CC BY
195
Современные представления о механизме развития ранней стадии повышенной стираемости зубов
Мандра Ю.В.
к.м.н., доцент, зав. кафедрой ПФСзаболеваний ГОУ ВПО УГМА Минздравсоцразвития России, г. Екатеринбург, врач-стоматолог высшей категории, jmandra@mail.ru
Вотяков С.Л.
член-корреспондент РАН, доктор геолого-минералогических наук, зав. лаб. физико-химических методов исследования ИГГУрО РАН, г. Екатеринбург, votyakov@igg.uran.ru
Ронь Г.И.
д.м.н., профессор, зав. кафедры терапевтической стоматологии ГОУ ВПО УГМА Минздравсоцразвития России, г. Екатеринбург, ugma-zub@yandex.ru
Киселева Д.В.
к.г.-м.н., старший научный сотрудник лаборатории физико-химических методов исследования ИГГ УрО РАН, г. Екатеринбург, kiseleva@igg.uran.ru
Резюме
Методами физико-химического анализа — атомной силовой, сканирующей электронной, инфракрасной, оптической микроскопией, электронным микрозондированием, масс-спектрометрией, термодериватографией, инфракрасной спектроскопией — при ранних проявлениях повышенной стираемости зубов установлено увеличение адсорбционной воды эмали в 2,5 раза, уменьшение органической составляющей дентина на 15,8%, снижение фторидов на 52,9%, искажение симметрии тетраэдра PO43-, изменение кристалличности структуры с изоморфными и изоионными замещениями решетки гидроксиапатитов.
Ключевые слова: повышенная стираемость зубов, эмаль, дентин.
MODERN VIEW ON THE DEVELOPMENT OF TOOTH WEAR (EARLY STAGE)
Mandra J.V., Ron G.I., Votyakov S.L., Kiseleva D.V.
The summary
By means of methods of the physical and chemical analysis - методами atom force, scanning, optical microscopy, electronic microprobe, mass-spectrometry, ther-moderivatography, infrared spectroscopy - in early stage of tooth wear enamel adsorbed water increasing in 2,5 time, organic reduction by 15,8%, decrease in fluorides on 52,9 %, distortion of symmetry of a tetrahedron PO43-, change of crystallinity of structure with isomorphic and isoionic replacements of hydroxyapatites - were revealed.
Keywords: tooth wear, enamel, dentine.
На сегодняшний день повышенная стираемость зубов (ПСЗ) становится одним из самых распространенных стоматологических заболеваний [Каламкаров Х.А., 2004, Трезубов В.Н., 2007, Bartlett D., 2007]. Наиболее частыми причинами развития ПСЗ являются функциональная недостаточность твердых тканей зубов, морфологическая их неполноценность, перегрузка зубов, химическое воздействие, профессиональные вредности [Рогожников Г.И., 2002, Lussi A., 2006].
ПСЗ характеризуется прогрессирующей убылью твердых тканей зуба, сопровождается целым комплексом морфологических, эстетических и функциональных нарушений. Это образование фасеток стирания, изменение анатомической формы зубов, гиперэстезия дентина, нарушение эстетических норм, функции жевания, изменение прикуса, снижение межальвеолярной высоты, дисфункция
височно-нижнечелюстных суставов, поражение тканей па-родонта за счет функциональной перегрузки [Майер Г., Хва-това В.А., 2001, Wilson T.G., 2002]. При тяжелой патологии наблюдается симптомокомплекс функциональных нарушений: хруст, щелканье, боли в височно-нижнечелюстных суставах, лицевые, головные боли (в затылочной и шейной областях), глоссалгия, нарушения слуха, секреторные изменения в полости рта [Безруков В.М., Пузин М.Н., Семкин В.А., Григорьянц Л.А., 2002, Pickles M.J., 2006].
Клиническая картина развившихся стадий ПСЗ подробно освещена в современной литературе, в то время как проявления и морфоструктурные изменения твердых тканей зубов на начальных стадиях патологического процесса остаются пока недостаточно изученными, несмотря на обилие новых сверхчувствительных физико-химических методов исследования [Отто М., 2003, Нолтинг Б., Пантелеев В.,
2005, Kawasaki K., 2000].
В этом аспекте нам представляется актуальной интегральная оценка морфологических особенностей строения и микроэлементного состава твердых тканей зубов при ПСЗ с применением современных экспериментальных физико-химических методов исследования с целью разработки новых методов диагностики и лечения заболевания, обоснования выбора пломбировочных материалов.
Цель исследования — выявить морфоструктурные особенности строения и химического состава твердых тканей зубов при ранней стадии ПСЗ с применением сверхчувствительных методов физико-химического анализа.
Материал и методы исследования
Экспериментальное исследование проведено на базе центра коллективного пользования «Геоаналитик» Уральского отделения Российской академии наук (ИГГ УрО
РАН) города Екатеринбурга (Аттестат аккредитации Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии на техническую компетентность при анализе №001544) под руководством члена-корреспондента РАН, доктора геолого-минералогических наук Вотякова Сергея Леонидовича.
Материалом для экспериментального исследования служили образцы 30 зубов (128 образцов) пациентов различных возрастных групп, проживающих в Уральском регионе и имеющих проявления ПСЗ первой-третьей степени, удаленных по пародонтологическим показаниям; контрольную группу составили образцы интактных зубов, удаленных по ортодонтическим показаниям.
Для наиболее полной оценки патологических изменений твердых тканей зубов нами предложена схема комплексного биоматериаловедческого исследования с применением современных экспериментальных методов, которая отработана и использована для диагностики ПСЗ (Патент РФ №2366380 от 10.09.2009 г «Метод диагностики патологической стираемости»):
1. Методы исследования структуры и топологии поверхности твердых тканей зубов:
1.1. Оптическая микроскопия;
1.2. Электронная микроскопия;
1.3. Атомная силовая микроскопия;
1.4. Инфракрасная (ИК) микроскопия.
2. Методы исследования количественного состава твердых тканей зубов:
2.1. Электронное микрозондирование (содержание основного элементного состава твердых тканей зуба);
2.2. Термодериватография (содержание воды и органических составляющих);
2.3. Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (микро- и нанопримесный состав);
2.4. Инфракрасная (ИК) спектроскопия (кристалличность структуры, наличие дефектов).
В настоящей работе для контроля правильности полученных результатов использованы государственные стандартные образцы апатита А-2463 и апатитового концентрата АК-2462, по составу наиболее близкие к биоми-неральной компоненте зубной эмали. Результаты, полученные при анализе стандартных образцов, удовлетворительно согласуются с их паспортными данными.
Весь материал был подвергнут обработке методами вариационной статистики с анализом множественной корреляции признаков, с использованием общепринятых критериев математической статистики абсолютных и относительных величин. Средние величины, их ошибки, среднеквадратичное отклонение и коэффициент вариа-
Рис. 1. Топография поверхности, полученная на оптическом (а, б) и атомном силовом микроскопе EXPLORER (в-з) для резца с нормальной (а, в-д, зоны 1-3 соответственно) и дефектной минерализацией (б, е-з, зоны 1-3 соответственно)
ции рассчитаны на основании вариационных рядов. Достоверность различий (р) в группах оценивали согласно t-критерию Стьюдента для независимых выборок, внутри групп — с помощью t-критерия Стьюдента для парных данных. При сравнении более двух групп применяли критерий Стьюдента с поправкой Бонферрони. Статистическая обработка материала, построение графиков и таблиц производились на персональном компьютере, с использованием программных пакетов статистической обработки данных StatSoft Statistics 6.0 for Windows.
Результаты проведенного исследования
Результаты собственных исследований микроструктуры показывают, что топология и рельеф поверхности интак-тных и пораженных ПС зубов существенно различаются. При ранних проявлениях ПСЗ наблюдается нечеткость кристаллической структуры, размытость контуров эмалевых
призм, сглаженность рельефа поверхности, увеличение микропространств. В дентине зубов с проявлениями ПСЗ диаметр трубочек и их количество существенно уменьшается; рельеф становится уплощенным, сглаженным. Просветы канальцев облитерируются. Расширяются зоны гиперминерализации вокруг дентинных трубочек, в связи с плотным расположением минеральных кристаллов и глобул, возрастает микротвердость поверхностного слоя (рис. 1).
Главным отличием ИК - спектров эмали и дентина зубов с ПСЗ является их низкое качество по сравнению со стандартной записью спектров поглощения в интактных зубах. Увеличение числа полос свидетельствует о полном или частичном искажении симметрии тетраэдра Р043- в поверхностных слоях вследствие изоморфных замещений анионной и катионной части гидроксиапатита (рис. 2).
Данные термогравиметрического анализа отражают процессы окислительной деструкции компонентов органической
50
1500 1300 1100 900 700
Волновое число, см1
500 1300 1100 900 700
Волновое число, см1
500
Рис. 2. ИК - спектры эмали и дентина на микроскопе Continuum, распределение интенсивности линий (а - интактный зуб; б -зубс ПСЗ 1 степени).Дляколичественногосопоставленияспектрови динамикиихизмененияпозонамзубапроведено разложение профиля суммарного поглощения на 6 элементарных компонент лоренцевой формы с использованием
программного пакета PeakFit
Рис. 3. Дериватограммы интактной эмали (а) и с проявлениями ПСЗ (б) на дериватографе Diamond TG-DTA
матрицы эмали и дентина, значимо отличающиеся от интак-тных зубов. Усредненные значения соответствуют потере адсорбционной воды гидратной оболочки кристаллов и разложению органических веществ. При ПСЗ в эмали происходит достоверное увеличение содержания адсорбционной воды (примерно в 2,5 раза) и органической компоненты (примерно в 3 раза); в дентине же эти содержания уменьшаются, что свидетельствует о снижении биомеханической устойчивости зуба к механической нагрузке (рис. 3, табл. 1).
Особенности количественного состава эмали и дентина, по данным электронно-зондового микроанализа, позволяют выявить вариации содержания основных
элементов. Дентин фасетки стирания гиперминерали-зован (уровень кальция повышен на 19,5%, фосфора
— на 17,3%, р<0,05). Ощутимые изменения происходят преимущественно в анионном составе эмали и дентина
— эмаль и дентин в пораженном зубе сильно обеднены
фтором и обогащены хлором. Уровень фтора снижен на
52,9% (р<0,05) (рис. 4).
Динамика химического растворения при масс-спектро-скопии свидетельствует о достоверном снижении резистентности эмали зубов с ПСЗ к кислотному воздействию, что может быть следствием нарушения кристалличности структуры, увеличения межкристаллических пространств, а также ослабления связи минерал -Таблщсх 1. белковая органическая матрица. По данным масс-спектрометрии, содержание большинства микроэлементов в эмали зубов с ПСЗ понижено (р<0,05). Однако внешние слои эмали зубов с ПСЗ характеризуются повышенным содержанием Zn, Sr, РЬ (р<0,05). По содержанию и распределению микроэлементов дентин интактных зубов не отличается от дентина зубов с ПСЗ настолько существенно, как эмаль (рис. 5).
Полученные данные позволили предположить следующий механизм развития ранней стадии ПСЗ (рис. 6). Пусковым моментом, на наш взгляд, является сочетанное химическое (кислотное) и механическое воздействие, вызывающее первичные изменения эмали и вторичные — дентина.
В эмали активизируются механизмы обмена, на что указывает увеличение свободной воды, органической составляющей. Происходят изоморфные и изоионные замещения кристаллической решетки гидроксиапатитов. На поверхности наблюдается преобладание молекул карбонатапатитов, хлорапатитов над более резистентными фторапа-титами. Это является неблагоприятным, так как снижает кристалличность и резистентность ткани к неблагоприятным (кислотным и механическим воздействиям). Постепенно под действием механической нагрузки патологически измененная эмаль разрушается.
В дентине при начальной ПСЗ, наоборот, происходит «защитная» гиперминерализация (увеличение кальция и фосфора) со снижением качества минеральной составляющей. Морфология поверхностной зоны дентина также изменяется: об-литерируются дентинные канальцы,
Средние величины адсорбционной воды и органических веществ по данным термодериватографии (в % масс), М±т
Интактная Эмаль Интактный Дентин
эмаль с ПСЗ дентин с ПСЗ
Адсорбционная вода 2,5±0,02 6,1±0,03 p<0,001 7,5±0,02 6,5±0,01 p<0,05
Органическая компонента 4,9±0,02 16,0±0,04 p<0,001 15,7±0,03 13,2±0,02 p<0,05
Содержание, %
Рис. 4. Количественный элементный состав твердых тканей зубов при повышенной стираемости по данным электронного микрозондирования (электронный микроанализатор Сатеса ЭХ-100).
10000
Clh
fin
Э
Ë
§
¡3
1000
100
10
1
0.1
0.01
Нормальная
минерализация
Дефектная мннералігзаціїя
Т1 Hg Со Se Pb Си V Ба Zn Bi Rb Cd Mn Cr As Al Ni Sr
■ Ми
* Qi
* Zii . Se
■ Sift Cd
* Ba . Pb
Номер слоя зуба
Рис. 5. Микроэлементный состав (а) и его распределение по слоям эмали и дентина зуба с нормальной и дефектной минерализацией (нумерация слоев эмали от внешней части кдентино-эмалевой границе) на масс-спектрометре с индуктивно
связанной плазмой ELAN 9000
Кислотное
химическое
воздействие
Первичные Вторичные
морфострукт. > морфострукт.
изменения изменения
эмали дентина
і і J к
Механическая
нагрузка
Индивидуальные
сопутствующиефакторы
Деградация твердых тканей зуба -
клиническая
диагностика
ПСЗ
- наличие общесоматических заболеваний
- парафункции жевательныхмышц
- профессиональные вредности
- наследственнаяпредрасположенность
- вредные привычки
- пищевые пристрастия
- погрешности индивидуальнойгигиены ПР
Рис. 6. Схема развития ранней стадии ПСЗ
расширяются зоны гиперминерализации вокруг них, кристаллы располагаются более плотно. Данные изменения наблюдаются только в поверхностном слое (до 1-1,5 мм), что является неудовлетворительным субстратом для адгезии пломбировочных материалов. Снижение фтора более 50% позволяет предположить, что наиболее эффективным будет лечение, при котором восстановление утраченных структур зубной ткани сопровождается профилактическим, реминерализующим воздействием фторидов, содержащегося в пломбировочных материалах и адгезивных системах.
Однако процесс необратимого изменения твердых тканей зубов, их «деградации» при ПСЗ развивается в организме пациента достаточно индивидуально и зависит от возраста, экологических и профессиональных факторов, сопутствующих соматических заболеваний и др., что подтверждается данными микропримесного анализа.
Вывод
Ранние проявления повышенной стираемости зубов характеризуются увеличением адсорбционной воды эмали в 2,5 раза, уменьшением органической составляющей дентина на 15,8%, снижением фторидов на 52,9%, искажением симметрии тетраэдра Р043-, изменением кристалличности структуры с изоморфными и изоионными замещениями решетки гидроксиапатитов.
литература
1. Каламкаров Х.А. Ортопедическое лечение патологической стираемости твердых тканей зубов. Учебное пособие. / Х.А.Каламкаров. - М., Медицинское информационное агентство. - 2004. - 176 с.
2. Нолтинг Б. Новейшие методы исследования биосистем. / Б. Нолтинг. - М., Техносфера. - 2005. - 256 с.
3. Отто М. Современные методы аналитической химии. / М. Отто. - М., Техносфера. - 2003. - Том 1. - 416 с.
4. рогожников Г.и. Повышенная стираемость твердых тканей зубов. / Г.И.Рогожников, Л.Е.Леонова, А.С.Щербакова, Е.В.Суворина, Ю.Г.Ковалев, Ю.В. Аникин. - Пермь, 1995. - 163 с.
5. Bartlett D.V. The role of erosion in tooth wear: aetiology, prevention and management. / D.V.Bartlett // International Dental Journal. - 2005. - N.55. - P. 277-284.
6. Lussi A. Dental erosion. / A. Lussi // Monogr. Oral Sciences. -
2006. - V. 20. - P. 32-43.
Компания «Интермед 21 века»
НА ПРОТЯЖЕНИИ 15 ЛЕТ ПОСТАВЛЯЕТ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ стоматологические материалы и ОБОРУДОВАНИЕ ЯВЛЯЯСЬ ОФИЦИАЛЬНЫМ ДИЛЕРОМ ВЕДУЩИХ
производителей стоматологических
МАТЕРИАЛОВ |УОС1АЙ \ZlVADENT (ГЕРМАНИЯ) И ОБОРУДОВАНИЯ
Компании КаУо (Германия)
Осуществляя прямые поставки из Германии и Лихтенштейна компания «Интермед 21 века»
ГАРАНТИРУЕТ ВЫСОКОЕ КАЧЕСТВО МАТЕРИАЛОВ.
Тесное сотрудничество с компанией Ка\/о позволяет предложить стоматологические
УСТАНОВКИ НАИЛУЧШЕЙ КОМПЛЕКТАЦИИ ПО ВЫГОДНЫМ ЦЕНАМ
В СРЕДНЕЦЕНОВОМ сегменте Primus 1058 -НАИЛУЧШЕЕ СОЧЕТАНИЕ
ЦЕНА/КАЧЕСТВО/КОМФОРТ
• • •
ИНТЕРМЕЛ'.
21й ВЕКА-
И' -
—■
модель
KaVoPRIMUS 1056SAM
Профессиональные стоматологические материалы и оборудование
Предлагаем элитную установку: KaVo ESTETICA Е-80
ВОЗМОЖНОСТИ УСТАНОВКИ
БЕЗГРАНИЧНЫ -
ОТ ЛЕЧЕНИЯ ЗУБОВ ДО УСТАНОВКИ имплантата!
620014, Екатеринбург, ул. Жукова, 13, т./факс: (343) 214-67-11 intemed_ekb@mail.ru
