Morphostructural changes of hard tissues of teeth with varying degrees of abrasion

Full Text

Введение В настоящее время распространенность некари- озных поражений зубов, возникающих после проре- зывания, составляет от 64,4 до 72,9% [1]. Наиболее частыми причинами повышенной стираемости зубов являются морфологическая неполноценность, функ- циональная недостаточность твердых тканей зубов, перегрузка зубов, химическое воздействие, профес- сиональные вредности [2-4]. В современной литературе подробно описана кли- ническая картина повышенной стираемости твердых тканей зубов [1, 5-8], при этом определенный интерес специалистов вызывают возможности примене- ния современных методов исследования для оценки морфофункционального состояния зубочелюстной системы при локализованной повышенной стираемо- сти твердых тканей зубов. Цель исследования - изучить наибольшие в мор- фологическом отношении изменения твердых тка- ней при повышенной стираемости зубов с помощью электронной микроскопии и электронно-зондового микроанализа. Задачи исследования состояли в изучении измене- ния структуры твердых тканей зубов в зависимости 15 РОССИЙСКИЙ СТОМАТОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, №1, 2014 от степени их стирания и оценке химического состава зубов с по- вышенной стираемостью посред- ством рентгеноспектрального ло- кального анализа. Электронно-микроскопические исследования выполнены на ска- нирующем электронном микроско- пе JSM-6390LV («Jeol», Япония) с электронно-зондовыми приставка- ми для локального рентгеноспек- трального анализа INcA Energy 350 («Oxford Instruments», Велико- британия). Проанализировано 10 электрон- ных микрофотографий поверхно- стей зубов с различными стадиями повышенной стираемости твердых тканей при увеличении иссле- дуемого объекта в 500-2000 раз. Поверхность зубов напылялась углеродом на установке JEE 420 («Jeol», Япония). Материал и методы Для оценки состояния твердых тканей зубов нами применен комплекс методов, позволяющий получить наи- Рис. 1. Эмаль без признаков повышенной стираемости. Рис. 2. Повреждение эмали с образованием дефектов различных размеров и глубины - стираемость 1-й степени. более полную характеристику объектов исследования [9, 10] и включающий растровую электронную микроскопию и локальный электронно-зондовый (рентгеноспектральный) анализ. Все электронно-зондовые методы исследования основа- ны на анализе сигналов, которые возникают при попадании электронного пучка (так называемого электронного зонда) в объект. При этом наблюдаются явления упругого и неупруго- го рассеяния электронов падающего пучка. Энергия падаю- щего пучка для растрового электронного микроскопа (РЭМ) - от 5 до 50 кэВ. В РЭМ тонкий пучок высокоэнергетических электронов фокусируют на поверхность образца и затем сканируют по поверхности. Наиболее часто для получения изображения используют сигнал низкоэнергетических вторичных электро- нов, выбиваемых из поверхности образца пучком первичных электронов (неупругое рассеяние). Вторичные электроны собираются с очень высокой сте- пенью эффективности (близкой к 100%) управляющей сеткой (запирающим напряжением) и направляются на детектор вто- ричных электронов. С него полученный сигнал после усиления трансформируется в изображение на экране монитора. Благо- даря малому размеру сфокусированного электронного пучка (электронного зонда) разрешение РЭМ (до 3 нм) и большая глу- бина резкости позволяют получить контрастные изображения морфологических элементов объектов размером 1-10 мкм. На поверхность образца для увеличения электропровод- ности (снятия электростатического напряжения) напыляется тонкопроводящий слой из углерода. Электронно-зондовый микроанализ, или рентгеноспек- тральный локальный анализ (РЛА), в настоящее время является одним их основных методов изучения вещества. Он позволяет проводить количественное определение хи- мического состава минералов в диапазоне элементов от В (Z=4) до U (Z=92). Объемная локальность метода - не- сколько микрометров в кубе. Абсолютная чувствительность метода составляет 10-8-10-15 г. При выбивании электрона с внутренних электронных оболочек атомов (К-, L- или M-оболочек) атом переходит в возбужденное состояние. Затем электронная вакансия заполняется одним из наружных электронов, а выделившаяся при этом энергия преобразует- ся в характеристическое рентгеновское излучение. Каждый химический элемент имеет строго определенную энергию и длину волны рентгеновского излучения. На этом основан количественный РЛА с дисперсией по энергиям (электро- движущая сила). Таким образом, растровая электронная микроскопия, на наш взгляд, позволит определить наиболее ранние деструктивные изменения, появляющиеся при деминерализации в поверхностных слоях твердых тканей зубов, и изменение химического состава поверхностной зоны зубов. Электронно-микроскопический и электронно-зондовый анализы выполнены на базе геологического факультета Пермского государственного национального исследовательского университета на кафедре минералогии и петрографии. Результаты и обсуждение Электронно-микроскопические снимки поверхно- сти эмали и дентина с различной степенью повышен- ной стираемости имеют следующие особенности. Поверхность эмали без признаков стирания имеет сглаженный рельеф, хотя на ней присутствуют вы- пуклые и вогнутые участки (рис. 1). На этом рисунке показана ровная поверхность зуба с плотной, массив- ной структурой, но со следами довольно сильного ме- ханического воздействия - бороздами, царапинами, мелкими углублениями, кавернами. Результатов хи- мического разрушения не наблюдается. Химический состав стехиометрически весьма близок чистому апа- титу (см. таблицу, зуб 1.1) [11]. Пониженные значе- ния содержания кальция обусловлены замещением последнего на стронций и натрий (гетеровалентный изоморфизм) в исходном субстрате зуба. На поверхности зуба с 1-й степенью стираемости (рис. 2) в области эмали сформирована тонкофибрил- 16 ЭКСпЕРИМЕНТАЛьНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕдОвАНИя Рис. 3. Трещины, идущие в различных направлениях, - стираемость 2-й степени. Рис. 4. Участки дентина со значительным его повреждением и отсутствием эмали - стираемость 3-й степени. при увеличении в 2000 раз наблю- дается микропористое строение тканей с неглубокими каналами, образовавшимися при химическом травлении. Химический состав поверхности зерна практически не меняется (см. таблицу, зубы 2.1, 2.2, 2.3). На рис. 3 показано состояние поверхности зуба с выраженными морфологическими изменениями. Структура становится рыхлой, кавернозной, с чешуйками напластования измененных микрокристаллов апатита. Прослеживаются многочисленные неровные трещины глубинного проникновения (при увеличении в 500 раз). При увеличении в 2000 раз наблюдаются реликты микрокристаллов апатита в форме удлиненных иголочек или тонких пластинок, хаотично разбросанных по поверхности зуба, часто скрещивающихся под разными углами (см. рис. 3). При стирании эмали пластинки теряют листовидную форму, прилярная сеть, повторяющая ход эмалевых призм. Отмечается рыхлая структура ткани, что объясняется частичным нарушением структуры самих призм и межпризменных пространств. Это приводит к раннему разрушению фибриллярных структур с кристаллами гидроксиапатита, в результате образуются зоны просветления эмали. Структура поверхности зуба при 1-й степени стираемости (см. рис. 2) относительно плотная, массивная, при малых увеличениях (500), но обретая вид истонченных полосок. Эмалевые пучки, имеющие в норме вид мелких конусовидных образо- ваний, обращенных узкой частью к дентину, изменя- ются в строении и напоминают отдельные скопления фибрилл. В химическом составе поверхности зуба заметных изменений не наблюдается. Стронций и на- трий замещают кальций в структуре апатита. Стехио- метрическое соотношение главных компонентов апа- тита СаО и Р2О5 сохраняется (см. таблицу, зуб 3.1). При 3-й степени стираемости (рис. 4) Т аб лица 1. Химический состав неорганических компонентов твердых тканей зубов (в масс.%) Компо- ненты Номер зуба (номер анализа) Компо- ненты 1.1 2.1 2.2 2.3 3.1 4.1 4.2 4.3 4.4 Na O 1,23 1,78 1,64 1,33 1,84 0,00 3,48 4,24 5,13 MgO 0,37 0,6 0,67 0,63 0,64 1,31 1,39 2,95 6,30 изменения в тканях становятся необрати- мыми. В зонах, где сохранялась эмаль, от- мечается мелкоглыбчатый распад призм. заметна отслойка эмали от дентина. Стертость первичного дентина настолько велика, что достигает значений вторич- Al O 0,14 0,12 0,07 0,08 0 0,34 0 0 0 ного дентина. Заметно истончение це- 2 3 P O 46,24 47,28 45,58 45,47 48,87 45,39 49,32 52,17 42,07 мента, что, возможно, связано с общими 2 5 явлениями деминерализации зубов при SO 0 0 0 1,33 0 0,58 0,46 4,72 12,29 K O 0 0 0,13 0,00 0 0,10 0 0 0 caO 47,92 49,89 48,46 46,01 44,52 46,46 38,86 32,13 30,13 Rb O 0,75 0 0,67 0,7 0,81 0,22 0 0,31 0 SrO 2,46 0 2,31 2,39 2,51 0,68 0 0 0 cs O 0 0 0 0 0 2,27 0 0 0 FeO 0 0 0 0 0 0 0,21 0 0 ZrO 0 0 0 0 0 0 2,21 0 0 wO 0 0 0 0 0 0 2,05 3,05 0 cr O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 cоO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 TiO 0 0 0 0 0 0 0 0 4,09 Сумма 99,11 99,67 99,53 97,94 99,19 97,35 97,98 99,57 100,01 стирании и нарушении структуры перио- донта. На рис. 4 показана поверхность зуба с серьезными морфологическими изменениями кристаллов гидроксиапа- тита. Хорошо различима субгексагональ- ная структура микрокристаллов, окон- туренных белым межкристаллическим веществом. Размер микрокристаллов ≈ 50 мкм (×500). При большом увеличении (2000) наблюдается микрочешуйчатое от- слоение микрокристаллов гидроксиапа- тита с глубокими каналами химического травления и резорбированными гранями микрокристаллов. По данным рентгеноспектрального микрозондового анализа среднее со- 17 РОССИЙСКИЙ СТОМАТОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, №1, 2014 держание химических элементов в исследованных образцах эмали колеблется в следующих пределах (в масс.%): кальций - 31,82-37,66, фосфор - 18,02- 19,33, магний - 0,2-0,84, натрий - 0, 97-2,58, фтор - 0,2-0,35, хлор - 0,22-0,63 (см. таблицу). Выводы 1. Усредненные значения ca/P-коэффициента в эмали всех образцов меньше величины 1,67, харак- терной для стехиометрического гидроксиапатита, что подтверждает дефицит кальция в эмали с повышен- ной стираемостью. 2. Морфологически четкой грани между физиоло- гической стираемостью и начальной степенью повы- шенной стираемости твердых тканей зубов не суще- ствует. При 2-й и 3-й степени стираемости достаточно быстро развиваются необратимые изменения струк- туры тканей зуба. 3. Разработка методов профилактики и эффектив- ного ортопедического лечения пациентов с повышен- ной стираемостью зубов - актуальная задача совре- менной стоматологии.

About the authors

G. I Rogozhnikov

Acad. E.A. wagner State Educational Institution of Higher Professional Education «Perm, State Medical Academy. Russian Ministry of Health»

K. P Kazymov

State Educational Institution of Higher Professional Education» Perm State National Research University»

V. A Chetvertnykh

Acad. E.A. wagner State Educational Institution of Higher Professional Education «Perm, State Medical Academy. Russian Ministry of Health»

N. B Astashina

Acad. E.A. wagner State Educational Institution of Higher Professional Education «Perm, State Medical Academy. Russian Ministry of Health»

A. E Spiridonova

Acad. E.A. wagner State Educational Institution of Higher Professional Education «Perm, State Medical Academy. Russian Ministry of Health»

A. G Rogozhnikov

Acad. E.A. wagner State Educational Institution of Higher Professional Education «Perm, State Medical Academy. Russian Ministry of Health»

References

Supplementary files