Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы по теме исследования 12
1.1 Этиология некариозных поражений и гиперестезии зубов 12
1.2 Методы исследования микроструктуры твердых тканей зуба 14
1.3 Современные материалы для профилактики и лечения повреждений эмали 19
1.4 Резюме по обзору литературы 27
Глава 2 Материал и методы исследования 29
2.1 Материал клинического исследования 29
2.2. Методы клинического обследования пациентов 29
2.3 Материал экспериментального исследования 33
2.4 Методы экспериментального исследования 34
2.4.1 Метод атомно-силовой микроскопии 34
2.4.2 Метод комплексонометрии 39
Глава 3 Клиническая оценка стоматологического статуса у пациентов с повышенной чувствительностью зубов 44
3.1 Эпидемиологические особенности повышенной чувствительности зубов 44
3.2 Выраженность зубочелюстных аномалий у пациентов с гиперестезией 45
3.3 Клинические особенности твердых тканей зубов у пациентов с гиперестезией 46
3.4 Распространенность некариозных поражений и рецессии десны у пациентов с гиперестезией 47
Глава 4 Изучение структуры твердых тканей зуба методом атомно-силовой микроскопии (результаты собственных исследований) 50
4.1 Методика подготовки шлифов зубов для атомно-силовой микроскопии 50
4.2 Разработка инструментов морфометрического анализа поверхности эмали зуба, и их использование дляизучения микроструктуры резца и моляра 53
4.3 Особенности структуры твердых тканей зуба в норме и при деминерализации эмали 65
4.4 Разработка и обоснование методики получения геля на основе гидроксиапатита для закрытия дефектов эмали 71
4.5 Исследование взаимодействия разработанной композиции с поверхностью эмали методом атомно-силовой микроскопии 78
4.6 Сравнительный анализ взаимодействия с поверхностью зуба разработанной композиции и других аналогичных материалов 85
4.7 Обоснование эффективности обработки зубаэкспериментальным гелем для повышения кислото-резистентности эмали 88
Заключение по главе 4 90
Заключение 92
Выводы 102
Практические рекомендации 104
Список сокращений 105
Список литературы 106
- Современные материалы для профилактики и лечения повреждений эмали
- Разработка инструментов морфометрического анализа поверхности эмали зуба, и их использование дляизучения микроструктуры резца и моляра
- Разработка и обоснование методики получения геля на основе гидроксиапатита для закрытия дефектов эмали
- Обоснование эффективности обработки зубаэкспериментальным гелем для повышения кислото-резистентности эмали
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Нарушения защитных свойств эмали, клинически проявляются повышенной чувствительностью зубов и являются одной из наиболее серьезных проблем современной стоматологии, что связано с их высокой распространенностью, сложностью дифференциальной диагностики и, зачастую, малоэффективностью терапии (Кузьмина Э.М., 2011; Улитовский С.Б. и др., 2014; Орлов А.К., 2015 и др.).
Для понимания изменений, происходящих на поверхности эмали зуба, используются методы изучения ультраструктурных особенностей, не нарушающие первоначальный рельеф (Макеева Л.М.,2009), в частности, метод атомно-силовой микроскопии. Однако до настоящего времени не выработаны единые, общедоступные критерии, позволяющие сопоставлять полученные результаты АСМ-изображений твердых тканей зуба, что не дает возможности широко применять морфологический и морфометрический анализ.
Современный уровень развития физико-химических исследований позволяет выйти на новый уровень разработки материалов в стоматологии. Наиболее актуальным направлением в настоящее время является применение наночастиц для восстановления поврежденной зубной ткани (GuptaJ., 2011; Vano M. et al., 2014).
Одним из методов профилактики и лечения гиперчувствительности зубов является использование препаратов с наногидросиапатитом кальция (Марченко Е.И., Чухрай И.Г., Байтус Н.А., 2012; Булкина Н.В., Пудовкина Е.А., Акулович А.В., 2014). Установлено, что при восстановлении эмали зуба с помощью наночастиц гидроксиапатита принципиальное значение имеет их размер -частицы гидроксиапатита с размером 20-40 нм, типичным для собственных структурных элементов эмали, они обеспечивают создание прочного покрытия на ее поверхности, устойчивого к кислотным агентам, в то время как частицы большего размера таким эффектом не обладают(Li L. еt.al., 2008).
Большое разнообразие десенситайзеров, представленных на стоматологическом рынке, на фоне увеличения числа пациентов с повышенной чувствительностью зубов свидетельствует об актуальности проблемы, что обуславливает продолжение поиска новых эффективных методов
профилактики и лечения поражения эмали зубов.
Степень разработанности темы исследования
Предложен продукт для изготовления зубных паст и порошков, представляющий собой водную суспензию наноразмерного материала со структурой гидроксиапатита, содержащего карбонатные и фтор-группы, и, дополнительно, трикальцийфосфат (Михеев М.Н. и соавт. , 2012)
Опубликованы результаты изучения эффективности реминерализующей терапии с использованием препаратов содержащих нано-гидроксиапатит: «Apadent» (Гиоева Ю.А. и соавт., 2016; Макеева И.М. и соавт. 2016), биоактивного фторирующего лака «Нанофлюор» (Посохова В.Ф. и др., 2010; Булгакова А.И. и др., 2013).
Исследователями в основном изучалась клиническая эффективность препаратов на основе нано-гидроксиапатита, однако, действие этих препаратов в эксперименте по данным морфологических исследований с использованием атомно-силовой микроскопии изучено не достаточно.
Цель исследования: Совершенствование методов лечения и профилактики поражений эмали зубов путем применения композиций на основе органических и неорганических компонентов.
Задачи исследования
1. Изучить клиническое состояние твердых тканей зубов у пациентов с
гиперестезией.
2. Усовершенствовать методику морфологического и морфометрического
анализа твердых тканей зуба для атомно-силовой микроскопии.
3. Определить основные ультраструктурные физико-химические
характеристики твердых тканей зуба, влияющие на параметры создаваемых
композиций в условиях эксперимента.
4. Предложить композицию, включающую органические и
неорганические компоненты для профилактики и лечения поражений эмали
зуба.
5. Провести сравнительный анализ взаимодействия предложенной
композиции, включающей органические и неорганические компоненты и
других аналогичных материалов с поверхностью эмали методом атомно-силовой микроскопии.
Научная новизна результатов исследования
Модифицирована методика подготовки спилов зуба, рекомендованная к использованию при изучении методом атомно-силовой микроскопии морфологического строения эмали и дентина зуба. В ее основе лежит отсутствие агрессивных воздействий на исследуемые ткани – не используются химические средства для полировки поверхности и удаления смазанного слоя. Стало возможно непосредственное измерение и описание неорганических частиц кристаллов гидроксиапатита на наноуровне, в результате чего были получены новые данные о микроструктуре дентина и эмали зуба.
Усовершенствована методика АСМ-исследования поверхности эмали зуба человека и определены критерии морфометрического анализа, позволяющие объективно оценивать полученные с помощью АСМ, изображения.
Представлены результаты сравнительного изучения морфологического строения неорганических элементов эмали и дентина.
Установлено, что структурные элементы кристаллов гидроксиапатита соединяются по короткой стороне шестигранника.
Предложены новые композиции на основе гидроксиапатита для лечения микротрещин за счет восстановления структуры кристаллической решетки эмали зуба.
Теоретическая и практическая значимость работы
Установлена значительная распространенность повышенной чувствительности зубов (36,7%) у приходящих на лечение стоматологических пациентов, при этом большинство пациентов с гиперестезией (78,9%) жаловались на повышенную чувствительность зубов в пришеечной области. У пациентов с гиперестезией отмечалось снижение угла смачивания эмали (метод «сидячей капли», Пат. РФ №2484763), свидетельствующее о начальной стадии ее деминерализации, что обуславливает необходимость рекомендовать к использованию у данной категории пациентов препаратов восстанавливающих структуру кристаллической решетки эмали зуба.
Методом атомно-силовой микроскопии установлено, что по мере увеличения расстояния от жевательной поверхности, увеличиваются размеры и количество крупных неоднородностей профиля, минимальная плотность расположения кристаллов гидроксиапатита отмечается в пришеечной области. Выявленные наноуровневые особенности строения эмали и дентина зуба позволяют наметить пути дальнейшего усовершенствования стоматологических материалов.
Для профилактики и лечения поражений твердых тканей зуба различной этиологии предложен препарат на основе наноразмерных кристаллов гидроксиапатита (5-10 нм), включающий наравне с неорганикой органические компоненты. Полученные в растворе желатина частицы наноапатита за счет белковой адсорбционной пленки сорбируются на поверхности эмали зуба и за счет сил адсорбции фиксируются на апатитах эмали, сближаясь до проявления межмолекулярного взаимодействия. В результате, имеется возможность достраивать поверхность эмали, создавая многослойную поверхность и закрывать ее дефекты. Эффективность предложенной композиции для восстановления кристаллической решетки эмали зуба доказана в эксперименте с использованием метода атомно-силовой микроскопии и морфометрического анализа.
Материалы диссертации используются в лекциях и практических занятиях, проводимых на кафедре пропедевтики стоматологических заболеваний ПСПбГМУ им. акад. И.П. Павлова.
Методология и методы исследования
В основу методологии диссертационного исследования положены принципы доказательной медицины. При выполнении экспериментальной части работы соблюдались правила научных исследований и принципы биоэтики. Для решения поставленных задач в работе применялись лабораторные, аналитические, статистические методы исследования.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Изучение состояния твердых тканей зубов у пациентов с гиперестезией позволило установить, что наибольшие клинические проявления чувствительности характерны для поражений пришеечной зоны.
-
Модификация методики для исследования твердых тканей зуба, включающая подготовку шлифа, выбор параметров сканирования и определение критериев морфометрического анализа, позволило уточнить основные ультраструктурные характеристики эмали и дентина зуба человека и наметить пути дальнейшего усовершенствования стоматологических материалов.
-
Для профилактики и лечения поражений эмали зубов предложен препарат, включающий органические (метилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу) и неорганические (гидроксиапатит, нитрат калия) компоненты. Экспериментально доказана эффективность новой композиции за счет восстановления кристаллической решетки эмали зуба и ряд преимуществ перед ранее разработанными аналогичными материалами
Степень достоверности и апробация результатов исследования
Степень достоверности результатов диссертационного исследования обеспечивается использованием сертифицированного оборудования, корректностью статистической обработки данных и апробацией выводов, полученных в ходе работы. В работе использована современная методика атомно-силовой микроскопии адекватная цели и задачам исследования. Экспериментальное исследование проведено на достаточном статистическом материале (83 зуба, удаленных по ортодонтическим показаниям). Клинические исследования проведены на 120 стоматологических пациентах.
Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на VI международной научно-практической конференции «Стоматология славянских государств» (Белгород, 2013), на научной конференции, посвященной 55-летию стоматологического факультета ПСПбГМУ имени академика И.П. Павлова, VIII и IX научно-практических конференциях «Февральские встречи» (Санкт-Петербург, 2014; 2015); конференции в рамках «Дентал-Экспо» (Санкт-Петербург, 2016), в рамках 21-ой Международной выставке «Стоматология Санкт-Петербург» и на международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы стоматологии» (Санкт-Петербург, 2018).
Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых научных изданиях, входящих в реестр ВАК Минобразования РФ.
Личное участие автора в исследовании
Личный вклад соискателя состоит в выборе и обосновании темы диссертации, формулировке цели и задач, обосновании дизайна исследования, анализе специальной литературы, наборе экспериментального материала, статистическом анализе результатов исследования.
Вклад соискателя в сбор материала - 95 %, в обработку и анализ результатов исследования - 100 %.
Структура и объем работы
Современные материалы для профилактики и лечения повреждений эмали
Все методы лечения повреждений эмали зуба и как следствие гиперестезии можно условно разделить на 4 группы [68]:
1. Использование средств гигиены, разработанных для зубов с гиперестезией.
2. Использование профессиональных средств для снижения чувствительности зубов за счет герметизации дентинных канальцев (адгезивы, десенситайзеры, реминерализирующая терапия, глубокое фторирование, поверхностные герметики).
3. Пломбирование дефектов [34].
4. Депульпирование зубов с повышенной чувствительностью.
Зубные пасты по механизму действия можно разделить на снижающие возбудимость нерва и обтурирующие дентинные канальца [50, 92, 97].По данным А.Н. Козьменко и др. (2014) в исследованиях А.А. Леонтьева, О.В. Калининой и С.Б. Улитовского (2009) показана клиническая эффективность паст, в состав которых входят соли К [30, 40].В этом случае снижение чувствительности происходит за счет деполяризации мембран нервных волокон ионами, отмечается подавление реполяризации и передачи импульса [168]. Как следствие, нервные волокна перестают реагировать на возбуждение [40]. Нанесение солей стронция проводят для обтурации обнаженных дентинных канальцев, при этом образуется заместительный дентин [109, 168].
Современные технологии лечения гиперчувствительности зубов не всегда имеют продолжительный эффект [89, 164].
Наибольшее распространение получили зубные пасты содержащие аргенин [108, 117, 118, 122 и др.].
Для лечения гиперестезии дентина используется технология Pro-Argin на основе образования комплекса аргинина и карбоната кальция [33].
Отечественными исследователями доказана эффективность применения зубных паст Sensodyne F [63], Асепта Сенситив [40] и др.
Одной из последних разработок компании GlaxoSmithKline Healthcare является зубная паста, содержащая 8 % ацетата стронция – Sensodyne Мгновенный Эффект. Стронций может влиять на свойства тканей зуба, входя изоморфно в позицию Са в кристаллической структуре апатита, при наличии свободных мест[77].С помощью метода электронной микроскопии установлено, что однократная обработка шлифа зуба зубной пастой Sensodyne Мгновенный Эффект in vitro приводит к обтурации 93 % дентинных канальцев. При клинических испытаниях установлено, что однократная аппликация данной зубной пасты на протяжении 60 секунд приводит к значительному снижению болевой реакции на температурные раздражители, в частности на холодную воду [83].
Предложены методики применения ряда биологически активных пептидов, снижающих разрушающее влияние кислот на эмаль зуба В частности методика обработки эмали зуба казеиномакропептидами и их отдельных фракций. [167].
Однако необходимо учитывать, что использовать даже малоабразивные зубные пасты следует не чаще двух раз в день [138].
А.К. Иорданишвили и др. (2015) показали, что при гиперестезии зубов целесообразно применение зубной пасты с обтурирующим действием в сочетании с применением фосфорно-кальциевых препаратов [85].
Препараты с выраженным минерализующим действием могут быть использованы при обнажении дентина корня в результате заболеваний пародонта [37, 58].
Реминерализационная терапия является одним из методов лечения кариеса на стадии пятна. В ряде исследований получены долгосрочные результаты [151, 152] подтверждающие, что данная методика дает возможность остановить развитие кариозного процесса на стадии пятна за счет пропитывания патологически измененных тканей препаратом на основе метакрилата, что стабилизирует развитие кариеса и создает условия для восстановления поврежденных участков [99, 159, 161].
Новым направлением реминерализирующей терапии является моделирование свойств слюны в реминерализующих средствах, основанное на свойстве полупроницаемости эмали, которую можно насытить кальцием, фтором, фосфором и другими ионами, входящими в состав здоровой эмали и являющимися основными минерализующими компонентами. При реминерализации наиболее часто используют растворы, пасты, лаки [87].
Для реминерализирующей терапии широкое распространение получили профессиональные фторид- и кальцийсодержащие средства, действие которых направлено на снижение чувствительности дентина за счет осадки кристаллов фторида кальция на поверхности зуба [67, 95]. Данные комплексы, блокируя дентинные канальцы, снижают их проницаемость. Однако эффект оказывается кратковременным так как кристаллы фторида кальция быстро исчезают с поверхности при хроническом стирании [51].
А.Н. Огнева и др. (2011) разработали средство для лечения повышенной чувствительности зубов, на вазелин-ланолиновой основе, с действующим веществом калий фторидом [71].
Предложен способ лечения повышенной чувствительности зубов с использованием препарата включающего 5 % гель металозы Metolose 60SH-4000, содержащий 7,8 мас. % (1,046 моль/л) калия хлорида (KCl) [76].
В последнее время для лечения гиперестезии используется глубокое фторирование, потенцирующее образование субмикроскопических кристаллов CaF2 непосредственно в микро-просторах деминерализованной зоны эмали, дентинных канальцах или в зубном цементе. Профилактика и лечение гиперчувствительности дентина с помощью лаков основывается на закрытии устьев дентинных канальцев, в результате уменьшаются неприятные ощущения от воздействия термических, химических и механических раздражителей на зубы [78]. С этой целью применяются фторсодержащие лаки: «Бифлюорид 12» (VOCO), «Мульти-флюорид» (DMG), «профилак» (СТОМАДЕНТ) [68]. Проблема чувствительности дентина привела к созданию класса препаратов – десенситайзеров (Desensitizer) или дентинных герметиков.
В диссертационном исследовании Е.С. Ульяницкой (2007) с помощью метода сканирующей электронной микроскопии показано, что десенситайзеры образуют на поверхности твердых тканей зуба защитный слой. Так «Эмаль-герметизирующий ликвид» запечатывает межпризменные пространства на глубину до 9,12 мкм, «Дентин-герметизирующий ликвид» способен проникать в дентинные трубочки на глубину 5,5 мкм», «D/Sense 2» образует над дентинными канальцами плотный неоднородный слой из кристаллов различной формы,«VivaSens» на поверхности эмали и дентина образует гладкий, плотный, однородный защитный слой[93].
При исследовании в сканирующем электронном микроскопе твердых тканей зуба показано, что под действием десенситайзера происходит обтурация входов в дентинные трубочки и уплотняется структура кристаллитов гидроксилапатита, при этом органические компоненты дентина не просматриваются [19].
В соответствии с данными С.А. Павленко (2013) можно выделить следующие 5 групп десенситайзеров [68]:
1. Ненаполненныедесенситайзеры: "HurriSeal (BeutlichPharmaceuticalsL. P), USA; AquaPrepF (BISCO), USA; Hemaseal&CideDesensitizer (AdvantageDentalProducts), Inc. USA). Они содержат НЕМА – гидрокси-метилметакрилат – основной компонент адгезивных систем ранних поколений, выполняющий роль смачивающего агента, тем самым предотвращая убывание коллагеновых волокон и создавая необходимую влажность дентина, что подготавливает поверхность дентина к лучшему проникновению адгезива в дентинные канальцы.
2. Ненаполненные десенситайзеры, содержащие НЕМА и глютаральдегид (Gluma Desensitaizer (Heraeus Kulzer), Германия; Quadrant FiniSense (CAVEX), Голландия). Основным компонентом десенситайзеров этого типа является глютаральдегид, вызывающий коагуляцию белков в дентинных канальцах, при этом за счет НЕМА увеличивается глубина проникновения (до 200 мкм).
3. Наполненные десенситайзеры, содержащие НЕМА (Admira Protect (VOCO) Seal & Protect (Dentsply). Десенситайзеры этой группы содержат нанонаполнитель (размер частиц примерно 7 нм). Кроме того, в состав этих десенситайзеров входят фториды и антисептик – триклозан, уменьшающий образование «зубной бляшки».
4. Десенситайзеры, содержащие поверхностно активные вещества (ПАВ) и слабую кислоту. Десенситайзеры этой группы действуют, как увлажняющие агенты перед нанесением адгезива, действуют, как антисептик, содержащие фториды для профилактики кариеса, очищают поверхность твердых тканей зуба. На стоматологическом рынке эта группа представлена «Tubulicid red» и «Tubulicid blue»(фирма Global dental products, Швеция). Их можно применять для удаления «смазанного слоя» там, где не будет использоваться протравливание, при этом дентинные канальцы оказываются закрытыми аморфным веществом.
5. Десенситайзеры, которые образуют на поверхности дентина сложные соли (Pain Free (Parcell), USA; D / Sence 2 (Centrix) Super Seal (Amalgadent), Australia). Образуя твердую пленку с макрокристаллами (оксалатов), они блокируют перемещение жидкости в канальцах. Эти десенситайзеры не содержат токсичные вещества, в их состав входит калийная соль щавелевой кислоты [68].
Разработка инструментов морфометрического анализа поверхности эмали зуба, и их использование дляизучения микроструктуры резца и моляра
Для 3D-визуализации структуры поверхности эмали зуба человека и возможности количественной оценки и сопоставления полученных изображений, предложена методика морфометрического анализа изменений поверхности эмали зуба [54].
Исследуемая поверхность не подвергалась никакой обработке. В работе использовалась методика подготовки образцов, подробно изложенная ранее.
На каждом образце резца или моляра выбирали по 4 участка поверхности, расположенных на разных расстояниях (2 мм, 5 мм (2 участка) и 12 мм) от жевательной поверхности.
В выбранном участке зуба проводилось сканирование поверхности. Первоначально на выбранном участке зуба произвольно выбиралась область размером 100х100 мкм. Последующее сканирование проводилось путём последовательного уменьшения зоны сканирования внутри данной области(50х50 мкм, 15х15 мкм и 5х5 мкм). Вс е результаты получены для разрешения 1000 на 1000 точек, при частоте 1 Гц.
В результате тестирования методики было подобрано оптимальное сочетание параметров – «Hight», «MagSin», «Fase» для АСМ-исследования твердых тканей зуба в полуконтактном режиме. Предложены и обоснованы основные критерии морфометрического анализа исследуемой поверхности (R«средняя волнистость»;W «средняя шероховатость»). Составленный протокол позволил установить структурные особенности поверхности эмали зуба человека на наноуровне (от 100 до 5 мкм) в норме и может применяться (invitro) для сопоставления ультраструктуры поверхности и ее морфометрии при различных патологических состояниях, после воздействия механических, химических и других факторов на поверхность эмали.
Исследование морфологии шлифов зубов, с применением «полуконтактной» колебательной методики АСМ, по нашему мнению, позволяет наиболее точно визуализировать состояние поверхности. При этом непосредственное механическое взаимодействие зонда с исследуемой поверхностью практически отсутствует.
Регистрировалось изменение амплитуды колебаний кантиливера и сдвиг фазы, обусловленный неоднородностью поверхности кристаллов гидроксиапатита. Это обстоятельство в наших исследованиях используется для получения фазового контраста.
В проводимых исследованиях измерялись такие параметры, как «hight» (высота), «Фаза» и «MAG Sin». «Высота» позволяет визуализировать трехмерную картину исследуемого объекта, выяснять наиболее характерные элементы ее структуры.
На параметры «Фаза» и «MAG Sin» перепад высот в рассматриваемых образцах практически не оказывает влияние, поэтому, если на ряду с крупными, в структуре поверхности есть неоднородности в десятки раз более мелкие, их особенности удобнее исследовать именно с помощью этих параметров [65].
Пример использования метода фазового контраста для точной оценки размеров отдельных кристаллитов представлен на рисунке 21.
Порядок АСМ-сканирования:
1. Выбрать зону сканирования на поверхности образца, определив расположение и количество точек, в которых будет проводиться исследование.
2. Провести предварительное сканирование поверхности размером 100х100 мкм (с разрешением 500 на 500 точек, при частоте 1 Гц).
3. В полученной, таким образом 3-D картине поверхности эмали выбрать участок с наиболее характерной структурой.
4. Дальнейшие исследования выбранного участка проводить с последовательным уменьшением зоны сканирования 50х50 мкм, 15х15 мкм и 5х5 мкм (с разрешением 1000 на 1000 точек, при частоте 1 Гц).
Результаты наших исследований показали, что поверхности зубов различных групп имеют характерные элементы структуры. Поэтому, в дальнейшем, мы будем приводить результаты, типичные для определённого зуба и для определённого расстояния от жевательной поверхности до исследуемой области.
На рисунке 22 представлены результаты исследования зон сканирования поверхности эмали резца (А) и моляра (Б).
Для резца характерно относительно не большое количество крупных каналов (имеют вытянутую форму, размеры которых колеблются от 1-2 мкм в одном направлении, до 3-5 мкм в другом) и большое количество мелких (диаметром менее 1 мкм). При этом каналы расположены на относительно ровной поверхности. Мелкие каналы образуют структуры типа «чешуек» диаметром 2-4 мкм. На поверхности, вблизи крупных каналов, в ряде случаев наблюдаются наросты, с характерным размером порядка 1 мкм (рисунок 23).
Значительно менее ровная поверхность моляра изобилует большим м крупных каналов (2-5 мкм). В некоторых случаях в каналах друи кристаллиты, слабо связанные с тканями зуба. Вокруг практически ,ix каналов наблюдаются наросты размером 1-2 мкм (рисунок 24).
Рельеф поверхности моляра, в областях, расположенных соответственно на разных расстояниях (5и 12 мм) от жевательной поверхности, существенно отличается друг от друга (рисунок 25, 26, 27).
Разработка и обоснование методики получения геля на основе гидроксиапатита для закрытия дефектов эмали
Для профилактики и лечения поражений эмали зубов нами предложен препарат на основе гидроксиапатита.
Наиболее мелкие кристаллы гидроксиапатита получаются при жидкофазном синтезе с добавлением растворов полимеров. При этом происходит процесс адсорбции полимеров на поверхности кристалла и рост кристалла прекращается. Затем полученные кристаллы так же отфильтровывают и прокаливают. При прокаливании увеличивается кристалличность гидроксиапатита, и выгорают органические соединения. Кристаллы теряют свою гидратную оболочку и происходят процессы агломерации. Потеря гидратной оболочки и агломерация кристаллов уменьшает биодоступность, что позволяет использование их для создания пролонгированных форм при замещении костных дефектов, рассасывание которых затруднено. При прокаливании также происходит укрупнение кристаллов. После прокаливания, хорошо закристаллизованные кристаллы апатитов агломерируют и для дальнейшего использования их надо дополнительно диспергировать. Механическое диспергирование не позволяет получить нанодисперсные частицы. Физико-химические методы диспергирования достаточно дорогие и сложные.
Для достижения максимальной дисперсии оптимально использовать дисперсию гидроксиапатита без дополнительного выделения. Для получения высокой дисперсности необходимо применение полимеров. Максимальной адсорбцией к гидроксиапатиту обладают белки. Из доступных белков практически одинаковые результаты показали коллаген, желатин, эластин. Экономически выгоднее использовать наиболее доступный желатин. Из общеизвестных методов синтеза апатитов были выбраны следующие методы: – Нейтрализация гидроксида кальция фосфорной кислотой (формула 8) 10Са(ОН)2+6Н3РO4-- Са10(РO4)6(OH)2+18H2O (8)
Реакция протекает обычно в избытке гидроксида кальция, который создает необходимую щелочную среду. Данную реакцию необходимо использовать в тех случаях, когда присутствие посторонних ионов в растворе или конечном продукте является нежелательным.
–Реакции обмена с участием фосфат-ионов и ионов Са растворимых солей в щелочной среде (формула 9) 10Са(NО3)2+14KOH+6KH2PO4-- Ca10(PO4)6(OH)2+20KNO3+12H2O(9) В результате реакции получается гидроксиапатит, который является целевым продуктом и раствор нитрата калия. Нитрат калия является не только фоновым электролитом, но и компонентом, используемым в зубных пастах для снижения чувствительности нервных окончаний по механизму деполяризации. – Для получения фторапатита данные реакции проводились с добавлением фтористоводородной кислоты, фторида калия или монофторфосфата натрия, в зависимости от выбранного химического синтеза.
Получение наноразмерных кристаллов гидроксиапатита проводили в небольшом избытка нитрата Са в присутствии структурирующего вещества – метилцеллюлозы, карбоксиметилцеллюлозы формулы 5, 6, 7 (гл. 2 стр.41)
Основная идея нашего исследования является разработка зубной пасты, которая может восстанавливать повреждения эмали и лечить гиперестезию после отбеливания.
Достройка зубной эмали минеральными соединениями протекает по неорганической части твердой ткани зуба. Восстановление органической части зубной эмали практически не разработано. Была предложена модель, в которой органический матрикс мог бы взаимодействовать с близким по составу белком, а неорганическая часть – взаимодействовала бы с минеральной составляющей пасты. Таким объектом выбран комплекс апатита с белком.
Белки образуют достаточно плотный адсорбционный слой на наночастице апатита (рисунок 43).
В результате такого взаимодействия прекращается рост частицы, и она стабилизируется в растворе. В этих условиях поверхностный белковый слой заряжен у всех частиц одинаково и между ними возникает электростатическое расталкивание. Эта дополнительная энергия не позволяет частицам слипаться и образовывать агломераты. Частицы апатита, покрытые защитной белковой пленкой, при механическом воздействии на поверхность эмали, например при чистке зубов, могут адсорбироваться на твердой поверхности эмали, вследствие высокой адгезии соответствующего белка к минеральной части зуба. Минеральные части будут сближаться за счет дополнительных сил адсорбции и взаимодействовать на молекулярном уровне, достраивая кристаллы призм на поверхности эмали. При этом возникает возможность взаимодействия белков эмали и адсорбированных белков на молекулярном уровне.
Конечно, трудно ожидать полное восстановление органического матрикса эмали, однако частичное или даже временное восстановление функций матрикса значительно замедлит деминерализацию эмали и соответственно уменьшит её чувствительность. Тем более имеется возможность достаточно частого применения данной пасты.
Все компоненты разрабатываемой зубной пасты абсолютно безвредные для здоровья человека и не будут отрицательно влиять на полость рта. Лабораторная проработка методов синтеза комплекса апатитов с белком и дальнейшее приготовление пасты позволяет сделать вывод о технологичности стадий производства пасты, поэтому следует ожидать ее ценовую доступность.
В процессе исследования были проработаны синтезы гидроксиапатита и фторгидроксиапатита. На их основе приготовлены несколько видов гелей, для которых провели ограниченные клинические испытания. Наиболее оптимальным оказалось содержание апатита 2-3%. Остальные физико-химические параметры гелей были доведены до требований ГОСТа. Для разработки геля использовались стандартные компоненты: КМЦ, сорбитол, глицерин, сахарин, аморфный диоксид кремния, отдушки, консерванты, красители.
Разработаны гели с апатитами и с добавками аморфного диоксида кремния, в качестве абразивного компонента. Введение кристаллов наноапатита приводит к взаимодействию с эмалью зуба и существенно снижает чувствительность зубов после отбеливания [145]. Эффективность взаимодействия зависит от многих факторов, одним из которых является дисперсность. Крупнодисперсный апатит является абразивом, а наноапатит используется для реминерализации эмали [70].Наиболее мелкодисперсный апатит получают в присутствии полимеров, обладающих высоким сродством.
Во рту поверхность эмали зуба покрывается адсорбционной пленкой белка слюны муцина. Все взаимодействия со слюной протекает через данную пленку. При чистке зубов поверхность зуба очищается от белковой пленки и покрывается гидратной оболочкой. Вс е дальнейшие взаимодействия протекают через гидратную оболочку. Находясь в одинаковых условиях с зубной эмалью во рту, кристаллы наногидроксиапатита так же покрыты гидратной оболочкой, которая одинаково направлена с гидратной оболочкой кристаллов призм гидроксиапатита на эмали. Одинаково направленные гидратные оболочки расталкиваются по эффекту Ребиндера [16, 80]. Для достижения взаимодействия апатита и эмали необходимо преодолеть силы расталкивания и обеспечить сближение частицы с матицей эмали. Это достигается при длительной чистке зубов и высоких концентрациях апатита.
Для эффективного взаимодействия с эмалью зуба использовали взаимодействие апатита с белками. В зубе призмы апатита заключены в матрицу их коллагеновых волокон, поэтому наиболее сильную адсорбцию показал растворимый коллаген – желатин. Наличие гидратных оболочек и адсорбированных ионов на апатите способствовало образованию плотных адсорбционных слоев, и рост кристалла прекращался. Так были получены частицы гидроксиапатита размером 5-100нм. Для увеличения биодоступности, частицы апатита не выделялись и после проведения химического синтеза добавлялись в основу геля. Так же добавлялись необходимые компоненты: отдушка (мятное масло), структурообразоваталь, подсластитель, консервант, абразивы, хелатообразующие агенты, красящие агенты, буферные вещества, дополнительные активные вещества, например бактерицидные вещества, компоненты с противовоспалительным действием, компоненты, замедляющие образование зубного камня, витамины, растительные экстракты, эфирные масла.
Полученные в растворе желатина частицы наноапатита за счет белковой адсорбционной пленки могли сорбироваться на поверхности эмали зуба и за счет сил адсорбции фиксироваться на апатитах эмали и сближаться до проявления межмолекулярного взаимодействия. Таким образом, имеется возможность достраивать поверхность эмали, создавая многослойную поверхность и закрывать дефекты эмали.
Состав экспериментального геля включающего органические и неорганические компоненты представлен на рисунке 44.
Обоснование эффективности обработки зубаэкспериментальным гелем для повышения кислото-резистентности эмали
Был произведен (стандартный) тест на кислото-резистентность, эмали обработанных и необработанных гелем зубов при взаимодействии с концентрированной соляной кислотой.
Зубы были подобраны по углу смачивания (примерно равные).
Са10(РО4)6(ОЯ)2 + 8Я+ = 10Са2+ + 6НР042 + 20Н (10)
Ca10(P04)6(OH)2+2H+ = Ca(OH)(P04)6(OH)2 + Са2+ (11)
В результате проведённых исследований количество вымытого кальция составило:
Для необработанного зуба - 0,87мг.
-Среднее значение выборки оценивается по формуле 10:
Для зуба обработанного кальций содержащей пастой – 0,98мг.
Для зуба обработанного разработанной пастой – 0,72мг.
На основании экспериментальных данных можно сделать следующие выводы:
1. Выход кальция из эмали зуба при кислотном тесте определяется степенью минерализации зуба и при одинаковых углах смачивания дает близкие результаты по данным титрования.
2. Проведение чистки зуба профилактической зубной пастой с избытком ионов кальция приводит к восстановлению эмали за счет занятия вакантных мест и насыщения эмали за счет процесса адсорбции.
3. Адсорбированные ионы кальция слабо связаны с кристаллами гидроксиапатита и в первую очередь вымываются кислотой.
4. Гидроксиапатит в исследуемой зубной пасте при взаимодействии с эмалью зуба дает дополнительную пленку на поверхности и теоретически выход кальция при кислотном тесте должен приближаться к значениям здоровой эмали. Уменьшение выхода кальция из поверхности зуба можно объяснить тем, что каждый кристаллик гидроксиапатита в пасте покрыт адсорбционным слоем белка. При взаимодействии с эмалью зуба происходит адсорбция кристаллика с белком на поверхности зуба и кристаллик сближается с поверхностью так близко, что начинают действовать межмолекулярные силы, которые приводят к химическому взаимодействию поверхности и кристалла, давая дополнительное покрытие, а белок остается на поверхности зуба, давая адсорбционную пленку. Белок плохо растворяется в концентрированной кислоте (происходит процесс дубления) и какое то время не дает взаимодействовать кислоте с кристаллами поверхности зуба.
Целью проведенных исследований с использованием АСМ было определение изменения структуры поверхности зуба под действием экспериментального геля и других аналогичных материалов.
Во время исследований, проведенных на крупном разрешении, выбирались наиболее характерные области. Полученные результаты свидетельствуют о том, что наряду с характерными участками, на исследуемой поверхности после обработки экспериментальным гелем появились крупные сростки частиц, которые являются результатом преобразования геля на поверхности эмали. Скорее всего (судя по фазовой картинке) это тоже зёрна гидроксиапатита. Структура этих частиц хорошо видна на виде «сверху» Образовавшиеся в процессе чистки зубов гелем структуры, не заполняют сами канальцы, скапливаясь на их границах.
Предложена модель, в которой органический матрикс мог бы взаимодействовать с близким по составу белком, а неорганическая часть – взаимодействовала бы с минеральной составляющей пасты. Таким объектом выбран комплекс апатита с белком.
Полученные в растворе желатина частицы наноапатита за счет белковой адсорбционной пленки сорбируются на поверхности эмали зуба и за счет сил адсорбции фиксируются на апатитах эмали, сближаясь до проявления межмолекулярного взаимодействия. Таким образом, имеется возможность достраивать поверхность эмали, создавая многослойную поверхность и закрывать дефекты эмали.
Гидроксиапатит в исследуемой зубной пасте при взаимодействии с эмалью зуба дает дополнительную пленку на поверхности и теоретически выход кальция при кислотном тесте должен приближаться к значениям здоровой эмали.