Ультрамикроскопическое исследование процессов деминерализации и реминерализации эмали зубов

Актуальная проблема современной стоматологии — процесс деминерализации эмали зубов и научное обоснование применения реминерализующих средств. Эмаль относится к мезопористым веществам, она не содержит клеток и не способна к регенерации при повреждении, однако в ней постоянно происходит обмен минеральных ионов, которые поступают из слюны через поры и адсорбируются на ее поверхности [2].

Реминерализующая терапия — популярный метод профилактики кариеса зубов. В целях реминерализации используются растворы, пасты, гели, содержащие кальций, фосфаты и другие минеральные компоненты [9].

Необходимо изучать средства и методы, которые позволят значительно снизить интенсивность кариеса зубов путем лечебного и профилактического воздействия на ранних стадиях развития кариозного процесса. Во многих исследованиях продемонстрировано успешное применение современного оборудования, в том числе и сканирующей электронной микроскопии, для исследования зубов. Для уточнения механизмов реминерализации важно изучить на ультрамикроскопическом уровне процессы, происходящие в эмали зубов [5—7, 10].

Цель исследования — определение с помощью сканирующей электронной микроскопии характера начальных проявлений деминерализации эмали зубов и возможностей ее реминерализации.

Исследование проводилось на визуально интактных зубах, удаленных по ортодонтическим и ортопедическим показаниям у лиц 25—30 лет. Удаленные зубы хранили в слюне и термостате при температуре 36 °С. Ежедневно в течение 15 дней дважды в день на зубы наносили на 15 мин гелеобразный реминерализующий состав, содержащий глицерофосфат кальция (кальциевая соль 1,2,3-пропантриол моногидрогенфосфата или дигидрогенфосфата, C₃H₇CaO₆P), хлорид магния и ксилит. Микрофотографии морфологических особенностей эмали получали до обработки минерализующим препаратом и после курса реминерализующей терапии.

Для изучения изменений, происходящих на поверхности эмали зуба, детально исследовали 24 электронные микрофотографии поверхности эмали визуально интактных зубов, полученные с использованием сканирующего электронного микроскопа TESCAN модели MIRA 2 LMU, оснащенного системой энергодисперсионного микроанализа INCA Energy. Разрешающая способность микроскопа — 5 нм, а чувствительность детектора INCA Energy — 133 эВ/10 мм². Исследование проводилось в режиме высокого вакуума [8]. Для изучения морфологических структур изображения получали с применением техники вторичных (SE) электронов. Регистрация вторичных электронов дает высокое пространственное разрешение, поскольку область их выхода из материала образца лежит ближе к поверхности и имеет значительно меньшие размеры. В сканирующем электронном микроскопе MIRA 2 LMU детектор, регистрирующий вторичные электроны, расположен под некоторым углом относительно оптической оси микроскопа. Такое расположение детектора позволяет эффективно выявлять морфологические особенности. Ближняя к детектору сторона выступа выглядит на изображении светлее, а дальняя — темнее, так как выступающая часть исследуемого объекта заслоняет электронам путь к детектору. Для участков, расположенных дальше от поверхности, ситуация оказывается прямо противоположной, т.е. по взаимному расположению светлых и темных участков при детектировании вторичных электронов можно судить о рельефе поверхности.

При анализе изображений установлено, что микрорельеф эмали — неоднородный, имеются углубления и впадины, а также характерные валики [4]. Кроме того, поверхность эмали характеризуется наличием небольших углублений округлой формы диаметром до 2 мкм, в центре которых находится выход эмалевых призм. Видны естественные борозды, царапины и микротрещины шириной до нескольких долей микрометра (рис. 1),

Анализ микрофотографии визуально интактного зуба выявил наличие очага деминерализации эмали, расположенного в пришеечной области. При изучении изображения границы здоровой эмали и участка деминерализации (рис. 2)

На микрофотографиях, полученных после проведения курса реминерализующей терапии, заметно, что поры заполнены, поверхность эмали стала более однородной [3], уменьшилась микропористость (рис. 3).

При морфологическом исследовании изображений обработанной реминерализующим составом области дефекта, полученных с помощью специальной техники (сканирующий электронный микроскоп), обнаружены интересные результаты. Изображения, полученные с применением техники вторичных (SE) и отраженных (BSE) электронов [8], различались (рис. 4, а).

На расстояниях поля зрения (размеры сканируемой области) на BSE-изображении наблюдается значительная однородность цвета картинки, т.е. контраст отсутствует. Это свидетельствует об однородности состава на протяжении всей рассматриваемой области — зоны дефекта. Преимущественная независимость цвета картинки от рельефа поверхности свидетельствует о том, что дефект имеет одинаковый состав на некоторой глубине деминерализации, так как контрастность изображения в неупруго отраженных электронах зависит не только от морфологии рельефа, но и от химического состава образца. Как известно, контрастность на BSE-изображении определяется, помимо морфологии, средней атомной массой элементов, входящих в состав образца. Но если увеличить изображение (см. рис. 4, а), в некоторых областях BSE-изображения (рис. 4, в) обнаруживаются темные островки, которых нет в аналогичном месте на изображении полученных с применением техники вторичных электронов (SE) (см. рис. 4, б). Изображение полученное с помощью техники вторичных электронов, дает информацию исключительно о структуре поверхности, поэтому отсутствие темных мест на SE-картинке свидетельствует об отсутствии в этом месте резких перепадов рельефа. Следовательно, темные островки на BSE-картинке — это области с другим химическим составом, нежели светлые. Чем темнее цвет на изображении, полученном с помощью техники вторичных электронов, тем больше в среднем атомный номер химических элементов в этой области.

Изложенное позволяет сделать следующие выводы:

1. Изучение структуры эмали зуба с помощью сканирующего электронного микроскопа дает возможность выявить истинную картину изменений, характерных для начальной стадии деминерализации, и оценить результаты реминерализующей терапии.

2. В визуально интактных зубах могут иметься очаги ранней деминерализации, которые клинически определить не представляется возможным.

3. В связи с этим для предотвращения развития кариеса зубов целесообразно профилактическое применение препаратов, содержащих минеральные компоненты.