Современные представления об ультраструктуре эмали. Проблема краевого прилегания композитов

Так как распространенность кариеса у взрослых по-прежнему близка к 100 %, вопросы профилактики рецидивного кариеса в настоящее время имеют большую актуальность.

Исследования [2, 3, 5], проведенные на кафедре терапевтической стоматологии ВГМА им. Н. Н. Бурденко, показали, что образование краевой щели между пломбировочным материалом и твердыми тканями зуба (как эмалью, так и дентином) в зоне пломбирования встречается в значительном количестве случаев и не приводит к химической адгезии композита к тканям зуба, а как следствие, к длительному сохранению пломбы. Установлено, что основной причиной неудовлетворительного качества адгезии пломбировочных материалов к твердым тканям зуба является нарушение целостности микроструктуры эмали и дентина при финишной обработке твердых тканей зуба перед пломбированием [1, 3], при этом остается до конца не раскрытым механизм нарушения минерального обмена эмали.

С другой стороны, самым распространенным методом восстановления дефектов твердых тканей зуба в современных условиях является реставрация композитными материалами [5]. Как известно, композитные материалы не образуют химических связей с твердыми тканями зуба. Для обеспечения прочной связи эмали зуба с композитными материалами перед внесением пломбировочного материала эмаль после финишной обработки кондиционируют 30—40%-ной ортофосфорной кислотой, после чего улучшается смачиваемость, увеличивается площадь внешней поверхности и образуется микроудерживающий рельеф эмали.

Однако, ввиду явных недостатков данной методики появившиеся в последние десятилетия новейшие технологии, предлагаемые для этой цели: высокоинтенсивный эрбиевый лазер, ультразвук, аэроабразивная технология — привлекают к себе повышенный интерес стоматологов всего мира.

С 1841 года эмаль признавалась самой плотной и твердой субстанцией человеческого организма. В 2000 году на кафедре терапевтической стоматологии ВГМА им. Н. Н. Бурденко под руководством д. м. н., профессора А. А. Кунина при помощи современных высокотехнологичных методов исследований были выявлены новые структурные образования эмали. На поверхности эмали выявили наличие отверстий, уходящих внутрь зуба, параллельно пучкам эмалевых призм [2].

Используя растровую электронную микроскопию, исследователи установили, что эти отверстия в некоторых участках эмалево-дентинной границы проникают в дентин зуба. В молодом возрасте таких отверстий на поверхности эмали много и их количество сокращается с возрастом в результате различных повреждающих факторов. В норме эти отверстия имеют диаметр, равный 1—1,5 мкм, увеличивающийся с возрастом до 3 мкм, при уменьшении их количества. Наличие этих отверстий и туннелей впервые было выявлено на кафедре терапевтической стоматологии ВГМА им. Н. Н. Бурденко (рис. 1).

Особенно интересным представляется определение при этом проникновения «отростков» эмали в дентин с сохранением структуры «туннелей», названных «эмалевыми мостиками». После препарирования зубов эти углубления, «мостики» в дентин, могут нарушаться, следовательно, «питание» зуба, получение им минеральных и органических соединений усложняется. Остается только доступ необходимых компонентов для сохранения жизнедеятельности зуба через корневой канал.

Кроме того, одним из актуальных способов решения проблемы рецидивного кариеса является модификация существующих и разработка принципиально новых видов композитов. В основном развитие идет по двум направлениям:

• модификация и разработка композитного наполнителя;
• модификация и разработка композитной матрицы.

Данные мероприятия дают возможность изменять физико-химические (вязкость, моделируемость, коэффициент усадки, термического расширения, токсичность и мн. др.) и эстетические характеристики.

Но применение каждого из вышеупомянутых методов должно быть обусловлено результатами всестороннего научного изучения его влияния на микроструктуру эмали и дентина, а также на биохимические процессы, протекающие в твердых тканях зуба, что и послужило поводом для проведения данного научного исследования

Исследования проводились на кафедре терапевтической стоматологии и стоматологии ИДПО ВГМА им. Н. Н. Бурденко, а также в лаборатории «Наноскопия и нанотехнологии» ЦКПНО ВГУ. Поверхность эмали зуба исследовалась методом сканирующей электронной микроскопии на аппарате Jeol и атомно-силовой микроскопии (АСМ) в полуконтактном режиме на сканирующем зондовом микроскопе Solver P47 Pro. Неоднородность свойств поверхности контролировалась методом отображения фазы.

Образец для исследований предварительно был запрессован в акрилоксидную матрицу, и его поверхность специально не обрабатывалась. Размер образца 13x8x4 мм.

При получении нанокомпозита использовалось гетерофазное и гомофазное допирование готового микронаполненного гибридного композитного материала Charisma. Исходными материалами служили:

• Матрица: гибридный композит Charisma, представляющий собой смесь крупных частиц бариевого стекла (1—100 мкм) и субмикронных частиц кремния (100 нм) в связующей органической матрице, содержащей бисфенол и глицидил-метакрилат. В качестве растворителя используются мономеры ТЭГ-ДМА (триэтиленгликоль-диметакрилат). В матрицу введены дополнительные компоненты, обеспечивающие полимеризацию.
• Допирующие нанодобавки: тонкая взвесь фрактальных агрегатов однослойных УНТ (ё = 10 нм) в воде.

Исследование микроструктуры полученного нанокомпозита проводилось на сканирующем растровом микроскопе Jeol.

Метод атомно-силовой микроскопии известен с 1986 года. Принцип работы построен по аналогии с растровой электронной микроскопией. Основное отличие в том, что величина сканирующего зонда в АСМ на уровне атома, что позволяет при соответствующей подготовке образца исследовать наноструктуру объекта. Проникающая способность зонда до 130 нм,
разрешающая в 50 раз выше, чем у электронного микроскопа. При помощи метода был открыт Heliobacter Pilori. В 1989 г. создатели метода удостоены Нобелевской премии.

Площадь сканирования эмали варьировалась от 2 х 2 мкм до 10 х 10 мкм с разрешением от 7 до 40 нм.

При площади сканирования 10х10 мкм (рис. 2, 3) наблюдаются «тоннели» диаметром 2 мкм и глубиной 60—100 нм.

Дно «тоннелей» характеризуется дополнительным рельефом с перепадом высот 3—5 нм (рис. 4).

При уменьшении поля наблюдения до 2х2 мкм (рис. 5, 6) обнаруживается наличие более мелких «тоннелей» диаметром от 100 до 200 нм и глубиной от 20 до 25 нм соответственно (рис. 7).

При изучении поверхности зуба методом отображения фазы обнаружена фазовая неоднородность (рис. 8, 9).

Предварительная интерпретация — наличие аморфной и кристаллической фазы гидроксиапатита.

Процесс допирования исследовался в тонких слоях толщиной порядка 100 мкм на подложке полированного кремния, класс чистоты 15 при полимеризации в условиях естественного освещения.

Результаты

Использовалось два метода получения наномодифицированного материала:

1. Поверхностное допирование — на пленку Charisma распылялась водная взвесь УНТ.
2. Объемное допирование — перемешивание Charisma и водной взвеси УНТ.

При поверхностном допировании происходит ярко выраженное взаимодействие УНТ с матрицей с образованием гомогенной наноструктуры по фрактальному механизму (рис. 10 а, б).

При объемном допировании с перемешиванием происходит образование гетерофазных фрактальных структур. УНТ агрегируют, образуя объемную фрактальную фазу, армируя при этом композит (рис. 11).

Таким образом, при помощи атомно-силовой микроскопии доказано существование ранее неизвестных структурных образований эмали — «эмалевых туннелей». На основании новых представлений о микроструктуре эмали методом гетерофазного и гомофазного допирования микронаполненного гибридного композитного материала был получен новый нанокомпозит стоматологического назначения.

В литературных источниках имеется множество сообщений по факту наличия на поверхности эмали углублений бактериального происхождения, а в толще эмали авторами отмечалось наличие ламелл. Но, по нашим сведениям, округлые образования на поверхности эмали диаметром до 3 мкм являются началом «туннелей» (диаметр которых варьирует от 1 до 3 мкм), идущих через всю толщу эмали и S-образно изгибающихся по ходу пучков эмалевых призм. Получены самые последние результаты «туннельной» атомно-силовой микроскопии, эмали и дентина, которые не только подтверждают наличие ранее определенных особенностей микроструктуры зуба, но и выявили наличие «туннелей» 1, 2, 3 и 4-го порядка, уточнен качественный и количественный микроэлементарный состав их стенок и внутреннего содержимого как органической, так и неорганической природы.

По нашему мнению, «эмалевые туннели» играют важную роль в обменных процессах между эмалью зуба и ротовой жидкостью, способствуя процессам минерализации и регулируя проницаемость эмали для крупных молекулярных субстанций и микроорганизмов, то есть выполняя функцию тканевого барьера. Но, с другой стороны, поверхность эмали не должна быть обнажена, отверстия не должны «зиять», вызывая нарушения морфохимии зуба. Предположительно, протективной зоной является некариесогенный зубной налет, сублимирующий в себе необходимые неорганические и органические компоненты ротовой жидкости. Формировать такой «налет» сложно, но возможно средствами профилактики. В связи с этим необходимо усовершенствовать методологию профессиональной гигиены полости рта, определить допустимый уровень абразивности средств гигиены, их состав, обозначить основные направления повышения эффективности профилактики кариеса.

Обнаружение ранее неопределяемых структур в большей мере объясняет избирательность действия химических элементов средств профилактики и необходимость персонифицирования предупреждения кариозных и некариозных заболеваний зубов.

Исследования с помощью RhMA подтвердили данные РЭМ АСМ и позволили дополнить и уточнить качественный и количественный состав тканей зуба, впервые детально выявить концентрацию микро- и макроэлементов органической и неорганической природы, проследить изменения, происходящие при развитии патологического процесса в эмали и дентине.

Несомненно, определение данных структур и определение их роли в норме и патологии требует дальнейшего изучения. В настоящее время проводится активное дальнейшее исследование ультраструктуры эмали на наноуровне в плане определения роли и места открытых образований в микрохимических и биологических процессах, протекающих в эмали, как в норме, так и при кариозном процессе. Кроме того, дальнейшего изучения требует и полученный новый нанокомпозит. Данные исследования проводятся на базе соответствующих подразделений Воронежской государственной медицинской академии им. Н. Н. Бурденко и Воронежского государственного университета. Но уже сейчас мы выражаем твердую уверенность, что применение вышеуказанного композита после соответствующих клинических испытаний способно значительно повысить эффективность лечения кариеса, особенно в плане профилактики его рецидивов.

Список литературы находится в редакции.