CC BY
38
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧНИЙ
УДК: 616.314-018.4:616.314.13-018.1]-073 Н.Л. Чухрай, В.А. Винар
М1КРОТВЕРД1СТЬ ЕМАЛ1 ЗУБ1В 13 Р1ЗНИМИ Р1ВНЯМИ РЕЗИСТЕНТНОСТ1
Львiвський нацiональний медичний уыверситет iMeHi Данила Галицького Фiзико-мeханiчний нститут iM. Г.В. Карпенка НАН УкраТни
Мехаычна мщнють зуба забезпечуеться на ультра-, млкро- i макрорiвнях за рахунок його будови, наявност високомцного тонкого поверхневого шару емалi, вiд якого значною мiрою залежить и стiйкiсть до дií рiзних карieсогенних чинникiв. Доведено, що поверхневий шар емалi мае особливi фiзичнi та хiмiчнi властивостi, що вiдрiзняe його вщ глибших шарiв [1; 3-8;10;13].
Вiдомо, що механiчнi характеристики твердих тканин зуба залежать вiд рiзних факторiв (особливостi будови, групова належнють, ступiнь мiнералiзацií, наявнiсть карiозного процесу та iн.). За даними Г.В. Сороченко (2015) були встановлен низьк значення мiкротвердостi та модуля пружност незрiлоí емалi постiйних зубiв на поверхн та в пiдповерхневiй дтянц в зонах горбка й екватора, а особливо в пришийковiй дтянцк Це свiдчить про недостатнiй рiвень карiесрезистентностi таких зубiв i високий рiвень розвитку карiесу [8].
Водночас, незважаючи на те, що протягом десяти-лiть вивчалися фiзичнi та хiмiчнi властивостi твердих тканин зубiв, досi недостатньо вивчено низку тонких механiзмiв, що вiдбуваються в емалi при розвитку карiозного процесу. Усе це свщчить про необхiднiсть подальшого дослiдження властивостей емалi з метою опрацювання ефективних профiлактичних заходiв. Зпдно з даними Y.R. Zhang et al. (2014) одним iз Ыформативних критерiíв, що дозволяе оцiнити струк-турно-функцiональний стан твердих тканин зубiв, е визначення мiкротвердостi емалi [14].
На сучасному рiвнi найточнiшим, теоретично й експериментально обфунтованим методом дослщ-ження структурно чутливих характеристик матерiалiв е метод визначення твердостi шляхом втиснення тригранного шдентера Берковича з наступним ченням результату з точнютю до 1 нм (наношдентування), який використовуеться в численних дослщженнях [10;12-13].
Проте в опрацьованих нами лiтературних дже-релах результатiв вивчення мехаычних властивостей емалi залежно вiд ii резистентностi до карiесу ми не знайшли. Тому вивчення механiчних властивостей емалi постiйних зубiв залежно вщ резистентностi до карiозного процесу е актуальним.
Мета дослщження - оцшка мiкротвердостi емалi постiйних зубiв залежно вщ рiвня резистентностi.
Матерiал i методи дослiдження
Для визначення мiкротвердостi емалi використано
18 iнтактних поспйних зубiв (першi премоляри 14-17-рiчних дiтей) пiсля закiнчення 1'х вторинноТ мЫе-ралiзацií, що були видален за ортодонтичними показаннями.
Функцiональну резистентнють емалi пацieнтiв визначали за ТЕР-тестом [5]. Зуби були розподтеы на три групи, емаль яких визначена як карiесрезис-тентна (ТЕР-тест - 1-3 бали) - 6 зубiв, умовно-резис-тентна - (ТЕР-тест - 4-5 балiв) - 5 зубiв i карiесо-сприйнятлива (ТЕР-тест - 6 i бiльше балiв) - 7 зубiв.
Дослiджуванi зразки готували таким чином: пюля видалення зуби очищали вщ м'яких тканин, промивали пщ струменем води, зберiгали в посудин з фiзiологiчним розчином у холодильнику. Пщготоваы препарати фiксували на предметному столику мiкро-твердомiра для стшкого розмiщення за допомогою самотвердючо'Т акриловоТ пластмаси. Дослiдження мiкротвердостi емалi проводили в дiлянцi екватора коронки за такими режимами: навантаження - 50 грам, швидкють навантаження - 5 грам/секунду, крок мiж уколами - 50 мкм, ктькють уколiв на один зразок - 5. МНкротвердють визначали в поверхневих шарах емалi в дтянц екватора коронки зуба.
Для визначення мiкротвердостi поверхневих шарiв емалi постiйних зубiв застосовували метод дина-мiчного iндентування (нанощентування) [2] на приладi 'Мкрон-гамма" шляхом безперервного втискування твердого Ыдентора (алмазноТ 3-гранноТ пiрамiди Берковича) в поверхню емалi.
Метод фунтуеться на автоматична реeстрацiТ дiаграми навантаження Р= f (h), де Р - навантаження на Ыдентор, h - глибина його проникнення в поверхню дослщжуваного матерiалу (рис. 1). Основна перевага методу полягае в тому, що твердють визначаеться в момент максимального заглиблення наконечника (|1тах), тобто до початку пружного вщновлення мате-рiалу. Дiаграма дае iнформацiю про роботу, витраче-ну iндентором на подолання опору матерiалу Апласт (площа пщ гiлкою навантаження), i роботу, витрачену матерiалом на вiдновлення своТх властивостей Апруж (площа пiд плкою розвантаження) (рис. 1). За цими даними визначають ступiнь пластичностi поверхн £ за формулою £ = (Апласт - Апруж)/Апласт. Значення мь кротвердостi за Меером знаходиться як вщношення максимального навантаження Ртах до площi проекцiТ вiдбитка А; модуль Юнга визначаеться як
Е - 5" / 2А , де з - тангенс кута нахилу початковоТ
дтянки криво' розвантаження. За д1аграмою також визначали напруження другого роду (мкроскопмш, в
об'емах, сп1вм1рних i3 розм1рами зерен зуба).
h- h h h
"i "г "max "
a)
б)
Рис. 1. Даарама навантаження (а) i перер1з в1дбитка (б) при динам'чному ¡ндентуванн1: hmax, hc, hf - максимальне заглиблення наконечника, пружна i пластична складовi деформацИ'; s - тангенс кута нахилу початковоТ дтянки глки розвантаження
Дослщження виконано в науково-дослщшй лабо-ратори Фiзико-механiчного Ыституту iM. Г.В. Карпенка НАН УкраТни (зав. лаборатори, к.т.н. Винар В.А.) (м. Ки'в).
Для систематизацiТ результат дослiдження вико-ристано таблицi MS Excel. Статистичне опрацювання проводили за допомогою пакета «STATISTiKA 12.0». Статистичну обробку результат дослiджень проводили з використанням {-критерю Ст'юдента.
Результати дослщжень та ix обговорення
Результати проведених дослiджень мiкротвердостi емалi зубiв методом наноiдентування свiдчать, що середня мiкротвердiсть емалi постiйних зубiв у дтянц
екватора становить 5,75±0,06 Гпа (табл. 1). Отриман значення знаходяться в межах аналопчних показникiв за даними лп"ератури [14]. При цьому виявлена рiзни-ця в показниках мiкротвердостi емалi залежноi вiд рь вня ТТ резистентностi. Так, значення мiкротвердостi карieсрезистентноТ емалi постiйних зубiв становить 7,85±0,10 Гпа, що вище за аналопчш показники мк ротвердост для умовно резистентноТ емалi -6,45±0,06 Гпа (р<0,001) i суттево вище для карiесосп-рийнятливоТ емалi (2,95±0,22Гпа, р<0,001). Це свщ-чить про взаемозв'язок резистентности емалi з мiкрот-вердiстю ТТ поверхневих шарiв.
Таблиця 1
Мкротвердсть i модуль пружностi емалi зуб/в ¡з р/зними рвнями резистентностi емалi
Рiвень резистентностi емалi (значення ТЕР-тесту) Hv (твердiсть за Мейером), ГПа Е (модуль пружностi) ), ГПа Напруження 2 роду
карiесрезистентна емаль (ТЕР-тест= 1-3) 7,85±0,10 119,77±1,30 1,42±0,02
умовнорезистентна емаль (ТЕР-тест= 4-5) 6,45±0,06* 107,14±1,57* 1,20±0,01*
карiесосприйнятлива емаль (ТЕР-тест=6 i бтьше 2,95±0,22* 66,26±2,96* 0,52±0,04*
Середне 5,75±0,06 97,72±0,74 1,05±0,01
Прим/тка: * - р<0,001.
Значення модуля пружност емалi постiйних зубiв дорiвнювало, в середньому, 97,72±0,74 Гпа та знахо-дилося в межах значень, яга було отримано шшими дослщниками [14]. Найвище значення модуля пруж-ностi встановлено в зразках зубiв iз карiесрезистент-ною емаллю (119,77±1,30 Гпа), що на 10,54% i на 44,67% вище в порiвняннi зi значенням цього показ-ника в зразках зубiв з умовнорезистентною i карiесос-прийнятливою емаллю (р1 <0,001, р2<0,001). Отрима-нi данi дають змогу зробити припущення, що модуль пружност емалi постiйних зубiв також залежить вщ
рiвня резистентностi емалi.
Порiвняння значень напруження 2 роду (на мiкро-рiвнi) показало, що для емал^ резистентноТ до карюз-ного процесу, значення цього показника мiкротвердо-CTi е лише на 15,49% вищим у порiвняннi з умовнорезистентною, тодi як у порiвняннi з карiесосприйнятли-вою емаллю - на 63,38% (р1 <0,001, р2<0,001).
На рис. 2 представленi графiчнi дiаграми впрова-дження у випадку карiесрезистентноТ, умовнорезис-тентноТ та карiесосприйнятливоТ емалi.
Графчна д'аграма впровадження (ДВ) у випадку каресрезистентно) емалi
Графiчна д'1аграма впровадження (ДВ) у випадку каресосприйнятливо)' емалi
ЛА /
..... ... .......................... /1 t
- ■ - ■ ' ¿и di
i J
/WJ ///h ¡ i
i
i
/> // ! Ii 4L \
........г..... ...................................:........: '/..>;>• ............. п ........... , .....
i.......Шш
........V it >.........
.......I....... Hi /
Графiчна д'1аграма впровадження (ДВ) у випадку дуже низько)' резистентнот емалi (спостергаеться великий розкид показникв мiкрoтвердoстi емалi на дiаграмi)
Рис. 2. - Графiчнi д'!аграми впровадження (ДВ) залежно вiд рiвня резистентной емал'1.
Висновки
Отже, результати проведеного дослщження свщ-чать про те, що мiкротвердiсть емалi постшних зубiв i модуль пружностi за середыми значеннями станов-лять 5,75±0,06 Гпа та 97,72±0,74 Гпа, вщповщно. Установлено залежнiсть цих показникiв мiкротвердос-тi та модуля пружностi залежно вщ рiвня резистент-ностi емалг Найвищi значення мiкротвердостi та модуля пружност виявлено в зразках карiесрезистентноТ емалi, найнижчi - в зразках карiесосприйнятливоТ емалi. Тому з метою запоб^ання ураженню твердих тканин зуба з карiесосприйнятливою емаллю доцтьно призначати мiнералiзувальнi засоби, якi пщвищува-тимуть мiкротвердiсть (карiесрезистентнiсть) зуба.
Лторатура
1. Вивчення мiкротвердостi емалi та дентину рiзцiв у но-рмi i при патологiчних станах / [е.В. Ковальов, М.А Шу-ндрик, Л.С. Шундрик, В.С. Амосова] // УкраТнський стоматолопчний альманах. - 2012. - №3. - С. 1 -7.
2. Головин Ю.И. Наноиндентирование и механические свойства твердых тел в субмикрообъемах, тонких приповерхностных слоях и пленках (обзор) // Физика твердого тела.-2008.-Т.50, вып.12.-С.2116-2142.
3. Загорский В.А. Плотность твердых тканей / В.А. Загорский, И.М. Макеева, В.В. Загорский // Российский стоматологический журнал. - 2012. - №2. - С. 29-31.
4. Исследование механических свойств твердых тканей зуба методом наноидентирования / С.Н. Дуб, А.В. Бо-рисенко, К.Е. Печковский [и др.] // Современная стоматология. - 2008. - №1(41). - С. 25-29.
5. Окушко В.Р. Методика выделения диспансерных групп школьников на основе донозологической диагностики кариеса / В.Р. Окушко, Л.И. Косарева // Стоматология. - 1983. - №6. - С. 8-10; Окушко В.Р.,1985.
6. Ремизов С.М. Определение микротвердости для сравнительной оценки зубной ткани здоровых и боль-
ных зубов человека / С.М. Ремизов // Стоматология. -1965. - №3. - С. 33-37.
7. Ремизов С.М. Особенности развития кариеса в фиссу-рах зубов по данным микротвердости. Диагностика, лечение, профилактика кариеса зубов/ С.М. Ремизов, Л.В. Звонникова, Н.А. Районов // Стоматология. - 1995. - №1. - С. 9-11.
8. Сороченко Г.В. Вивчення мехаычних властивостей емалi постшних зубiв у перюд вторинноТ мiнералiзацiT методом нанощентування / Г.В. Сороченко // Вюник на-укових дослщжень.- 2015. - №4. - С. 81-83.
9. Ярова С.И. Анализ показателей микротвердости эмали при различном состоянии твердых тканей и глубины микротрещин / С.И. Ярова, И.И. Заболотна // Запорожский медицинский журнал. - 2013. - №4(79). - С. 117120.
10. lonescu C. Nanomechanical properties of dental surfaces study as an irradiated treatment simulation / C. lonescu, M.V. Perieanu, L.S. Craciun // Romanian Reports in Physics. - 2016. - Vol. 68, No. 2. - P. 693-701.
11. Kan Q. Oliver-Pharr indentation method in determining elastic moduli of shape memory alloys—A phase transformable material / Q. Kan, W. Yan, G. Kang // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. - 2013. - V. 61. - P. 2015-2033.
12. Milman Yu. Plasticity characteristic obtained through instrumental indentation /Yu. Milman, S. Dub, A. Golubenko // Mater. Res. Symp. Proc. — 2008. —1049. — P. 734— 743.
13. Oliver W. C. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation measurements / W. C. Oliver, G. M. Pharr // J. Mater. Res. — 1992. — 7, №. 6. — P. 1564— 1583.
14. Review of research on the mechanical properties of the human tooth / [Y.R. Zhang, W. Du, X.D. Zhou, H.Y. Yu] // International Journal of Oral Science. - 2014. - №6. - Р. 61-69.
Стаття надшшла 20.06.2017 р.
Резюме
У дослщжены проведена оцЫка ммкротвердосп ем^ зубiв методом нанощентування. Отримаш дан свщчать, що середня мiкротвердiсть емалi постшних зубiв у дтянц екватора становить 5,75±0,06 Гпа, значення модуля пружност - 97,72±0,74 Гпа, за середшми даними. Виявлена рiзниця в показниках мiкротвердостi емалi залежно вщ рiвня ТТ резистентность МНкротвердють карieсрезистентноT емалi постшних зубiв становить 7,85±0,10 Гпа, що вище за аналопчш показники мiкротвердостi для умовнорезистентноТ емалi - 6,45±0,06 Гпа, i суттево вище для карieсосприйнятливоT емалi (2,95±0,22 Гпа). Це свщчить про взаемозв'язок резистентности емалi з мiкротвердiстю ТТ поверхневих шарiв. Найвище значення модуля пружносл встановлено в зразках зубiв iз карiесрезистентною емаллю (119,77±1,30 Гпа), що на 10,54% i на 44,67% вище в порiвняннi зi значенням цього показника в зразках зубiв з умовнорезистентною i карiесосприйнятливою емаллю. Отримаш дан дають змогу зробити припущення, що модуль пружносл емалi постшних зубiв також залежить вщ рiвня резистентности емалг Тому з метою запобь гання ураженню твердих тканин зуба з карiесосприйнятливою емаллю доцтьно призначати мiнералiзувальнi засоби, яга пщвищуватимуть мiкротвердiсть (карiесрезистентнiсть) зуба.
Ключовi слова: мiкротвердiсть емал^ резистентнють, постшш зуби.
Резюме
В исследовании проведена оценка микротвердости эмали зубов методом наноидентирования. Полученные данные свидетельствуют, что среднее значение микротвердости эмали постоянных зубов в области экватора коронки зуба составляет 5,75±0,06 ГПа, значение модуля упругости - 97,72±0,74 ГПа, по средним данным. Выявленная разница в показателях микротвердости эмали в зависимости от уровня ее резистентности. Микротвердость кариесрезистентной эмали постоянных зубов составляет 7,85±0,10 ГПа, что выше аналогичных показателей микротвердости для условнорезистентной эмали - 6,45±0,06 ГПа, и существенно выше для кариесвосприим-чивой эмали (2,95±0,22Гпа). Это свидетельствует о взаимосвязи резистентности эмали с микротвердостью ее поверхностных слоев.
Самое высокое значение модуля упругости получено в образцах зубов с кариесрезистентной эмалью (119,77±1,30 ГПа), что на 10,54% и на 44,67% выше по сравнению со значением данного показателя в образцах зубов с условнорезистентной и кариесвосприимчивой эмалью. Полученные данные позволяют предположить, что модуль упругости эмали постоянных зубов также зависит от уровня резистентности эмали. Поэтому с целью предотвращения поражения твердых тканей зуба с кариесвосприимчивой эмалью целесообразно назначать ре-минерализирующие средства с целью повышения микротвердости (кариесрезистентности) эмали.
Ключевые слова: микротвердость эмали, резистентность, постоянные зубы.
UDC 616.314-018.4:616.314.13-018.1]-073
MICROHARDNESS OF TOOTH ENAMEL WITH DIFFERENT LEVEL OF RESISTANCE
N.L. Chukhray, V.A. Vynar
Danylo Halytskiy Lviv National Medical University
Physics and Mechanics Institute by G.V. Karpenko of National Academy of Sciences of Ukraine
Summary
This study about the microhardness of tooth enamel is evaluated by nanoidentation. The data indicate that the average microhardness of the enamel of the permanent teeth in the region of the equator is 5,75±0,06 Gpa, modulus of elasticity - 97,72±0,74 GPa on average data. It was revealed difference in indices of enamel microhardness, depending on the level of its enamel. Microhardness cariesresistant enamel of the permanent teeth is 7,85±0,10 GPa, which is higher than the corresponding mean for microhardness of relatively resistant enamel 6,45±0,06 GPa and significantly higher than caries susceptible enamel (2,95±0,22 GPa ). The relationship between enamel resistances with microhardness of its superfacial layers is showed. The highest mean of elasticity was found in samples of teeth with enamel resistant to dental caries (119,77±1,30 GPa), which is on 10,54% and 44,67% higher compared with the value of the index in samples of tooth with conditionally resistant and caries susceptible enamel.
The received data make it possible to assume that the modulus of elasticity of enamel of permanent teeth also depends on the enamel resistance. Therefore, in order to prevent the injuring of hard tissues of caries susceptible enamel is advisable to appoint mineralizing means that can increase the microhardness (caries resistance) of teeth. Key words: enamel microhardness, resistance, permanent teeth.
