструмента с учетом коэффициента увеличения 1,05. За диаметры кончиков для каждого инструмента принимались величины: S1 = 0,17 мм, S2 = 0,2 мм, F1 = 0,2 мм, F2 = 0,25 мм, F3 = 0,3 мм. Блоки с индивидуальными размерами инструментов изготавливали из металла путем селективного лазерного спекания. Блоки фиксировали к жесткому полотну и вводили через устья каналов на всю длину исследуемые эндодонтические инструменты. Вращение производилось эндомотором с постоянной скоростью 350 об/мин, торком 2,0 Н/см. Проводилось измерение количества циклов работы инструментов до поломки с фиксацией времени наступления перелома инструмента. Далее осуществлялось изучение износа поверхности отломков инструментов с использованием растрового электронного микроскопа JEOL JSM-7500F (Tokyo Boeki, Япония). Базу первичных данных создавали в программе Excel 2016 (Microsoft Corporation, США). Проверку гипотез и сравнение выборок проводили с использованием программного обеспечения с открытым исходным кодом JASP 0.19.1 (JASP, Нидерланды). В процессе статистической обработки данных применяли параметрические критерии (критерий Стьюдента для независимых выборок) значимыми статистические различия принимали при уровне р ≤ 0,05.

Результаты. Для системы РМ-файл инструмент S1 показал среднее количество циклов вращения 292,00 ± 38,45 при минимальном значении 227 циклов и максимальном 340 циклов. Инструмент S2 продемонстрировал более высокие показатели со средним значением 345,00 ± 62,72 цикла, варьируя от 266 до 438 циклов. Инструмент F1 имел среднюю стойкость 256,00 ± 31,92 цикла с разбросом от 188 до 291 цикла. Наименьшие показатели среди инструментов РМ-файл были зафиксированы у F2 (111,00 ± 48,34 цикла, диапазон 40–184) и F3 (82,00 ± 26,55 цикла, диапазон 43–130). В системе Protaper Universal инструмент S1 показал наилучшие результаты со средним значением 395,00 ± 38,12 цикла при минимальном показателе 306 циклов и максимальном 450 циклов. Инструмент S2 этой системы имел среднюю стойкость 170,00 ± 21,55 цикла с разбросом от 144 до 202 циклов. Инструменты F-серии Protaper Universal продемонстрировали относительно низкие показатели: F1–72,00 ± 10,75 цикла (58–91), F2–86,00 ± 22,06 цикла (60–120), F3–79,00 ± 26,33 цикла (38–116).

Заключение. Полученные данные убедительно свидетельствуют о преимуществе системы РМ-файл перед ProTaper Universal по показателям стойкости к циклической усталости. Данная система может успешно применяться для обработки сложных корневых каналов, включая случаи выраженной кривизны. Ключевое значение при этом имеет: использование инструментов в пределах установленного производителем ресурса, поддержание оптимальной скорости вращения, обеспечение достаточной ирригации и контроль прилагаемого усилия.

1. Адамчик А.А., Дорогань В.В., Запорожская-Абрамова Е.С., Таиров В.В., Иващенко В.А., Кирш К.Д., Коровашкин С.А. Ретроспективный анализ качества пломбирования корневых каналов по данным конусно-лучевой компьютерной томографии. Эндодонтия Today. 2022;20(2):102–108. https://doi.org/10.36377/1726-72422022-20-2-102-108

2. Otsuka K, Ren X. Physical Metallurgy of Ti-Ni-Based Shape Memory Alloys. Progress in Materials Science. 2005;50:511–678. http://dx.doi.org/10.1016/j.pmatsci.2004.10.001

3. Zupanc J, Vahdat-Pajouh N, Schäfer E. New thermomechanically treated NiTi alloys — a review. Int Endod J. 2018;51(10):1088–1103. https://doi.org/10.1111/iej.12924

4. Zanza A, D’Angelo M, Reda R, Gambarini G, Testarelli L, Di Nardo D. An Update on Nickel-Titanium Rotary Instruments in Endodontics: Mechanical Characteristics, Testing and Future Perspective-An Overview. Bioengineering (Basel). 2021;8(12):218. https://doi.org/10.3390/bioengineering8120218

5. Silva EJNL, Vieira VTL, Hecksher F, Dos Santos Oliveira MRS, Dos Santos Antunes H, Moreira EJL. Cyclic fatigue using severely curved canals and torsional resistance of thermally treated reciprocating instruments. Clin Oral Investig. 2018;22(7):2633–2638. https://doi.org/10.1007/s00784-018-2362-9

6. Gambarini G, Plotino G, Grande NM, Al-Sudani D, De Luca M, Testarelli L. Mechanical properties of nickel-titanium rotary instruments produced with a new manufacturing technique. Int Endod J. 2011;44(4):337–341. https://doi.org/10.1111/j.1365-2591.2010.01835.x

7. Hou X, Yahata Y, Hayashi Y, Ebihara A, Hanawa T, Suda H. Phase transformation behaviour and bending property of twisted nickel-titanium endodontic instruments. Int Endod J. 2011;44(3):253–258. https://doi.org/10.1111/j.1365-2591.2010.01818.x

8. AlShwaimi E. Cyclic fatigue resistance of a novel rotary file manufactured using controlled memory NiTi technology compared to a file made from M-wire file. Int Endod J. 2018;51(1):112–117. https://doi.org/10.1111/iej.12756

9. Plotino G, Testarelli L, Al-Sudani D, Pongione G, Grande NM, Gambarini G. Fatigue resistance of rotary instruments manufactured using different nickel-titanium alloys: a comparative study. Odontology. 2014;102(1):31–35. https://doi.org/10.1007/s10266-012-0088-8

10. Pereira ES, Gomes RO, Leroy AM, Singh R, Peters OA, Bahia MG, Buono VT. Mechanical behavior of M-Wire and conventional NiTi wire used to manufacture rotary endodontic instruments. Dent Mater. 2013;29(12):e318–324. https://doi.org/10.1016/j.dental.2013.10.004

11. Hieawy A, Haapasalo M, Zhou H, Wang ZJ, Shen Y. Phase Transformation Behavior and Resistance to Bending and Cyclic Fatigue of ProTaper Gold and ProTaper Universal Instruments. J Endod. 2015;41(7):1134–1138. https://doi.org/10.1016/j.joen.2015.02.030

12. de Vasconcelos RA, Murphy S, Carvalho CA, Govindjee RG, Govindjee S, Peters OA. Evidence for Reduced Fatigue Resistance of Contemporary Rotary Instruments Exposed to Body Temperature. J Endod. 2016;42(5):782–787. https://doi.org/10.1016/j.joen.2016.01.025

13. Goo HJ, Kwak SW, Ha JH, Pedullà E, Kim HC. Mechanical Properties of Various Heat-treated Nickel-titanium Rotary Instruments. J Endod. 2017;43(11):1872–1877. https://doi.org/10.1016/j.joen.2017.05.025

14. Martins JNR, Silva EJNL, Vieira VTL, Pereira da Costa R, Baruwa AO, Fernandes FMB, Versiani MA. A Comparative Analysis of ProTaper Ultimate and Five Multifile Systems: Design, Metallurgy, and Mechanical Performance. Materials (Basel). 2025;18(6):1260. https://doi.org/10.3390/ma18061260

15. D’Angelo M, Obino FV, Bhandi S, Miccoli G, Cicconetti A. Mechanical Characteristics, Testing, and Future Perspective of Nickel-Titanium Rotary Instruments. J Contemp Dent Pract. 2021;22(11):1225–1226

16. Iacono F, Pirani C, Generali L, Bolelli G, Sassatelli P, Lusvarghi L, Gandolfi MG, Giorgini L, Prati C. Structural analysis of HyFlex EDM instruments. Int Endod J. 2017;50(3):303–313. https://doi.org/10.1111/iej.12620

17. Pirani C, Iacono F, Generali L, Sassatelli P, Nucci C, Lusvarghi L, Gandolfi MG, Prati C. HyFlex EDM: superficial features, metallurgical analysis and fatigue resistance of innovative electro discharge machined NiTi rotary instruments. Int Endod J. 2016;49(5):483–493. https://doi.org/10.1111/iej.12470

18. Tabassum S, Zafar K, Umer F. Nickel-Titanium Rotary File Systems: What’s New? Eur Endod J. 2019;4(3):111–117. https://doi.org/10.14744/eej.2019.80664

19. Abdellatif D, Iandolo A, Scorziello M, Sangiovanni G, Pisano M. Cyclic Fatigue of Different NiTi Endodontic Rotary File Alloys: A Comprehensive Review. Bioengineering (Basel). 2024;11(5):499. https://doi.org/10.3390/bioengineering11050499

20. Martins JNR, Silva EJNL, Vieira VTL, Pereira da Costa R, Baruwa AO, Fernandes FMB, Versiani MA. A Comparative Analysis of ProTaper Ultimate and Five Multifile Systems: Design, Metallurgy, and Mechanical Performance. Materials (Basel). 2025;18(6):1260. https://doi.org/10.3390/ma18061260

21. Chan WS, Gulati K, Peters OA. Advancing Nitinol: From heat treatment to surface functionalization for nickel-titanium (NiTi) instruments in endodontics. Bioact Mater. 2022;22:91–111. https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.09.008

22. Dablanca-Blanco AB, Castelo-Baz P, Miguéns-Vila R, Álvarez-Novoa P, Martín-Biedma B. Endodontic Rotary Files, What Should an Endodontist Know? Medicina (Kaunas). 2022;58(6):719. https://doi.org/10.3390/medicina58060719

23. Chien PY, Walsh LJ, Peters OA. The extended finite element method in endodontics: A scoping review and future directions for cyclic fatigue testing of nickel-titanium instruments. Clin Exp Dent Res. 2024;10(3):e893. https://doi.org/10.1002/cre2.893

24. Ramadan F, AbuMostafa A, Alharith D. Evaluation of cyclic fatigue and bending test for different Nickle-Titanium files. PLoS One. 2023;18(8):e0290744. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0290744

25. Sattapan B, Nervo GJ, Palamara JE, Messer HH. Defects in rotary nickel-titanium files after clinical use. J Endod. 2000;26(3):161–165. https://doi.org/10.1097/00004770-200003000-00008

26. Plotino G, Grande NM, Cordaro M, Testarelli L, Gambarini G. A review of cyclic fatigue testing of nickel-titanium rotary instruments. J Endod. 2009;35(11):1469–1476. https://doi.org/10.1016/j.joen.2009.06.015

27. Silva EJ, Villarino LS, Vieira VT, Accorsi-Mendonça T, Antunes HD, De-Deus G, Lopes HP. Bending Resistance and Cyclic Fatigue Life of Reciproc, Unicone, and WaveOne Reciprocating Instruments. J Endod. 2016;42(12):1789–1793. https://doi.org/10.1016/j.joen.2016.08.026