Изучение механизма прорезывания зубов человека занимает важное место не только в стоматологии, но и в фундаментальных специальностях [1—6]. К настоящему времени опубликовано большое количество теорий, моделей, которые объясняют сложные процессы, предшествующие прорезыванию нижних зубов «мудрости» человека [2, 3]. Изучены биоматематические, биофизические теории прорезывания зубов, которые объясняют новые стороны данного процесса и определяют половое и физическое развитие человека [2, 3, 7, 8]. Многие исследователи утверждают доминирующее влияние на прорезывание зубов нервной, эндокринной, сосудистой систем, другие авторы указывают на роль генетических факторов, когда прорезывание зубов рассматривается как запрограммированный процесс, находящийся под влиянием факторов внутренней среды организма [1—8]. Резюмируя результаты исследований прошлых лет, можно утверждать, что механизмы прорезывания зубов недостаточно изучены. В результате можно выделить две основные теории, описывающие процессы развития и прорезывания зубов человека, происходящие под влиянием физико-химических факторов в самом зубе или в окружающей костной ткани, где наблюдается разрастание костного мозга губчатого вещества альвеолярного отростка, появление специфической клеточной активности остеокластов и остеобластов [2, 3]. Авторы данной модели указывают, что в костной ткани происходят остеокластическая резорбция и одновременная регенерация, когда функциональная способность не нарушается [2, 3].

Имеются данные, указывающие на изменения анатомии нижней челюсти, которые наблюдаются при затрудненном и позднем прорезывании [2]. Основной парадокс современных моделей и теорий заключается в исследовании механизмов прорезывания зубов в условиях, близких к физиологическим, в которых соматический статус учитывается в недостаточном количестве. Несомненно, патологические состояния негативно влияют на качество и скорость прорезывания зубов, изменяют качество не только отдельных структурных элементов зубов и нижней челюсти, но и их взаимоотношения [9—17].

Несмотря на то что у современного человека наблюдается рудиментация зубов «мудрости», которые утрачивают свою функцию в процессе жизнедеятельности, нарушение сроков и качества их прорезывания определяют обоюдную биологическую связь между морфофункциональным состоянием органов с зубочелюстной системой [2, 9, 11].

В связи с этим разработка модели прорезывания зубов человека должна выстраиваться на предложенных гипотезах с использованием современных методов с высокой разрешающей способностью, которые оценивают не только отдельные структурные элементы в зубах и костной ткани, но и их взаимоотношение, которые в совокупности будут отражать общую морфологическую зрелость зубочелюстного аппарата в норме и при патологических состояниях [9—11]. Следовательно, исследование эволюционного феномена является актуальным и востребованным для фундаментальной и прикладной стоматологии.

Цель исследования — изучить качество твердых тканей зубов 38 и 48, находящихся на различных этапах прорезывания в нижней челюсти человека в различные периоды постнатального онтогенеза.

Материал и методы

В исследовании приняли участие 102 мужчины, которые были разделены на группы по возрастам: 15—20, 21—30 лет. У обследованных по ортодонтическим показаниям удаляли по одному зубу 38 и 48 без признаков воспалительного процесса, фрагмент альвеолярной части нижней челюсти в проекции зубов 38 и 48. Группу сравнения (49 наблюдений без признаков дисплазии соединительной ткани), исследованную группу (53 наблюдения с признаками дисплазии соединительной ткани) составили лица, у которых удаляли зубы 38 и 48, находящиеся в костной ткани. На первом этапе диагностировали дисплазию соединительной ткани (ДСТ) по стоматологическим проявлениям по методике ОмГМУ [18], исследовали состояние коронковой и корневой систем удаленных зубов 38 и 48 по результатам одонтологических показателей (сколы, цвет эмали, длина, количество, извитость корней). На втором этапе исследовали денситометрическую плотность минерального компонента эмали зубов 38 и 48 и костной ткани (e1b — точка в области вершины бугра; e2d — точка в пришеечной области; m1vl — точка в области вершины костной альвеолы; m2al — точка в области апикальной части костной альвеолы; Ams — точка в области угла нижней челюсти слева; Amd — точка в области угла нижней челюсти справа) с помощью срезов компьютерных томографий в программе Kodak Dental Systems (Trophy 2000) по методикам ОмГМУ [19, 20]. На заключительном этапе проводили блок морфологических исследований, при этом выполняли подготовку образцов зубов и нижней челюсти с помощью шлифовальных и полировальных кругов с доведением поверхностей до 14-го класса чистоты по методике ОмГМУ [21]. После механической обработки шлифов осуществляли охлаждение дистиллированной водой, высушивание препарата с использованием горелки пропановой при температуре 36 °C, протравливание исследуемой поверхности 37% ортофосфорной кислотой с окончательным промыванием под струей дистиллированной воды. Для гистологического исследования фрагмент альвеолярной части нижней челюсти фиксировали в 10% формалине и 5% растворе трихлоруксусной кислоты. Использовали раствор трихлоруксусной кислоты как фиксатор и декальцинирующую жидкость, при этом учитывали резкое набухание коллагеновых структур. Декальцинацию проводили 0,1-нормальным раствором соляной кислоты в изотоническом растворе хлорида натрия. Проверку на готовность осуществляли, когда под воздействием пальцев фрагмент нижней челюсти легко гнулся. После декальцинации фрагмент нижней челюсти отмывали с окончательной нейтрализацией остаточной кислоты. Парафиновые срезы, приготовленные по стандартной методике, подвергали окраске гематоксилином и эозином.

Таким способом удалось максимально сохранить структурные элементы эмали в пределах поверхностного слоя и нижней челюсти. Полученные шлифы помещали в поле зрения сканирующего зондового микроскопа Solver Pro («NT-MPT», Россия), полученные АСМ-изображения подвергали компьютерной обработке в программе Image Analysis NT-VDT. Анализировали форму, шероховатость, длину, ширину, упаковку эмалевых призм, расстояние между эмалевыми призмами, величину призматических оболочек органического матрикса, пространственную организацию коллагеновых волокон в костной ткани, расстояние между ними, размерные характеристики костных пластинок и центров минерализации костной ткани, морфологические критерии дистрофических изменений в кости. Обработку полученных данных проводили методами вариационной статистики с использованием стандартных пакетов Microsoft Excel 2008, Statistica 12.0.

Результаты и обсуждение

Исследование количества корней зубов 38 и 48 имеет большую диагностическую ценность и указывает на сформированность всего зуба. В наших наблюдениях корневая система в группе с ДСТ отличается большей вариабельностью в 15—20 лет, где зубы являются 3-корневыми (40%) или 4-корневыми (50%) и сращены между собой (70%), имеют извилистую аномальную форму строения (60%). В 21—30 лет изменчивость по данному признаку выражена в меньшей степени, зубы 2-корневые (40%) или 3-корневые (50%), сращены между собой в меньшей степени (40%), с извилистой формой строения (20%), искривления единичные (10%; табл. 1). В группе без ДСТ в 15—20 и 21—30 лет чаще определялись 2-корневые зубы (в 15—20 лет — 60%, в 21—30 лет — 70%), сращения минимальные (<5%), искривления в единичных наблюдениях (<5%; см. табл. 1).

Таблица 1. Макроскопическое строение корневой части зубов 38 и 48 в различные периоды постнатального онтогенеза

Примечание. Различия статистически значимы (p<0,05) * — между возрастными группами; ** — между группами с ДСТ и без ДСТ.

При изучении денситометрической плотности эмали зубов 38 и 48 отмечается изменчивость плотности ее минерального компонента. Установлено, что в группе с ДСТ оптическая плотность минерального компонента их эмали снижена в отличие от группы без ДСТ и находится в интервале от 743,9 до 987,74 ед. (табл. 2).

Таблица 2. Анализ денситометрической плотности минерального компонента эмали зубов 38 и 48 и нижней челюсти в различные периоды постнатального онтогенеза

Примечание. Различия статистически значимы (p<0,05) между * — возрастными группами; ** — группами с ДСТ и без ДСТ.

Показатель плотности неорганического компонента эмали зубов 38 и 48 увеличивается с группы 15—20 лет в точке e2d в группах с ДСТ (r^s=0,519; p=0,039 относительно возрастной группы 21—30 лет), без ДСТ (r^s=0,582; p=0,085 относительно возрастной группы 21—30 лет), но представлена низкими значениями в группе с ДСТ по показателю оптической плотности в точке e1b (15—20 лет U=4,7193; p=0,0052 между группами с ДСТ и без ДСТ; 21—30 лет U=3,1948; p=0,02681 между группами с ДСТ и без ДСТ), точке e2d (15—20 лет U=5,8396; p=0,0000 между группами с ДСТ и без ДСТ; 21—30 лет U=3,0693; p=0,0112). Полученные изменения указывают на разный уровень зрелости эмали в группах и при этом на низкие прочностные характеристики эмали в группе с ДСТ, несмотря на то, что денситометрическая плотность с возрастом в указанной группе увеличивается (p<0,05; см. табл. 2).

Несмотря на увеличение плотности неорганического компонента нижней челюсти в точках m1vl в группе без ДСТ (r^s=0,876; p=0,023) и m2al в группе без ДСТ (r^s=0,945; p=0,039), показатели отличаются высокими значениями от таковых в группе с ДСТ. Полученные изменения указывают на различный характер и плотность упаковки минеральных структур нижней челюсти в группах с ДСТ и без ДСТ: в группе с ДСТ прочностные показатели снижены, несмотря на увеличение минеральной насыщенности с возрастом (p<0,05; см. табл. 2). В обеих группах угол наклона ветви нижней челюсти в области зубов 38 и 48 >90°, однако в группе с ДСТ он близок к прямому: 15—20 лет U=4,7766 (p=0,0174) между группой с ДСТ и без ДСТ; 20—30 лет U=4,5118 (p=0,0198) между группой с ДСТ и без ДСТ; в группе без ДСТ угол более тупой (см. табл. 2). Выявленная анатомическая особенность нижней челюсти в группе с ДСТ негативно влияет на процесс прорезывания зубов 38 и 48.

Важным аспектом ультраструктурного строения минерального компонента эмали зубов 38 и 48 является наличие неровностей и выступов на поверхности эмалевых призм, которые ярко выражены в 15—20 и 21—30 лет в группе с ДСТ. В группе без ДСТ неровности и шероховатости наблюдаются в единичных случаях, подобный рисунок морфологии эмалевых призм четко прослеживается в 21—30 лет. Во всех группах мы не обнаружили разветвлений на множественные призмы и их слияние. В 15—20 и 21—30 лет при ДСТ наблюдается недостаточно высокий уровень упаковки эмалевых призм.

Детальное изучение ультраструктуры эмали в группе с ДСТ методом атомно-силовой микроскопии показало, что эмалевые призмы имеют прямоугольную, остроконечную, квадратную формы с такими же их формами у основания. Противоположный конец призмы остроконечный, вытянутый, которым она вклинивается в нижележащие призмы (табл. 3).

Таблица 3. Размерные параметры минерального компонента и органического матрикса эмали зубов 38 и 48 в различные периоды постнатального онтогенеза

Примечание. Различия статистически значимы (p<0,05) между возрастными подгруппами без ДСТ.

Минимальный пик минерального компонента приходится на 15—20 лет с ДСТ. Эмаль зуба человека с ДСТ в 15—20 лет содержит мелкие эмалевые призмы, размер увеличивается с возрастом (рис. 1, Iа). В 21—30 лет эмалевых призм с большими размерами становится значительно больше (r^s=0,937; p=0,039), чем в группе 15—20 лет (рис. 1, Iб). В 15—20 лет в эмали зубов встречаются тотальные участки гипоминерализации, в 21—30 лет участки гипоминерализации эмали носят локальный характер (см. табл. 3).

Рис. 1. Рельефность эмалевых призм при ДСТ (I) и без ДСТ (II). Атомно-силовая микроскопия. 3D-изображение.

а — в 15—20 лет; б — в 21—30 лет.

В 15—20 лет в образцах эмалевых призм прослеживается широкий слой органического матрикса, что достоверно больше данного показателя в аналогичных группах без ДСТ: 15—20 лет U=3,5927 (p=0,0294) между группами с ДСТ и без ДСТ; 21—30 лет U=4,9913 (p=0,0067) между группами с ДСТ и без ДСТ (рис. 1, IIа). В 21—30 лет в группе с ДСТ прослеживается широкий слой органического матрикса, местами прерывающийся на всем протяжении эмалевых призм (см. табл. 3; рис. 1, IIб).

Наличие призматических оболочек мы наблюдали в виде широкого ободка, беспрерывно прослеживающегося по всей поверхности эмалевой призмы в 15—20 и 21—30 лет с ДСТ (r^s=0,549; p=0,025). В аналогичных возрастах без ДСТ данная анатомическая структура практически не визуализируется (см. табл. 3).

Показатели минерального компонента и органического матрикса эмали зубов 38 и 48 в группе с ДСТ отражают меньшую жесткость, являясь первым внутренним фактором, препятствующим их прорезыванию с низкими качественными характеристиками.

При гистологическом исследовании костной ткани в 15—20 и 21—30 лет в группе с ДСТ на границе соединительнотканных структур и надкостницы также наблюдались незначительный склероз и умеренная деформация разграничительных элементов (рис. 2 на цв. вклейке). В собственно надкостнице и компактном слое нижней челюсти имелись изменения структуры костных элементов: гаверсовы каналы расширены, в них определялись извитость и мультипликация сосудов (см. рис. 2; рис. 3 на цв. вклейке). В сосудистых стенках происходит значительное накопление ШИК-позитивных и альцианофильных веществ. В собственно костной ткани встречаются значительное количество остеобластов и вакуолизация остеоцитов, что свидетельствует о деструктивных и регенераторных процессах в костной ткани в области слизистой оболочки в проекции ретинированных зубов 38 и 48, находящихся на этапе прорезывания.

Рис. 2. Структуры надкостницы с дистрофическими изменениями соединительной ткани при ДСТ в 15—20 лет.

Окраска гематоксилином и эозином. ув. 220.

Рис. 3. Губчатая кость с истончением компактного слоя в зоне зуба 38 при ДСТ в 15—20 лет.

Окраска гематоксилином и эозином, ув. 185.

Соотношение компактного и губчатого вещества в нижней челюсти при ДСТ в обследованных возрастных группах оказалось неодинаковым в различных ее отделах. Наружная компактная пластинка имеет большую толщину, чем внутренняя. Самые большие скопления губчатого вещества находятся в головке и шейке нижней челюсти, в нижней трети ветви (область жевательной и крыловидной бугристостей), в верхней части тела челюсти. Между сравниваемыми возрастными группами по исследуемому признаку различий по морфологии нижней челюсти мы не обнаружили.

Методом атомно-силовой микроскопии установлено, что основу костного матрикса группы с ДСТ составляют коллагеновые фибриллы (рис. 4). В губчатом веществе наиболее массивные костные балки расположены в зоне прикрепления жевательной и медиальной крыловидной мышц, где кость испытывает наибольшую нагрузку. В пластинчатой костной ткани, из которой построено большинство плоских костей как верхней, так и нижней челюстей, коллагеновые волокна имеют недостаточно ориентированное направление в отличие от аналогичных возрастов без ДСТ, где продольное направление коллагеновых волокон в центральной части пластинок поперечное, в периферической части — под углом. Это способствует тому, что даже при расслоении пластинки одной фибриллы расслоение других может продолжаться в соседних фибриллах, создавая единую волокнистую структуру кости. В 15—20 лет при ДСТ расслоение пластинок наблюдается на уровне большинства фибрилл (рис. 5, а), в 21—30 лет наблюдается гармоничная картина волокнистой структуры нижней челюсти, уровень расслоения пластинок носит единичный характер. Указанные изменения в костной ткани в области зубов 38 и 48 препятствует правильному и своевременному прорезыванию.

Рис. 4. Фибриллы и субфибриллы коллагена I типа. Атомно-силовая микроскопия.

а — в группе без ДСТ в 21—30 лет; б — в группе с ДСТ в 15—20 лет.

Рис. 5. Структура костной ткани. Атомно-силовая микроскопия.

а — в группе с ДСТ в 15—20 лет; б — в группе без ДСТ в 21—30 лет.

В исследуемых возрастах без ДСТ поперечно ориентированные коллагеновые волокна вплетаются в промежуточные слои между костными пластинками, благодаря чему достигается высокий уровень зрелости и прочности костной ткани (см. рис. 4, а; рис. 5, б). При таких вариантах костные пластины расположены друг к другу или черепицеобразно сложены друг на друге, что не создает препятствия для правильного прорезывания зубов 38, 48.

В 15—20, 21—30 лет в группе с ДСТ преобладают прямые костные балки, в нижней зоне кости встречались балки с неправильными формами и хаотичным расположением костных пластин (см. рис. 4, б; см. рис. 5, б). Следствием этого является наличие пустот, что влечет за собой изменение структуры залегания минеральных элементов кости, изменение формирования костных пластинок, количества минеральных компонентов в единице объема кости. Все это приводит к тому, что к 30 годам мы видим морфологические признаки стертости зональности костных структур в собственно надкостнице и компактном слое. В группе с ДСТ в 21—30 лет костные балки в одних местах становятся деформированными и неровными, в других — истонченными. Местами отмечается появление разрушенных участков и лизиса твердой костной ткани в виде дефекта и просветления костных балок.

В 21—30 лет при ДСТ в толще костных балок увеличиваются очаги базофильного окрашивания за счет неравномерного распределения кальция, а также хондроматозного перерождения. Наблюдается развитие в костной ткани атрофических и деструктивных изменений, которые распространяются со стороны проксимального отдела в сторону дистального отдела (см. рис. 2 на цв. вклейке). Компактные костные пластинки неравномерно обызвествлены, особенно в краевых зонах более слабые, иногда с остеокластами на поверхности. Встречаются балочки с наслоениями остеоида и участки, заполненные рыхловолокнистой тканью, иногда очаги миксоматозного характера. Появление таких участков и наличие пустот в виде очагов просветления приводят к хаотичному процессу минерализации костной ткани с увеличением плотности в верхушечной части на фоне общего снижения минерализации костной ткани.

По результатам проведенного исследования установлено, что при ДСТ процесс развития и прорезывания нижних зубов «мудрости» замедлен и протекает в условиях повышенной гипоминерализации твердых тканей зубов и нижней челюсти. В 15—20 лет при ДСТ минеральный компонент представлен большим количеством неровностей и выступов на поверхности эмалевых призм, которые расположены хаотично и недостаточно плотно относительно друг от друга, гипоминерализованные участки носят генерализованный характер, корневая система с извилистой формой строения, с множественными искривлениями. В 15—20 лет при ДСТ расслоение костных пластинок наблюдается на уровне большинства фибрилл, коллагеновые волокна имеют недостаточно ориентированное направление, что нарушает единство волокнистой структуры кости. В 21—30 лет при ДСТ количество неровностей и выступов на поверхности эмалевых призм уменьшается, эмалевые призмы расположены более плотно относительно друг друга, гипоминерализованные участки носят локальный характер, корневая система с менее извилистой формой строения, с единичными искривлениями. В 21—30 лет при ДСТ расслоение костных пластинок наблюдается на уровне единичных фибрилл, что существенно не отражается на ориентированности коллагеновых волокон. Для группы 21—30 лет характерна гармоничная картина волокнистой структуры нижней челюсти.

Заключение

Изученные морфометрические, морфологические и гистологические изменения при дисплазии соединительной ткани в зубах 38 и 48 и костной ткани указывают на более медленные темпы развития и созревания плотных тканей челюстно-лицевой области. Неблагоприятные анатомические условия препятствует правильному и своевременному прорезыванию зубов 38 и 48 в 15—20 лет и создают более благоприятные условия для их прорезывания в 21—30 лет, тогда как в отсутствие дисплазии соединительной ткани условия для прорезывания остаются одинаковыми как в 15—20, так и в 21—30 лет.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflict of interests.