On the causes of persistent apical periodontitis

magnified in (c) and that in the same is further magnified in (d). Note the tip of the paper point (FB) projecting into the apical

periodontitis lesion and the bacterial plaque (BP) adhering to the surface of the paper point. RT, root tip; EP, epithelium; PC, plant

cell. Original magnifications: (a)

·20, (b) ·40, (c) ·60, (d) ·150. From P.N.R. Nair, Pathology of apical periodontitis. In: Ørstavik

D, Pitt Ford TR, eds: Essential Endodontology. Oxford, 1998.

Persistent apical periodontitis Nair

International Endodontic Journal, 39, 249–281, 2006

ª 2006 International Endodontic Journal

274

persistence of periapical radiolucency after root canal

treatment. These are: (i) intraradicular infection per-

sisting in the complex apical root canal system; (ii)

extraradicular infection, generally in the form of

periapical actinomycosis; (iii) extruded root canal filling

or other exogenous materials that cause a foreign body

reaction; (iv) accumulation of endogenous cholesterol

crystals that irritate periapical tissues; (v) true cystic

lesions, and (vi) scar tissue healing of the periapex. It

must be emphasized that of all these factors, residual

microbes in the apical portion of the root canal system

is the major cause of apical periodontitis persisting post-

treatment in both poorly and properly treated cases.

Extraradicular actinomycosis, true cysts, foreign-body

reaction and scar tissue healing are of rare occurrence.

However, the presence of a suspected causative agent

Figure 19

Periapical scar (SC) of a root canal (RC)-treated tooth after 5-year follow-up and surgery. The rectangular demarcated

areas in (b–d) are magnified in (c–e), respectively. The scar tissue reveals bundles of collagen fibres (CO), blood vessels (BV) and

erythrocytes due to haemorrhage. Infiltrating inflammatory cells are notably absent. Original magnifications: (a)

·14, (b) ·35, (c)

·90, (d) ·340, (e) ·560. Adapted from Nair et al. (1999). Reprinted with permission from Elsevier

ª

.

Nair Persistent apical periodontitis

ª 2006 International Endodontic Journal

International Endodontic Journal, 39, 249–281, 2006

275

does not imply an aetiological relationship of the agent

to the development and/or maintenance of the disease.

It is also necessary to differentiate between a mere

presence and the ability of the agent to induce the

disease or similar pathological changes in susceptible

experimental animals. This is particularly important in

infectious diseases in which the microbes have to be

present within the body milieu. In apical periodontitis

and periodontal diseases, the microbes are stationed in

the necrotic pulp or periodontal pocket, which are

outside the body milieu. Viable and metabolically active

microbes present at those locations would release

antigenic molecules that irritate periodontal tissues

both at the apical and marginal sites to cause inflam-

mation, irrespective of them living there with or

without virulence and tissue invasiveness. Neverthe-

less, among the viruses (Sabeti et al. 2003a,b,c, Sabeti

& Slots 2004) and various species of other microorgan-

isms that have been reported to be associated with

persistent apical periodontitis (Molander et al. 1998,

Sundqvist et al. 1998, Peciuliene et al. 2000, Hancock

et al. 2001, Pinheiro et al. 2003, Siqueira & Roˆc¸as

2004, Fouad et al. 2005) a positive experimental

follow-up has been completed only with Actinomyces

israelii (Figdor et al. 1992). The periapical disease-

producing ability of other reported infectious agents,

either singly or in combination, has yet to be demon-

strated. Among the probable non-microbial agents that

have been identified in association with persisting

apical periodontitis, a positive tissue irritating ability

has been experimentally demonstrated for fine partic-

ulate gutta-percha (Sjo¨gren et al. 1995) and cholesterol

crystals (Nair et al. 1998).

While intraradicular infection is the essential cause of

apical periodontitis affecting teeth that have not

undergone root canal treatment and probably the

major cause of persistent apical periodontitis, the cher-

ished goal of endodontic treatment has been to elim-

inate infectious agents or to substantially reduce the

microbial load from the root canal and to prevent

re-infection by root filling (Nair 2004, Nair et al.

2005). Periapical healing of some teeth occurs even

when microbes are present in the canals at the time of

filling (Sjo¨gren et al. 1997). Microbes may be present in

quantities and virulence that may be sub-critical to

sustain the inflammation of the periapex, or that they

remain in a location where they cannot communicate

with the periapical tissues (Nair et al. 2005). The great

anatomical complexity of the root canal system (Hess

1921, Perrini & Castagnola 1998) and the organiza-

tion of the microbes into protected adhesive biofilms

(Costerton & Stewart 2000, Costerton et al. 2003)

composed of microbial cells embedded in a hydrated

exopolysaccharide-complex in micro-colonies (Nair

1987, Nair et al. 2005) make it unlikely that a sterile

canal-system can be achieved by contemporary tech-

nology in endodontics (Nair et al. 2005). As the

primacy of residual intracanal infection in persistent

apical periodontitis has been recognized (Nair et al.

1990a), the main target of treatment should be the

microorganisms residing within the complex root canal

system.

However, the tissue dynamics of apical periodontitis

persisting from foreign body reaction and cystic condi-

tion are not dependent on the presence or absence of

infectious agents/irritants in the root canal. The host

defence cells that accumulate in sites of foreign body

reaction and reside in cystic lesions are not only unable

to resolve the pathology, but are also major sources of

inflammatory and bone resorptive cytokines and other

mediators. There is clinical and histological evidence

that the presence of tissue-irritating foreign materials at

the periapex, such as extruded root-filling materials,

endodontic paper-points, particles of foods and accu-

mulation of endogenous cholesterol crystals, adversely

affect post-treatment healing of the periapical tissues.

The overall prevalence of foreign body reaction at the

periapex and cystic lesions among persistent apical

periodontitis is currently unknown, but the occurrence

of such cases may be very rare. Nevertheless, initiation

of a foreign body reaction in periapical tissues by

exogenous materials, endogenous cholesterol and cys-

tic transformation of the lesion delay or prevent post-

treatment healing. In well-treated teeth with adequate

root fillings, a non-surgical retreatment is unlikely to

resolve the problem, as it does not remove the offending

objects, substances and pathology that exist beyond the

root canal (Koppang et al. 1989, 1992, Nair et al.

1990a,b, 1993, 1999). Currently, a clinical differential

diagnosis for the existence of these extraradicular

causative agents of persistent apical periodontitis is

not possible. Further, the great majority of persistent

apical periodontitis are caused by residual infection in

the complex apical root canal system (Hess 1921,

Perrini & Castagnola 1998). It is not guaranteed that

an orthograde root canal retreatment of an otherwise

well-treated tooth can eradicate the residual intraradi-

cular infection. Therefore, with cases of asymptomatic,

persistent, periapical radiolucencies, clinicians should

consider the necessity of removing the extraradicular

factors through apical surgery (Kim 2002), in order to

improve the long-term outcome of treatment. Apical

Persistent apical periodontitis Nair

International Endodontic Journal, 39, 249–281, 2006

ª 2006 International Endodontic Journal

276

surgery provides an opportunity to remove the extra-

radicular agents that sustain the apical radiolucency

post-treatment and simultaneously allows a retrograde

access to any potential infection in the apical portion of

the root canal system that can also be removed or

sealed within the canal by a retrograde filling of the

apical root canal system (Nair 2003a).

Acknowledgements

The author is indebted to Mrs Margrit Amstad-Jossi for

skilful technical assistance. Some parts of this article

are heavily adapted from a previous publication by the

author, Critical Reviews in Oral Biology and Medicine,

15:348–81, 2005.

References

Abdulla YH, Adams CWM, Morgan RS (1967) Connective

tissue reactions to implantation of purified sterol, sterol

esters, phosphoglycerides, glycerides and free fatty acids.

Journal of Pathology and Bacteriology 94, 63–71.

Abou-Rass M, Bogen G (1997) Microorganisms in closed

periapical lesions. International Endodontic Journal 31, 39–

47.

Adams CWM, Morgan RS (1967) The effect of saturated and

polyunsaturated lecithins on the resorption of 4–14C-

cholesterol from subcutaneous implants. Journal of Pathology

and Bacteriology 94, 73–6.

Adams CWM, Bayliss OB, Ibrahim MZM, Webster MW Jr

(1963) Phospholipids in atherosclerosis: the modification of

the cholesterol granuloma by phospholipid. Journal of

Pathology and Bacteriology 86, 431–6.

Anderson WAD (1996) Pathology, 5th edn. St Louis, MO: CV

Mosby.

Andreasen JO, Rud J (1972) A histobacteriologic study of

dental and periapical structures after endodontic surgery.

International Journal of Oral Surgery 1, 272–81.

Batty I (1958) Actinomyces odontolyticus, a new species of

actinomycete regularly isolated from deep carious dentine.

Journal of Pathology and Bacteriology 75, 455–9.

Baumann L, Rossman SR (1956) Clinical, roentgenologic

and histologic findings in teeth with apical radiolucent

areas. Oral Surgery, Oral Medicine and Oral Pathology 9,

1330–6.

Bayliss OB (1976) The giant cell in cholesterol resorption.

British Journal of Experimental Pathology 57, 610–8.

Bergenholtz G, Spa˚ngberg L (2004) Controversies in endod-

ontics. Critical Reviews in Oral Biology and Medicine 15, 99–

114.

Bhaskar SN (1966) Periapical lesion – types, incidence and

clinical features. Oral Surgery, Oral Medicine and Oral

Pathology 21, 657–71.

Block RM, Bushell A, Rodrigues H, Langeland K (1976) A

histopathologic, histobacteriologic, and radiographic study

of periapical endodontic surgical specimens. Oral Surgery,

Oral Medicine and Oral Pathology 42, 656–78.

Brown AMS, Theaker JM (1987) Food induced granuloma –

an unusual cause of a submandibular mass with observa-

tions on the pathogenesis of hyalin bodies. British Journal of

Maxillofacial Surgery 25, 433–6.

Browne RM (1971) The origin of cholesterol in odontogenic

cysts in man. Archives of Oral Biology 16, 107–13.

Browne RM, O’Riordan BC (1966) Colony of Actinomyces-like

organism in a periapical granuloma. British Dental Journal

120, 603–6.

Buchanan BB, Pine L (1962) Characterization of a propionic

acid producing actinomycete, Actinomyces propionicus, sp

nov. Journal of General Microbiology 28, 305–23.

Bystro¨m A, Claeson R, Sundqvist G (1985) The antibacterial

effect of camphorated paramonochlorophenol, camphorated

phenol and calcium hydroxide in the treatment of infected

root canals phenol. Endodontics and Dental Traumatology 1,

170–5.

Bystro¨m A, Happonen RP, Sjo¨gren U, Sundqvist G (1987)

Healing of periapical lesions of pulpless teeth after endo-

dontic treatment with controlled asepsis. Endodontics and

Dental Traumatology 3, 58–63.

Cheung GS, Ho MW (2001) Microbial flora of root canal-

treated teeth associated with asymptomatic periapical radi-

olucent lesions. Oral Microbiology and Immunology 16, 332–

7.

Christianson OO (1939) Observations on lesions produced in

arteries of dogs by injection of lipids. Archives of Pathology

27, 1011–20.

Coleman DL, King RN, Andrade JD (1974) The foreign body

reaction: a chronic inflammatory response. Journal of

Biomedical Materials Research 8, 199–211.

Costerton JW, Stewart PS (2000) Biofilms and device-related

infections. In: Nataro PJ, Balser MJ, Cunningham-Rundels S,

eds. Persistent Bacterial Infections. Washington, DC: ASM

Press, pp. 423–39.

Costerton W, Veeh R, Shirtliff M, Pasmore M, Post C (2003)

The application of biofilm science to the study and control of

chronic bacterial infections. Journal of Clinical Investigations

112, 1466–77.

Dunlap CL, Barker BF (1977) Giant cell hyalin angiopathy.

Oral Surgery, Oral Medicine and Oral Pathology 44, 587–91.

Engstro¨m B (1964) The significance of enterococci in root

canal treatment. Odontological Review 15, 87–106.

Evans M, Davies JK, Sundqvist G, Figdor D (2002) Mechanisms

involved in the resistance of Enterococcus faecalis to calcium

hydroxide. International Endodontic Journal 35, 221–8.

Fabricius L, Dahle´n G, Holm SC, Mo¨ller A

˚ Jr (1982a) Influence

of combinations of oral bacteria on periapical tissues of

monkeys. Scandinavian Journal of Dental Research 90, 200–6.

Fabricius L, Dahle´n G, O

¨ hman AE, Mo¨ller A˚ Jr (1982b)

Predominant indigenous oral bacteria isolated from infected

Nair Persistent apical periodontitis

ª 2006 International Endodontic Journal

International Endodontic Journal, 39, 249–281, 2006

277

root canal after varied times of closure. Scandinavian Journal

of Dental Research 90, 134–44.

Figdor D, Davies J (1997) Cell surface structures of Actinomyces

israelii. Australian Dental Journal 42, 125–8.

Figdor D, Sjo¨gren U, Sorlin S, Sundqvist G, Nair PNR (1992)

Pathogenicity of Actinomyces israelii and Arachnia propionica:

experimental infection in guinea pigs and phagocytosis and

intracellular killing by human polymorphonuclear leuko-

cytes in vitro. Oral Microbiology and Immunology 7, 129–36.

Figdor D, Davies JK, Sundqvist G (2003) Starvation survival,

growth and recovery of Enterococcus faecalis in human

serum. Oral Microbiology and Immunology 18, 234–9.

Fouad AF, Zerella J, Barry J, Sapangberg LS (2005) Molecular

detection of Enterococcus species in root canals of therapy-

resistant endodontic infections. Oral Surgery, Oral Medicine,

Oral Pathology, Oral Radiology and Endodontology 99, 112–8.

Friedman S (2003) Editorial. Etiological factors in endodontic

post-treatment disease: apical periodontitis associated with

root filled teeth. Endodontic Topics 6, 1–2.

Fukushima H, Yamamoto K, Hirohata K, Sagawa H, Leung

KP, Walker CB (1990) Localization and identification of root

canal bacteria in clinically asymptomatic periapical patho-

sis. Journal of Endodontics 16, 534–8.

Gatti JJ, Dobeck JM, Smith C, Socransky SS, Skobe Z (2000)

Bacteria of asymptomatic periradicular endodontic lesions

identified by DNA-DNA hybridization. Endodontics and Dental

Traumatology 16, 197–204.

Grahne´n H, Hansson L (1961) The prognosis of pulp and root

canal therapy: a clinical and radiographic follow-up exam-

ination. Odontologisk Revy 12, 146–65.

Hancock H, Sigurdsson A, Trope M, Moiseiwitsch J (2001)

Bacteria isolated after unsuccessful endodontic treatment in

a North American population. Oral Surgery, Oral Medicine

and Oral Pathology 91, 579–86.

Happonen RP (1986) Periapical actinomycosis: a follow-up

study of 16 surgically treated cases. Endodontics and Dental

Traumatology 2, 205–9.

Happonen RP, So¨derling E, Viander M, Linko-Kettungen L,

Pelliniemi LJ (1985) Immunocytochemical demonstration of

Actinomyces species and Arachnia propionica in periapical

infections. Journal of Oral Pathology 14, 405–13.

Harndt E (1926) Histo-bakteriologische Studie bei Parodontitis

chronika granulomatosa. Korrespondent-Blatt fu¨r Zahna¨rzte

50, 330–5, 65–70, 99–404, 26–33.

Harrison JD, Martin IC (1986) Oral vegetable granuloma:

ultrastructural and histological study. Journal of Oral

Pathology 23, 346–50.

Harz CO (1879) Actinomyces bovis, ein neuer Schimmel in den

Geweben des Rindes. Deutsche Zeitschrift fu

¨ r Thiermedizin.

Leipzig 5(2 Suppl.), 125–40.

Head MA (1956) Foreign body reaction to inhalation of lentil

soup: giant cell pneumonia. Journal of Clinical Pathology 9,

295–9.

Hess W (1921) Formation of root canal in human teeth. The

Journal of the National Dental Association 3, 704–34.

Hirsch EF (1938) Experimental tissue lesions with mixtures of

human fat, soaps and cholesterol. Archives of Pathology 25,

35–9.

Holland R, De Souza V, Nery MJ, de Mello W, Bernabe´ PFE,

Filho JAO (1980) Tissue reactions following apical plugging

of the root canal with infected dentin chips. Oral Surgery,

Oral Medicine and Oral Pathology 49, 366–9.

Howell A, Jordan HV, Georg LK, Pine L (1965) Odontomyces

viscosus gen nov spec nov. A filamentous microorganism

isolated from periodontal plaque in hamsters. Sabouraudia 4,

65–7.

Hylton RP, Samules HS, Oatis GW (1970) Actinomycosis: is it

really rare? Oral Surgery, Oral Medicine and Oral Pathology

29, 138–47.

Iwu C, MacFarlane TW, MacKenzie D, Stenhouse D (1990)

The microbiology of periapical granulomas. Oral Surgery,

Oral Medicine and Oral Pathology 69, 502–5.

Kakehashi S, Stanley HR, Fitzgerald RJ (1965) The effects of

surgical exposures of dental pulps in germ-free and con-

ventional laboratory rats. Oral Surgery, Oral Medicine and

Oral Pathology 20, 340–9.

Kapsimalis P, Garrington GE (1968) Actinomycosis of the

periapical tissues. Oral Surgery, Oral Medicine and Oral

Pathology 26, 374–80.

Karring T, Nyman S, Lindhe J (1980) Healing following

implantation of periodontitis affected roots into bone tissue.

Journal of Clinical Periodontology 7, 96–105.

Karring T, Nyman S, Gottlow J, Laurell L (1993) Development

of the biological concept of guided tissue regeneration –

animal and human studies. Periodontology 2000 1, 26–35.

Kerekes K, Tronstad L (1979) Long-term results of endodontic

treatment performed with standardized technique. Journal of

Endodontics 5, 83–90.

Kim S (2002) Endodontic microsurgery. In: Cohen S, Burns

RC, eds. Pathways of the Pulp, 8th edn. Philadelphia: Mosby,

pp. 683–725.

King OH (1978) ‘Giant cell hyaline angiopathy’: pulse

granuloma by another name? Presented at the 32nd Annual

Meeting of the American Academy of Oral Pathologists, Fort

Lauderdale.

Knoblich R (1969) Pulmonary granulomatosis caused by

vegetable particles. So-called lentil pulse granuloma. Ameri-

can Review of Respiratory Diseases 99, 380–9.

Koppang HS, Koppang R, Solheim T, Aarnes H, Stølen SØ

(1987) Identification of cellulose fibers in oral biopsies.

Scandinavian Journal of Dental Research 95, 165–73.

Koppang HS, Koppang R, Solheim T, Aarnes H, Stølen

SØ (1989) Cellulose fibers from endodontic paper points

as

an

etiologic

factor

in

postendodontic

periapical

granulomas and cysts. Journal of Endodontics 15, 369–

72.

Koppang HS, Koppang R, Stølen SØ (1992) Identification of

common foreign material in postendodontic granulomas

and cysts. Journal of the Dental Association of South Africa 47,

210–6.

Persistent apical periodontitis Nair

International Endodontic Journal, 39, 249–281, 2006

ª 2006 International Endodontic Journal

278

Kronfeld R (1939) Histopathology of the Teeth and Their

Surrounding Structures. Philadelphia: Lea & Febiger.

Lalonde ER (1970) A new rationale for the management of

periapical granulomas and cysts. an evaluation of histo-

pathological and radiographic findings. Journal of the

American Dental Association 80, 1056–9.

Lalonde ER, Luebke RG (1968) The frequency and distribution

of periapical cysts and granulomas. Oral Surgery, Oral

Medicine and Oral Pathology 25, 861–8.

Langeland MA, Block RM, Grossman LI (1977) A histo-

pathologic and histobacteriologic study of 35 periapical

endodontic surgical specimens. Journal of Endodontics 3, 8–

23.

Laux M, Abbott P, Pajarola G, Nair PNR (2000) Apical

inflammatory root resorption: a correlative radiographic

and histological assessment. International Endodontic Journal

33, 483–93.

Lin LM, Pascon EA, Skribner J, Ga¨ngler P, Langeland K (1991)

Clinical, radiographic, and histologic study of endodontic

treatment failures. Oral Surgery, Oral Medicine and Oral

Pathology 71, 603–11.

Linenberg WB, Waldron CA, DeLaune GF (1964) A clinical

roentgenographic and histopathologic evaluation of periap-

ical lesions. Oral Surgery, Oral Medicine and Oral Pathology

17, 467–72.

Love RM, Jenkinson HF (2002) Invasion of dentinal tubules by

oral bacteria. Critical Reviews in Oral Biology and Medicine

13, 171–83.

Love RM, McMillan MD, Jenkinson HF (1997) Invasion of

dentinal tubules by oral Streptococci is associated with

collagen regeneration mediated by the antigen I/II family

of

polypeptides.

Infection

and

Immunity

65,

5157–

64.

Martin IC, Harrison JD (1984) Periapical actinomycosis.

British Dental Journal 156, 169–70.

McGhee JR, Michalek SM, Cassel GH (1982) Dental Microbio-

logy. Philadelphia: Harper & Row.

Mincer HH, McCoy JM, Turner JE (1979) Pulse granuloma of

the alveolar ridge. Oral Surgery, Oral Medicine and Oral

Pathology 48, 126–30.

Molander A, Reit C, Dahle´n G, Kvist T (1998) Microbiological

status of root filled teeth with apical periodontitis. Interna-

tional Endodontic Journal 31, 1–7.

Mo¨ller A

˚ Jr (1966) Microbiological Examination of Root Canals