Нарушения ультраструктуры и макро- и микроэлементного состава твердых тканей зубов при кариесе у больных гипотиреозом и без патологии щитовидной железы

Изучение эндокринных заболеваний приобретает все большее значение в практическом здравоохранении в связи с неуклонным ростом их частоты. При этом лишь единичные публикации посвящены структурным изменениям зубов у пациентов с различными типами данной патологии. В отдельных исследованиях показана взаимосвязь патологии эндокринной системы с изменениями, происходящими в полости рта [3, 4]. Известно, что нарушение продукции гормонов щитовидной (ЩЖ) и паращитовидных желез влияют на минеральный состав костей, в том числе и радикулярной пластинки лунки зуба [1, 2, 5].

Целью исследования явилось изучение нарушений ультраструктуры и содержания микроэлементов твердых тканей интактных и пораженных кариесом зубов у больных гипотиреозом и без патологии ЩЖ.

Материал и методы

Изучены удаленные зубы жевательной группы с наличием и отсутствием кариозного процесса у пациентов в возрасте от 25 до 45 лет. Образцы были разделены на 3 группы: 1-я - 18 зубов без кариозного процесса, 2-я - 20 зубов с наличием кариозного процесса без патологии ЩЖ и 3-я - 20 зубов с кариозным процессом у больных гипотиреозом. Образцы промывали изотоническим раствором натрия хлорида, удаляли остатки крови и мягких тканей. Затем перед проведением микроскопических исследований делали продольный или поперечный распил зубов. Далее поверхности образцов обрабатывали с помощью геля для травления эмали и дентина. Полученные образцы зубов исследовали в растровом электронном микроскопе FE1 Quanta 200 3D и FE1 Quanta 600 FEG. Макро- и микроэлементный анализы были сделаны с использованием детектора для регистрации спектров характеристического рентгеновского излучения фирмы «EPAX». Детекторы интегрировали с растровым электронным микроскопом Quanta 600 FEG. Исследование основано на возникновении непрерывного флюоресцентного излучения при бомбардировке исследуемых образцов пучком первичных рентгеновских лучей.

Важным методом является рентгеноспектральный анализ микрообъемов вещества. Основу микроанализатора составляет микрофокусная рентгеновская трубка, объединенная с оптическим металл-микроскопом. При этом специальная электронно-оптическая система формирует тонкий электронный зонд, который бомбардирует небольшую (площадь примерно 1-2 мкм) область исследуемого шлифа, помещенного на аноде, и возбуждает рентгеновские лучи, спектральный состав которых далее анализируется с помощью спектрографа с изогнутым кристаллом. Такой прибор позволяет проводить рентгеноспектральный анализ шлифа определенной в точке на наличие нескольких элементов или исследовать распределение одного из них вдоль выбранного направления. Электронный зонд позволяет исследовать заданную площадь поверхности анализируемого образца и наблюдать на экране монитора увеличенную в десятки раз картину распределения химических элементов на поверхности шлифа. Абсолютная чувствительность метода 10^–13-10^–15 г. Погрешность при элементном анализе составляет 0,2-0,25% (по концентрации). Проведено изучение следующих макро- и микроэлементов: углерода, азота, кислорода, натрия, магния, фосфора, серы, калия, кальция, фтора, кремния, хлора.

Для изучения образцов при помощи зондовой сканирующей (атомно-силовой) микроскопии после целевого просмотра проводили съемку и морфометрический анализ. Исследование выполняли в режиме постоянного или прерывистого контакта на приборе Ntegra-Aura («НТ-МДТ», Зеленоград, Россия) с использованием коммерческих Si- или SiN-кантилеверов (NSG01, «NT-MDT», Россия) в условиях атмосферы и низкого вакуума. Для исследования поверхности свежего скола в качестве подложки использовали слюду (мусковит) или высокоориентированный пиролитический графит (пирографит). Обработку и построение АСМ-изображений проводили при помощи программного обеспечения NOVA («НТ-МДТ», Россия) и ImageAnalysis («НТ-МДТ», Россия).

При обследовании полости рта пациентов было установлено, что количество зубов, пораженных кариесом, на 36±3% выше в 3-й группе больных гипотиреозом, чем во 2-й группе без патологии ЩЖ. При этом отмечалась специфическая локализация кариозного процесса в пришеечной области.

Результаты

При макроскопическом исследовании 1-й (контрольной) группы установлено, что поверхность эмали гладкая, блестящая. Анатомическая структура коронки зуба не изменена, поверхностные дефекты отсутствовали. Во 2-й и 3-й группах с кариозным процессом обнаруживали налет на поверхности эмали и ее шероховатость, изменение рельефа эмали, тусклый оттенок, кариозные полости с эмали, переходящие в дентин. В некоторых случаях кариес из пришеечной области распространялся на цемент корня. На образцах группы с кариозным процессом дентин прослеживался в виде ровного, плотного слоя ткани зуба с желтоватым оттенком. При анализе дентина выявляли полости различной величины, выполненные размягченной тканью темного цвета.

В 1-й группе на продольном срезе эмали интактного зуба электронный микроскоп позволяет четко визуализировать ее ориентированную структуру. Эмалевые призмы, плотные по своей структуре, имели S-образные изгибы, расходящиеся радиально на всю толщу эмали. У них постоянная структура в виде упорядоченных шестигранных с аркообразной формой призм. Они плотно прилегали друг к другу, напоминая граненое цилиндрическое волокно, имеющее правильную форму (рис. 1).

Рисунок 1. Структура эмали интактного зуба. Растровая электронная микроскопия. а — ×1000.

Рисунок 1. Структура эмали интактного зуба. Растровая электронная микроскопия. б — ×4000.

При изучении продольного среза эмалево-дентинной границы была исследована структура дентинных трубочек (канальцев). Дентин по своему строению напоминал грубоволокнистую костную ткань, состоящую из основного вещества, пронизанного большим количеством дентинных канальцев. Их поперечный срез отражает состояние интактного дентина (рис. 2).

Рисунок 2. Структура дентина интактного зуба. Поперечный срез. Канальцы округлые, приблизительно одинакового диаметра. Растровая электронная микроскопия. а — ×500.

Канальцы имели четкую округлую или овальную форму диаметром 0,0015-0,004 мм, содержали отростки одонтобластов, сужались по направлению к эмалево-дентинному соединению. В периферическом отделе корневой части пульпы располагались тела одонтобластов. Отмечалось плавное соединение эмали и дентина. При рассмотрении кариозного процесса твердых тканей зуба у больных 2-й и 3-й групп выявлены следующие изменения. Так, при изучении изображения эмали в зоне кариозного процесса обнаружено изменение формы эмалевых призм. Происходило утолщение эмалевых призм и их разрыхление. При затрагивании кариозным процессом дентина ткань теряла свою плотную структуру. Дентинные канальцы деформировались и их диаметр расширялся. Канальцы разрушались, сливались между собой в области эмалево-дентинной границы. В интактных тканях зуба данное соединение плотное, без нарушения целостности границ. Однако при патологическом процессе происходило разобщение эмалево-дентинного соединения. При топографическом анализе поверхности эмали с помощью зондовой сканирующей микроскопии было выявлено, что у образцов контрольной группы наблюдается достаточно ровный контур поверхности, выявляются поры как места открытия эмалевых призм. Данные поры имеют четкие ровные контуры диаметром до 0,0005±0,00004 мм. При наличии патологического процесса их диаметр составлял во 2-й группе 0,0006±0,00008 мм, а в 3-й - 0,0007±0,00009 мм. Поры имели неправильный рисунок. При этом в единице объема 0,005×0,005×0,005 мм3 обнаруживается наличие нескольких пор, что не характерно для контрольной группы. Выявлено, что даже в области визуально не измененной эмали на зубах с кариозным процессом имеется изменение микрорельефа (рис. 3).

Рисунок 3. Трехмерное изображение эмали, полученное с помощью зондовой микроскопии. а — эмаль интактного зуба.

Рисунок 3. Трехмерное изображение эмали, полученное с помощью зондовой микроскопии. б — эмаль зуба с кариозным поражением, но визуально не измененная.

Шероховатость поверхности эмали видна во всех группах, в том числе и участках, макроскопически выглядевших не измененными, но больше выражена во 2-й и 3-й группах. Отличия видны на трехмерном изображении цемента, полученном с помощью атомно-силовой микроскопии (рис. 4).

Рисунок 4. Трехмерное изображение цемента, полученное с помощью зондовой атомно-силовой микроскопии. а — цемент в области кариозного процесса.

Рисунок 4. Трехмерное изображение цемента, полученное с помощью зондовой атомно-силовой микроскопии. б — цемент интактного зуба.

Поверхность корня зуба покрыта от шейки до верхушки бесклеточным цементом толщиной 1,0±0,1 мм. Меньшую площадь занимает клеточный цемент толщиной около 1 мм. Он находится в местах наиболее активного роста корней (область бифуркации, трифуркации, верхушки корня). У пациентов с патологией ЩЖ слой бесклеточного цемента несколько тоньше (0,015-0,03 мм). При изучении макро- и микроэлементного состава установлено, что кальций, фосфор, кислород, калий, натрий, магний, фтор и азот представлены в определенных пропорция во всех твердых тканях зуба (табл. 1, 2).

Наиболее показательными в данном исследовании являются изменения содержания кислорода, кальция и фосфора. Основным элементом здоровой эмали зуба является кальций, на него приходится 42,21±1,57 об.%. Уровень кальция в дентине 40,37±1,11 об.%, что также составляет большую долю. Количество кальция в пораженной кариесом эмали снижается в 4 раза и составляет 10,52±2,14 об.%, в дентине - в 7 раз и равно 5,7±2,38 об.%. Если нормальное соотношение кальция и фосфора составляет 2, то в тканях, пораженных кариозным процессом, оно снижается до 1,08. При гипотиреозе содержание кальция в эмали в зоне кариеса было 16,26±2,57 об.%, в эмали визуально не пораженной - 37,75±1,45 об.%, в дентине в зоне кариеса - 13,76±2,86 об.%, в дентине, визуально не пораженном, - 29,18±1,67 об.%. Содержание фосфора в данной группе соответственно 14,53±2,31, 19,29±0,59, 11,13±2,64 и 16,50±0,87 об.%. При этом достоверные различия были выявлены во 2-й и 3-й группах в области дентина в зоне кариеса.

Заключение

Таким образом, количество зубов, пораженных кариесом, выше в группе больных гипотиреозом. Выявлена специфическая локализация кариозного процесса в пришеечной области. При помощи сканирующей микроскопии в данной группе отмечается обнажение дентина при повышенной стираемости эмали с последующим раскрытием дентинных канальцев и увеличением их диаметра. Выявлена потеря цементного слоя и прилежащего дентина при незначительных изменениях в эмалевом слое. Отмечено, что даже в области визуально не измененной эмали на зубах с кариозным процессом имеется изменение микрорельефа эмали.

При изучении макро- и микроэлементного состава обнаружено, что в участках поражения кариесом наблюдается снижение содержания солей кальция, фосфора, фтора в сохранившихся твердых тканях зуба при уменьшении резистентности эмали и дентина. Достоверные различия в содержании кальция и фосфора выявлены в области дентина в зоне кариеса как у больных гипотиреозом, так и у пациентов без патологии ЩЖ.