Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние твердых тканей зубов взрослого человека и стоматологическое здоровье населения
1.1. Состав, строение и свойства твердых тканей зуба взрослого человека 18
1.2. Окружающая среда и состояние здоровья населения 38
1.3. Биологическое и эколого-гигиеническое значение поступающих в организм человека из окружающей среды химических элементов 60
1.4. Стоматологическая заболеваемость взрослого населения России 70
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования
2.1. Общая характеристика материалов исследования 79
2.2. Общая характеристика методов исследования 84
2.2.1. Методики клинических исследований 85
2.2.2. Медико-социальное анкетирование 92
2.2.3. Растровая электронная микроскопия 93
2.2.4. Методы физико-химического анализа 96
2.2.5. Статистическая обработка данных 117
ГЛАВА 3. Химический и минеральный состав твердых тканей зубов лиц разных возрастных групп 121
3.1. Элементный химический состав твердых тканей зубов взрослого человека. Возрастные изменения химического состава твердых тканей зуба человека 121
3.2. Особенности минерализации тканей зуба при развитии патологических процессов 134
3.3. Региональные особенности химического состава тканей зуба лиц разного возраста 141
3.4. Минеральный состав твердых тканей зубов взрослого человека 149
3.5. Кристаллохимические особенности апатитов твердых тканей зуба лиц разного возраста и региональной принадлежности 158
ГЛАВА 4. Морфологическое строение твердых тканей зубов лиц разных возрастных групп 166
4.1. Возрастные изменения морфологического строения твердых тканей зуба взрослого человека 166
4.2. Особенности морфологического строения твердых тканей зубов при кариесе и некариозных поражениях зубов у взрослого человека 172
ГЛАВА 5. Стоматологическая заболеваемость взрослого населения исследуемых регионов 180
5.1. Распространенность и интенсивность кариеса зубов лиц разных возрастных групп, проживающих в регионах 180
5.2. Оценка гигиенического состояния полости рта 186
5.3. Распространенность некариозных поражений зубов у лиц разных возрастных групп, проживающих в исследуемых регионах 190
ГЛАВА 6. Влияние экологических и климато географических факторов на стоматологическое здоровье взрослого населения исследуемых регионов 195
6.1. Характеристика состояния окружающей среды исследуемых регионов 195
6.2. Анализ влияния экологических и климато-географических факторов на стоматологическое здоровье населения исследуемых регионов 229
ГЛАВА 7. Социально-гигиенические аспекты условий проживания взрослого населения исследуемых регионов 241
Заключение 253
Выводы 280
Практические рекомендации 283
Список литературы
- Биологическое и эколого-гигиеническое значение поступающих в организм человека из окружающей среды химических элементов
- Методики клинических исследований
- Региональные особенности химического состава тканей зуба лиц разного возраста
- Особенности морфологического строения твердых тканей зубов при кариесе и некариозных поражениях зубов у взрослого человека
Биологическое и эколого-гигиеническое значение поступающих в организм человека из окружающей среды химических элементов
Основным минеральным компонентом твердых тканей зубов является апатит. Мельчайшими структурными единицами эмали являются элементарные ячейки гидроксилапатита - структура эмали 1-го порядка. В составе кристалла гидроксилапатита, являющегося структурой П-го порядка, находиться около 2500 таких ячеек. Эмалевая призма - структура Ш-го порядка состоит из тысяч и миллионов кристаллов апатита. В зависимости от размера зуба в нем насчитывается от 5 до 12 миллионов призм. Эмалевые призмы содержат миллиарды кристаллов апатита. В соединениях эмалевых призм расположена межпризменная ткань, представляющая собой органическое вещество, также содержащее многочисленные кристаллы гидроксилапатита. Начинаясь с эмалево-дентинной границы, собираясь в пучки (структура IV-ro порядка), многократно изгибаясь в виде спирали, эмалевые призмы выходят к поверхности эмали.
Кристаллы апатита имеют столбчатую, приближающуюся к пластинчатой форму, а их поперечное сечение (4-5 мкм) - шестиугольное или прямоугольное. Расстояние между кристалликами может варьировать в пределах 1-2 мкм. Насыщенность кристаллами апатита разных частей эмалевых призм различна: наиболее густо и закономерно кристаллы заселяют центральные части призм; к периферии призм несколько увеличивается содержание органического вещества, а сами кристаллы располагаются более случайно.
Установлено, что кристаллы внутри эмалевых призм подвергаются растворению более интенсивно, чем межпризменные кристаллики [Scott D.B., et. at., 1974; Antonakos А.Т. et al, 2007]. Это объясняют большим совершенством формы кристалликов в межпризменной ткани, что обусловлено, вероятно, большей скоростью кристаллизации кристалликов в эмалевых призмах. Можно предполагать и другие причины, например, наличие большего количества аморфного фосфата кальция в эмалевых призмах или несколько иной (более карбонатный) состав самого гидроксил апатита.
Основная часть эмали состоит из типичных палочковидных кристаллов, среди которых имеется небольшое количество кристаллов иной формы: игольчатые, кубовидные, прямоугольные и др. Иногда они располагаются на фоне аморфного вещества, что говорит о слабой минерализации этих участков. Наличие кристаллов с четкими границами указывает на более высокую степень минерализации данного участка эмали.
Изучение эмали показывает), что в интактной эмали кристаллики гидроксилапатита имеют диаметр 35-40 нм [Silverstone L.M., Wefel J.S., 1981]. В области повреждения их диаметр уменьшается до 10-30 нм. При выдерживании зуба с глубоким искусственным кариесом в растворе с высоким содержанием Са (in vitro) начинается активная реминерализация, причем диаметр вырастающих кристаллов достигает 50 нм; при низком содержании Са2+ в растворе диаметр реминерализующихся кристаллов гидроксилапатита оказывается еще больше и достигает 50-150 нм, а в отдельных случаях даже 200 нм.
Установлено, что при кариесе разрушение кристаллов апатита происходит стадийно [Arends J., 1981, 1982], при этом преимущественное их растворение осуществляется в направлении, параллельном удлинению кристаллов. Кристаллы сначала теряют свою осевую часть при сохранении периферических, более устойчивых зон. При дальнейшем развитии процесса возникает канал диаметром 5-10 нм. Такую морфологию канала автор объясняет наличием в кристаллах апатита линейных дефектов кристаллической решетки - дислокаций, и именно вдоль них начинается проникновение кислот. Периферические части кристаллов менее подвержены воздействию кислот благодаря возможному захвату этими зонами органического вещества из матрицы, что уменьшает их растворимость.
Типичные палочковидные кристаллы расположены в эмали упорядоченно и компактно, микропространства между ними составляют 2-3 нм. Эмалевые призмы на шлифах эмали в поперечном сечении имеют аркадообразную форму и ориентируются друг относительно друга вариабельно. Волнообразные изгибы эмалевых призм в толще эмали, а также вкливание призматических отростков между смежными призмами и переход кристаллов из одной призмы в другую способствуют укреплению структуры эмали.
Представляется интересным то, что расположение призм индивидуально для разных функциональных групп зубов, а также меняется в разных отделах коронки зуба. Так, если в пришеечном отделе их направление почти горизонтально, то по мере приближения к жевательной поверхности призмы приобретают почти вертикальное расположение с частичным закручиванием концов пучков призм по часовой стрелке.
Известно, что в коронковой части зуба дентин покрыт эмалью, а в корневой - цементом [Боровский Е.В., Леонтьев В.К., 2001; Bercoviz В.К. et al., 1989]. В дентине по сравнению с эмалью содержится меньше неорганических и больше органических (-28%) веществ, а также присутствует вода. Неорганические вещества представлены в основном фосфатом, карбонатом и фторидом кальция, органические - коллагеном.
Методики клинических исследований
При обследовании пациентов регистрировали распространенность некариозных поражений твердых тканей зубов: гипоплазия эмали, эрозии, флюороз, клиновидные дефекты, повышенная стираемость зубов.
Для диагностики гипоплазии эмали использовали модифицированный индекс дефектов развития эмали, в соответствии с которым осматривали вестибулярные поверхности 10 индексных зубов (14, 13, 12, 11, 21, 22, 23, 24, 36, 46) и регистрировали присутствие на них проявлений пятнистости, ограничеснной или диффузной, гипоплазии и их сочетаний.
Для оценки наличия флюороза использовали критерии индекса, предложенного DeanH.T. (1936). Согласно международной классификации Dean Н.Т., различают следующие формы флюороза: сомнительная, очень слабая, слабая, средняя, тяжелая.
Флюороз необходимо дифференцировать от кариеса в стадии пятна и системной гипоплазии. При флюорозе пятна множественные, обширные, проявляются с момента прорезывания зубов и не окрашиваются 2 % раствором метиленового синевого. В отличие от гипоплазии поражены все зубы, а не отдельные группы зубов.
Дмитриевым И.М., Федоровым Ю.А. (1981) предложен тест для некариозных поражений твердых тканей зубов, который состоит в обработке высушенного и очищенного дефекта или пятна 5 % спиртовой настойкой иода. Активная проницаемость иода в ткани зуба известна, при этом проницаемость возрастает с уменьшением минерализации. Авторами разработан индекс реминерализации, характеризующий эффективность применяемой реминерализующей терапии.
Метод витального окрашивания эмали позволяет выявить очаговую деминерализацию эмали, которая наиболее характерна для кариеса зубов. При эрозии, клиновидных дефектах, вертикальной форме патологической стираемости зубов, гипоплазии эмали, флюорозе ткани зуба не окрашиваются метиленовим синим. Метод витального окрашивания основан на способности красителя сорбироваться в участках деминерализации, что возможно при кариесе даже в стадии пятна, но не происходит окрашивание здоровых тканей зуба и дефектов при некариозных поражениях. С целью диагностики достаточно однократного окрашивания 2 % водным раствором метиленового синего высушенного и очищенного дефекта для дифференциальной диагностики патологического процесса. Не следует путать истинное прокрашивание с ложным, которое возникает в результате плохой предварительной очистки поверхности зубов и легко снимается механически.
Простой по выполнению метод высушивания позволяет дифференцировать кариозные и некариозные поражения. Пораженные зубы тщательно очищают, промывают водой и высушивают. Это дает возможность определить наличие кариозных и некариозных очагов, которые под слоем слюны обнаружить практически невозможно.
Таким образом, диагностика заболеваний твердых тканей зубов некариозного происхождения начинается дифференцированием с различными формами кариеса зубов, а затем с другими некариозными поражениями.
Средний и глубокий кариес дифференцируют с клиновидным дефектом и кислотным некрозом тканей зубов по следующим признакам: жалобы пациента, локализация и характеристика дефекта. Кариес протекает бессимптомно или могут быть быстропроходящие боли от химических и температурных раздражителей. Кариозные полости локализуются на жевательной, аппроксимальной и пришеечной поверхностях. Кариозная полость средней глубины в пределах плащевого дентина или глубокая кариозная полость в пределах околопульпарного дентина. При клиновидном дефекте пациент жалуется на косметический изъян, иногда на боли от раздражителей. Дефект локализуется на вестибулярной поверхности, в области экватора и шейки зуба и может быть различной глубины с гладкими, блестящими, сходящимися под углом поверхностями. При кислотном некрозе тканей зубов больные предъявляют жалобы на кратковременные боли от химических и температурных раздражителей. При этом поражена вестибулярная и жевательная поверхности зуба, стенки и дно дефекта меловидно изменены, шероховаты.
Следует дифференцировать деструктивные формы гипоплазии и флюороза от некариозных поражений, возникших после прорезывания зубов, таких как эрозии, клиновидные дефекты твердых тканей зубов, вертикальная форма патологической стираемости I-II степени, а последние между собой. Время возникновения дефектов является одним из ранних дифференциальных признаков поражений.
При гипоплазии эрозия характеризуется пологими краями эмали, гладким, твердым дном. При флюорозе - края подрыты, дно плотное, шероховатое, пигментированное. Эмаль вокруг участков деструкции при гипоплазии не изменена, сохраняет нормальный цвет и блеск, в то время как при флюорозе она может быть меловидной или пигментированной в желтый и коричневый цвет.
Эрозии твердых тканей зуба имеют округлую форму, гладкое твердое дно, локализованы по экватору или ближе к десневому краю на вестибулярной поверхности, окружены неизмененной эмалью, а на поверхности деструкции часто фиксируется зубная бляшка, которая окрашена в светло-коричневый цвет. Клиновидные дефекты имеют форму клина, плотные, блестящие, расположены в пришеечной области зуба как с вестибулярной, так и с небно-язычной стороны, что встречается значительно реже.
Региональные особенности химического состава тканей зуба лиц разного возраста
Результаты исследований показали, что микроэлементный состав эмали зубов жителей Санкт-Петербурга, Апатит и Мончегорска различен. С использованием кластерного анализа установлено, что различие химических составов исследуемых тканей жителей городов Мурманской области (Апатиты и Мончегорск) меньше по сравнению с Санкт-Петербургом. Кроме того, для Санкт-Петербурга характерна наибольшая вариабельность химических составов тканей зубов, что проявляется в увеличении относительных евклидовых расстояний, при которых происходит формирование кластеров. Последнее, по-видимому, отражает комбинированное, комплексное или сочетанное действие множества факторов (социальных, физических, химических, биологических) окружающей среды в условиях крупного мегаполиса.
Кроме того, нами был изучен химический состав волос жителей тех же городов. Известно, что изменения экологической обстановки сказываются на составе волос быстрее, чем на составе твердых тканей зубов [Луковенко В.П., Подрушняк А.Е., 1991; Серпов В.Ю., 2001]. Волосы, в отличие от зубов, более доступны для исследования и поэтому широко используются в качестве индикаторов изменений, происходящих в организме человека под действием окружающей среды. Выявлены взаимосвязи между составом волос и соматическими заболеваниями, однако, данные о корреляциях микроэлементных составов твердых тканей зубов и волос отсутствуют.
Установлена симбатность изменения химического состава эмали зубов и волос человека, которая позволяет прогнозировать патологические изменения твердых тканей зубов под воздействием неблагоприятных факторов окружающей среды на основе данных о химическом составе волос. Кластеризация образцов волос по химическому составу происходит при более низких (по сравнению с образцами эмали зубов) значениях относительных евклидовых расстояний (рис. 18). При этом в большинстве случаев последовательное объединение образцов в группы происходит в порядке уменьшения возраста обследованных лиц, что отражает избирательное влияние природной и социальной среды обитания на организм людей разного возраста.
Таким образом, обнаруженная симбатность изменения микроэлементного состава волос и твердых тканей зубов под влиянием среды проживания позволяет говорить о необходимости при проведении профилактики и лечения стоматологических заболеваний комплексного подхода, рассматривающего организм человека как целостную систему, чутко реагирующую на изменения факторов окружающей среды. Эта тенденция наиболее характерна для больших промышленных городов с техногенным загрязнением окружающей среды.
Результаты кластерного анализа свидетельствуют о наличии различий в содержании микроэлементов не только в тканях зубов жителей Северо-Западного региона, но и Центрально-Черноземного, Сибирского и Дальневосточного регионов также. Причем, у жителей городов Северо-Западного региона наблюдается большее сродство химических составов твердых тканей зубов («Мончегорск — Апатиты — Санкт-Петербург» - в данной последовательности идет объединение при кластеризации), чем у жителей городов Северо-Западного, Центрально-Черноземного, Сибирского и Дальневосточного регионов. Характерна значительная вариабельность химических составов тканей зубов среди жителей городов разных регионов, что проявляется в увеличении относительных евклидовых расстояний, при которых происходит формирование кластеров. Такую вариабельность можно объяснить, прежде всего, климато-географическими и эколого-гигиеническими особенностями среды проживания.
Отличительные особенности химических составов эмали зубов жителей Центрально-Черноземного (г. Белгород), Сибирского (г. Омск) и Дальневосточного регионов (г. Елизово) по сравнению с жителями исследуемых городов Северо-Западного региона, проявляющиеся на уровне микроэлементов, заключаются в следующем (табл. 19).
Эмаль жителей Омска отличается наибольшим содержанием меди -3,0-10"3 мас.% (в Белгороде и Елизово до 4,4 1СҐ и 3,0 10 мас.%, соответственно). В Северо-Западном регионе сравнимые значения содержания меди в Санкт-Петербурге -1,9-10 3 мас.%.). Кроме того, в эмали зубов жителей Омска обнаружено содержание марганца (-4,6-10 мас.%) на порядок выше, чем во всех других городах (в Белгороде и Елизово до 4,2 10 и 2,1 10 мас.%, соответственно). В Санкт-Петербурге, Апатитах и Мончегорске марганец определяется в диапазоне от 1,5 10 до 4,6 \0 мас.%. Содержание цинка во всех исследуемых образцах из этих городов на 1-2 порядка больше, чем других тяжелых металлов. Эмаль зубов жителей городов Северо-Западного региона характеризуется практически в 2 раза большим содержанием цинка по сравнению с Белгородом, Омском и Елизово. Существенные вариации содержания таких химических элементов, как молибден, кобальт, железо, ванадий, никель, серебро (в Елизово); железо, цинк, свинец (в Омске), вероятно, связаны с эндогенным влиянием на обследованных.
Минеральный состав твердых тканей зубов взрослого человека Кристаллохимические особенности апатитов твердых тканей зуба лиц разного возраста и региональной принадлежности Методом рентгенофазового анализа установлено, что минеральная компонента твердых тканей зубов взрослого человека представлена основным ортофосфатом кальция (гидроксилапатитом) Caio(P04)6,(OH)2.
Результаты рентгенографических исследований показали (рис. 19), что апатиты эмали окристаллизованы значительно лучше, чем апатиты дентина, что проявляется на рентгенограммах по снижению интенсивности и увеличению полуширины дифракционных отражений. Степень окристаллизованности апатитов, образующихся в организме человека, зависит от содержания органической компоненты в твердых тканях. В эмали она составляет 4-5%, в дентине - 25-30%, а, например, в патогенных органоминеральных агрегатах (зубных, слюнных камнях и др.) значительно варьирует. интенсивность, %
Методом рентгеновской порошковой дифрактометрии определены параметры элементарной ячейки апатитов эмали зубов лиц разных возрастных групп обоего пола, проживающих в различных регионах.
Значения параметров элементарной ячейки всех исследованных нами апатитов эмали зубов существенно отличаются от соответствующих величин стехиометрического гидроксилапатита Са5(РС 4)зОН (а=9,418 А, с=6,884 A (JCPDS file card №09-0432)) и типичны для кальций-дефицитных гидроксилапатитов, что согласуется с ранее полученными данными для апатитов зубов (рис. 20-23). Зафиксированное нами увеличение значений параметра «а» от 9,441 до 9,453 А является характерным признаком кальций-дефицитных гидроксилапатитов. Таким образом, минеральная составляющая исследованных нами твердых тканей зубов - нестехиометрический карбонат-содержащий кальций-дефицитный гидроксил апатит.
Особенности морфологического строения твердых тканей зубов при кариесе и некариозных поражениях зубов у взрослого человека
Ветер носит муссонный характер. Зимой, в период наибольшей повторяемости и интенсивности циклонов над Норвежским и Баренцевыми морями, преобладают южные и юго-западные ветры. Летом, когда увеличивается повторяемость антициклонов, направление ветра становится менее устойчивым, но заметно преобладание восточных румбов. В Хибинах в течение года преобладают юго-восточные ветры. Наибольшие скорости ветра (15 м/с и более) наблюдаются зимой. Среднегодовое количество дней со штормовым ветром составляет 80-120.
Мурманская область полностью относится к району избыточного увлажнения. Годовое количество осадков достигает 1000 мм и более в горах, 600-700 - на побережье, 500-600 мм - в остальных районах. Наибольшее количество осадков выпадает в летние и осенние месяцы, наименьшее - в весенние. Число дней со снежным покровом колеблется от 180 до 200, в горах до 220. Высота снежного покрова изменяется от 80 см на юге и до 40 см и менее на побережье.
Для Мурманской области характерны небольшие реки (наиболее крупные - Тулома и ее притоки). Большинство рек берут начало из озер или болот. Болота занимают 37% площади области. Основной источник питания рек области - талые воды снегов. По химическому составу все реки области принадлежат к гидрокарбонатному классу группы Са, реже Na (в основном на побережье Баренцева моря). Минерализация речных вод незначительна - всюду меньше 100 г/л.
Почвы Мурманской области весьма своеобразны, что связано с особенностями климата и рельефа. Почвы области относятся к подтипу иллювиально-гумусовых подзолов. Мелкая пересеченность рельефа создает пестроту почвенного покрова и постоянные смены почвенных разновидностей в пространстве, причем подзолы чередуются с заболоченными торфянистыми почвами.
История заселения области делится на несколько этапов, каждому из которых соответствует район, где формировались поселения. Здесь наиболее заметны демогрфические сдвиги. Решающее значение в заселении полуострова имело проведение железной дороги и исследование и освоение природных богатств, начатое в советское время. Население области сосредоточено главным образом в городах и поселках (у мест добычи природных ресурсов). Удельных вес городского населения здесь наивысший в стране - 96%. Большинство населения - русские, коренное население - саамы. В структуре занятости наибольший удельный вес занимают отрасли промышленности, работающие на местном сырье, -горно-добывающая, рыбная, лесная, что и определило производственно-функциональные типы населенных пунктов.
В Мурманской области производится самый высоко качественный в стране металлический никель, черновая медь, кобальт и алюминий. К наиболее мощным предприятиям горно-металлургической промышленности относятся предприятия никелевой промышленности («Североникель», «Печенганикель»), Оленегорский («Олкон») и Ковдорский («Ковдорский ГОК») горно-обогатительные железорудные комбинаты. Добыча апатито-нефелиновой руды призводится на рудниках Хибинской группы, а обогащение на двух апатито-нефелиновых фабриках - в городах Апатиты и Кировск («Апатит»). На использование отводящих сернистых газов создано производство серной кислоты в городе Мончегорске. Крупнейшими предприятиями области являются: «Кольская горно-металлургическая компания» - производство цветных металлов (г. Мончегорск), «Ловозерский ГОК» - добыча и обогащение руд редких металлов (циркония, тантала, ниобия и др.). На севере Кольского полуострова стоит проблема утилизации радиоктивных отходов [Самсонов A.E., 2004]. Уровень производства строительных материалов в настоящее время не высок. В сельском хозяйстве используется лишь 0,1% всей площади области.
Проведено медико-географическое районирование Мурманской области на ландшафтно-геохимической основе. Геохимические особенности ладшафтов Кольского полуострова связаны с кристаллическим основанием. На участках преобладания местного обломочного материала отчетливо выделяются закономерные ассоциации химических элементов, обусловленные составом исходных горных пород. На площадях с мощным покровом рыхлых отложений, сложенных дальнеприносным материалом, влияние химических элементов кристаллического фундамента ослаблено или отсутствует.
Условия миграции микроэлементов неодинаковы [Niinioja R. et al., 2001]. При сравнительно близкой степени поглощения растительностью разичных химических элементов, миграция мироэлементов происходит как бы общим фронтом. При этом коэффициенты биологического поглощения (Кб - отношение содержания элемента в золе растений к его содержанию в почвообразующем слое) различных элементов различаются не более, чем в 10-100 раз. В условиях избирательного поглощения растительностью, одни химические элементы поглощаются энергично, другие слабо. В результате разница величин Кб для различных микроэлементов превышает 1 000-10 000 раз. В условиях близкого расположения грунтовых вод, распространения болотных почв, соответствующей растительности происходит энергичное выпадение и поглощения растениями химических элементов из поверхностных и грунтовых вод (обстановка гидрогенной аккумуляции).