CC BY
37
биология и экспериментальная медицина
удК 616.314.13-02:616.314-008.4-083]-07
экспериментальная оценка влияния профессионального отбеливания на микроархитектонику эмали зуба
Е. С. Ерофеева, О. С. Гилёва, О. Б. Наймарк, Е. А. Ляпунова, Е. С. Гилёва
Пермская государственная медицинская академия им. ак. Е. А Вагнера, Лаборатория физических основ прочности Института механики сплошнъхх сред УрО РАН, г. Пермь
В условиях эксперимента методом профилометрии исследовано влияние многократного применения высококонцентрированной отбеливающей системы на микрорельеф поверхности зуба. Количественный анализ микроархитектоники эмали зуба осуществлялся на основе фрактального анализа, позволяющего описывать эффекты самоподобия элементов структуры шероховатых поверхностей. для оценки интегрального состояния шероховатости рельефа зуба использовалась величина показателя хёрста. установлены закономерности эволюции морфологии поверхности эмали зуба, проявляющиеся прогрессивным снижением показателя хёрста в динамике наружного отбеливания. Полученные экспериментальные данные отражают прогрессивное увеличение шероховатости поверхности эмали, что клинически проявляется избыточным образованием мягкого зубного налета. Результаты экспериментальных исследований регламентируют строгое соблюдение клинических режимов профессионального отбеливания и необходимость особого постпроцедурного ведения пациентов.
Ключевые слова: профессиональное отбеливание, эмаль зуба, показатель хёрста, профилометрия.
Работа выполнена и опубликована при поддержке гранта РФФИ № 09-08-99102-р_офи.
Введение
Красивая белозубая улыбка — это важнейший атрибут имиджа и составляющая здоровья современного человека [2]. В связи с этим повышается интерес стоматологических пациентов к лечебно-профилактическим манипуляциям, которые направлены на улучшение внешнего вида зубов и эстетики улыбки. Благодаря развитию и совершенствованию наноиндустрии на российском стоматологическом рынке появился широкий спектр технологий для достижения эстетического оптимума зубо-челюстно-ли-цевого комплекса. К числу последних относятся современные, широко востребованные технологии профессионального отбеливания зубов [1, 3, 4, 5].
Исторически наиболее часто в качестве активного вещества в отбеливающих системах используется перекись водорода и по настоящее время применяемая во многих технологиях эстетического отбеливания зубов. Однако при анализе немногочисленных отечественных и зарубежных публикаций обращает на себя внимание значительный разброс данных о балансе клинической эффективности и технологической безопасности отбеливания зубов, начиная от констатации полного отсутствия повреждающего действия концентрированных растворов пе-рекисных соединений, в том числе потенцируемых различными физическими факторами, до выявления грубых изменений в химической структуре и физико-механических свойствах эмали зуба после проведенного
Пермский медицинский журнал
2010 том XXVII № 3
отбеливания [8, 9]. В связи с этим очевидна необходимость разработки высокоинформативных методик экспериментального исследования свойств поверхности отбеленного зуба для обеспечения качества эстетического лечения, складывающегося из его эффективности и безопасности. Изучение особенностей изменения микрорельефа поверхности отбеленных зубов является перспективным направлением, позволяющим установить закономерности эволюции морфологии поверхностных структур эмали в процессе отбеливания зубов.
Цель работы — исследовать in vitro характер изменения микроархитектоники эмали в процессе многократного отбеливания зубов.
Материалы и методы исследования
В качестве материала исследования использованы биопрепараты интактных зубов человека, удаленных по показаниям. Критерии отбора биоматериала для эксперимента: целостность коронки зуба с отсутствием трещин, сколов, дефектов кариозного и некариозного происхождения. забор биоматериала удаленных зубов проводили на хирургическом стоматологическом приеме в строгом соответствии с требованиями санэпидрежи-ма (рацпредложение № 2165 от 23.01.2005 г.) и этическими нормами.
Биопрепараты, доставленные в экспериментальную лабораторию в специальном боксе, подвергали химической стерилизации в растворе 20% бианола при температуре 21°С в течение 10 часов. затем «стерильные» удаленные зубы дважды промывали в дистиллированной воде и помещали в сухой стерильный бокс для высушивания в естественных условиях. Подготовленные таким образом образцы жестко фиксировали на подложке микроскопа «NewView-5010» с по-
мощью стоматологического композиционного материала «Filtek Supreme XT» (3M ESPE), высушивали и обезжиривали препаратом «Sico Tim». В качестве отбеливающего геля использовали «Opalescent Xtra Boost» (Ultradent) на основе 38% перекиси водорода. В связи с тем, что данная система относится к химически активируемым, смешивание перекиси водорода с активатором (бустером) проводили непосредственно перед процедурой отбеливания. Гель наносили на вестибулярную поверхность зубов равномерным слоем толщиной 2—5 мм. через 15 минут отработанный гель удаляли марлевыми шариками, поверхность зуба высушивали и обезжиривали повторно. В соответствии с поставленной целью исследования процедура нанесения отбеливающего геля повторялась заданное количество раз. По окончании отбеливания поверхность биопрепаратов промывали дистиллированной водой и сканировали (профилометрировали) на трехмерном оптическом интерференционном микроскопе «NewView-5010». Метод профилометрии основан на последовательной фоторегистрации изображений исследуемой поверхности с минимальным разрешением 0,1 нм с последующим восстановлением профиля поверхности программными средствами.
для количественного анализа поверхности зубной эмали до и после процедуры отбеливания применялась концепция фрак-тальности (самоподобия), предложенная французским математиком Бенуа Мандель-бротом [6]. По определению автора, фрактал — это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при уменьшении масштаба. Концепция фрактальности позволяет описывать эффекты самоорганизации и крупномасштабные взаимодействия элементов структуры шероховатых поверхностей. данный подход имеет широкое применение в изучении структуры материалов различной природы,
биология и экспериментальная медицина
позволяя описывать топологию поверхности с помощью параметра фрактальной размерности и сопряженной с ней величиной показателя хёрста. Фрактальная функция и определяемый по ней показатель хёрста являются структурно-чувствительными параметрами, отражающими закономерности изменения рельефа исследуемой поверхности на различных масштабах наблюдения.
для исследования микроархитектоники поверхности зуба был выбран метод переменного интервала, который применяется в данной работе для анализа трехмерных образов поверхности. данный метод позволяет находить величину показателя хёрста (Н), связанного с фрактальной размерностью соотношением Б=3-Н. При этом значение Н находится в интервале Не [0; 1]. В частности, сильно шероховатым поверхностям соответствуют меньшие значения показателя Хёрста (большие значения фрактальной размерности) [7].
Метод переменного интервала для анализа трехмерных образов поверхности состоит в следующем. Поверхность разбивается сеткой с размером ячейки R, на каждой из которых определяется функция размаха высоты (разница между максимальным и минимальным значениями высоты рельефа). Зависимость данной функции, усредненной по всем ячейкам, от величины размера ячейки R для самоподобных поверхностей носит степенной характер:
\ Г'Ё ш { г'еду} /щ
где z(rí) — матрица значений высот в текущей ячейке wi размера Щ усреднение (...)^ производится по всем ячейкам. '
По наклону линейного участка зависимости, построенной в логарифмических координатах, определяли показатель хёрста. 106
Подобным образом проведены профило-метрическое исследование и статистическая обработка 35 биопрепаратов.
Результаты и их обсуждение
Выявленные в динамике наблюдений закономерности изменения показателя хёрста для 3В-поверхностей с удаленным наклоном плоскости можно прокомментировать на следующем типичном примере (см. рис.).
На рисунке представлены результаты вычисления показателя хёрста по поверхности зуба при многократном отбеливании поверхности эмали. До процедуры отбеливания показатель Хёрста составлял в среднем 0,97. После проведения трех аппликаций показатель достоверно снизился на 23,7% и составил 0,74, а после проведения двух последующих аппликаций снизился дополнительно еще на 8,1%, составив 0,68. Подобная динамика выявлена в 94,3% экспериментов.
Таким образом, в условиях эксперимента наблюдалось существенное снижение показателя Хёрста с ростом интенсивности воздействия: приближение рассматриваемой величины к значению 0,5, отвечающему антикоррелированной поверхности, что свиде-
т
-В -
-»Л -
-аа -
[ -» - 0.74
-"0.97
-
-П азш 1£ш
Рис. Пример вычисления показателя Хёрста при многократном отбеливании поверхности эмали: 0,97 — показатель до отбеливания; 0,74 — после трехкратного отбеливания; 0,68 — после пятикратного отбеливания
Пермский медицинский журнал
2010 том XXVII № 3
тельствует о потере поверхностью зуба исходной структуры. Выявленная тенденция означает общее увеличение степени шероховатости поверхности эмали зуба на спектре масштабов 1—10 мкм, на которых наблюдается самоподобное поведение рельефа.
Полученные в эксперименте данные, объективизирующие процесс последовательного увеличения шероховатости поверхностных структур зуба после многократного отбеливания, означают, что при этом in vivo в полости рта, на поверхности отбеленных зубов создаются благоприятные условия для избыточного образования микробного зубного налета и реализации его патогенных свойств.
Сообразно полученным результатам врач-стоматолог должен строго соблюдать регламент клинического режима профессионального отбеливания, не выходить за рамки противопоказаний к его проведению и осуществлять постпроцедурную «реабилитацию» зубов, подвергнутых действию высококонцентрированных перекисных соединений.
Вывод
Предложенная методика по оценке состояния микроархитектоники эмали отражает структурные изменения, происходящие при многократном отбеливании зубов. В качестве объективного критерия используется показатель Хёрста, отражающий степень шероховатости исследуемой поверхности зуба. В ходе экспериментального исследования установлено прогрессивное увеличение шероховатости поверхности эмали с ростом количества процедур отбеливания, что следует учитывать в практической работе врачей-стоматологов, проводящих профессиональное отбеливание. Использованный в работе методологический подход к оценке топологии поверхности зуба может быть применен
для оценки последствий различных лечебно-профилактических стоматологических методик, а также безопасности их влияния на структуру и свойства зубов in vivo.
Библиографический список
1. Гилёва Е. С. Системный анализ параметров макро- и микроэстетики улыбки у лиц молодого возраста и его динамика в процессе лечения скученного положения зубов во фронтальном отделе: автореф. дис. ... канд. мед. наук/Е. С. Гилёва.— Пермь, 2007.- 22 с.
2. Горюнова М. В. Клинико-лабораторное обоснование использования малоинвазив-ных технологий в коррекции стойких дис-колоритов зубов: автореф. дис. . канд. мед. наук/М. В. Горюнова— Екатеринбург, 2007.— 26 с.
3. Шмидседер Дж. Эстетическая стоматология/Пер. с англ. Под ред. Т. Ф. Вино-градовой/Дж. Шмидседер— М.: МЕДпресс-информ, 2004.— 317 с.
4. Ерофеева Е. С. Влияние процедуры отбеливания зубов на возникновение гиперчувствительности зубов/Е. С. Ерофеева, О. С. Гилёва //Материалы Всерос. научно-практ. конф. «Актуальные вопросы стоматологии».— Уфа, 2009.— С. 83—84.
5. Ерофеева Е. С. Субъективная оценка осветления зубов при различной степени их дисколорита/Е. С. Ерофеева, О. С. Гилёва, Н. А. Ракинцева//Материалы Всерос. конгресса «Стоматология Большого Урала. Профилактика стоматологических заболеваний».— Пермь, 2009.— С. 65—67.
6. Мандельброт Бенуа Б. Фрактальная геометрия природы/Бенуа Б. Мандельброт.— М.: Институт компьютерных исследований, 2002.— 656 с.
7. Bouchaud E. Scaling properties of crack/ E. Bouchaud— Phys.: Condens— Matter 9— 1997.— Р. 4319—4344.
биология и экспериментальная медицина
8. Pinto C. F. Peroxide bleaching agent effects on enamel surface microhardness, roughness and morphology/C. F. Pinto, R. Oliveira, V. Cavalli, M. Giannini//Pesquisa Odontologie Brasiliera.— 2004.- № 18.- P. 306— 311.
9. Worschech C. C. Brushing effect of abrasive dentifrices during at-home bleaching with 10% carbamide peroxide on enamel surface roughness/C. C. Worschech, J. A. Robdrigues, L R. Martins, G. M. Ambrosano//Journal of Contemporary Dental Practice.— 2006.— № 10.— P. 23—28.
E. S. Erofeeva, O. S. Gilyova, O. B. Naimark, E. A. Lyapunova, E. S. Gilyova
EXPERIMENTAL ASSESSMENT OF PROFESSIONAL WHITENING
EFFECT ON DENTAL ENAMEL MICROARCHITECTONICS
In experimental conditions the effect of repeated application of high-concentrated whitening system on dental surface microrelief was investigated with profilometry method. Quantitative analysis of enamel microarchi-
tectonics was fulfilled on the basis of fractal analysis permitting to describe effects of self-similarity of rough surface structure elements. To assess integral state of dental relief roughness, Hirst's index value was used. Mechanisms of evolution of enamel surface morphology displayed by progressive lowering of Hirst's index in dynamics of external whitening were established. The obtained experimental data reflect progressive rise in enamel surface roughness that is clinically manifested by excessive formation of soft dental deposit. Results of experimental investigations regulate strict observation of clinical regimens of professional whitening and special post-procedure management of a patient.
Keywords: professional whitening, dental enamel, Hirst's index, profilometry.
Контактная информация: Ерофеева Елена Сергеевна, аспирант кафедры пропедевтики и физиотерапии стоматологических заболеваний Пермской государственной медицинской академии им. ак. Е. А. Вагнера, 614000, г. Пермь, ул. Петропавловская, 26, тел. 8 (342) 233-01-92
Материал поступил в редакцию 25.03.2010
