CC BY
25
УДК 616.314.13-07:620.186.2
ВОЗМОЖНОСТИ МЕТОДА АТОМНОЙ СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ В ОЦЕНКЕ МОРФОСТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПРИ ПОВЫШЕННОЙ СТИРАЕМОСТИ ЗУБОВ
Ю. В. Мандра
Морфологическое строение зуба, его вариабельность при патологических процессах оказывает существенное влияние на резистентность эмали, стойкость к воздействию неблагоприятных факторов. Это отражается на долговечности пломбы, хорошей маргинальной адаптации, соответствии реставрационной работы клиническим и эстетическим оценочным критериям. Количественные и качественные показатели микро- и наноструктуры твердых тканей зубов, а также процессы, происходящие при этом в эмали и дентине при повышенной стирае-мости, остаются на сегодняшний день практически не изученными. Также в доступной литературе не обнаружено работ, обосновывающих выбор пломбировочных материалов при реставрации зубов с проявлениями повышенной стираемости [2].
Можно предположить, что появление нанонаполненных адгезивных систем и композиционных материалов (ADPER Single bond 2 - Filtek Supreme XT//3M ESPE, Prime&Bond NT—EstetX Improved//Dentsply), способных взаимодействовать с тканями зуба и встраиваться в их структуру на наноуровне, позволит решить данную проблему. Функциональные мономеры адгезивной системы вступают в реакцию с гидроксиапатитом и формируют наноинтерактивную гибридную зону. Кроме того, нанонаполненные материалы, имея достаточную прочность к ок-клюзионной нагрузке, позволяют сохранить
полировочный блеск реставрации в течение длительного времени, воспроизвести анатомические особенности, цветовые нюансы и прозрачность твердых тканей зуба [1].
В этом аспекте нам представляется актуальной интегральная оценка морфологических особенностей строения твердых тканей зубов при повышенной стираемости с применением современных экспериментальных микроскопических методов исследования. Наиболее распространенной для изучения структуры биосистем традиционно считается электронная микроскопия. Просвечивающая электронная микроскопия использует волновые свойства движущихся электронов с целью получить изображения изучаемого объекта с высоким разрешением. С применением данного метода изучены особенности микроструктуры молочных и постоянных зубов различных возрастных групп [4, 5]. Сканирующая электронная микроскопия предоставляет возможность изучения биомолекул в субнанометровом разрешении, так как поверхность образца исследуется с помощью очень тонкого луча диаметром всего несколько ангстрем. Процесс формирования гибридной зоны при пломбировании различными композиционными материалами и адгезивными системами изучен благодаря применению данной методики микроскопии [6].
Наиболее перспективным методом микроскопии, позволяющим получать изобра-
жения в атомном и нанометровом масштабе, на сегодняшний день является атомная силовая или сканирующая зондовая микроскопия (АСМ). Зондовые сканирующие микроскопы генерируют изображения образца с высоким разрешением путем его сканирования с помощью микроскопических механических, электрических, оптических, тепловых и иных зондов. Зонд расположен на свободном конце миниатюрного кантилевера. Он измеряет слабые силы взаимодействия, возникающие между острием и поверхностью образца, определяя изменения в отражении лазерного луча. Изображение рельефа поверхности регистрируется с помощью подвижного пьезоэлектрического предметного столика, который перемещает либо образец над острием, либо острие над поверхностью образца. АСМ является полезным методом изучения структуры белков, ДНК человеческого организма для понимания их структуры и физических свойств, используемых в генной инженерии. В доступной литературе мы не обнаружили публикаций по применению данного метода для изучения морфологической структуры твердых тканей зуба при патологических процессах [3].
Материал и методы
экспериментального исследования
Материалом для экспериментального исследования служили образцы 16 зубов (128 образцов) пациентов различных возрастных групп, проживающих в Уральском регионе и имеющих проявления повышенной стираемости зубов первой—третьей степени; контрольную группу составили образцы интактных зубов, удаленных по ортопедическим и ортодонтическим показаниям.
Исследование микроструктуры и свойств поверхности эмали и дентина
проводилось с использованием АС микроскопии на приборе Explorer™ (фирма ThermoMicroscopes); изучались поверхности продольных сечений зубов толщиной 1—1,5 мм, подготовленные с использованием низкоскоростной бормашины и алмазного сепара-ционного диска; для шлифовки применялись гибкие абразивные диски.
АС микроскопические исследования зубов выполнены на базе специализированной лаборатории Уральского государственного университета (руководитель — профессор, д. ф.-м. н. Шур В. Я., г. Екатеринбург).
Результаты экспериментального
исследования
Особенности наноструктуры эмали и дентина по данным атомно-силовой микроскопии.
В образцах интактных резцов и резцов с повышенной стираемостью исследованы четыре основные зоны, хорошо выделяющиеся визуально и представляющие наибольший интерес в связи с происходящими в них изменениями при развитии процесса склерозирования: I — эмаль, II — поверхностный (плащевой) дентин, III — глубинный (около-пульпарный) дентин, IV—новообразованный склерозированный дентин, развивающийся в полости зуба при повышенной стираемости. На рисунке 1 представлены фотографии, демонстрирующие особенности топологии (рельефа) поверхности интактных зубов и зубов, имеющих проявления повышенной стираемости, полученные с использованием АСМ.
Дентин построен из основного вещества (коллагеновые фибриллы, минеральные фазы — гидроксиапатиты, фосфаты, карбонаты, фториды кальция, склеивающее вещество — гиалуроновая кислота, гликозаминогли-каны) с пронизывающими его трубочками, в которых расположены отростки одонто-бластов и окончания нервных волокон, про-
никающих из пульпы. Межканальцевое вещество наиболее высокоминерализовано, имеет высокую плотность и значительную твердость. Дентинные трубочки начинаются от внутренней поверхности дентина и доходят до эмалево-дентинной границы. В веществе дентина трубочки распределены неравномерно; во всех зубах наибольшее количество трубочек расположено в зоне, прилежащей к пульпе (околопульпарный дентин), а по мере удаления от пульпы их количество уменьшается.
В интактных зубах диаметр трубочек варьирует от 0,5—1 до 2—2,5 мкм, ширина межканальцевой зоны — от 4 до 8 мкм. Максимальный диаметр и количество трубочек — в околопульпарном дентине, минимальные значения — в поверхностных слоях
дентина. В промежуточном слое плащевого дентина диаметр трубочек шире, чем в поверхностной зоне, но их количество меньше, чем в глубоком дентине. Поверхность дентина имеет неровные очертания вследствие выпуклостей и кратерообразных впадин; устья трубочек расположены, как правило, в центре этих впадин; стенки дентинных трубочек неровные, что обусловлено выступани-ем отдельных нанокристаллов минералов в их просвет, а также микропорами в стенках, служащими для обмена между трубочкой и межканальцевой зоной. По ходу трубочки имеются ответвления меньшего диаметра (рис. 1в, г, д).
В зубах с проявлениями повышенной сти-раемости диаметр трубочек и их количество меньше как в поверхностном (в 3,8 раза), так
Зона
Рис. 1. Топография поверхности, полученная на оптическом (а, б) и АС микроскопе (в—з) для интактного резца (а, в—д, зоны 1—3 соответственно) и резца с проявлениями повышенной стираемости первой степени (б, е—з, зоны 1—3 соответственно)
и в среднем слое (в 2,2 раза); нечетко выражена ориентация трубочек, поверхность имеет уплощенный сглаженный рельеф. Однородность структуры дентина связана, вероятнее всего, с включениями инородных веществ, пигментов из полости рта через обнаженную поверхность дентина в фасетке стирания, а также с защитной функцией пульпы и активизацией синтеза заместительного (иррегулярного) дентина. Просвет поверхностных канальцев при этом уменьшается или даже полностью облитерируется. Расширяются зоны гиперминерализации вокруг дентин-ных трубочек, связанные с плотным расположением минеральных кристаллов и
глобул, увеличивается микротвердость поверхностного слоя. В более глубоких слоях патологические изменения менее выражены. Строение дентина напоминает 2 и 3 слоя здорового дентина, однако просвет дентин-ных трубочек все же несколько меньше (до 0,5 мкм) (рис. 1е, ж, з). При повышенной стираемости структура плащевого дентина неоднородна, зерниста (рис. 2в), выделяется широкая зона высокоминерализованного склерозированного дентина; видны различия в направлении роста кристаллов интакт-ного околопульпарного дентина в зонах, непосредственно примыкающих к пульпарной камере (рис. 2а, б, в).
Рис. 2. Объемное изображение поверхности, полученное на АС микроскопе для интактного резца (а, б, зона 3) и резца с проявлениями повышенной стираемости первой степени (в, зона 3)
Таким образом, экспериментально выявленные при помощи АСМ морфоструктурные изменения твердых тканей зубов свидетельствуют о необходимости дифференцированного подхода к эстетико-функциональной реставрации при повышенной стираемости и требуют обоснованного выбора реставрационных материалов.
Работа выполнена в рамках программы Президиума Российской академии наук «Фундаментальные науки — медицине», а также в рамках программы № 18 фундаментальных исследований Президиума РАН «Происхождение и эволюция биосферы» и при финансовой поддержке РФФИ (грант 07-05-00097), гранта Президента РФ «Поддержка ведущих научных школ» НШ-4210.2006.5 и гранта Минобрнауки РНП.2. 1.1.1840.
Библиографический список
1. Дубова М. А. Расширение возможностей эстетической реставрации зубов. На-нокомпозиты. Учебное пособие [Текст]/ М. А. Дубова, А. В. Салова, Ж. П. Хиора.— СПб., 2005.— 144 с.
2. Каламкаров Х. А. Ортопедическое лечение патологической стираемости твердых тканей зубов. Учебное пособие [Текст]/ Х. А. Каламкаров,— М.: Медицинское информационное агентство, 2004.— 176 с.
3. Нолтинг Б. Новейшие методы исследования биосистем. Учебное пособие [Текст]/ Б. Нолтинг.— М.: Техносфера, 2005.— 256 с.
4. Цимбалистов А. В. Результаты исследования морфологического строения, химического состава и параметров кристаллической решетки апатитов твердых тканей зубов [Текст]/А. В. Цимбалистов, О. Л. Пи-хур, О. В. Франк-Каменецкая, В. В. Голубцов,
Ю. В. Плоткит,//Институт стоматологии, 2004.- № 2.- С. 60-63.
5. Elliott J. C. Calcium phosphate biominerals [Text]//. C. Elliott//Reviews in Mineralogy and Geochemistry.— Phosphates.— 2002.— Vol. 48.— Р. 427—453.
6. Ogi К Новое слово в адгезивных технологиях. Эффективность G-Bond и наноинтер-активной зоны (NIZ) [Текст]/К. Ogi, S. Uno, T. Inoue, M. Noda, M. Hashimotot//Пробле-мы стоматологии.— 2006.— № 3.— С. 69—72.
Yu. V. Mandra
CAPABILITIES OF ATOMIC POWER MICROSCOPY METHOD IN ESTIMATION OF MORPHOSTRUCTURAL CHANGES WITH INCREASED DENTAL ABRASION
Investigation of 128 dental samples of Ural Region inhabitants demonstrated informative type of the method of atomic power microscopy for studying morphostructural changes in dentine. There are differences in dentine structure of intact teeth and teeth with manifestations of increased abrasion: obliteration, hypermine-ralization, nanoprecipitation of dentine tubules, elevation of hardness. Peculiar features of nanostructure show the necessity of differential approach to the choice of filling materials and methods of esthetic and functional dental restoration.
Keywords: atomic power microscopy, dentine structure.
Уральская государственная медицинская академия, г. Екатеринбург
Материал поступил в редакцию 27.06.2008
