Эмаль зуба функционирует в многокомпонентной системе, состоящей из внутреннего и внешнего звеньев, и является пограничной тканью, которая большую часть времени взаимодействует и контактирует с окружающей средой. Поддержание гомеостаза эмали играет ключевую роль в динамической устойчивости и функционировании всего зуба. Известно, что восприимчивость к кариесу обеспечивается благодаря низкому уровню обменных процессов в твердых тканях зубов [1—3].

За последние годы получены новые данные о патогенезе болезней твердых тканей зубов. Клинико-экспериментальные исследования патогенеза кариеса предшествовали работам по изучению физиологических особенностей строения твердых тканей зубов, в результате которых опровергнуты представления об эмали как непроницаемом барьере [4—6]. Установлено, что на восприимчивость к болезням твердых тканей в различной степени влияют сроки прорезывания и созревания зубов, их анатомические и морфологические особенности строения [7, 8]. Многие исследователи считают, что местные факторы играют важное значение в патогенезе кариеса, а системные заболевания влияют на развитие и созревание зубов в основном через ротовую жидкость [9].

В экспериментальных исследованиях указывается, что органические и минеральные вещества поступают в эмаль через пульпу, то есть центробежным путем, составляющим путь движения жидкости от центра к периферии. Опытным путем показано, что основной путь поступления веществ в эмаль — центростремительный, который осуществляется через слюну после прорезывания зуба. При сопоставлении материала по проницаемости твердых тканей зубов в различные возрастные периоды раскрыты механизмы ее возникновения, которые в одних условиях являются активным процессом, в других случаях — обычным процессом диффузии [9—11]. Проницаемость твердых тканей зубов при различных условиях может дать объяснение многим патологическим процессам.

В эмали и дентине различают два вида жидкости: кристаллическую воду, образующую гидратную оболочку кристаллов, и воду, способную свободно перемещаться. Свободная вода, которая содержится в твердых тканях, осуществляет постоянный столб движения жидкости от пульпы до поверхности эмали, благодаря центробежному перемещению под влиянием внутрипульпарного давления и капиллярных сил. Опубликованы материалы исследования о том, что в поддержании тока жидкости участвует разность потенциалов и осмотического давления между эмалью и эмалево-дентинным соединением. Центробежный ток дентинного ликвора обеспечивается внутрипульпарным давлением [12].

С возрастом количество жидкости существенно уменьшается, что связано со снижением пористости эмали, склерозированием дентина. На микроскопическом уровне это проявляется закрытием микропор и дентинных трубочек, на ультрамикроскопическом — сужением межкристаллических пространств [11, 13].

Непрерывность перемещения жидкости обеспечивается динамической пористостью, а возможность выделяться наружу — открытой пористостью [14, 15].

Поляризованные клетки образуют монослой вокруг развивающейся эмали и перемещаются единым формирующимся слоем в одном направлении, поскольку они закладывают белковую матрицу, которая служит шаблоном для роста кристаллов. Амелобласты поддерживают межклеточные связи, создают полупроницаемый барьер, который на базальном конце получает питательные вещества и ионы из кровеносных сосудов, на противоположном конце образуют внеклеточные кристаллы с определенным условием pH. Благодаря множеству клеточных активностей амелобласты управляют ростом кристаллов с помощью переноса минералов и ионов, а также регулируют pH, протеолиз, эндоцитоз [16]. Некоторые исследователи считают, что межклеточное перемещение жидкости способствует нейтрализации pH в матрице эмали [17, 18].

Пассивное парацеллюлярное движение ионов происходит во время амелогенеза [19, 20]. Недавние исследования свидетельствуют о том, что активный транспорт ионов доминирует в процессе формирования и созревания эмали [21, 22].

По мнению ряда исследователей, ориентация и скорость созревания призматических структур повышает не только устойчивость к механической нагрузке, но и влияет на обменные процессы путем перемещения по межкристаллическим и межпризматическим пространствам зубного ликвора [23]. Особенность строения призмы, а именно расположение кристаллов, защищает ее сердцевину от кислотного растворения. Определенную роль играет вода, которая содержится в эмали, обеспечивает среду для обмена веществ, вступает во взаимодействие с патогенными факторами.

Следовательно, поиск новых путей и механизмов восприимчивости к болезням твердых тканей является необходимым для прикладной и экспериментальной стоматологии.

Цель исследования — дать сравнительную оценку насыщению водой твердых тканей зубов человека в зависимости от морфологического строения различных отделов.

Материал и методы

В исследовании приняли участие 140 человек женского пола в возрасте от 21 года до 30 лет, находящиеся на диспансерном наблюдении в период с 2021 по 2022 г. в отделении стоматологии общей практики БУЗ Омской области «Городская клиническая стоматологическая поликлиника №1». Производился забор интактных зубов 38 и 48, удаленных по ортодонтическим показаниям. После удаления зубы одномоментно фиксировались в 10% формалине. Подготовка шлифов образцов этих зубов для растровой электронной микроскопии (РЭМ) осуществлялась на базе НОРЦН ФГБОУ ВО «Омский государственный технический университет» Минобрнауки России. В лаборатории подготовленные продольные распилы зубов заливались в эпоксидный компаунд. Полученный образец обрабатывался на станке MP-1B Grinder Polisher с помощью шлифовальных и полировальных кругов различной зернистости, финальное полирование осуществлялось с использованием войлочного круга и пасты ГОИ для пластмасс. После механической обработки шлифов проводилась очистка в ультразвуковой ванне в течение 2 минут, препарат высушивался с использованием строительного фена при температуре 36°C до визуального исчезновения следов влаги, исследуемая поверхность протравливалась 37% ортофосфорной кислотой с окончательным промыванием под струей дистиллированной воды и высушиванием. Подобная методика подготовки образцов позволила нам смоделировать механическое и химическое воздействие на твердые ткани интактных зубов в лабораторных условиях.

Ультраструктура эмалево-дентинного соединения (ЭДС), эмали, дентина зубов исследовалась с использованием растрового электронного микроскопа Jeol JCM-5700. Анализировались размеры, форма, поверхность эмалево-дентинного соединения; размеры, упаковка эмалевых призм и их кристаллов в поверхностном, среднем и глубоком отделах; ширина, извитость, облитерация дентинных канальцев исследуемых зубов.

Биохимическое исследование проводилось на базе научно-исследовательской лаборатории биохимии ФГБОУ ВО «Омский государственный педагогический университет». Определение массовой доли влаги проводили параллельно с электронной микроскопией следующим образом. Образцы эмали, эмалево-дентинного соединения, дентина раздельно помещались в костную мельницу, в которой с помощью молотка измельчали массу до порошкообразного состояния, после чего взвешивались в стеклянных бюксах (масса навески 0,05—0,15 г) и высушивались до постоянной массы при температуре 105 °C, поскольку именно при этой температуре происходит удаление воды.

Экспериментально установлено, что для полного удаления воды из образцов эмали, эмалево-дентинной границы, дентина необходимо 5—6 ч, после чего образцы повторно взвешивались и определялась массовая доля влаги (%). Определение массовой доли влаги для каждого образца проводилось в двух повторах для каждого образца.

Обработка полученных данных проводилась непараметрическим методом с использованием в зависимых группах критерия Вилкоксона (T), в независимых группах — критерия Манна—Уитни (U) с использованием Microsoft Excel 2008, Statistica 12.0 (StatSoft, Tulsa, OK, США).

Результаты и обсуждение

В месте надежного соприкосновения эмали и дентина визуализируется четкая граница, которая представлена различной формой, размером, выраженностью рельефа, от морфологических параметров и степени скрепления которой зависят барьерные и прочностные свойства зуба (рис. 1).

Рис. 1. Ультраструктура эмалево-дентинного соединения при растровой электронной микроскопии.

а — при крупнофестончатом типе ЭДС, ув. 1000; б — при мелкофестончатом типе ЭДС, ув. 1500; в — при микрофестончатом типе ЭДС, ув. 1500.

По данным растровой электронной микроскопии нами систематизированы три морфоструктурных типа эмалево-дентинного соединения (крупнофестончатый, мелкофестончатый, микрофестончатый) (см. рис. 1), дана количественная оценка дентину, глубокому, среднему и поверхностному слоям эмали (табл. 1, рис. 2).

Таблица 1. Размерные характеристики эмалево-дентинного соединения, дентинных канальцев и различных слоев эмали у женщин в раннем постнатальном периоде онтогенеза

Примечание. * — различия между крупнофестончатым и мелкофестончатым типами эмалево-дентинного соединения; ** — различия между крупнофестончатым и микрофестончатым типами эмалево-дентинного соединения, статистически значимы (Mann—Whitney U test, Wilcoxon matched pairs test, с учетом поправки Бонферони при p<0,02).

Рис. 2. Размерные характеристики эмалево-дентинного соединения, дентинных канальцев и различных слоев эмали у женщин в раннем постнатальном периоде онтогенеза.

а — при крупнофестончатом типе ЭДС; б — при мелкофестончатом типе ЭДС; в — при микрофестончатом типе ЭДС.

Метод морфологического анализа позволил изучить поверхность дентина (размер, извитость дентинных канальцев), показатели которого являются важным критерием зрелости и оказывают влияние на ориентацию эмалево-дентинного соединения.

При микрофестончатом типе эмалево-дентинного соединения структура дентина неоднородная, дентинные канальцы расположены хаотично, разрозненно, имеют извилистый ход с элементами стриктур. Диаметр дентинных канальцев составляет от 1,30 до 1,95 мкм (рис. 3, в). При мелкофестончатом типе эмалево-дентинного соединения структура дентина более однородная, дентинные канальцы расположены упорядоченно, с размерами от 2,90 до 3,60 мкм (см. рис. 3, б). Крупнофестончатый тип эмалево-дентинного соединения отличается высокой степенью зрелости. Дентинные канальцы расположены группами в одной плоскости, широкие, с минимальным количеством сужений и искривлений. Диаметр дентинных канальцев изменяется от 3,65 до 4,70 мкм (см. рис. 3, а).

Рис. 3. Ультраструктура дентина и дентинных канальцев при растровой электронной микроскопии.

а — при крупнофестончатом типе ЭДС, ув. 1000; б — при мелкофестончатом типе ЭДС, ув. 1000; в — при микрофестончатом типе ЭДС, ув. 1000.

Установлена тесная взаимосвязь между структурой эмалево-дентинного соединения и морфологическим строением дентина и различных отделов эмали. При крупнофестончатом типе эмалево-дентинного соединения эмалевые призмы в приграничной зоне четко оформленные, правильно упорядоченные. Размеры эмалевых призм в описываемой зоне составляют от 4,5 до 6 мкм. Средняя зона эмали представлена зрелыми, правильно упорядоченными призмами с плотной упаковкой, поверхностный слой с участками беспризменной эмали на протяжении более 20 мкм, что указывает на высокий уровень сформированности и зрелости ее структуры (рис. 4, а; рис. 5, а). При мелкофестончатом типе эмалевые призмы приграничной зоны слабо упорядоченные с широкими межпризменными промежутками, которые наблюдаются на всем протяжении эмалевого слоя, в большом количестве встречаются разрозненные и неоформленные скопления кристаллов. В средней зоне призмы с упорядоченной формой и плотной упаковкой поверхностный беспризменный слой эмали составляет от 10 до 20 мкм (см. рис. 4, б; рис. 5, б). При микрофестончатом типе эмалевые призмы в приграничной зоне наблюдаются в единичных количествах с большими межпризменными промежутками, заполненные разрозненными кристаллами, поверхностная зона беспризменной эмали составляет от 2 до 10 мкм (см. рис. 4, в; 5, в).

Рис. 4. Ультраструктура эмалевых призм средней зоны эмали при растровой электронной микроскопии.

а — при крупнофестончатом типе ЭДС, ув. 1000; б — при мелкофестончатом типе ЭДС, ув. 1000; в — при микрофестончатом типе ЭДС, ув. 1500).

Рис. 5. Ультраструктура беспризменной зоны поверхностного слоя эмали при растровой электронной микроскопии.

а — при крупнофестончатом типе ЭДС, ув. 1500; б — при мелкофестончатом типе ЭДС, ув. 1500; в — при микрофестончатом типе ЭДС, ув. 1500.

При биохимических исследованиях постоянной массы воды в эмали, эмалево-дентинном соединении, дентине получены данные, которые соотносятся с результатами морфологического строения и созревания различных отделов твердых тканей зубов (табл. 2).

Таблица 2. Содержание воды в твердых тканях зубов человека

Примечание. * — различия между крупнофестончатым и мелкофестончатым типами эмалево-дентинного соединения; ** — различия между крупнофестончатым и микрофестончатым типами эмалево-дентинного соединения, статистически значимы (Mann—Whitney U test, Wilcoxon matched pairs test, с учетом поправки Бонферони при p<0,02).

В зубах с микрофестончатым типом эмалево-дентинного соединения с узкими, облитерированными дентинными канальцами, с хаотичным расположением и недостаточной упаковкой эмалевых призм среднего и глубокого отделов наблюдается большое количество воды в эмалево-дентинном соединении. Содержание воды в эмали и дентине снижено.

При мелкофестончатом типе эмалево-дентинного соединения встречаются более широкие дентинные канальцы, местами облитерированные, с упорядоченным расположением и упаковкой эмалевых призм в среднем и глубоком отделах и большим количеством воды в эмали, эмалево-дентинном соединении. В дентине содержание воды снижено по отношению к другим участкам зуба.

При крупнофестончатом типе эмалево-дентинного соединения с широкими дентинными канальцами с упорядоченным строением и упаковкой эмалевых призм во всех отделах преобладало большое количество воды: эмаль, эмалево-дентинное соединение, дентин.

При исследовании упаковки и расположения кристаллов эмалевых призм установлено, что их ориентация связана с уровнем зрелости эмали и количеством воды в ней. Чем выше уровень развития и зрелости эмали, содержащей большое количество воды, тем больше кристаллов в межпризменных и межкристаллических пространствах. При крупнофестончатом типе встречается большая плотность упаковки кристаллов и выявляются небольшие межкристаллические промежутки, что указывает на высокий уровень их зрелости. При мелкофестончатом типе размеры кристаллов несколько меньше, сохраняется высокая плотность их упаковки, межкристаллические промежутки больше. При микрофестончатом типе визуализируется множество мелких и хаотично расположенных кристаллов, которые формируют призмы неправильной формы, межкристаллические промежутки достаточно широкие. Выявленные морфологические особенности, связанные с разным количеством циркулирующей жидкости, оказывают большое влияние на транспорт кристаллов в межпризменном и межкристаллическом промежутках, что определяет высокий уровень обменных процессов при крупнофестончатом типе эмалево-дентинного соединения.

На основании проведенного исследования установлено, что крупнофестончатый тип эмалево-дентинного соединения характеризуется зонами внедрения дентина в эмаль на расстоянии более 10 мм, с правильным расположением эмалевых призм и широкими дентинными канальцами (см. рис. 1, а). Подобное морфологическое строение обеспечивает высокие прочностные и барьерные характеристики и создает благоприятные условия для транспорта воды в различные отделы эмали, где наблюдается самый высокий уровень обменных процессов. Мелкофестончатый тип отличается меньшей выраженностью участков взаимовнедрения дентина в эмаль на расстоянии от 2 до 10 мкм, где сохраняется большая поверхность сцепления за счет зубчатой ее формы (см. рис. 1, б). При таком типе эмалевые призмы располагаются достаточно упорядоченно, встречаются локальные участки с неправильной формой, дентинные канальцы широкие с небольшим количеством искривлений и сужений. Подобное строение твердых тканей создает удовлетворительные условия для транспорта воды в различные отделы эмали с достаточным уровнем обменных процессов. При микрофестончатом типе наблюдается линейная форма строения с наименьшей площадью соприкосновения эмали и дентина до 2 мкм, эмалевые призмы различных отделов слабо упорядоченные, дентинные канальцы суженные и искривленные (см. рис. 1, в). Вследствие такого строения прочностные характеристики твердых тканей значительно снижены, в большинстве случаев наблюдаются трещины и разрывы с участками тотального разрушения. Движение воды при таком типе нарушено, она концентрируется и задерживается в эмалево-дентинном соединении.

Полученные результаты исследования не противоречат имеющимся данным, опубликованным в отечественной и зарубежной литературе по этой проблеме [8, 10, 16], а дополняют их, подтверждая высокую значимость морфогенеза развития и созревания твердых тканей зубов на предрасположенность к возникновению кариозного процесса.

Вывод

При микрофестончатом типе эмалево-дентинного соединения, хаотичном расположении эмалевых призм и узких дентинных канальцах нарушено движение воды и снижены обменные процессы в твердых тканях, что может влиять на предрасположенность к кариесу.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.