1. Giới thiệu
Viêm nha chu vùng chóp (AP) được định nghĩa là một bệnh trong miệng gây ra bởi phản ứng của hệ thống miễn dịch với sự hiện diện của vi sinh vật (trạng thái sinh vật phù du hoặc màng sinh học) hoặc các sản phẩm của chúng ở gần hoặc trong hệ thống ống tủy hoặc xung quanh chóp chân răng. Mục tiêu của việc điều trị tủy là ngăn ngừa hoặc chữa lành AP; Vì vậy, các vi sinh vật ở cả trạng thái sinh vật phù du và màng sinh học nên được loại bỏ khỏi hệ thống ống tủy. Thật không may, do sự phức tạp của hệ thống ống tủy bao gồm eo thắt, phần mở rộng hình bầu dục và ống tủy bên, việc loại bỏ hoàn toàn màng sinh học khỏi hệ thống ống tủy là không khả thi trong quá trình điều trị tủy. Hơn nữa, cấu trúc răng và chân răng bao gồm ngà răng, một vật liệu xốp chứa các ống có đường kính 0,6-3,2 µm và chiều dài 1-2 mm và vi sinh vật có thể tiếp cận được. Vì vậy, nên cố gắng giảm thiểu số lượng vi sinh vật sau điều trị.
Một kỹ thuật không dùng dụng cụ để làm sạch hệ thống ống tủy sẽ là lý tưởng. Điều này sẽ tránh được những nhược điểm như tạo ra lớp mùn và mảnh vụn ngà răng, lỗi do thầy thuốc, cấu trúc chân răng yếu đi và hình thành vết nứt ở chóp. Điều này đã được công nhận bởi Lussi và đồng nghiệp, họ đã giới thiệu một thiết bị bơm rửa để làm sạch ống tủy mà không cần dụng cụ. Các kết quả đầy hứa hẹn (in-vitro và in-vivo) đã được công bố; tuy nhiên, người ta thấy rằng cần phải cải tiến thêm và do đó hệ thống này hiện chưa có sẵn trên thị trường. Hiện tại, việc thiết lập một áp suất âm và dương xen kẽ, cho phép thực hiện quy trình bơm rửa hiệu quả mà không cần sửa soạn và việc ép chất bơm rửa ra ngoài dường như là không thể vào lúc này. Vì vậy, vẫn cần phải tạo khoảng trong hệ thống ống tủy bằng dụng cụ để có thể dùng các dung dịch khử trùng hoặc thuốc.
Thật không may, khi hệ thống ống tủy bị nhiễm trùng, các mảnh vụn ngà răng và lớp mùn ngà cũng bị nhiễm. Lớp mùn ngà có thể được định nghĩa là hỗn hợp các mảnh vụn ngà răng, tàn dư của mô tủy, nguyên bào ngà và vi sinh vật (nếu có), chúng bám chặt vào thành ống tủy và có thể xâm nhập tới 40 µm vào ống ngà. Vụn ngà có thể được định nghĩa là mảnh ngà răng, tàn dư mô và các hạt bám vào thành ống tủy hoặc hiện diện trong ống tủy. Cả vụn ngà và lớp mùn ngà đều có thể làm mất hoạt tính của thuốc và chất bơm rửa ống tủy và ngăn chặn sự xâm nhập của chúng vào màng sinh học. Gần đây, người ta đã chứng minh rằng việc sản sinh ra các mảnh vụn ngà răng và sự tắc nghẽn sau đó của eo thắt có thể là một vấn đề lớn hơn dự đoán. Sau khi dụng cụ đầu tiên được sử dụng trong ống tủy, thành ống tuỷ sẽ được bao phủ bởi một lớp mùn nhiễm trùng ở những vị trí mà trâm chạm vào thành ống tuỷ. Tại những vị trí này, màng sinh học bị phá vỡ về mặt cơ học nhưng cũng hòa nhập với lớp mùn. Tại những vị trí mà trâm không chạm vào thành răng, có màng sinh học hiện diện, có thể bị bao phủ hoặc bị chặn bởi các mảnh vụn ngà răng. Tình huống điển hình này cản trở quy trình khử trùng và do đó việc loại bỏ các mảnh vụn ngà răng và lớp mùn đóng vai trò quan trọng trong quá trình khử trùng.
Lớp mùn ngà, mảnh vụn ngà răng và màng sinh học chưa được chạm tới chỉ có thể được loại bỏ bằng cách bơm rửa. Để có một quy trình bơm rửa hiệu quả, cả việc tách cơ học mô tủy, mảnh vụn ngà răng và lớp mùn (sản phẩm của sửa soạn), vi sinh vật (sinh vật phù du hoặc màng sinh học) và các sản phẩm của chúng (hiện nay được gọi là chất nền) khỏi thành ống tủy, loại bỏ chúng ra ngoài hệ thống ống tủy và sự hòa tan/làm gián đoạn hóa học là quan trọng. Cả hai khía cạnh cơ học và hóa học này đều liên quan đến dòng chảy của chất bơm rửa. Hơn nữa, chất bơm rửa bị bất hoạt về mặt hóa học sau khi phản ứng với màng sinh học và do đó cần phải bơm với chất bơm rửa mới. Do đó, hiểu biết sâu sắc về dòng chất bơm rửa trong quá trình điều trị ống tủy là rất quan trọng để hiểu được tầm quan trọng của việc khử trùng hệ thống ống tủy. Mục tiêu của bơm rửa là:
- tạo ra dòng chảy đi đến toàn bộ hệ thống ống tuỷ, tiếp xúc gần với chất nền, mang chất nền đi và bôi trơn cho dụng cụ.
- đảm bảo phân phối đầy đủ khắp hệ thống ống tủy, làm mới và trộn chất bơm rửa để duy trì nồng độ hiệu quả của (các) thành phần hóa học và bù đắp cho sự bất hoạt nhanh chóng của nó.
- đảm bảo một lực tác động lên thành ống tủy (cắt và stress), nhằm tách/ phá vỡ lớp nền.
- hạn chế trong phạm vi của ống tủy,ngăn chặn chất bơm rửa phun ra về phía mô chóp.
Trong quá trình bơm rửa, có thể phân biệt hai giai đoạn: giai đoạn chảy, trong đó chất bơm rửa được phân phối và chảy vào và ra khỏi ống tủy, và giai đoạn nghỉ, trong đó chất bơm rửa nằm yên trong ống tủy. Vì chỉ riêng việc bơm rửa bằng ống tiêm đã kiểm soát được dòng chảy được tạo ra, nên việc kích hoạt chất bơm rửa có thể giúp cải thiện việc cung cấp chất bơm rửa trong toàn bộ hệ thống ống tuỷ và cũng tăng cường khả năng trộn, làm mới và các tính chất hóa học của chất bơm rửa. Hệ thống kích hoạt bơm rửa đưa ra một giai đoạn kích hoạt bổ sung, tăng cường dòng chất bơm rửa bằng nguồn năng lượng. Chương này thảo luận về đặc tính vận hành, động lực học chất lỏng và tương tác cơ học và hóa học liên quan đến bơm rửa kích hoạt bằng sóng âm, siêu âm và laser (LAI).
2. Tính chất cơ học của màng sinh học và động lực học chất lỏng
Như được mô tả trong chương khác, màng sinh học bao gồm một ma trận ngoại bào đáng kể chủ yếu là protein và polysaccharides (EPS, chất đa bào ngoại bào), giúp bảo vệ vi sinh vật một cách hiệu quả. EPS có thể chiếm hơn 80% hàm lượng màng sinh học, làm cho màng sinh học trở thành chất lỏng nhớt, đàn hồi, khiến nó thể hiện đặc tính đàn hồi ở ứng suất thấp và đặc tính dòng chảy nhớt ở ứng suất cao, do đó bảo vệ vi khuẩn chứa trong đó. Vì vậy, để khử trùng hiệu quả, việc phân hủy cấu trúc nền là điều cần thiết. Cấu trúc cụ thể của nó phụ thuộc chủ yếu vào loại vi sinh vật (ví dụ, trong một ống tủy, người ta đã tìm thấy khoảng 600 loài vi khuẩn) và các điều kiện môi trường trong quá trình tăng trưởng như dinh dưỡng và các chất hiện diện. Ví dụ, các ion kim loại như Ca++ có thể được kết hợp trong nền, tạo ra các liên kết chéo ở các mặt liên kết âm của polysaccharide, do đó củng cố nền.
Các lực tác dụng lên màng sinh học do dòng bơm rửa gây ra có thể phá vỡ các lớp trên cùng của màng sinh học hoặc ma trận EPS của nó (hỏng liên kết) hoặc có thể loại bỏ hoàn toàn màng sinh học (hư hỏng chất kết dính). Sự phá vỡ các lớp trên cùng hoặc ma trận EPS tạo điều kiện cho chất bơm rửa xâm nhập vào màng sinh học và do đó có thể tăng cường tác dụng hóa học của chất bơm rửa. Tuy nhiên, không có nhiều thông tin trong y văn về tác động của dòng chất lỏng lên màng sinh học, chủ yếu là do có sự đa dạng lớn về thành phần và các tính chất vật lý, khiến nó trở thành một chủ đề đa ngành khó khăn. Hơn nữa, việc đo các tính chất cơ học phải diễn ra trong khoảng thời gian ngắn (trong vòng vài phút), vì màng sinh học là một sinh vật sống và sẽ thích nghi với môi trường.
Lực tới hạn cần thiết để phá vỡ màng sinh học bằng nhiều kỹ thuật khác nhau gần đây đã được xem xét. Người ta nhận thấy rằng độ nhạy đối với các lực nhất định, chẳng hạn như ứng suất bình thường hoặc ứng suất cắt, rất khác nhau giữa các màng sinh học. Hơn nữa, các giá trị được báo cáo về cường độ bám dính phụ thuộc rất lớn vào kỹ thuật thử nghiệm. Các giá trị điển hình được tìm thấy trong tài liệu cho mô đun đàn hồi có bậc từ 10-1 đến 102 Pa và cường độ cắt từ 101 đến 103 Pa. Áp lực và ứng suất cắt được tạo ra bởi các kỹ thuật bơm rửa khác nhau cho thấy một số kỹ thuật có thể loại bỏ hoàn toàn màng sinh học (Bảng 11.1).Thật không may, các đặc tính cơ học của màng sinh học nội nha vẫn chưa được biết đến; do đó, vẫn chưa thể dự đoán được tác động của áp lực chất lỏng lên việc loại bỏ màng sinh học trong ống tủy.

Gần đây, một nghiên cứu về tác động của dòng chất lỏng lên màng sinh học đã chỉ ra rằng, đối với ma trận EPS có độ ổn định cao, chỉ các cấu trúc trên bề mặt màng sinh học mới được tách ra. Độ ổn định ma trận EPS thấp có thể dẫn đến sự tách rời các khối lớn khỏi phần trên của màng sinh học (Hình 11.1). Điều thú vị là người ta đã quan sát thấy cấu trúc bề mặt màng sinh học mịn vẫn còn sau khi bong ra. Điều này được xác nhận bởi một nghiên cứu khác trong đó màng sinh học nền vẫn còn sau khi màng sinh học chịu ứng suất cắt cao. Đây có thể là do sự phân tầng của màng sinh học – để lại các lớp cũ hơn, bền hơn ở đáy màng sinh học, thường bám chặt vào chất nền. Do đó, việc loại bỏ hoàn toàn màng sinh học khỏi thành ống tủy có thể là một nhiệm vụ khó khăn, và sự kết hợp giữa áp lực cơ học và hóa học lên màng sinh học vẫn rất quan trọng. Hình 11.2 cho thấy các cơ chế loại bỏ màng sinh học có thể có liên quan đến dòng nước bơm rửa.


3. Hệ thống bơm rửa kích hoạt bằng sóng âm, siêu âm và laser
Kích hoạt sóng âm
Kích hoạt bằng sóng âm sử dụng các dụng cụ có rung cưỡng bức ở một đầu (ở phía tay cầm) và được phép rung tự do ở đầu kia. Thiết bị âm hoạt động ở tần số âm thanh (dưới 20 kHz) và có biên độ dao động lên tới 1 mm. Các dụng cụ được điều khiển bằng sóng âm thể hiện một kiểu uốn đơn giản, bao gồm biên độ lớn ở đầu (antinode) và biên độ nhỏ ở đầu được điều khiển (node) nơi diễn ra quá trình truyền động piezo (Hình 11.3). Bởi vì biên độ ở antinode có thể lớn tới 1 mm, lớn hơn đường kính của ống tủy nên thường xảy ra tiếp xúc với thành ống tủy dẫn đến giảm hiệu quả.

Kích hoạt siêu âm
Giống như kích hoạt sóng âm, các thiết bị được sử dụng trong quá trình kích hoạt siêu âm có độ rung cưỡng bức ở một đầu (ở tay khoan) và được phép dao động tự do ở đầu kia. Thiết bị siêu âm hoạt động ở tần số cao hơn (thường là 20-200 kHz) và có biên độ nhỏ hơn 100 µm. Tần số cao hơn dẫn đến mô hình node và antinode phức tạp hơn so với các thiết bị âm. Các thiết bị được điều khiển bởi phần tử piezo-electric gần 30 kHz thể hiện một mẫu có khoảng ba bước sóng, hoặc sáu node và các antinode cách nhau khoảng 5 mm (Hình 11.3). Kiểu dao động chính xác phụ thuộc vào hình dạng và vật liệu của dụng cụ. Biên độ dao động của đầu của các dụng cụ này vào khoảng 10-100 µm theo hướng dao động; cũng có sự dao động vuông góc với hướng dao động chính với biên độ tương đối xấp xỉ 10%.
Mặt cắt ngang của dụng cụ kích hoạt siêu âm là hình tròn hoặc hình vuông. Các dụng cụ có mặt cắt ngang hình vuông chủ yếu là dụng cụ cắt vì ban đầu chúng được sử dụng để sửa soạn ống tủy và do đó có nguy cơ gây tổn thương thành ống tủy khi sử dụng cho mục đích bơm rửa. Năm 1980, Weller và cộng sự đề xuất một dụng cụ trơn và cố ý tiếp xúc với thành ống tủy; tuy nhiên, sau đó người ta đã chứng minh rằng khi ngăn chặn được sự tiếp xúc có chủ ý thì dòng chảy của chất bơm rửa được cải thiện. Gần đây, điều này đã được chứng minh trong một nghiên cứu in vitro với sự tham gia của 30 bác sĩ nội nha, rằng việc tiếp xúc với thành ống tủy hầu như luôn diễn ra, mặc dù là không chủ ý. Mức độ tiếp xúc không chỉ phụ thuộc vào cài đặt công suất được sử dụng mà còn phụ thuộc vào độ cứng của dụng cụ và lực mà dụng cụ được đẩy vào thành ống tủy. Nhưng sự tiếp xúc nhẹ sẽ không ảnh hưởng đến cơ chế làm sạch và tạo bọt của nó, vì dao động của trâm không bị giảm dần. Thay vào đó, nó tạo ra một dao động thứ cấp ở tần số có thể nghe được, trong đó trâm di chuyển ra xa khỏi thành ống tủy và tiếp tục dao động ở tần số siêu âm truyền động. Thuật ngữ bơm rửa kích hoạt siêu âm (UAI) đã được đề xuất để thay thế bơm rửa siêu âm thụ động (PUI) để tránh nhầm lẫn.
Kích hoạt bằng laser
Một kỹ thuật khác để làm sạch hệ thống ống tủy là LAI, sử dụng năng lượng laser để khuấy trộn chất bơm rửa. Những laser này thường thuộc loại Er:YAG hoặc ErCrYSGG, có bước sóng trong vùng hồng ngoại (2796-2940 nm) được hấp thụ tốt trong nước. Động lực học của LAI đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng hình ảnh tốc độ cao cho thấy sự hình thành và nổ tung của bong bóng hơi lớn ở đầu sợi, được tạo ra bởi sự hấp thụ năng lượng laser và làm nóng nhanh chất bơm rửa. Sự vỡ bong bóng này có thể gây ra sóng xung kích và tạo thêm bong bóng khắp hệ thống ống tủy. Đầu sợi laser có thể được đặt gần chóp ống tủy, hoặc trong buồng tủy với các sợi bình thường hoặc các sợi đặc biệt (photon-initiated photoacoustic streaming, PIPS).
Bơm rửa kích hoạt bằng laser là một kỹ thuật gián tiếp, không dựa vào sự cắt bỏ trực tiếp màng sinh học.
4. Đặc tính dòng chảy trong quá trình bơm rửa kích hoạt bằng sóng âm, siêu âm và laser
Kích hoạt âm và siêu âm
Sự dao động âm hoặc siêu âm của dụng cụ tạo ra dòng chất lỏng xung quanh, dẫn đến áp lực xen kẽ và ứng suất cắt lên thành ống tủy. Dòng chảy này cũng làm tăng sự pha trộn của chất bơm rửa, do đó chất bơm rửa tiêu thụ trong quá trình phản ứng với màng sinh học được thay thế bằng chất bơm rửa mới. Khi sử dụng kim kích hoạt bằng siêu âm hoặc dòng chảy liên tục trong buồng tủy, dung dịch bơm rửa cũng sẽ được làm mới. Mô hình các node và các antinode dọc theo thiết bị xác định dòng chảy xung quanh trâm theo hướng trục (Hình 11.4). Node và antinode duy nhất được tạo ra bởi các dụng cụ sóng âm có thể tạo ra một dòng chảy từ đầu đến cuối của trâm. Vô số các antinode và các node trên một thiết bị siêu âm dẫn đến một mô hình dòng chảy phức tạp hơn. Dòng chảy bên được tạo ra bởi cả hai dụng cụ là thuận lợi cho việc làm sạch các phần mở rộng sang bên của ống tủy (ống tủy bên, eo thắt, phần mở rộng hình bầu dục), vốn khó làm sạch bằng dòng chảy được tạo ra bởi bơm rửa áp lực dương (ống bơm rửa) hoặc áp lực âm.

Cả kích hoạt bằng sóng âm lẫn siêu âm đều không tạo ra vận tốc chất lỏng lớn theo hướng chóp, khiến cho việc đẩy chất bơm rửa khó xảy ra. Mặt khác, nó đòi hỏi phải đặt các trâm này gần chóp. Tuy nhiên, việc trộn và làm mới chất bơm rửa và loại bỏ mảnh vụn ngà răng diễn ra khi dụng cụ siêu âm được đưa vào cách chiều dài làm việc 3 mm.
Độ cong của ống tủy có thể ảnh hưởng đến việc làm sạch vùng chóp, chủ yếu là do khả năng tiếp cận dụng cụ bị hạn chế. Khi một dụng cụ được đưa vào hoặc gần chiều dài làm việc, dao động của nó có thể bị ảnh hưởng do sự tiếp xúc hoặc kẹt nghiêm trọng của dụng cụ với thành ống tủy. Do đó, nên đặt dụng cụ siêu âm ngay tại điểm bắt đầu của đường cong mà không làm cong dụng cụ. Bản thân dòng chảy không bị ảnh hưởng bởi độ cong.
Việc tăng cường độ siêu âm sẽ giúp làm sạch hiệu quả hơn.
Acoustic streaming
Dòng chảy bên được tạo ra ở mỗi antinode dọc theo trâm; thành phần bên này của dòng chảy thường mạnh hơn nhiều so với thành phần dọc theo trục. Acoustic streaming là một hiện tượng đã được Rayleigh đưa ra vào năm 1884 và được mở rộng sang trường hợp một hình trụ dao động với biên độ cao bên trong một hình trụ khác. Làm sạch siêu âm bằng acoustic streaming gây ra bởi một vật thể hình trụ dao động đã được Williams và Nyborg mô tả vào năm 1970, họ đã sử dụng một mao dẫn mỏng, dao động hoặc dây vonfram để loại bỏ vật liệu sinh học khỏi bề mặt.
Thông thường, acoustic streaming là sự chồng chất của hai dòng, một dòng là thành phần dao động và dòng còn lại là thành phần ổn định có cường độ phụ thuộc vào biên độ dao động. Một lý thuyết đơn giản về acoustic streaming đã được Ahmad và đồng nghiệp sử dụng để hỗ trợ kích hoạt siêu âm trong nội nha; tuy nhiên, chỉ phần ổn định của dòng chảy được xem xét. Gần đây người ta đã chứng minh rằng điều quan trọng là phải bao gồm cả thành phần dao động (Hình 11.5).

Phần dao động của acoustic streaming làm cho luồng dao động tiến và lùi cùng với trâm. Khi làm như vậy, chất lỏng tạo ra một áp suất xen kẽ và ứng suất cắt lên thành ống tủy. Chất lỏng gần trâm dao động với cùng vận tốc (u_o) như trâm
u0 = Aω (11.1)
trong đó A là biên độ dao động (tính bằng m) và ω là tần số dao động (tính bằng Hz). Vận tốc này giảm nhanh theo khoảng cách từ trâm. Áp suất và ứng suất cắt lên thành gần đó có thể lần lượt là 100 và 1 kPa, lớn hơn cường độ bám dính màng sinh học. Các giá trị về áp suất và ứng suất cắt tương tự như các giá trị của bơm rửa bằng ống bơm rửa sử dụng tốc độ dòng chảy rất cao (0,26 ml/s); tuy nhiên, đối với việc bơm rửa bằng ống bơm rửa, các lực này chỉ xảy ra ở gần đầu ra của kim, trong khi đối với kích hoạt siêu âm, các lực này xuất hiện ở gần mọi node của dụng cụ. Hơn nữa, bản chất dao động của áp lực và ứng suất cắt có thể gây mỏi cho vật liệu cần được loại bỏ khỏi thành ống tủy. Tuy nhiên, thành phần dao động giảm nhanh tương ứng với khoảng cách từ trâm dao động, hiệu ứng này rõ rệt nhất khi trâm ở gần thành tủy.
Các tác động phi tuyến của chất lỏng dẫn đến một dòng (tia) ổn định (không dao động) theo hướng dao động, với vận tốc us

trong đó ω là tần số dao động (tính bằng Hz), y là biên độ dao động (tính bằng m) và R là bán kính của trâm (tính bằng m). Vận tốc tia thường là 1 m/s và tăng khi tăng biên độ hoặc công suất.
Phần ổn định này của dòng chảy thực tế là thực hiện công việc vận chuyển và trộn chất lỏng. Các tia cũng tác dụng áp suất (1 kPa) và ứng suất cắt (10 Pa) lên thành ống tủy, thậm chí ở khoảng cách tương đối lớn từ thiết bị, vận tốc của tia chỉ giảm dần khi tăng khoảng cách từ trâm. Các giá trị này có thể thấp hơn một hoặc hai bậc độ lớn so với các thành phần dao động, tùy thuộc vào độ gần với thành ống tủy – thứ có ảnh hưởng đáng kể đến dòng chảy. Áp lực cao nhất ở tâm tia nước; ứng suất cắt cao nhất ở ngoài tâm, cách dao động của trâm một khoảng cách bằng 0,1 lần khoảng cách giữa trâm dao động và thành ống tủy. Do có các tia này, hướng dao động của trâm cần được tính đến, đặc biệt khi làm sạch ống tủy hình bầu dục, eo và ống phụ.
Acoustic streaming tạo ra trên tất cả các mặt cắt ngang của các dụng cụ, mặc dù các chi tiết của acoustic streaming có thể thay đổi. Không thể tạo acoustic streaming hoặc cavitation (xem phần “cavitation”) trong sóng âm vì tần số và tốc độ dao động của nó quá thấp.
Cavitation (Xâm thực khí)
Trong quá trình dao động biên độ cao của thiết bị trong quá trình kích hoạt siêu âm, hiện tượng cavitation có thể được tạo ra. Cavitation được định nghĩa là sự tạo mầm, sự phát triển và sự sụp đổ của bong bóng trong chất lỏng.
Để tạo ra bong bóng hơi, ứng suất bên trong chất lỏng phải lớn hơn độ bền kéo của chất lỏng, vào khoảng 10^7 Pa đối với nước tinh khiết. Tuy nhiên, trong nước không tinh khiết (nước máy, nước cất), thường có các túi nhỏ (hạt nhân tạo bọt) chứa khí bám trên bề mặt thành hoặc các hạt, từ đó dễ tạo ra bọt khí hơn nhiều (quá trình này gọi là cavitation không đồng nhất , vì chỉ cần vượt qua áp suất khoảng 10^5 Pa (cộng với áp suất hơi 10^3 Pa). Vận tốc u cần thiết để tạo ra áp suất âm AP này trong chất lỏng có mật độ p có thể được ước tính từ hệ thức Bernoulli:

Trong nước, ngưỡng vận tốc là khoảng 15 m/s, điều này khả thi với các thiết bị siêu âm nội nha hiện nay, nhưng không khả thi với các thiết bị sóng âm.
Các bong bóng phát triển trong giai đoạn âm của sóng áp suất và xẹp xuống khi áp suất trở nên dương. Gần một thành cứng vững chắc, bong bóng có xu hướng sụp đổ theo hướng của thành. Ngoài ra, trong quá trình bong bóng sụp đổ bên cạnh một thành mềm (giống như màng sinh học bao phủ một thành tủy), vật liệu mềm có thể bị kéo từ thành về phía bong bóng.Dòng tia tốc độ cao (hàng trăm mét mỗi giây), với áp suất cục bộ 1 GPa và ứng suất cắt 1 MPa và sóng xung kích, được cho là đi kèm với hiện tượng bong bóng vỡ hay còn gọi là hiệu ứng búa nước.
Sự sụp đổ của bong bóng cũng có thể gây ra một vài bong bóng liên tiếp phát triển và sụp đổ cho đến khi nó bị dập tắt. Sự sụp đổ bong bóng quán tính mạnh mẽ được gọi là transient cavitation và có liên quan đến việc làm sạch bề mặt, liệu pháp y tế, xói mòn bề mặt và các tác động cơ học khác của việc làm sạch siêu âm. Trên thực tế, hiện tượng cavitation nghiêm trọng ở chân vịt tàu là hiện tượng khiến Rayleigh bắt đầu nghiên cứu động lực học của bong bóng.
Cavitation trên hoặc rất gần dụng cụ nội nha đã được quan sát thấy trong một số nghiên cứu, đặc biệt là ở những vùng có gradient tốc độ cao, chẳng hạn như gần các cạnh sắc của trâm có mặt cắt vuông (trâm cắt) (Hình 11.6). Tuy nhiên, sự đóng góp của nó vào việc làm sạch trong nội nha vẫn chưa rõ ràng. Các nghiên cứu trước đây đã loại trừ hiện tượng cavitation là một đóng góp đáng kể vào việc làm sạch ống tủy trong khi các bài báo gần đây với hệ thống siêu âm mới hơn lại cho thấy điều ngược lại. Hình ảnh tốc độ cao đã tiết lộ rằng một đám mây bong bóng tạo bọt được tạo ra xung quanh đầu thiết bị và các bong bóng nhỏ, đơn lẻ xuất hiện xung quanh các antinode khác trên thiết bị. Loại thứ hai đã được chứng minh là có hoạt tính hóa học siêu âm. Dụng cụ có hình dạng song song tạo ra nhiều bọt khí hơn xung quanh các antinode dọc theo dụng cụ. Khoảng cách hẹp hơn (tức là ống tủy hẹp hơn) sẽ làm tăng xâm thực khí. Chất bơm rửa có đặc tính hoạt động bề mặt, chẳng hạn như NaOCl, có thể ảnh hưởng đến sự hình thành và xẹp bong bóng và do đó dẫn đến đám mây bong bóng lớn hơn bao gồm các bong bóng nhỏ hơn nhiều. Tuy nhiên, trong các mô hình in-vitro, đám mây bong bóng chỉ sụp đổ ở gần trâm chứ không ở trên thành bên cạnh. Vì vậy, sự đóng góp của nó trong việc làm sạch ống tủy vẫn còn đang được tranh luận. Cơ chế hiệu quả làm sạch có thể khác khi thành răng chỉ bao gồm ngà răng hoặc khi nó được bao phủ bởi màng sinh học.

Bong bóng không nhất thiết phải sụp đổ. Các bong bóng chứa đầy khí có thể ổn định trong thời gian tương đối dài và dao động cùng với trường áp suất dao động do trâm dao động gây ra. Ngay cả khi bản thân trường áp suất này quá thấp để tạo ra bất kỳ hoạt động làm sạch nào, hiện tượng tạo bọt ổn định này có thể tăng cường dòng chảy và do đó làm sạch cục bộ đáng kể, thông qua dao động không ổn định của bong bóng. Hỗ trợ làm sạch bằng bong bóng tạo bọt ổn định đã được Jackson và Nyborg mô tả vào năm 1958 và gần đây cũng được quan sát gần một trâm nội nha dao động siêu âm gần một lớp hydrogel nhớt đàn hồi. Những bọt khí ổn định này có thể được tạo ra thông qua sự cuốn theo sự mất ổn định do trâm gây ra ở bề mặt tiếp xúc giữa chất bơm rửa và khí hoặc trong các phản ứng tạo khí của chất bơm rửa với vật liệu hữu cơ.
Các bong bóng ổn định dao động tối ưu khi chúng cộng hưởng với siêu âm, trong nước có thể xấp xỉ bằng:

Đối với siêu âm có tần số f = 30 kHz, bong bóng được điều khiển tối ưu khi chúng có bán kính R = 100 µm. Khi các bong bóng ổn định tan chậm theo thời gian, hành vi của chúng phụ thuộc vào thời gian, đó là lý do tại sao thời gian nghỉ giữa các lần kích hoạt siêu âm (hoặc các xung) có thể quan trọng.
Bơm rửa kích hoạt bằng laser
Động học của LAI đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng hình ảnh tốc độ cao cho thấy sự hình thành và nổ tung của bong bóng hơi lớn ở đầu sợi, được tạo ra bởi sự hấp thụ năng lượng laser và làm nóng nhanh chất bơm rửa (Hình 11.7). Kích thước của bong bóng do tia laser tạo ra phụ thuộc vào năng lượng đầu ra, thời lượng xung và tần số của tia laser cũng như tiết diện hấp thụ của chất bơm rửa đối với bước sóng của tia laser. Sự sụp đổ của bong bóng do tia laser gây ra sẽ kéo chất lỏng từ phần cổ và phần chóp về phía tâm bong bóng và do đó tạo ra vận tốc chất lỏng vài mét mỗi giây. Dòng chảy này liên quan đến ứng suất cắt mạnh (ở mức 1 kPa) trên thành tủy, thuận lợi cho việc làm sạch. Giai đoạn cuối cùng của sự vỡ bong bóng cũng được quan sát thấy tạo ra một làn sóng xung kích gây ra hiện tượng tạo bọt khắp ống tủy, điều này có thể tăng cường hơn nữa khả năng làm sạch thành ống tủy. Hơn nữa, các bong bóng ổn định đã có sẵn trong ống tủy được thúc đẩy bởi sự thay đổi áp suất do sự phát triển và xẹp xuống của bong bóng do tia laser gây ra và do đó có thể tăng cường dòng chảy cục bộ và quá trình làm sạch liên quan. Cơ chế làm sạch chính xác trong LAI hoặc PIPS chưa được làm rõ đầy đủ.

Sự phát triển và xẹp của bong bóng một lần nữa có thể bị ảnh hưởng bởi các chất bơm rửa hoạt động bề mặt như NaOCI, chất này đã được chứng minh là dẫn đến nhiều bong bóng hơn và nhỏ hơn so với nước.
Dòng bơm rửa trong các ống tủy bên, phần mở rộng hình bầu dục, eo và ống ngà
Các phần mở rộng của ống tủy chính, chẳng hạn như các ống tủy bên, các nhánh ở vùng chóp, eo thắt và ống ngà thường khó làm sạch vì chất bơm rửa không dễ dàng xâm nhập vào các vùng đó. Hệ thống bơm rửa tạo ra dòng bơm rửa song song với thành ống tuỷ, chẳng hạn như hệ thống ống tiêm và áp suất âm, chỉ tạo ra sự đối lưu vào ống tủy bên với khoảng cách gấp đôi đường kính lối vào của nó (Hình 11.8). Vận chuyển nước bơm rửa vượt quá điểm này được thúc đẩy bởi sự khuếch tán và do đó chậm. Sự khuếch tán của chất bơm rửa vào ống tủy bên có thể được cải thiện bằng cách tăng nồng độ hoặc nhiệt độ của chất bơm rửa.
Việc vận chuyển chất bơm rửa vào ống tủy bên cũng có thể được tăng cường bằng cách cải thiện sự đối lưu, do đó phải có dòng chảy hướng tới ống tủy bên. Dòng chảy bên có thể được tạo ra bởi các hệ thống kích hoạt bằng âm , siêu âm hoặc laser, do đó tăng cường hòa tan mô ở các ống tủy bên, hòa tan mô hoặc loại bỏ một phần mảnh vụn khỏi eo thắt, hoặc loại bỏ mảnh vụn khỏi phần mở rộng hình bầu dục . Hơn nữa, dòng chảy vi mô gây ra bởi kích hoạt siêu âm và bởi các bong bóng được tạo ra bởi kích hoạt siêu âm và laser có thể tăng cường sự đối lưu gần lối vào ống tủy bên và do đó làm tăng vận chuyển chất bơm rửa trong các ống tủy đó.
Tính chất vật lý của chất bơm rửa
Dòng chất bơm rửa bị ảnh hưởng bởi các đặc tính vật lý của chất bơm rửa, cụ thể là mật độ, độ nhớt, góc tiếp xúc, đặc tính làm ướt và sức căng bề mặt. Các đặc tính của chất bơm rửa nội nha rất giống với đặc tính của nước cất, điều này có thể được giải thích là do chất bơm rửa chủ yếu là dung dịch nước. Sức căng bề mặt của chất bơm rửa nội nha đã được nghiên cứu rộng rãi hơn mạnh mẽ hơn hai thuộc tính còn lại, theo giả định rằng nó có thể có tác động đáng kể đến sự thâm nhập chất bơm rửa vào ống ngà và ống tủy phụ và đến sự hòa tan mô tủy. Việc bổ sung các chất làm ướt (chất hoạt động bề mặt) vào các dung dịch bơm rửa thường được sử dụng cũng được đề xuất để giảm sức căng bề mặt của chúng, mặc dù nồng độ chính xác của chúng trong dung dịch hiếm khi được báo cáo (vì chúng cực kỳ khó định lượng). NaOCl với các hóa chất khác, như rượu, để giảm sức căng bề mặt sẽ làm giảm tác dụng của nó. Trong khi mật độ và độ nhớt luôn ảnh hưởng đến dòng chảy thì ảnh hưởng của sức căng bề mặt chỉ quan trọng khi có mặt hai chất lỏng không thể trộn lẫn (ví dụ: chất bơm rửa và không khí). Tuy nhiên, ngà răng có tính ưa nước và các ống ngà có thể chứa dịch ngà có tính chất lỏng tương tự như nước, chất này có thể sẽ ngâm trực tiếp vào thành ống tủy, hạn chế tác dụng của chất hoạt động bề mặt vì hai chất lỏng này có thể trộn lẫn với nhau. Các nghiên cứu gần đây cũng báo cáo rằng chất hoạt động bề mặt không tăng cường khả năng hòa tan mô tủy của NaOCl hoặc khả năng của các chất thải thông thường để loại bỏ canxi khỏi ngà răng hoặc lớp mùn. Ngược lại, có vẻ như việc sử dụng chất bơm rửa có độ căng bề mặt giảm trong ống nghiệm có thể dẫn đến sự thâm nhập sâu hơn của lớp mùn vào ống ngà. Sự hiện diện của bong bóng khí chiếm phần chóp của ống tủy đã được chứng minh một phần trong ống nghiệm và in-vivo. Trong trường hợp như vậy, sức căng bề mặt có thể quan trọng đối với dòng chất bơm rửa.
5. Tăng hiệu ứng hóa học nhờ bơm rửa kích hoạt bằng sóng âm, siêu âm và laser
Chất bơm rửa bị bất hoạt về mặt hóa học sau phản ứng của chúng với ngà răng, vi sinh vật hoặc màng sinh học, tàn dư mô hoặc chính chất bơm rửa, và do đó cần phải trộn với chất bơm rửa mới. Việc trộn chất bơm rửa liên quan đến việc vận chuyển chất bơm rửa, có thể diễn ra bằng cách khuếch tán hoặc đối lưu (dòng chảy). Khuếch tán là kết quả của sự chuyển động ngẫu nhiên của từng hạt (phân tử/ion) trong chất lỏng. Quá trình này diễn ra chậm và phụ thuộc (trong số những yếu tố khác) vào gradient nhiệt độ và nồng độ hiện tại. Mặt khác, đối lưu là một cơ chế vận chuyển nhanh hơn và hiệu quả hơn trong đó các phân tử được vận chuyển bằng chuyển động của chất lỏng. Sự đối lưu góp phần phân phối, làm mới và trộn chất bơm rửa hiệu quả. Do đó, dòng chảy và pha kích hoạt của kỹ thuật kích hoạt chất bơm rửa hỗ trợ kích hoạt hóa học thông qua sự đối lưu và khuếch tán của các phân tử/ion của chất bơm rửa; trong giai đoạn nghỉ, sự khuếch tán chiếm ưu thế.
Để đạt được tác dụng hóa học tối ưu của chất bơm rửa, chúng phải được phân phối khắp hệ thống ống tủy và được làm mới cũng như trộn một cách hiệu quả. Quá trình này có thể được đặc trưng bằng số Damköhler (giây), được định nghĩa là tỷ lệ giữa thời gian vận chuyển chất bơm rửa điển hình và thời gian phản ứng.
Gần đây người ta đã chứng minh rằng số Damköhler ở vùng chóp trong quá trình bơm rửa bằng kim tiêm có lỗ mặt bên cao hơn 1, cho thấy rằng sự vận chuyển chất lỏng quá chậm để đảm bảo cung cấp đầy đủ chất bơm rửa. Hệ thống kích hoạt bơm rửa có thể cải thiện việc phân phối khắp hệ thống ống tuỷ (thời gian vận chuyển bơm rửa) và làm mới/pha trộn chất bơm rửa bằng cách tạo ra sự đối lưu bổ sung.
Tốc độ phản ứng của chất bơm rửa với màng sinh học, mô tủy hoặc thành ống tủy (ngà răng và lớp mùn) rất quan trọng để dự đoán tác dụng hóa học của nó. Thật không may, đối với các chất bơm rửa nội nha điển hình, chỉ có tốc độ phản ứng của NaOCl với ngà răng được biết đến.
Trong tài liệu, không có báo cáo nào về ảnh hưởng của kích hoạt âm đến tác dụng hóa học của chất bơm rửa. Mặt khác, kích hoạt bằng laser hoặc siêu âm sẽ làm tăng tốc độ phản ứng của NaOCl với ngà răng, cũng như làm tăng nồng độ. Ảnh hưởng của việc kích hoạt cũng được quan sát thấy trong giai đoạn nghỉ. Sự gia tăng như vậy sẽ giảm dần theo thời gian trong quá trình phản ứng. Tác dụng hiệp đồng tương tự của NaOCl và siêu âm trong việc làm tan mô hoặc loại bỏ các mảnh vụn ngà răng khỏi ống tủy đã được báo cáo trong tài liệu. Ảnh hưởng của hoạt hóa chất bơm rửa có thể là do tác dụng hóa âm và/hoặc làm mới/pha trộn chất bơm rửa, hoặc do sự hình thành các bong bóng nhỏ khi NaOCl tiếp xúc với mô hữu cơ. Tuy nhiên, cơ chế làm sạch chính xác là vẫn chưa biết.
Độ pH cũng có thể góp phần vào tốc độ phản ứng, mặc dù tác dụng đệm của ngà răng có thể bù đắp cho tác động này.
Với ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), sự thâm nhập vào ống ngà trong buồng tủy được cải thiện sau khi kích hoạt siêu âm được báo cáo, nhưng nguyên nhân vẫn chưa được làm sáng tỏ. Các phản ứng hóa âm có thể bị loại trừ vì chúng không dễ dàng đạt được vì cần có năng lượng cao để thúc đẩy các phản ứng hóa âm trong EDTA.
6. Khuyến nghị về quy trình lâm sàng
Giao thức kích hoạt bơm rửa
Một quy trình bơm rửa có thể áp dụng dễ dàng cho sóng âm, siêu âm hoặc LAI là “Intermittent Flush Technique” được mô tả lần đầu tiên bởi Cameron. Đầu tiên, chất bơm rửa được đưa vào ống tủy bằng ống bơm rửa. Sau đó, chất bơm rửa được kích hoạt bên trong ống tủy, cho phép phá vỡ chất nền khỏi thành ống tủy. Sau khi kích hoạt, ống tủy được rửa sạch bằng cách bơm ống tiêm để loại bỏ chất nền bị bong ra khỏi thành ống tủy.
Một quy trình khác bao gồm dòng chất bơm rửa liên tục xuyên qua hoặc dọc theo tay khoan hoặc sợi vào buồng tủy. Sau đó, chất bơm rửa phải chảy từ buồng tủy hoặc cổ ống tuỷ đến chóp bằng cách kích hoạt dụng cụ âm/siêu âm/laser, nhờ đó tăng cường đưa chất bơm rửa vào ống tủy (phía chóp).
Ngoài ra còn có kim (cỡ 23-30) trên thị trường cho phép dòng chất bơm rửa liên tục chảy qua kim trong ống tủy trong quá trình kích hoạt (siêu) âm của kim. Những chiếc kim này cho phép cung cấp dịch rửa, làm mới và kích hoạt cùng một lúc.
Các quy trình bơm rửa có hiệu quả nhất khi ống tủy đã được định hình cho đến MAF, vì có nhiều không gian hơn trong ống tủy cho các hiệu ứng động học của chất lỏng. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là các phác đồ này không thể được sử dụng hoặc sẽ không hiệu quả trong suốt quá trình điều trị tủy.
Kích hoạt sóng âm
Việc bơm rửa kích hoạt bằng sóng âm có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các tay khoan có thể điều khiển các thiết bị ở tần số sóng âm. Theo truyền thống, chỉ có sẵn các trâm cắt. Ngày nay, có một số hệ thống kích hoạt sóng âm mới trên thị trường như Hệ thống EndoActivator® hoặc Vibringe®. Hệ thống EndoActivator cho phép thay đổi công suất và tần số cũng như kích thước của đầu tip polymer để không cắt vào thành ống tủy. Nhà sản xuất khuyên nên đưa chất bơm rửa vào ống tủy bằng cách bơm rửa ống tủy sau khi tạo được “hình dạng thuôn nhọn hoàn toàn”. Chất bơm rửa được kích hoạt trong 30-60 giây bằng cách nhảy theo các bước ngắn 2-3 mm (Hình 11.11).

Vibringe là một hệ thống phân phối chất bơm rửa sử dụng kim dao động sóng âm để đưa chất bơm rửa vào ống tủy. Vibringe có thể được sử dụng trong suốt toàn bộ quy trình điều trị tủy răng.
Kích hoạt siêu âm
Để kích hoạt siêu âm, hầu hết các thiết bị siêu âm hiện có trong phòng khám đều có thể được sử dụng, kết hợp với nhiều loại dụng cụ. Đôi khi, cần có chuck hoặc hệ thống bơm rửa đặc biệt. Các dụng cụ dành cho tất cả các giao thức kích hoạt nêu trên đều có sẵn. Chúng có thể được đưa vào cách chiều dài làm việc 1-2 mm (ngoại trừ một số kim được kích hoạt bằng siêu âm) hoặc đến đoạn cong mạnh để ngăn tiếp xúc mạnh với thành ống tủy. Đối với “Intermittent Flush Technique”, trình tự ba lần 10 giây dường như thuận lợi để loại bỏ mảnh vụn ngà răng. Để “flush” liên tục, thời gian thường là 1 phút. Để có hiệu quả làm sạch tối ưu đối với phần mở rộng hình bầu dục, eo thắt và ống tủy bên đã xác định được vị trí, dụng cụ nên được để dao động về phía các khu vực này nếu có thể (Hình 11.12).

Hiện tại, nên sử dụng cài đặt cường độ thấp của năng lượng siêu âm để ngăn ngừa gãy dụng cụ. Thông thường, dụng cụ bị gãy sẽ dễ dàng chảy ra khỏi ống tủy. Dụng cụ không cắt có sẵn có thể được được sử dụng an toàn trong ống tủy. Nên tránh để trâm tiếp xúc mạnh với thành ống tuỷ.
Kích hoạt laser
Đối với các hệ thống laser LAI, Er:YAG hoặc ErCrYSGG hiện có trên thị trường. Có thể sử dụng “Intermittent Flush Technique” hoặc dòng chảy liên tục vào buồng tủy. Sợi laser có thể được đưa vào ngắn hơn chiều dài làm việc 1-2 mm và di chuyển theo chiều dọc trong phần ba chóp. Nó cũng có thể được đặt trong buồng tủy ngay phía trên miệng ống tủy. Loại thứ hai đã được quy định cho sợi thông thường và cho sợi được thiết kế đặc biệt (PIPS) (Hình 11.13).

Các thiết bị laser có sẵn trên thị trường cho phép thay đổi kích thước và loại sợi quang, tần số lặp xung (PRF), năng lượng xung và độ dài xung. De Groot và cộng sự báo cáo cài đặt tối ưu là sự kết hợp của công suất thấp (80 mJ) mỗi xung và PRF là 15 Hz. Đã có báo cáo về việc mất đáng kể chất bơm rửa từ buồng tủy khi cài đặt năng lượng cao hơn 120 mJ mỗi xung, làm giảm hiệu quả của quy trình bơm rửa.
Đối với kỹ thuật PIPS, cài đặt năng lượng được đề xuất thậm chí còn thấp hơn: 10 mJ. Sợi PIPS được đặt ở miệng ống tủy sau khi làm đầy hệ thống ống tủy và buồng tủy bằng chất bơm rửa. Có sự thất thoát chất bơm rửa nghiêm trọng trong quá trình kích hoạt; do đó, cần có dòng chất bơm rửa liên tục trong buồng tủy trong quá trình kích hoạt.
7. Ảnh hưởng của hệ thống kích hoạt đến quy trình khử trùng
Để kết luận, kích hoạt siêu âm và laser đóng góp tích cực cho cả khía cạnh cơ học và hóa học của quá trình bơm rửa. Tuy nhiên, người ta không biết chính xác điều này sẽ góp phần ở mức độ nào vào quá trình khử trùng và liệu nó có cải thiện kết quả của việc điều trị không. Cả hai hệ thống đều có khả năng phá vỡ hoặc loại bỏ màng sinh học, nhưng chúng có thể loại bỏ màng sinh học khỏi thành ống tủy ở mức độ nào và ở những vùng xa xôi hơn như những phần mở rộng hình bầu dục, các ống tủy bên và các ống ngà thì không được biết đến. Mô hình màng sinh học nội nha hiện có thì không đáng tin cậy cho nghiên cứu. AP là một bệnh đa yếu tố, và, do đó, việc chữa lành nó phụ thuộc vào nhiều khía cạnh, không chỉ về việc bơm rửa nước trong quá trình nội nha. Từ nghiên cứu lâm sàng, rõ ràng rằng chiều dài và chất lượng của việc trám bít ống tủy là hai trong số ít yếu tố nguy cơ rõ ràng.
Tuy nhiên, ảnh hưởng của chế độ bơm rửa, giải phẫu ống tủy phức tạp (chia ống tủy vùng chóp và ống ngà ), cấu trúc của màng sinh học, màng sinh học bên ngoài chóp chân răng ảnh hưởng đến kết quả nội nha không được biết đến vì dữ liệu từ các thử nghiệm ngẫu nhiên có kiểm soát (RCT) còn thiếu. Gần đây, RCT đã chứng minh rằng thiết bị hỗ trợ bơm rửa siêu âm không mang lại hiệu quả đáng kể hơn so với ống bơm rửa. Điều này có thể chỉ ra rằng chúng ta cần tăng cường hơn nữa các tính năng cơ học và hóa học của quy trình bơm rửa hoặc các yếu tố ảnh hưởng khác quan trọng hơn trong việc xác định kết quả nội nha. Cần nhiều RCT hơn để trả lời những câu hỏi này.
Nguồn: Cohenca, N. (2014). Disinfection of root canal systems: The treatment of apical periodontitis. John Wiley & Sons, Inc.
Tự học RHM
Website: https://tuhocrhm.com/
Facebook: https://www.facebook.com/tuhocrhm
Instagram: https://www.instagram.com/tuhocrhm/