CC BY
21
СТОМАТОЛОГ1Я
- CTATTI -
УДК 616.31: 616.314: 543.429.22
ВЛИЯНИЕ КАРИЕСА НА СТАБИЛЬНЫЕ СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ В ЗМАЛИ ЗУБОВ ПО ДАННЫМ ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА
Антощук Н.Л., Брик A.B., Розенфельд Л. Г., Клименко А. П., Щербина О.И.
Стоматологическая поликлиника Дарницкого района г. Киева, Институт геохимии, минералогии и рудооб-разования HAH Украины, Научный центр радиационной медицины АМН Украины, Киевский национальный университет технологий и дизайна, г. Киев
Методом электронного парамагнитного резонанса показано, что при заболеваниях зубов кариесом количество стабильных свободных радикалов, локализованных в органической матрице эмали, существенно увеличивается. Определены спектроскопические характеристики указанных радикалов (обозначенных нами как Rn) , а также зависимости интенсивности соответствующих сигналов электронного парамагнитного резонанса от мощности микроволнового поля и температуры нагревания эмали. Описаны возможные механизмы формирования радикалов Rn, связанные с процессами биостимулированного окисления органической матрицы эмали, а также места локализации исследованных радикалов. Показано, что информация о радикалах Rn может быть использована как для изучения механизмов заболевания зубов кариесом, так и для разработки методов профилактики этого заболевания.
Ключевые слова: эмаль зубов, свободные радикалы, кариес, электронный парамагнитный резонанс.
Введение
Эмаль зубов является наиболее высокоминерализованной тканью организма человека. Минеральная компонента эмали, представленная в основном нанокристаллами гидроксиапатита, составляет примерно 96 % ее веса [4, 13]. Указанные нанокристаллы погружены в органическую матрицу, которая регулирует размеры, форму, ориентацию в пространстве, а также процессы роста и растворения нанокристаллов гидроксиапатита [2, 5, 6, 16]. Благодаря высокой степени минерализации, а также отсутствию клеток и сосудов, эмаль зубов является наиболее удобной биологической тканью, для которой возможно построение строгих физико-
математических моделей, описывающих процессы в биологических тканях. Для эмали наиболее интересным является описание процессов, протекающих при заболеваниях зубов кариесом. Известно, что, несмотря на обширные исследования, процессы, протекающие в эмали зубов под влиянием кариеса, остаются изученными недостаточно [1]. Это относится, в частности, к процессам, которые протекают на уровне свободных радикалов, локализованных в органической матрице эмали, а также на уровне нанокристаллов гидроксиапатита, формирующих минеральную компоненту этой высокоминерализованной биологической ткани. Недостаточная информация о процессах, связанных с раз-
* Работа выполнена в рамках темы 16.01.04 ДБ (номер госрегистрации 010би000892), которая финансируется Министерством образования и науки Украины.
Актуальт проблеми сучасно!" медицини
витием кариеса, сдерживает разработку новых методов профилактики и лечения этого заболевания.
Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) является одним из методов радиоспектроскопии, который позволяет получать детальную информацию об исследуемых объектах на атомно-молекулярном уровне [3, 14]. Применения ЭПР для исследования свойств эмали и других высокоминерализованных биологических тканей описаны во многих работах [7 - 9, 11, 12, 14, 15]. Вместе с тем для изучения механизмов возникновения кариеса метод ЭПР до последнего времени не использовался. Целью настоящей работы является изучение методом ЭПР свойств стабильных свободных радикалов в эмали зубов, а также определение влияния кариеса на эти радикалы.
Материалы и методы
Исследована эмаль зубов пораженных кариесом, а также эмаль зубов, удаленных по медицинским показаниям, не связанным с кариесом. Исследования проведены на образцах эмали, взятых как из отдельных зубов, так и на образцах, которые представляли собой смесь проб, взятых из нескольких (5 - 6) зубов. При этом образцы из здоровой эмали и из эмали, пораженной кариесом, готовились раздельно. Отжиг эмали проводили в трубчатой печи в атмосфере воздуха в интервале температур 100 - 500 °С.
Спектры электронного парамагнитного резонанса регистрировались при комнатной температуре с помощью спектрометра ERS - 231 (Германия), который работает в трехсантиметровом диапазоне длин волн. Частота модуляции магнитного поля для этого спектрометра равна 100 кГц, а амплитуда модулирующего поля - 0.1 мТл. Максимальная мощность микроволнового поля указанного спектрометра была равна примерно 100 мВт.
Результаты и их обсуждение
Во всех образцах эмали зубов нами зарегистрированы сигналы ЭПР от так называемых на-тивных радикалов [10, 15], которые мы будем обозначать как Rn. Сигналы ЭПР нативных радикалов представляют собой одиночную линию со следующими спектроскопическими характеристиками: фактор спектроскопического расщепления ( g - фактор) равен 2.0045+0.0003, а ширина резонансной линии составляет 0.9+0.1 мТл. Нами установлено, что интенсивность сигналов ЭПР, обусловленных радикалами Rn , в образцах эмали пораженной кариесом в 2 - 3 раза больше, чем интенсивность соответствующих сигналов в здоровой эмали. Для образцов, которые представляли собой смесь проб, взятых из нескольких зубов, отношение интенсив-ностей сигналов ЭПР в кариесной и здоровой эмали было равно 2.5+0.3. Характерные сигналы ЭПР от нативных радикалов в здоровой эма-
ли и в эмали, пораженной кариесом, представлены на рис. 1. На верхнем спектре перегиб вблизи центра линии связан с наличием в исследованном образце, кроме сигнала от радикалов Рп , также и более слабого сигнала от небольшого количества С02 радикалов.
Рис.1. Вид сигналов ЭПР, обусловленных нативными радикалами в здоровой эмали (1) и в эмали пораженной, кариесом (2). По оси абсцисс отложено значение индукции магнитного поля В в мТл, а по оси ординат I интенсивность сигнала ЭПР в относительных единицах.
Радикалы Рп формируются в эмали за счет разрыва химических связей в органических макромолекулах, формирующих органическую матрицу в которую погружены нанокристаллы гид-роксиапатита [10]. Поскольку при заболеваниях зубов кариесом имеет место увеличение интенсивности сигналов ЭПР, обусловленных радикалами Рп, то это указывает, что при заболеваниях кариесом свойства органической компоненты эмали изменяются. Эмаль зубов представляет собой взаимосвязанную минерально-органическую нано-ассоциированную систему [8]. Можно предположить, что при заболеваниях кариесом изменения в органической компоненте эмали являются первичными и влекут за собой вторичные изменения в минеральной компоненте.
Интенсивность сигналов ЭПР, обусловленных нативными радикалами Рп, является невысокой. Кроме того, в эмали зубов часто наблюдаются сигналы ЭПР, обусловленные радикалами С02 , которые формируются, в частности, при рентгеновском облучении эмали [7, 8, 12]. Перечисленные факторы делают необходимым нахождение оптимальных режимов регистрации спектров, т.е. таких режимов при которых сигналы ЭПР, обусловленные нативными радикалами, являются максимальными. В этой связи нами исследована зависимость интенсивности сигналов ЭПР, обусловленных радикалами Рп и
С02, от мощности микроволнового поля ЭПР спектрометра. Соответствующие результаты представлены на рис. 2. Как видно из этого рисунка, кривая насыщения сигнала ЭПР, обусловленного радикалами Рп , представляет собой кривую с экстремумом, а интенсивность сигналов ЭПР от С02 радикалов монотонно увеличивается с ростом микроволновой мощности. Представленные на рис. 2 зависимости показывают, что для нативных радикалов, в отличие от радикалов С02, имеет место насыщение сигналов ЭПР микроволновым полем. Оптимальная микроволновая мощность для регистрации нативных радикалов равна примерно 5 мВт.
10000]
аооо-
&мо-
4000-
нгао-
ю
■——т—
100
Рис. 2. Кривые насыщения сигналов ЭПР в эмали зубов. Кривая 1 соответствует радикалам , а кривая 2 радикалам С02. По оси абсцисс отложена мощность микроволнового поля Р в мВт.
Во время приготовления образцов, в частности при отделении эмали от дентина с помощью стоматологического инструмента, возможен локальный нагрев эмали. Нагрев образцов может приводить к изменениям интенсивности сигналов ЭПР. По этой причине оказывается важным исследовать зависимость интенсивности сигнала ЭПР, обусловленного радикалами Рп , от температуры отжига эмали. Результаты соответствующих исследований представлены на рис. 3. Из этого рисунка видно, что отжиг эмали при Т > 150 °С ведет к увеличению интенсивности сигналов. Важно отметить, что при этом положение (определяемое д - фактором) и ширина сигнала ЭПР не изменяются. Вместе с тем, при температуре отжига Т > 300 °С имеет место изменение как д-фактора, так и ширины исследуемых сигналов ЭПР. На основании этих данных можно предположить, что при отжиге в интервале температуры 100-300 °С природа парамагнитных центров, которые обусловливают сигнал ЭПР, сохраняется, а при Т > 300 °С имеет место генерация других парамагнитных центров, которые формируются в процессе выгорания органической матрицы эмали. На основании изложенного можно считать (рис. 3), что при от-
жиге образцов количество радикалов Рп в эмали определяется кривой 1, а количество центров, связанных с выгоранием органики, кривой 2. Приведенная информация является важной для правильного выбора процедуры приготовления проб. При отделении эмали от дентина следует избегать локального нагрева эмали, поскольку это может приводить к термогенерации сигналов ЭПР и, соответственно, к искажению результатов исследований.
Рис.3. Зависимость интенсивности сигналов ЭПР в эмапи зубов от температуры отжига. Кривая 1 соответствует радикалам , а кривая 2 радикалам, обусловленным выгоранием органической матрицы.
Нативные радикалы Рп представляют собой стабильные свободные радикалы, которые формируются в органической матрице эмали за счет процессов биостимулированного окисления органических макромолекул, ассоциированных с нанокристаллами гидроксиапатита. В результате этих процессов в органической матрице эмали формируются разорванные химические связи, содержащие неспаренные электроны. Мы считаем, что количество радикалов Рп в минерализованных биологических тканях отражает степень дефектности (количество разорванных химических связей) органических макромолекул. В свою очередь, степень дефектности макромолекул органической матрицы определяется состоянием и заболеваниями рассматриваемой биологической ткани. Последнее позволяет использовать ЭПР нативных радикалов для изучения механизмов заболевания эмали, а также процессов, протекающих при кариесе.
Механизмы формирования нативных радикалов в минерализованных биологических тканях связаны с процессами жизнедеятельности биологического объекта. Эти механизмы можно пояснить с помощью схемы:
^ Гп+ е (1),
где — фрагмент органической матрицы, который в результате процессов жизнедеятель-
Актуальт проблеми сучасно! медицини
Радикалы Рп могут быть использованы как индикатор состояния органической матрицы эмали и как зонд для получения информации о механизмах заболевания зубов. С помощью радикалов Рп можно на атомно-молекулярном уровне получать информацию о процессах, которые протекают в зубах под влиянием кариеса. Таким образом, получение с помощью ЭПР детальной информации о количестве, местах локализации и других свойствах нативных радикалов, открывает новые возможности для поиска новых способов профилактики и лечения кариеса.
Литература
Ме-
ности (или внешних воздействий) способен потерять электрон и перейти в парамагнитное состояние. Обозначение в реакции (1) имеет тот же смысл, что и введенное нами ранее обозначение Рп, а знак (+) указывает, что этот фрагмент органической матрицы из-за потери электрона имеет положительный заряд. Парамагнитный радикал следует отнести к радикалам дырочного типа, поскольку его д-фактор больше д-фактора свободного электрона (2,0023). Формирование радикалов Рп в процессе жизнедеятельности биологического объекта связано с процессами биостимулированного окисления фрагментов органической матрицы минерализованных тканей. При нагревании образцов до относительно небольших температур (Т < 300 °С) в этих образцах имеют место также процессы окисления, обусловленные кислородом воздуха, что приводит к увеличению интенсивности соответствующих сигналов (кривая 1 на рис. 3).
Сигналы ЭПР подобные описанным выше сигналам от нативных радикалов Рп можно зарегистрировать в различных высокоминерализованных биологических тканях, в том числе в костях и дентине [10]. На этом основании можно сделать вывод, что стабильные радикалы Рп формируются в тех фрагментах органических макромолекул, которые ассоциированы с нанокри-сталлами гидроксиапатита минеральной компоненты указанных биологических тканях.
Заключение
На основании приведенных выше данных о влиянии кариеса на количество радикалов Рп можно сделать вывод, что при заболеваниях зубов кариесом степень дефектности органической матрицы эмали существенно увеличивается. Эмаль зубов, как было отмечено выше, можно рассматривать как минерально-органическую нано-ассоциированную систему, в которой органическая матрица управляет свойствами нанок-ристаллов гидроксиаппатита, погруженных в эту матрицу. Изменение свойств органической матрицы, связанные с появлением радикалов Рп , могут вести к изменениям свойств нанокристал-лов гидроксиапатита и, соответственно, к изменениям свойств минеральной компоненты эмали. Вместе с тем, поскольку свойства органической и минеральной компоненты в эмали взаимосвязаны, то изменения свойств нанокристал-лов гидроксиапатита также могут стимулировать изменения свойств органических макромолекул, ассоциированных с этими нанокристаллами.
Реферат
ВПЛИВ КАРЮСУ НА СТАБ1ЛЬН1 В1ЛЬН1 РАДИКАЛИ В ЕМАП1 ЗУБ1В ЗА ДАНИМИ ЕЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГН1ТНОГО РЕЗОНАНСУ
АнтощукН.Л., БрикО.Б., РозенфельдЛ.Г., КлименкоА.П., ЩербинаО.И.
Ключов1 слова: емаль зуб1в, втьы радикали, кар1ес, електронний парамап-лтний резонанс.
Методом електронного парамап-мтного резонансу показано, що при захворюваннях зуб1в на кар1ес ктьюсть стабтьних втьних радикал^, як1 локалЬоваы в органннм матриц! емал1, суттево збтьшуеть-ся. Визначено спектроскопии характеристики вказаних радикал^ (позначених нами як Рп), а також
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
Боровский Е.В., Леонтьев В.К. Биология полости рта. - М.: дицина, 1991. - 303 с.
Брик А.Б., Подрушняк Е.П.. Иванченко Л.А., Калиниченко A.M., Багмут H.H. О механизмах ассимиляции резорбируемых имп-лантатов костной иканью по данным электронного парамагнитного резонанса// Ортопедия, травматология и протезирование.
- 2001. - № 2. - С.23 - 27.
Инграм Д. Электронный парамагнитный резонанс в биологии. -М.: Мир, 1972. - 296 с.
Кораго A.A. Введение в биоминералогию. - СПб.: Недра, 1992. 280 с.
Розенфельд Л.Г., Брик А.Б. Минералы биологического происхождения: формирование структуры и свойств // Врачебное дело. - 1992. - № 8. - С. 3 -9.
Розенфельд Л.Г., Брик О.Б.. Атаманенко О.М. ДемЫерал1зацт KicTOK при косм1чних польотах: HOBi гадходи до вивчення проблеми // ЖурналАМНУкраТни. -1999. - Т.5, № 2. - С.220 - 233. Brik A., Baraboy V., Shevchenko Yu., Brik V. Metabolism in Tooth Enamel and Reliability of Retrospective Dosimetry // Applied Radiation and Isotopes. - 2000. - V.52, №5. - P.1305-1310. Brik A.B., Brik V.B. Mechanisms of diffusion in biominerals and bone demineralization during space flights // Mineralogical Journal
- 1998. - V.20, №5. - P. 46-61.
Brik A.B., Haskell E.H., Brik V.B., Scherbina O.I. Anisotropy effects of EPR signals and mechanisms of mass transfer in tooth enamel and bones // Applied Radiation and Isotopes. - 2000. - V.52. -P.1077- 1083.
Brik A.B., Kenner G.H. Atamanenko O.N., Scherbina O.I., Ka-linichenko A.M., Bagmut N.N. Formation mechanisms and dynamic characteristics of free radicals of biominerals as deduced from EPR spectroscopy // Mineralogical Journal. - 2001. - V.23, №4. - P.44 -55.
Brik A., Oganov V., Rozenfeld L., Kalinichenko A., Ovsyannikova L., Bagmut N. Bone demineralization mechanisms at level of free radicals and nanoscale subsystems of bone tissue // Journal of Gravitation Physiology. - 2004. - V. 11, №2. - P. 155 -156. Brik A.B., Rosenfeld L.G., Haskell E.H., Kenner G.H., Brik V.B. Formation mechanisms and localization places of CO2- radicals in tooth enamel // Mineralogical Journal. - 2000. - V.22, №5/6. - P.57 -67.
Driessens F. C. M., Verbeeck R. M. H. Biominerals. Boca Raton: CRC Press, 1990. 428 p.
Ikeya M. New Applications of Electron Paramagnetic Resonance: Dating, Dosimetry and Microscopy. Singapore: World Scientific, 1993. 500 p.
Kenner G.H., Brik A.B., Liu G., Haskell E.H., at. al. Variation of long-lived free radicals responsible for the EPR native signal in bone of aged or diseased human females and ovariectomed adult rats // Radiation Measurements. - 2004. - V. 39, № 3. - P. 255 - 262. Rozenfeld L. G., Brik A. B., Kenner G. H. et al. New approaches to study of interaction mechanisms of an organic and mineral matter in resorbed implants // Ортопедия, травматология и протезирование. — 2002. — № 1. — С. 9-16.
залежност ¡нтенсивност вщповщних сигнал^ электронного парамап-мтного резонансу в1д потужност1 мкрохвильового поля \ температури вщпалювання емалк Описаы можлив1 мехаызми формування радикал^ Рп , як1 пов'язаы з процесами бюстимульованого окисления органнноТ матриц! емал1, а також мюця локал^аци дослщжених радикал^. Показано, що ¡нформац1я про радикали Рп може бути вико-ристана як для вивчення мехаызмв захворювань зуб1в на кар1ес, так \ для розробки метода профтак-тики цього захворювання.
УДК 616.314-76
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫВНОГО ПРОТЕЗА ПРИ ЛЕЧЕНИИ ПАТОЛОГИЧЕСКОГО СТИРАНИЯ ЗУБОВ, ОСЛОЖНЕННОГО ВТОРИЧНЫМИ ДЕФОРМАЦИЯМИ ЗУБОЧЕЛЮСТНОЙ СИСТЕМЫ
Валя Г.Н.
Высшее государственное учебное заведение Украины
„Украинская медицинская стоматологическая академия", г. Полтава
В статье представлены результаты клинического использования покрывного протеза при лечении пациентов с тяжелыми формами патологического стирания зубов осложненного вторичной деформацией зубных рядов. Анализ полученных данных свидетельствует о достаточной эффективности предложенной конструкции.
Ключевые слова: патологическое стирание, вторичные деформации, дефект зубного ряда, покрывной протез.
в зубочелюстной системе. Это, безусловно, ска-
Актуальность
В клинику ортопедической стоматологии часто обращаются больные, протезирование которых затруднено, а порой и невозможно без предварительной специальной подготовки.
Среди них особую группу составляют пациенты с патологическим стиранием твердых тканей зубов, осложненных вторичными деформациями зубочелюстной системы.
Согласно данным литературы, все формы патологического стирания зубов встречаются достаточно часто и по мнению А.Г. Молдованова [3] достигают 74,7% от общего количества обследованных.
К этим цифрам приближаются и данные других авторов (В.1. Бща [1] В.М. Дворник [2] ). Однако, четкое указание о частоте и распространенности осложненных форм патологического стирания в литературе практически отсутствует.
Трудности ортопедической реабилитации такой категории больных определяются сочетан-ными морфо-функциональными нарушениями, обуславливающими изменение окклюзионных взаимоотношений, вакантное разрастание альвеолярного отростка, блокирование горизонтальных движений нижней челюсти, болевые ощущения в мышцах, дисфункциональные расстройства височно-нижнечелюстных суставов, эстетические диспропорции.
Перечисленные факторы определяют необходимость индивидуального подхода к составлению плана лечения. Принятые сегодня технологии ортопедического лечения указанной группы больных требуют длительного подготовительного периода, суть которого заключается в первичном разобщении прикуса с помощью каппы и последующего рационального протезирования. Лечение предусматривает перестройку взаимо-сочетанных рефлексов жевательного аппарата и стимулирование остеопластических процессов
зывается на сроках реабилитации больных. Вот почему усилия, направленные на сокращение сроков подготовки, а значит и на сроки полной реабилитации пациентов, следует признать актуальными.
Исходя из этого, целью настоящего исследования явилось изучение возможностей повышения качества ортопедического лечения больных с патологическим стиранием твердых тканей зубов, осложненных зубочелюстными деформациями, посредством клинической апробации методики одноэтапного протезирования.
Объекты и методики
Для реализации поставленных задач набрана клиническая группа из 9 человек обоего пола в возрасте от 50 до 70 лет, у которых генерализованная форма патологического стирания твердых тканей зубов осложнена дефектами зубного ряда и вторичной деформацией в виде вакантной гипертрофии альвеолярного отростка нижней челюсти.
Результатом работы явилось определение содержания и последовательности клинико-лабораторных этапов изготовления ортопедических конструкций, исключающих предварительную подготовку зубочелюстной системы.
Результаты исследований
Клиническая симптоматика у пациентов сопровождалась стойкими морфологическими и функциональными нарушениями элементов зубочелюстной системы. При опросе больные жаловались на нарушение функции жевания, иногда, речи, косметические неудобства. У четырех человек отмечено частое появление заед, имеющих длительное рецидивирующее течение, трудно поддающееся консервативному лечению.
На постоянные, усиливающиеся к концу дня
