Несъемная аппаратура для лечения зубочелюстных аномалий к 2000 г. уже применялась у 80% пациентов, обратившихся за ортодонтической помощью [8]. При этом в процессе лечения не исключен риск осложнений, доля которых остается высокой и составляет, по данным разных авторов, от 32,7 до 50% [5, 15].

Лечение с использованием брекет-системы локально подвергает эмаль зуба дополнительному механическому воздействию ортодонтических сил, с одной стороны, и жевательному давлению — с другой, что отражается на ее микро- и макроструктуре. На состояние твердых тканей зуба влияет и способ крепления замковых элементов, так как они фиксируются на предварительно протравленную и обработанную адгезивной системой эмаль. Данные исследований отечественных и зарубежных авторов свидетельствуют, что повреждения эмали (трещины, микротрещины, сколы) после удаления замков несъемной аппаратуры достаточно значительны [3, 9—11, 13].

В связи с изложенным изучение ультраструктурных изменений твердых тканей зуба в процессе ортодонтического лечения приобретает особую актуальность [7, 14].

Мы поставили перед собой задачу изучить в эксперименте на интактных зубах ультраструктурные изменения поверхности эмали зубов на разных этапах лечения с использованием брекет-системы.

Материалом исследования явились 5 интактных постоянных зубов (2 резца и 3 моляра), удаленных по ортодонтическим показаниям у пациентов в возрасте от 17 до 30 лет. Очищенные от мягких тканей образцы зубов хранили в физиологическом растворе. Образцы последовательно подвергали обработке, типичной для установки брекет-систем: 1) аппликация ортофосфорной кислоты, очистка водой, высушивание воздухом (все по 30 с); 2) нанесение адгезивной системы с полимеризацией (10 с); 3) фиксация брекета; 4) образцы подвергались механическому воздействию, аналогичному ортодонтическому, т. е. тому, что испытывает зуб с установленной системой в реальных медицинских условиях; усиление нагрузки составляло 10±5 Н, частота — 1 Гц; каждый образец испытывал 20 000±200 нагружений на жевательную поверхность при фиксации «в натяг» брекет-системы; 5) снятие брекета.

В начале работы и после окончания 1, 2, 3 и 5-го этапов исследования структуры тканей зуба сканировали с помощью сканирующих зондовых микроскопов Ntegra Prima и Certus Light (Россия) в лаборатории СПбГЭТУ. На последнем этапе исследования применялись шлифы толщиной 2 мм, полученные путем распила зуба алмазным инструментом с водяным охлаждением. В исследовании использовались в полуконтактном режиме стандартные зонды с радиусом закругления кончика 10 нм. Для этой цели на основании предварительных исследований нами были предложены 2 оптимальных режима атомно-силовой микроскопии (АСМ): исследования проводились как по высоте, так и по другим параметрам сигналов, принимаемых от кантеливера (фаза и mag*sin) [1]. Подобные режимы сканирования позволяют лучше увидеть пространственную структуру ткани зуба.

Исследовали 4 точки, случайным образом выбранные, в интересующих областях поверхности эмали 2 резцов (8 точек) и 3 моляров (12 точек). Получены типичные, наблюдаемые во всех исследованных образцах картины микроструктурных изменений тканей зуба. Методы описательной статистики включали в себя оценку среднего арифметического (M), средней ошибки (m). Статистическая значимость различий определялась с помощью t-критерия Стьюдента. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез принимался равным 95% (p<0,05). Обработку и графическое представление данных осуществляли с помощью компьютерных программ Statistica 6.0 и Excel 2003.

При АСМ-сканировании интактной поверхности зубной эмали перед креплением брекет-системы удалось установить, что размер отдельных зерен гидроксиапатита (ГА) <100 нм. Математическая обработка данных позволила выделить на исследуемой поверхности линию и построить изменение высоты (профиль); рис. 1.

Необработанные поверхности моляра и резца имеют ультраструктурные различия рельефа эмали. Наиболее характерный размер углублений на поверхности эмали резца 1 мкм. Число более крупных отверстий (размером от 1—2 мкм в одном направлении до 3—5 мкм в другом) невелико. Исследуемые образования (канальцы) расположены на относительно ровной поверхности. Мелкие канальцы образуют структуры типа «чешуек» диаметром 2—4 мкм и имеют вытянутую форму. На поверхности зуба вблизи крупных канальцев эмали в ряде случаев наблюдается рост кристаллов ГА с характерным размером порядка 1 мкм. Практически по периметру всех более крупных канальцев наблюдаются утолщения ткани размером 1—2 мкм (рис. 2, 3).

Менее ровная ультраструктура поверхности эмали моляра содержит большее количество крупных каналов (размер 2—5 мкм). В некоторых случаях их внутренняя поверхность содержит фрагменты кристаллов, слабо связанные с тканями зуба. Представленные результаты не противоречат ранее приводимым в литературе, полученным другими методами, и существенно дополняют их. Так, Ю.А. Ипполитов [4] изучал эмаль удаленных по ортодонтическим показаниям зубов у людей 17—25 лет с помощью растровой электронной микроскопии в режиме вторичной электронной эмиссии при увеличении от 800 до 4000 мкм. Сканирование показало, что поверхность эмали представлена неровностями, мелкими вдавлениями диаметром 4—6 мкм и глубиной 0,5—3 мкм, валиками, причем микрорельеф эмали имел углубления, переходящие в канальцы диаметром до 2 мкм, в совокупности создающие структуру, похожую на соты. [4]. Размер, форма и количество канальцев на единицу поверхности эмали, а также изменение этих параметров в области эмалево-дентинной границы позволяет не только подтвердить высокую степень проницаемости здоровой ткани зуба во всех направлениях, но и рассчитать изменения осмотического давления в эмали и дентине в норме и при нарушении равновесия процессов де- и реминерализации, в частности в процессе ортодонтического лечения, уточнив механизмы патогенеза наблюдаемых осложнений (см. рис. 1—3).

После обработки предполагаемого места крепления брекета ортофосфорной кислотой по общепринятой методике в некоторых случаях мы наблюдали частицы ГА, образующие агломераты со средним диаметром 0,5 мкм в форме эллипсоида и практически гладкой поверхностью, оставшиеся на внутренней границе углублений (канальцев). При этом соединение с основной массой твердых тканей зуба нарушается и сохранено лишь частично. В пределах агломерата кристаллы расположены плотнее относительно друг друга, соединяя по 5—6 фрагментов частиц ГА (рис. 4).

Эти области в дальнейшем могут стать слабым звеном, приводя к нарушению адгезии материала к тканям зуба, особенно при длительном воздействии ортодонтических сил, что может быть причиной нарушения крепления брекет-системы к ткани зуба. В большом количестве клинических исследований [3, 6] выявлены смещение равновесия физико-химического баланса в сторону увеличения минерализации после обработки эмали зуба ортофосфорной кислотой и снижение кариесрезистентности ткани в процессе лечения на несъемной аппаратуре. Только проведенные экспериментальные исследования впервые продемонстрировали механизм этих явлений, зависящих от локализации ультраструктурных изменений ткани во время работы с адгезивной системой (см. рис. 4).

Наши экспериментальные данные демонстрируют, что характерные патоморфологические изменения поверхности эмали происходят на этапе механического нагружения системы. Аналогичные результаты получены З.В. Гасымовой [3]. С помощью метода акустической микроскопии установлено, что в средней части крепления брекета, а также вокруг него в первые 14 дней не наблюдалось достоверного роста числа трещин, степени пористости эмали или изменений физико-механических свойств поверхности по краю силлера. Однако через 6 мес лечения доля этих структурных нарушений существенно увеличивалась.

Результаты наших ACM-исследований участков поверхности, расположенных на расстоянии >2 мм от места крепления брекет-системы по периметру, свидетельствуют, что картина рельефа поверхности оставалась типичной для эмали исследуемого зуба. На расстоянии <2 мм от места крепления брекет-системы наблюдаются существенные изменения поверхности эмали. В частности, на рис. 5 представлены участки поверхности, расположенные на расстоянии 1 мм от края замка.

На наш взгляд, АСМ-исследования выявляют 2 характерные особенности. Первая — появление микротрещин, длиной несколько десятков мкм, имеющих разветвленную структуру. Основной микроанатомической предпосылкой роста трещин являются переходящие в канальцы крупные углубления на поверхности эмали, характерные для здоровой ткани. Эти микротрещины возникают во время механического нагружения системы. Вторая особенность — рост кристаллов ГА периферии канальцев, приводящий к «закрытию» некоторых из них. В связи с этим число канальцев на единицу поверхности становится значительно меньше. Зубная эмаль не содержит клеток и не способна к регенерации, обмен минеральных ионов происходит в ней постоянно, стабильность сохраняется лишь в кристаллической решетке в целом, поэтому кальцификация ткани вариативна в разные сроки наблюдения [2]. Таким образом, закрытие наноструктур эмали в процессе применения брекет-системы может рассматриваться как проявление реакции защиты здоровой ткани. Преобладание деминерализации и отсутствие наблюдаемого эффекта должно свидетельствовать о сдвиге равновесия, патологических процессах и потребует дополнительных лечебно-профилактических мер (см. рис. 5, рис. 6). Выбранный режим АСМ-исследования (фаза) позволяет четко увидеть границу замка брекет-системы и ткани зуба. Хорошо просматривается неоднородность поверхности с перепадом высот до 1,5 мкм (см. рис. 6).

Наблюдаемые нарушения имеют характерные особенности, связанные с морфологией эмали зуба и его групповой принадлежностью. При этом общее число микротрещин увеличивается (см. рис. 6). Данные литерату-ры свидетельствуют, что дополнительные повреждения структуры эмали, даже видимые клинически, возникают независимо от типа брекет-системы [12, 13] и инструментов, используемых для снятия замков [9].

Объективно оценить пространственные неоднородности исследуемых поверхностей можно с помощью таких параметров, как максимальная (W_max) и средняя (W_a) высота волнистости. Средние значения этих параметров до и после эксперимента представлены в таблице.

Очевидно, что все приведенные параметры для поверхности моляров до эксперимента и в областях, расположенных на расстоянии 2—3 мм от брекета после эксперимента, практически совпадают и существенно отличаются от результатов, полученных вблизи (0,1—0,3 мм) замка брекет-системы после эксперимента.

Установлено статистически значимое увеличение максимального размера перепадов профиля (при р<0,001), о чем свидетельствует максимальная разность между высотой и глубиной наблюдаемых неоднородностей W_max. Средние размеры неоднородности поверхности увеличились в 1,5±2 раза, о чем свидетельствуют средняя высота и глубина наблюдаемых неоднородностей W_a, однако в данном случае статистически значимых различий установить не удалось.

Полученные данные показывают основные структурные образования поверхности ткани, которые определяют направление, глубину и выраженность этих повреждений на наноуровне, и, следовательно, позволяют их прогнозировать в зависимости от исходного состояния эмали и ее способности к реминерализации.

Экспериментальное АСМ-исследование показало, что:

— использование адгезивной системы с этапом травления эмали ортофосфорной кислотой для крепления замка брекет-системы приводит к образованию агломератов по внутренней границе углублений в структуре поверхности; на этих участках адгезивные связи существенно ухудшаются;

— в результате моделирования ортодонтического лечения на несъемной аппаратуре происходят структурные изменения в эмали зуба на наноуровне, а именно образование трещин непосредственно по границе замка и на расстоянии до 1 мм от него по периметру, что отражается на увеличении максимального размера перепадов профиля; наблюдаемые нарушения имеют характерные особенности, связанные с морфологией поверхности эмали и групповой принадлежностью зуба;

— характер и расположение ультраструктурных нарушений, наблюдаемых методом АСМ, свидетельствуют, что данные изменения поверхности эмали могут лежать в основе патогенетических механизмов возникновения кариозных и некариозных заболеваний твердых тканей зуба в процессе ортодонтического лечения.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.