Изменение морфологии поверхности дентина после обработки пастами с гидроксиапатитом и c наногидроксиапатитом кальция

Повышенная чувствительность зубов часто встречается в клинической практике и занимает одно из ведущих мест среди некариозных поражений зубов. В соответствии с гидродинамической теорией Brännström боль возникает из-за движения жидкости в дентинных канальцах в ответ на температурные, химические и механические раздражители [5]. Структура дентина в областях повышенной чувствительности зубов меняется: в этих участках обнаруживается большее число дентинных канальцев с бо`льшим диаметром [1, 4, 13, 14]. Для устранения боли при гиперчувствительности зубов предложено немало средств, способствующих обтурации дентинных канальцев или предотвращению передачи нервных импульсов [3, 7, 10]. Надежное запечатывание обнаженной поверхности дентина наиболее перспективно для быстрого и эффективного снижения гиперчувствительности дентина [7]. При этом происходит уменьшение или полное закупоривание просвета открытых дентинных канальцев, вследствие чего прекращается непосредственное воздействие на них внешних раздражающих факторов, и в них замедляется ток жидкости.

Гидроксиапатит (ГАП) - один из самых биосовместимых и биоактивных материалов [12] в связи с его сходством с минеральным составом зуба. Наноразмеры ГАП позволяют ожидать от него новых физических свойств [9], которые помогут усовершенствовать имеющиеся десенсибилизирующие средства, а также открыть новые возможности реминерализации на наноуровне [2, 8].

Цель данной работы - исследование изменений в дентине зубов при использовании содержащих ГАП и наногидроксиапатит (НГАП) паст, служащих для запечатывания открытых дентинных канальцев, а также сравнение эффекта обтурации ими дентинных канальцев по данным морфологического исследования с помощью сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии.

Материал и методы

Исследование проводили на свежеудаленных зубах, разрезая их поперек хода дентинных канальцев. Полученный срез протравливали 37,5% ортофосфорной кислотой в течение 20 с с целью удаления смазанного слоя с поверхности дентина и открытия дентинных канальцев. Затем образцы для исследования помещали в 70% этиловый спирт и подвергали воздействию ультразвука в течение нескольких минут для дополнительного очищения от загрязнения. Одна часть среза каждого зуба подвергалась обработке пастой, содержащей НГАП (размер частиц - 20-60 нм), другая - пастой, содержащей обычный ГАП (размер частиц - 2-3 мкм). Обработка срезов проводилась путем нанесения паст с помощью микромотора на обнаженную поверхность дентина циркулярными щетками. Затем пасту смывали с поверхностей образцов, высушивали их в вакууме при давлении 10^–8 мм рт.ст. и напыляли на поверхность зуба золото. Отдельные образцы после нанесения паст оставляли во влажной среде и проводили их морфологическое исследование спустя 1 нед.

Микрофотографии поверхностей срезов зубов получали с помощью сканирующего электронного микроскопа TESCAN, модель MIRA 2 LMU («TESCAN», Чехия), оснащенного системой энергодисперсионного микроанализа INCA Energy («Oxford Instruments», Великобритания). Для определения рельефа поверхности применяли также атомно-силовой микроскоп Ntegra spectra (ЗАО «НТ-МДТ», Россия), принцип работы которого основан на регистрации силового взаимодействия между поверхностью исследуемого образца и наноразмерным кантилевером.

Результаты и обсуждение

В ходе исследования были получены 57 электронных микрофотографий с изображением микроструктур поверхностей дентина, обработанных 2 видами паст. После протравливания дентина ортофосфорной кислотой и удаления таким образом с его поверхности смазанного слоя стали видны открытые дентинные канальцы в виде округлых пор (см. рис. 1, а).

Рис. 1. Внешний вид среза дентина. а - после травления ортофосфорной кислотой обнаруживаются открытые дентинные канальцы, ув. 20 000; б - после нанесения пасты образуется слой адсорбированных ее частиц, ув. 2000; в - после применения пасты, содержащей ГАП, дентинные канальцы заполнены ее частицами, ув. 50 000.

При изучении образцов после нанесения паст в первую очередь нужно отметить, что поверхность среза дентина оказывается покрытой мелкодисперсными частицами, сливающимися между собой и образующими единый слой и отдельные шарики; это выглядит особенно явным при использовании пасты с более крупным размером частиц (см. рис. 1, б). Под микроскопом (увеличение в 50 000 раз) видно, что при обработке пастой, содержащей обычный ГАП, дентинные канальцы закупориваются частицами пасты. Размеры этих частиц меньше размера открытого дентинного канальца (см. рис. 1, в). При этом частицы ГАП наслаиваются друг на друга, фиксируясь на стенках дентинных трубочек и образуя таким образом так называемую «пробку», изолирующую содержимое дентинных канальцев от воздействия внешних факторов. Однако при изучении большей площади поверхности дентина можно видеть, что после нанесения пасты с ГАП некоторые дентинные канальцы остаются открытыми, а другие - закрытыми не полностью (рис. 2, а, б).

Рис. 2. Обтурация дентинных канальцев после применения пасты. а, б - с ГАП; в, г - с НГАП.

При исследовании (увеличение в 5000 раз) изменений на поверхности дентина после обработки пастой с НГАП обнаруживается гораздо больше «пустых» дентинных трубочек, чем при обработке пастой с ГАП (см. рис. 2, в). На рис. 2, г видим, что дентинный каналец заполнен конгломератами частиц, однако они намного меньше конгломератов частиц ГАП.

При изучении электронных микрофотографий обработанных пастами образцов дентина, после их пребывания во влажной среде в течение 1 нед, число запечатанных дентинных канальцев оказалось сниженным, но на поверхности среза сохранился массивный слой мелкодисперсных частиц пасты. В образцах, обработанных пастой с ГАП, отмечается более полная герметизация открытых дентинных канальцев (рис. 3, а)

Рис. 3. Срезы дентина и отдельные дентинные канальцы спустя 1 нед после нанесения пасты, содержащей: а, б - ГАП, ув. соответственно 10 030 и 50 080; в, г - НГАП, ув. соответственно 2000 и 100 880.

, чем в образцах, обработанных пастой с НГАП (см. рис. 3, в). Через 1 нед после нанесения на срез зуба пасты, содержащей ГАП, можно обнаружить пасту внутри дентинных канальцев (см. рис. 3, б), в то время как дентинные канальцы после нанесения на срез зуба пасты с НГАП оказываются через 1 нед пустыми (см. рис. 3, в, г).

Результаты исследования под сканирующим атомно-силовым микроскопом показали, что после обработки зуба пастой с ГАП открытые дентинные канальцы закупориваются практически полностью, отмечаются лишь отдельные точечные углубления в канальцах, оставшиеся пустыми. Об этом свидетельствует то, что, как показано на рис. 4, а, на цв. вклейке

Рис. 4. Поверхности дентина под атомно-силовым микроскопом (40 µm × 40 µm) после применения пасты. а - с ГАП; б - с НГАП.

, дентинные канальцы оказались более светлыми по сравнению с необработанной поверхностью дентина. Более светлый участок на изображении означает, что он возвышается над поверхностью. Если рассмотреть поверхность дентина, обработанную пастой с НГАП (см. рис. 4, б, на цв. вклейке), заметно, что дентинные канальцы стали светлее, чем ранее, т.е. более заполненными, однако в недостаточной степени: они выглядят как затемненные области округлой формы, в центре которых находится еще более темный участок, т.е. незаполненное пастой пространство. Причем оно намного больше пустого пространства, оставшегося после обработки образцов обычной пастой с ГАП. На рис. 4, б видны также шарообразные скопления частиц НГАП на поверхности дентина.

Анализируя представленные данные, можно прийти к выводу, что частицы обычного ГАП (размером 2-3 мкм) легко фиксируются на стенках дентинного канальца и между собой, закупоривая отверстие. Что касается пасты с НГАП, то невозможно в полной мере оценить степень заполнения дентинных канальцев ею, так как даже при максимальном увеличении используемого сканирующего электронного микроскопа отдельные наночастицы не видны, а ведь НГАП может заполнять и другие пространства в дентине. Размеры частиц НГАП в пасте - 20-60 нм, что во много раз меньше дентинного канальца, диаметр которого составляет в среднем 1,8±0,25 мкм (может быть до 3 мкм) [1], а по данным R. Garberoglio и М. Brännström [6], средний диаметр - 2-4 мкм. На первый взгляд, частицы НГАП настолько малы, что ими очень трудно обтурировать отверстие, превышающее их примерно в 10 000 раз. Однако нельзя отрицать реминерализующего действия НГАП [8]. Большое значение при использовании десенсибилизирующих паст для заполнения дентинных канальцев имеют и их физико-химические свойства, которые влияют на достижение необходимого результата и сохранение оптимального здоровья полости рта [11].

Исходя из результатов исследования, можно заключить, что нанесение на обнаженный дентин паст с ГАП и НГАП вызывает изменения его рельефа, проявляющиеся уменьшением просвета дентинных канальцев, образованием на срезе дентина слоя из мелкодисперсных частиц пасты, что эффективно при лечении гиперестезии зубов. Установлено, что во время обработки дентина пастой и циркулярной щеткой с помощью микромотора не все дентинные канальцы в равной степени оказываются закупоренными. Однако следует отметить, что морфологическое исследование дает представление лишь об одной стороне изучаемого вопроса, поэтому нельзя полностью опираться на его данные при выборе пасты. Необходимо дальнейшее изучение механизмов действия НГАП на твердые ткани, причем важны исследования in vivo: ведь в живой системе процессы реминерализации протекают активнее и имеют ряд особенностей, причем для наиболее точной оценки обтурации дентинных канальцев требуется оборудование, позволяющее работать с наночастицами.

Коллектив авторов выражает благодарность ассистенту кафедры физики полупроводников Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского М.Д. Матасову за организацию сотрудничества между вузами, содействие в выполнении исследования, а также активный вклад в развитие и реализацию идей.