Dr. Michael Drefs

Die Desinfektion des Wurzelkanalsystems bestimmt entscheidend die Prognose endodontischer Behandlungen. Aufgrund der großen Anzahl der im infizierten Wurzelkanal vorhandenen Keimspezies gilt es, ein Desinfektionsmedium beziehungsweise eine Desinfektionsmethode mit möglichst großem antimikrobiellem Wirkspektrum zu verwenden. Autor Dr. Michael Dress stellt in seinem Beitrag für die Endodontie 1/18 kaltes Atmosphärendruckplasma als eine neue und vielversprechende Behandlungsoption zur Desinfektion des Wurzelkanals vor, die wegen ihres unspezifischen Wirkmechanismus und des breiten Spektrums an Wirkkomponenten sowohl Bakterien als auch Viren und Pilze abtötet. Die Fähigkeit des gasförmigen Plasmas, in kleinste Nischen vorzudringen, ermöglicht es auch, Isthmen, Ramifikationen und andere schwer instrumentierbare Hohlräume innerhalb des Wurzelkanalsystems zu erreichen und zu desinfizieren. Nebenwirkungen des Plasmas sind nicht bekannt. Bis zur klinischen Anwendung kalter Atmosphärendruckplasmen in der Endodontie sind jedoch weitere Untersuchungen und einige Weiterentwicklungen der Plasmageräte erforderlich, da die bisherige Größe des Handstückes und zum Teil auch das Design der Instrumentenspitze für den Einsatz im Wurzelkanal unzureichend erscheinen.

Fast jede zahnärztliche Maßnahme tangiert das endodontische System, und jährlich ca. zehn Millionen in Deutschland durchgeführte Wurzelkanalbehandlungen belegen den Stellenwert der Endodontie in der Zahnmedizin. Die Zeitschrift „Endodontie“ hält ihre Leser dazu „up to date“. Sie erscheint vier Mal im Jahr und bietet praxisrelevante Themen in Übersichtsartikeln, klinischen Fallschilderungen und wissenschaftlichen Studien. Auch neue Techniken und Materialien werden vorgestellt. Schwerpunkthefte zu praxisrelevanten Themen informieren detailliert über aktuelle Trends und ermöglichen eine umfassende Fortbildung. Die „Endodontie“ ist offizielle Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Endodontologie und zahnärztliche Traumatologie (DGET), des Verbandes Deutscher Zertifizierter Endodontologen (VDZE) und der Österreichischen Gesellschaft für Endodontie (ÖGE). Abonnenten erhalten kostenlosen Zugang zur Online-Version (rückwirkend ab 2003 im Archiv) und zur App-Version. Mehr Informationen zur Zeitschrift, zum Abonnement und kostenlosen Probeexemplaren im Quintessenz-Shop.

Die Elimination der Mikroorganismen sowohl in Form eines intrakanalären Biofilms als auch in planktonischer Form aus dem Wurzelkanal ist der entscheidende Faktor für den Erfolg der endodontischen Behandlung, da die intrakanaläre Infektion übereinstimmend als Hauptursache für die apikale Parodontitis identifiziert werden konnte¹. Hierzu bedarf es neben der mechanischen Entfernung insbesondere der chemischen Desinfektion des Wurzelkanalsystems. Von großer Bedeutung ist das breite Spektrum an Mikroorganismen, das im kontaminierten Wurzelkanalsystem zu finden ist. Während primäre endodontische Infektionen etwa 10 bis 30 verschiedene Keimspezies beherbergen, sind es in sekundären Infektionen für gewöhnlich etwas weniger^2–7. Die Gesamtzahl aller bisher im Wurzelkanalsystem isolierten Keimspezies beträgt mehr als 300. Ein Leitkeim, der in nahezu jeder endodontischen Infektion nachgewiesen werden kann, existiert jedoch nicht⁸. Mit dem Wissen, dass sich etwa 50 Prozent der mikrobiellen Mundflora bis heute noch gar nicht kultivieren lassen⁹, kann vermutet werden, dass noch zahlreiche weitere endodontische Pathogene das infizierte Wurzelkanalsystem besiedeln.

Breites Keimspektrum

Aufgrund der außerordentlich großen Zahl an Mikroorganismen, die für die endodontische Infektion verantwortlich gemacht werden können, gilt es, eine Desinfektionsmethode beziehungsweise ein Desinfektionsmedium zu nutzen, das möglichst das gesamte breite Spektrum an endodontischen Pathogenen bekämpft. Derzeit wird versucht, die Dekontamination des Wurzelkanalsystems mit medikamentösen Einlagen ( Ca(OH)₂ oder antibiotikahaltige Präparate), geeigneten Desinfektionslösungen (NaOCl, CHX) sowie entsprechenden Aktivierungsmethoden (Schall- oder Ultraschallaktivierung) zu erreichen. Auch neuere und innovative Verfahren wie Laser- und Ozonbehandlungen, PIPS oder photodynamische Therapieansätze wurden in die Endodontie eingeführt, um die Desinfektion des Wurzelkanalsystems zu optimieren. Der zusätzliche Nutzen dieser Verfahren ist jedoch teilweise umstritten. 

Die Entwicklung des kalten Atmosphärendruckplasmas und dessen Einführung in die Zahnmedizin, insbesondere in die Endodontie ist ein vielversprechender Ansatz zur intrakanalären Desinfektion. Das unspezifische Wirkspektrum des Plasmas ermöglicht sowohl die Bekämpfung von Bakterien als auch die Inaktivierung von Viren und Pilzen.

Abb. 1 Vereinfachte schematische Darstellung eines Plasmajets.

Begriffsklärung „Plasma“

Der Begriff „Plasma“ im physikalischen Kontext steht für einen besonderen, angeregten Gaszustand und wird vielfach als vierter Aggregatzustand bezeichnet¹⁰. Durch Energiezufuhr in Form von Wärme oder starken elektrischen Feldern wird ein Gas teilweise oder vollständig ionisiert. Daraus resultiert die Herauslösung von Elektronen aus den Gasatomen beziehungsweise -molekülen, was zur Entstehung ionisierter Atome und frei beweglicher Elektronen führt. Das entstandene Plasma ist somit ein elektrisch leitfähiges Medium, das sich durch eine erhöhte Reaktivität auszeichnet. Charakteristisch ist die Emission elektromagnetischer Strahlung – insbesondere von UV-Strahlung und sichtbarem Licht –, Wärme, elektrischer Felder sowie die Entsendung reaktionsbereiter Ionen, Elektronen und neutraler reaktiver Spezies, sogenannter Radikale¹¹. Je nach Gaszusammensetzung, Energiezufuhr und Druckverhältnis kann auch die Zusammensetzung des jeweiligen Plasmas variieren. Besonders die Komponenten UV-Strahlung, elektrische Felder und reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies (ROS und RNS) scheinen für die hohe Wirksamkeit des Plasmas verantwortlich zu sein¹². Für den Einsatz von Plasma in der Endodontie eignen sich sogenannte Plasmajets (Abb. 1), die eine strahlenförmige Entsendung des Plasmas in Richtung der zu behandelnden Oberfläche (zum Beispiel der Wurzelkanalwand) ermöglichen¹³. Als Arbeitsgas wird üblicherweise Argon oder Helium verwendet, das sich nach seiner Entsendung mit Gasen der Umgebungsluft (hauptsächlich Sauerstoff und Stickstoff) vermischt und mithilfe der energetischen Elektronen und weiterer Komponenten des Plasmas einen wirksamen „Cocktail“ ergibt. Die Kollision der energetischen Elektronen des Arbeitsgases mit den Sauerstoff- und Stickstoffatomen der Umgebungsluft führt zur Bildung reaktiver Spezies (ROS und RNS) sowie geladener Partikel, die letztendlich die Wirkung des Plasmas mitbestimmen¹⁴. Durch eine gezielte Ausrichtung des Handstücks kann der Plasmastrahl in Laborversuchen bereits direkt in den Wurzelkanal appliziert werden, wo die Wirkung des Plasmas untersucht werden kann. Oftmals kann das Plasma sogar direkt im Wurzelkanal generiert werden, was die Verfügbarkeit der aktiv wirkenden Komponenten des Plasmas im Wurzelkanal erhöht¹³.

Antimikrobielle Wirkung des Plasmas

Die Entwicklung geeigneter Plasmageräte für den Einsatz im Wurzelkanal könnte einen zusätzlichen Beitrag zur Desinfektion des Wurzelkanalsystems leisten, da bekannt ist, dass Plasma Mikroorganismen und Viren nicht nur inaktiviert oder abtötet, sondern organisches Material auch vollständig entfernt werden kann¹⁰. Es wurde nachgewiesen, dass Plasma sowohl gegen grampositive als auch gegen gramnegative Bakterien wirkt, unabhängig davon, ob sie in planktonischer, vegetativer oder adhärenter Form vorliegen^15–18. Allerdings scheinen gramnegative Keime empfindlicher gegenüber Plasma zu sein als grampositive^19,20. Auch gegen Hefen und Pilze wurde die Wirksamkeit von kaltem Atmosphärendruckplasma beobachtet. Aufgrund des unspezifischen Wirkmechanismus sind außerdem bisher keine Resistenzbildungen von Mikroorganismen gegen kaltes Plasma bekannt²¹. Weiterhin wurde gezeigt, dass Plasma auch gegen multiresistente Keime erfolgreich eingesetzt werden kann^22–24. Selbst künstlich hergestellte Biofilme ließen sich partiell durch Plasmabehandlung oberflächlich abtöten oder signifikant reduzieren¹⁰. Der genaue Wirkmechanismus ist zwar noch nicht endgültig geklärt, es ist aber davon auszugehen, dass das breite Spektrum der Wirkspezies zu einer Aufsummierung führt, die eine hochpotente keimabtötende Wirkung des Plasmas nach sich zieht. Die antimikrobiellen Wirkspezies sind im Einzelnen¹⁰: 

• reaktive oxidative und nitrogene Spezies (ROS und RNS) 
• Bildung freier Radikale
• Bildung von Ionen
• elektrische Felder
• Elektronenfreisetzung
• UV-Strahlung.

Die Summe dieser Eigenschaften des Plasmas resultiert in einer Oxidation von Zellwand und DNA der Mikroorganismen, was letztendlich den keimtötenden Effekt zur Folge hat²⁵. Plasmainduzierte Brüche der Bakterienzellwand wurden auch in weiteren Studien nachgewiesen²⁶. Weiterhin wurden Brüche in der Zellmembran der mit Plasma behandelten Mi­kroorganismen beobachtet²⁷. Bezüglich der Biofilm­in­aktivierung werden außerdem durch das Plasma induzierte elektrostatische Störungen der bakteriellen Zellmembran genannt, die einen desinfizierenden Effekt bewirken sollen²⁸. Zusätzlich sollen Oberflächenablösungen der bakteriellen Zellmembran aus der Aktivität des Plasmas resultieren²⁹. Bereits wenige Sekunden Plasmaexposition genügten, um in vitro alle medizinisch relevanten Kontaminations-, Besiedelungs- und Infektionserreger mit den bereits zugelassenen und zur Verfügung stehenden Gerätesystemen zuverlässig abzutöten¹⁰. Durch die Kombination aller Wirkkomponenten ist es möglich, mit einer deutlich geringeren Dosis im Vergleich zu den jeweiligen Einzelverfahren (zum Beispiel UV-Bestrahlung) auszukommen. Dies hat zur Folge, dass die Wahrscheinlichkeit des Auftretens unerwünschter Wirkungen vermindert ist. Jede Einzelkomponente für sich allein brächte Nebenwirkungen mit sich, würde sie in klinisch wirksamer Dosis eingesetzt.

Abb. 2 Mikro-CT-Aufnahme eines Unterkiefermolaren in der Ansicht von mesiolingual. Die Isthmen (gelber Pfeil) und apikalen Ramifikationen (roter Pfeil) konnten durch die mechanische Instrumentation (rot eingefärbte Areale) nicht erreicht werden.

Abb. 3 Ansicht desselben Molaren von distolingual. Der ovale Querschnitt des distalen Wurzelkanals ließ sich nur unzureichend mechanisch bearbeiten, die grün eingefärbten Bereiche wurden durch die Aufbereitungsinstrumente nicht erreicht.

Anwendung in der Endodontie

Zahlreiche Untersuchungen zeigten, dass die mechanische Entfernung von infiziertem Dentin aus dem Wurzelkanal nur eingeschränkt zu realisieren ist, da die Wurzelkanalinstrumente häufig weniger als 50 Prozent der Wurzelkanaloberfläche bearbeiten, insbesondere wenn ovale Kanalquerschnitte vorliegen^30,31 (Abb. 3). Die Hälfte der Wurzelkanaloberfläche bleibt somit oftmals mechanisch unberührt, sodass Biofilm und kontaminierte Dentintubuli zurückbleiben (Abb. 2 und 3). Zahlreiche Desinfektionsmedien und -techniken kamen bislang in der Endodontie mit mehr oder weniger gutem Erfolg zum Einsatz, weiterhin wurden Laserbehandlungen und auch die Anwendung von Ozon zur Keimreduzierung im Wurzelkanalsystem in die Endodontie eingeführt. Aufgrund seiner gewebeauflösenden Eigenschaften und seines breiten antimikrobiellen Keimspektrums gilt NaOCl als Goldstandard hinsichtlich der zu verwendenden Desinfektionsmedien. Allerdings birgt die Nutzung von NaOCl auch Gefahren, da überpresste Spülflüssigkeit zytotoxische Wirkungen entfalten oder allergische Reaktionen hervorrufen kann³². Außerdem ist ungewiss, inwieweit applizierte NaOCl-Lösung in der Lage ist, Mikroorganismen in Isthmen, Seitenkanälen, Ramifikationen oder den infizierten Dentintubuli adäquat zu beseitigen, da unter anderem die Oberflächenspannung der Spüllösung das Eindringen in feinste Hohlräume verhindert. Trotz der vielfältigen zur Verfügung stehenden Desinfektionsmöglichkeiten ist in etwa 10 % der endodontischen Behandlungen mit einem Misserfolg zu rechnen, der in den meisten Fällen auf im Wurzelkanalsystem verbliebene Bakterien zurückzuführen ist³³.

Abb. 4 Das Plasma scheint sich auch im gekrümmten Wurzelkanal gut ausbreiten zu können.

Die Einführung kalter Atmosphärendruckplasmen in die Endodontie stellt einen vielversprechenden Ansatz zur Optimierung der intrakanalären Desinfektion dar. Insbesondere die Fähigkeit des Plasmas, aufgrund seiner Gasphase auch in kleinste Nischen und schmale, schwer instrumentierbare Bereiche vorzudringen und dort antimikrobiell wirksam zu sein, macht es für die Anwendung im Wurzelkanalsystem interessant¹³. Der in den Wurzelkanal gerichtete Plasmastrahl scheint außerdem in moderat gekrümmten Kanälen auch apikal der Krümmung antimikrobiell zu wirken²⁶ (Abb. 4). Es wurde nachgewiesen, dass sich nicht nur planktonische Bakterien, sondern auch Biofilme innerhalb des Wurzelkanalsystems durch Plasmabestrahlung vollständig zerstören lassen, wenn eine Plasmabehandlung von mindestens zehn Minuten erfolgt^14,27. Selbst polymikrobieller Biofilm, der deutlich schwerer zu beseitigen ist als Biofilm-Monokulturen, lässt sich durch die Anwendung mit Plasma nachweislich inaktivieren, auch wenn eine vollständige Desinfektion insbesondere tieferer Bereiche des Wurzelkanalsystems ausbleibt³⁴. Infizierte Dentintubuli der Wurzelkanalwand lassen sich ebenfalls mithilfe der Plasmabehandlung desinfizieren^27,35. Je weiter die Plasmaquelle vom Biofilm entfernt ist, desto geringer ist jedoch die Desinfektionsleistung. Allerdings ist auch in weiter entfernten Bereichen zumindest eine Reduzierung der Zahl der Mikroorganismen zu beobachten²⁷. Lu et al. berichten von einem Gerät, welches das Plasma direkt im Wurzelkanal generiert, sodass die kurzlebigen Wirkspezies auch tiefer im Wurzelkanal wirksam werden können¹³. Die Inaktivierung der Keime wird neben angeregten Spezies, geladenen Teilchen und der UV-Strahlung, maßgeblich den reaktiven Sauerstoffspezies zugeschrieben^14,36. So gelingt auch die Inaktivierung und Abtötung von „endodontischen Problemkeimen“ wie Enterococcus faecalis^13,26,37 und Pilzen wie Candida albicans³⁸, die gegenüber den konventionellen Desinfektionsmethoden teilweise sehr resistent zu sein scheinen und oftmals für das Scheitern endodontischer Behandlungen verantwortlich gemacht werden. Enterococcus faecalis beispielsweise ist resistent gegenüber Ca(OH)₂ und kann durch NaOCl oder CHX oft nur beseitigt werden, wenn die jeweilige Spüllösung im direkten Kontakt mit dem Keim steht³⁹. Vergleichende Untersuchungen zur Desinfektionsleistung verschiedener antimikrobieller Spülmedien bestätigen die plasmainduzierte Abtötung von intrakanalärem Biofilm^34,35. Während Üreyen Kaya et al.³⁵ ähnlich gute Ergebnisse für NaOCl und kaltes Plasma zeigten, beobachteten Schaudinn et al.³⁴ eine Überlegenheit von NaOCl gegenüber der Plasmabehandlung. Der Vergleich zwischen Plasmabehandlung und medikamentöser Einlage mit Ca(OH)₂ weist darauf hin, dass die antimikrobielle Wirksamkeit des Plasmas bei Behandlungszeiten von mindestens acht Minuten effektiver ist als die konventionelle Ca(OH)₂-Einlage²⁷. Allerdings diente als getestete Keimspezies ein Enterococcus faecalis-Biofilm, der bekanntlich weniger sensitiv auf Ca(OH)₂-Präparate reagiert. Ein weiterer Vergleich zwischen der Applikation von Ozon gegenüber der NaOCl-Spülung beziehungsweise kaltem Plasma zeigte signifikant schlechtere Ergebnisse der Ozonbehandlung gegenüber den beiden anderen Desinfektionsalternativen³⁵. Die Untersuchungen von Üreyen Kaya et al.³⁵ zeigten außerdem, dass der antimikrobielle Effekt des Plasmas im mittleren Wurzeldrittel größer zu sein scheint als im koronalen Drittel. Kim et al. erklären dies damit, dass die höchste Energiedichte des Plasmastrahls etwa 5 bis 6 mm unterhalb der Plasmaquelle zu finden ist⁴⁰.

Abb. 5 Bisher zugelassene Plasmajets (hier: kINPen 08, INP, Greifswald) generieren einen nach vorn gerichteten Plasma­strahl, der zur Dekontamination tubulärer Strukturen nur eingeschränkt geeignet erscheint. Die Größe des Handstücks macht den klinischen Plasmaeinsatz am Patienten für endodontische Behandlungen derzeit noch unpraktikabel.

Limitationen der Plasmabehandlung in der Endodontie

Das Design der Instrumentenspitze des Plasmagerätes scheint einen Einfluss auf die antibakterielle Wirkung des applizierten Plasmas zu haben, da beobachtet wurde, dass eine Plasmaquelle mit geradeaus gerichtetem Strahl eine signifikant schlechtere Dekontaminationsleistung einer röhrenartigen Struktur (wie beispielsweise dem Wurzelkanal) erreicht im Vergleich zu einer Instrumen