ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОТИВОКАРИОЗНЫХ КОМПОНЕНТОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ ЗУБНОЙ ЭМАЛИ
, ,
Научные руководители - к. х.н. , д. т.н., доцент
Кафедра общей химии УГМА
Для сохранения резистентной к кариесу эмали требуется создание результативных средств воздействия на нее. В начальных стадиях кариеса патологический процесс, в основном локализован в поверхностных слоях эмали, что вызывает изменение ее физико-химических свойств, в результате чего появляется белое кариозное пятно. Кариес в начальной стадии пятна – благоприятное время для реминерализации, т. к. органическая матрица эмали еще сохранена и может служить центрами нуклеации для роста кристаллов. Для удачного лечения очаговой деминерализации эмали применяют препараты, которые восполняют дефекты кристаллической решетки, повышают резистентность эмали к действию кислот, понижают ее проницаемость.
Цель исследования - оценить воздействие различных противокариозных компонентов на скорость реминерализации зубной эмали удаленных молочных зубов после проведения биопсии.
Материалы и методы исследования
Удаленные по показаниям молочные зубы протравливали 1М раствором НСl. Для определения структурно-функциональной кариесрезистентности зубной эмали и реминерализирующей способности приготовленных систем применялся КОСРЭ-тест (клиническая оценка скорости реминерализации эмали). Процесс деминерализации оценивали по интенсивности окрашивания протравленного участка эмали. Скорость реминерализации эмали контролировали через трое суток, окрашивая метиленовым синим участок зуба, подвергавшийся протравливанию.
В исследовании применялся 0,1М раствор фторида натрия; насыщенные водные растворы следующих веществ: карбоната кальция, гидрофосфата кальция, гидроксида магния, карбоната магния; гель желатина. Концентрацию ионов Са2+ измеряли потенциометрическим методом с ионселективным пленочным электродом. Измерения рН производились на рН-метре «рН-150МИ». Величину светопропускания разбавленных в 100 раз растворов желатина измеряли на спектрофотометре «S53 UV-Vis»
Результаты исследования и их обсуждение
Для исследования были выбраны молoчные зубы, т. к. они имеют повышенную кислоторастворимость эмали. Эмаль на 95 % состоит из минералов, главный из которых гидроксиапатит (75,04 %) Са5(РО4)3ОН. Есть также карбонатоапатит (12,06 %), хлорапатит (4,39 %), фторапатит (0,63 %), карбонат кальция (1,33 %) и карбонат магния (1,62 %) [1]. Доставка в эмаль питательных веществ и минералов осуществляется из внутренних слоев зуба и из слюны. В естественных условиях источником кальция, фосфора и фторидов для эмали является ротовая жидкость, которая перенасыщена по отношению ко всем формам фосфата кальция. В качестве модельных были приготовлены системы, состоящие из 20 мл 0,1М раствора фторида натрия и насыщенных водных растворов четырех веществ. Данные приведены в таблице 1.
Таблица 1
№ пробы
Состав системы
рН
Наличие окрашива-
ния
Наличие окрашива-
ния через 3 дня
Наличие окрашива-
ния через 6 дней
Повторное воздейст-
вие НСl
Рассчи-
танная ССа2+
моль/л
Эксперименталь-
ная ССа2+
моль/л
1.
NaF 4,2% 20 мл
8,05
+
+-
-+
-
-
-
2.
CaCO3 (1г) ; NaF 4,2% 20мл
9,05
+
+-
-+
-
6,16.10-5
2,81.10-5
3.
CaHPO4(1г); NaF 4,2% 20мл
5,49
+
+-
-
-
2,23.10-4
1.10-5
4.
Mg(OH)2 (0,755г); NaF 4,2% 20мл
9,5
+
+
+
+
5.
MgCO3 (0,84г); NaF 4,2% 20мл
9,32
+
+
+
+
Добавление фторида натрия в насыщенный раствор вышеназванных малорастворимых солей, естественно приводит к частичному связыванию ионов F - с образованием малорастворимых СаF2 и МgF2. Тем не менее, часть ионов F - остается, что еще более приближает модельные составы к ротовой жидкости. Ионы фтора присутствуют в слюне в очень низких концентрациях, но эмаль может вбирать ионы фтора даже в таких низких концентрациях, какие присутствуют в ротовой жидкости. Отсутствие изменений в пробах № 4,5 говорит о том, что в растворах не создан достаточный минерализующий потенциал из-за отсутствия ионов кальция и фосфат-ионов. Микроэлементы в эмали располагаются неравномерно. В наружном слое отмечается большое содержание фтора при меньшем содержании в этом слое магния и карбонатов. Изоионное замещение ионов кальция, гидрофосфат-ионов или фторид-ионов на поверхности кристаллов в пробах № 1-3 с восстановлением дефектной кристаллической решетки апатита деминерализованной эмали происходит достаточно быстро (в течение 3 дней) Перенасыщенность модельной системы № 3 создается за счет высоких концентраций в ней кальция, фосфата и способствует высокой скорости реминерализации зубной эмали. Диффузия ионов Mg2+, CO32- из поверхностных слоев в глубокие идет долго. Учитывая малый радиус ионов Mg2+ по сравнению с Са2+ изоморфного замещения (обмена на ионы других элементов) не произошло. Более того, по наличию устойчивого синего окрашивания можно судить об отсутствии процессов реминерализации эмали. Повышенное содержание ионов магния можно отнести к кариесогенным факторам.
О результативности реминерализующего действия системы № 3 можно судить по исчезновению синего окрашивания поврежденной эмали зуба. После процедуры локальный дефект устранился, поверхность зуба стала менее пористая. Восстановленная эмаль гораздо лучше стала отражать свет, зуб стал более ярким и блестящим. Перенасыщенность модельной системы № 3 создается за счет высоких концентраций в ней кальция, фосфата и способствует высокой скорости реминерализации зубной эмали. В данной системе наблюдается рН, равный 5,5 – критическое значение рН реминерализации. Выше этой границы происходит процесс реминерализации, ниже – деминерализации. Но процесс, в этой системе направлен в сторону реминерализации, т. к. недостаток ионов ОН - компенсирован ионами фтора. Отсутствие щелочной среды в данной системе № 3 по сравнению с другими аналогичными системами № 2,5 объясняется связыванием части ионов кальция и фосфат ионов, возникающих при ионизации гидрофосфат ионов, с образованием малорастворимого Са3(РО4)2 (ПР = 2.10-29). Для сравнения ПРСаНРО4 = 2,7.10-7. Оставшиеся ионы Н+ создают кислую среду. В системе № 3 происходит образование КДС, состав мицелл фосфата кальция можно представить следующим образом:
{[m Са3(РО4)2]n HPO42-(n-x) Са2+}2x-x Са2+yH2O
Ядро мицеллы состоит из микрокристалла фосфата кальция. В качестве потенциалопределяющих ионов на поверхности ядра сорбируются находящиеся в растворе в избытке гидрофосфат-ионы, т. к. часть ионов кальция связалась со F-. В адсорбционном и диффузном слоях мицеллы будут находиться ионы Са2+, являющиеся противоионами. Эта модельная система № 3 по своему составу близка к составу слюны, в которой также возможно формирование таких мицелл, но еще и стабилизированных белками, содержащимися в ротовой жидкости. Способность белков слюны связывать ионы Са2+ должна способствовать их привлечению в диффузионный слой и проявлению их защитного действия по отношению к мицеллам, в результате которого их устойчивость в целом значительно повышается.
Для восстановления зубной эмали также используются гелевые препараты. Для изучения поступления различных минеральных компонентов из гелевой структуры были приготовлены аналогичные системы с добавлением желатина (приблизительно1 г). В образовавшиеся растворы желатина также были помещены молочные зубы. Системы в течение нескольких минут желатинировались. Результаты исследования представлены в таблице 2.
Таблица 2
№ пробы
Состав системы в геле желатина
рН
Наличие окрашивания
Наличие окрашивания через 3 дня
1.
NaF 4,2 % 10 мл
9,0
+
-+
2.
CaCO3 (0,995 г) ; NaF 4,2 % 10 мл
9,0
+
+
3.
CaHPO4 (0,95 г); NaF 4,2 % 10 мл
5,5
+
-
4.
Mg(OH)2 (0,965 г); NaF 4,2 % 10 мл
9,0
+
+
5.
MgCO3 (0,955 г); NaF 4,2 % 10 мл
9,0
+
+
В геле скорость реминерализации замедлилась. Это связано с меньшей скоростью диффузии ионов в вязкой среде геля по сравнению с раствором. По всей видимости, для гелей необходимо использование растворимых форм соединений кальция и фосфора, т. к. ожидаемого эффекта – исчезновения синего окрашивания метиленовой синью поврежденных участков зуба, не было ни в одной из систем через три дня. Концентрация в насыщенных растворах из таблицы № 1, приближающихся по своему составу к слюне, была в геле желатина недостаточна, поэтому эмаль осталась рыхлой и матовой и не стала глянцевой и блестящей, как в опыте с водными растворами. Кроме того, ухудшился внешний вид эмали. Она потеряла блеск и стала рыхлой, особенно в образцах № 4,5. Повторное помещение зуба № 4 в насыщенный раствор СаНРО4 с добавлением NaF на 6 дней полностью восстановило эмаль.
Для того, чтобы убедится, что не происходит декальцинации поверхностного слоя эмали в геле желатина, приготовили 5 %-ные растворы желатина без добавления малорастворимых солей, в которые были помещены молочные и взрослые зубы, предварительно подвергнутые биопсии. Эксперимент продолжался 3 дня. По истечении этого времени были приготовлены градуировочные растворы желатина с различной концентрацией ионов Са2+ (10-2;10-3;10-4моль/л) и разбавленные в 100 раз растворы желатина с трехдневной выдержкой различных зубов. Спектрофотометрически было показано, что связывание кальция с желатином не происходит. Никаких комплексов не образуется. Для различных концентраций ионов кальция характер спектрофотометрической кривой один и тот же, они сливаются.
Для восстановления зубной эмали в домашних условиях, когда эмаль не сильно разрушена, рекомендуются ополаскиватели. Для изучения влияния ополаскивателя на скорость реминерализации зубной эмали по одному взрослому зубу было помещено в 10 мл ополаскивателя «Длительная свежесть дыхания» (№ 1) и «Длительная защита от кариеса» (№ 2). Потенциометрическим методом было определено содержание ионов кальция в ополаскивателях, которое составило 1.10-3 моль/л в том и другом образце. Повторное определение содержания ионов кальция показало, что концентрация ионов Са2+ увеличилась и составила 3,98.10-3 моль/л в ополаскивателе № 1 и 3,55.10-3 моль/л в ополаскивателе № 2.
Поверхностный слой зрелой эмали отличается от молочных зубов большей минерализацией, плотностью, микротвердостью, резистентностью к кариесу, более высоким содержанием микроэлементов, в том числе и фтора [2]. Поэтому поверхностный слой зрелой эмали менее подвержен действию кислот, чем молочные зубы. Тем не менее, данные эксперимента свидетельствуют о том, что длительное пребывание взрослых зубов в среде ополаскивателя привело к декальцинации эмали, вызванной атакой органических соединений, содержащихся в ополаскивателях.
Было также определено потенциометрическим методом содержания ионов Са2+ в системах № 2,3 из таблицы № 1 после проведения опыта, а также в насыщенном водном растворе СаНРО4. Результаты представлены в таблице 1.
В насыщенном растворе СаНРО4 , рассчитанная концентрация ионов кальция 5,2.10-5 , экспериментальная - 2,2.10-5 моль-ион/л, рН равен 6,75. Присутствие в растворах № 2,3 F - вызывает частичное связывание ионов Са2+ с образованием малорастворимого CaF2, в растворе увеличивается концентрация анионов, переходящих из осадка в раствор. Но в насыщенном водном растворе карбоната кальция преимущественно протекает гидролиз карбонат-ионов: СО32- + Н2О↔НСО3- + ОН - и среда раствора становится щелочной. Тогда как в насыщенном водном растворе СаНРО4 ионы Са2+ связываются не только с F-, но и с фосфат-ионами с образованием Са3(РО4)2 , равновесие
НРО42- ↔Н+ + РО43- смещается вправо и в растворе наблюдается избыток Н+. Увеличение концентрации ионов Са2+ в система № 2,3 по сравнению с системой, состоящей только из насыщенного раствора СаНРО4, где отсутствуют фторид-ионы, объясняется процессами мицеллообразования, где ионы кальция попадают в диффузный слой.
{[m СаСО3]2n HСO3-(n-x) Са2+}2x-x Са2+yH2O
{[m Са3(РО4)2]n HPO42-(n-x) Са2+}2x-x Са2+yH2O
Соответственно концентрация ионов Са2+ больше, чем рассчитанная с точки зрения теории ПР.
Выводы
1. Степень реминерализации зубной эмали, поврежденной в результате биопсии, зависит от градиента концентрации ионов кальция, фтора, гидрофосфат ионов. Они обладают сильными кариесстатическими свойствами и должны включаться в различные реминерализующие препараты.
2. Ионы магния не способны к изоморфному замещению значительно превышающих их по размеру ионов Са2+. Соединения магния: карбонат магния и гидроксид магния могут быть отнесены к кариесогенным веществам.
3. При создании модельных гелей на основе желатина следует учитывать малую скорость диффузии ионов и использовать хорошо растворимые соединения кальция, фосфора и фтора для создания большего градиента концентрации.
4. Изучение процессов в системах, приближающихся по своему составу к слюне, позволяет предположить возникновение мицелл, стабилизированных кислыми анионами. В адсорбционном и диффузном слоях мицеллы будут находиться ионы кальция, являющиеся противоионами. Поэтому при рассмотрении различных воздействий на слюну необходимо учитывать, прежде всего, с точки зрения влияния воздействий на состав мицелл и их устойчивость. Совершенно по-другому представляются такие процессы как адсорбция и диффузия, лежащие в основе процессов минерализации и реминерализации. С указанной точки зрения по-новому следует подходить и к проблеме создание профилактических и лечебных средств для полости рта.
Литература
1. , Попков химия: учебник. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 20с.:ил.
2. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. для вузов/, , и др.; Под ред. .- 7-е изд. стер. - М.: Высшая школа., 20с.:ил.
Study of the effect protivokarioznyh components on the efficiency of remineralization of dental enamel
EschenkoYa. A., Raspopova N. G., Tkacheva G. S.
Supervisor of studies EschenkoYa. A., Raspopova N. G., Tkacheva G. S. –
dr. Ermishina E. Yu., dr. Belokonova N. A.
Department of General Chemistry of USMA
The Summary. Studied the effect of anticarious components on the efficiency of remineralization of dental enamel. The model system that contains calcium hydrogen phosphate and sodium fluoride, the formation of micelles, based on calcium phosphate.
The Keywords: remineralization of dental enamel, demineralization of dental enamel, diffusion, ion exchange, calcium hydrogen phosphate, sodium fluorid, micelle.
