Современные подходы к повышению кариесрезистентности эмали постоянных зубов. Часть 1

   

 

Авторы статьи:

Хоменко Лариса Александровна, доктор медицинских наук, профессор кафедры детской терапевтической стоматологии и профилактики стоматологических заболеваний Национального медицинского университета имени А.А. Богомольца, Киев, Украина. 

Сороченко Григорий Валерьевич, кандидат медицинских наук, доцент кафедры детской терапевтической стоматологии и профилактики стоматологических заболеваний Национального медицинского университета имени А.А. Богомольца, Киев, Украина Савичук Александр Васильевич, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой кафедры детской терапевтической стоматологии и профилактики стоматологических заболеваний Национального медицинского университета имени А.А. Богомольца, Киев, Украина. 

Остапко Елена Ивановна, доктор медицинских наук, профессор кафедры детской терапевтической стоматологии и профилактики стоматологических заболеваний Национального медицинского университета имени А.А. Богомольца, Киев, Украина. 

Голубева Инна Николаевна, кандидат медицинских наук, доцент кафедры детской терапевтической стоматологии и профилактики стоматологических заболеваний Национального медицинского университета имени А.А. Богомольца, Киев, Украина.

Резюме. Авторами проанализированы структурные и функциональные особенности эмали постоянных зубов на разных этапах минерализации. Основные свойства эмали имеют важное значение в патогенезе кариеса зубов и являются ведущими параметрами для прогнозирования развития кариеса. Исследование параметров эмали постоянных зубов способствует совершенствованию кариеспрофилактичных мероприятий, особенно в период интенсивной вторичной минерализации.

Структурные и функциональные особенности эмали постоянных зубов на разных этапах минерализации

Заболевания твердых тканей зуба различного генеза, в частности кариес, ввиду высокой распространенности и интенсивности в детском возрасте, сегодня являются проблемой как медицинской, так и социальной. Среди детей постоянно растет группа риска развития кариеса и удельный вес осложненного кариеса зубов. 

Высокая частота и интенсивность поражения твердых тканей зубов в значительной степени обусловлена особенностями их строения и функции, постоянным контактом с внешней средой, наличием микрофлоры, многообразием видов нагрузки и др. 

Кариесрезистентность твердых тканей зубов имеет возрастной характер, а интенсивность кариозного процесса у человека определяется условиями формирования зубочелюстной системы в антенатальном периоде развития и в детском возрасте. Контролировать качество формирования структуры твердых тканей зубов на этапе гистогенеза очень трудно, но создавать благоприятные условия для полноценного периода вторичной минерализации зубов у детей и контролировать качество этого процесса можно и необходимо. 

Состав и свойства эмали зубов описаны многими авторами, однако интерес к изучению этой ткани остается высоким благодаря расширению возможностей современных технологий. 

Эмаль зубов и дентин являются наиболее высокоминерализованными биологическими тканями. Они представляют большой интерес для биоминералогии, биофизики и медицины, так как наиболее удобные для исследований физическими методами, а также для разработки новых биоминералогических подходов с целью изучения механизмов функционирования и заболеваний минерализованных биологических систем. 

Эмаль, как и другие твердые ткани зуба, по современным представлениям является композиционной минерально-органической нано-ассоциированной системой. 

Основные физиологические свойства эмали (степень минерализации, резистентность к кислотной атаки, микрорельеф поверхности) имеют важное значение в патогенезе кариеса зубов и являются ведущими параметрами для прогнозирования риска развития кариеса. 

Одним из условий устойчивости зубов к кариесу является формирование полноценной структуры эмали, которое начинается с образования белковой матрицы и завершается минерализацией. Полноценная минерализация может происходить только на качественно сформированном органическом матриксе. 

С появлением новых данных об органической составляющей структуры зуба понимание процессов, которые происходят в твердых тканях зубов как в норме, так и при патологии, во многом зависит от знания составляющих компонентов и связи между органической матрицей и минеральной составляющей эмали. Углеводно-белковые биополимеры и вещества белковой природы заполняют межпризменные пространства, которые присутствуют в дентинных канальцах и их стенках, локализуются в структурах цемента зуба, а также в мягких тканях, выполняя ряд важных функций (матричная, рецепторная), в том числе образуя физиологический барьер для микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности. Некоторые исследователи рассматривают органическую составляющую эмали зуба как комплекс биологических мембран, указывая не только на роль белков, но и фосфолипидов. Данная гипотеза подтверждена рядом экспериментальных исследований. 

Зрелая эмаль зуба содержит в 25–100 раз меньше белков, чем эмбриональная неминерализованая эмаль. В эмбриональной эмали содержится большое количество нерастворимых белков и растворимых белков в солевых растворах, которые в зрелой эмали практически отсутствуют. При созревании эмали кардинально меняется аминокислотный состав ее белков. Белки эмбриональной эмали в отличие от зрелой представлены главным образом бесструктурным гелем. 

По мнению В.Р. Окушко (2008), устойчивость эмали зубов к действию кислот состоит из двух компонентов – структурного и функционального. Структурная кислотоустойчивость эмали определяется свойствами ее поверхностных образований, которые непосредственно контактируют с патогенными факторами, функциональная зависит от состояния и состава зубной жидкости и скорости ее передвижения. Уже исследованы определенные возрастные закономерности формирования интегрального показателя кислотостойкости. В частности, принято считать, что в кислотостойкости незрелой эмали доминирующую роль играет функциональный компонент, тогда как с возрастом возрастает значение структурной составляющей. Вместе с тем требует детального изучения обоснование вклада структурного компонента в общий показатель устойчивости эмали постоянных зубов с жизнеспособной пульпой к действию кислот именно у детей, а также зависимость резистентности эмали от состояния поверхности эмали. 

Структурные особенности и состав эмали зубов в разные возрастные периоды существенно влияют на кариесрезистентность, особенно сразу после прорезывания. 

Еще в1962 году Д.А.Калвелис, изучая в эксперименте зубы, которые прорезались преждевременно, установил отсутствие нормального блеска эмали по сравнению сзубами, которые прорезались вовремя. На основании чего было сделано предположение об их низкой минерализации. 

Х. Саккас, суммируя данные предыдущих исследований, отмечает, что эмаль непрорезавшихся зубов имеет следующие отличия от эмали зубов, которые уже прорезались. 

1. Макрорельеф внешней поверхности эмали более интенсивно выражен за счет перикиматов и так называемых эмалевых шляп (enamel caps). 

2. Эмаль более пористая и проницаемая за счет наличия на внешней поверхности микропор, тонких фисуроподобних образований длиной 1–5 мкм и фокальных ямок (focal holes) диаметром 10–15 мкм и глубиной 7–10 мкм. 

3. Фиссуры низкоминерализованы и содержат энамелобласты длиной 40 мкм и диаметром 5–6 мкм, остатки клеток эмалевого органа и капиляроподобные образования. 

4. Поверхностный слой эмали имеет низкую концентрацию кальция и фосфора, высокую концентрацию магния, натрия и карбонатов. 

5. Более широкие интерпризматические и интеркристалические пространства.

Детальное описание ультраструктуры поверхностного слоя незрелой эмали на основании данных сканирующей электронной микроскопии представлено в работах И.К. Луцкой, а также O.А. Удода и А.В. Сироткиной. Установлено, что для эмали зубов сразу после прорезывания характерна выраженность макрорельефа поверхности, на большей части которой определяются головки эмалевых призм. На вестибулярной поверхности премоляров определяется регулярная волнистость эмали, которую образуют перикиматы. Их топография разнообразна, эти образования плотнее расположены в пришеечной области, а по направлению к жевательной поверхности расстояние между ними растет. Перикиматы не всегда имеют равномерно волнистый характер, наблюдаются участки с гладкой поверхностью. Микрорельеф эмали представлен призматической структурой, эмалевые призмы частично выступают над поверхностью, но чаще расположены ниже, а центры головок призм имеют вид углублений, поэтому для вестибулярной поверхности эмали характерно ячеистое строение. В некоторых случаях определяется наличие отчетливых углублений – ниш и щелей, которые располагаются неравномерно. Безпризматичные участки эмали представлены ровной, однородной структурой, но встречаются редко. Полученные данные свидетельствуют о характерной выраженности макрорельефа поверхности эмали, наличии значительного количества пор, что может вызывать высокую проницаемость эмали и низкую кислотостойкость. 

Вышеперечисленные данные нашли подтверждение в работе Г.В. Сороченко (2016) при изучении in vitro особенностей морфологического строения поверхности интактной эмали постоянных зубов на разных этапах минерализации.

И.Л. Горбунова и соавт. изучали физико-химические особенности 300 образцов интактной эмали с разным уровнем кариесрезистентных лиц в возрасте 15–25 лет. Анализ качественного элементного состава зубной эмали был проведен с применением атомно-эмиссионной спектроскопии. Установлено, что эмаль зубов лиц с различным уровнем резистентности к кариесу имеет одинаковую структуру гидроксиапатита, соответствующей формуле Ca10(PO4)6(OH)2. Элементный состав интактной эмали зубов у кариесрезистентных и кариесвосприимчивых лиц одинаков, но меняется количественное содержание тех или иных элементов в пределах каждого уровня. у кариесвосприимчивых пациентов отмечается более пористая структура интактной эмали зубов. Полученные результаты указывают, что образцы интактной эмали, которая различна по уровню резистентности к кариесу, имеют разные предпосылки для возможной деминерализации, которые обусловлены различием их мезотекстуры (удельной поверхности и удельного объема пор). 

Поверхность зубов в возрасте 20– 40 лет характеризуется менее выраженной рельефностью – перикиматы стираются, а потом исчезают. Призматическая структура эмали характеризуется большей гомогенностью. Микропоры встречаются редко и только на отдельных участках. Углубления, которые отмечаются в эмали зубов детей, исчезают в интактной эмали взрослых. 

У людей возрастной группы 40–70лет наблюдается повышение однородности эмали с сохранением призматической структуры во всех слоях, кроме поверхностного, где она в основном безпризменная.

А.И. Петрусенко проведен анализ гистофизиологических возрастных изменений твердых тканей зубов среди пожилого населения. Отмечается, что одним из внешних признаков старения зубов является изменение окраски эмали, которая становится более темной и может принимать различной интенсивности желтовато-коричневый оттенок. Потемнение зубов объясняют образованием значительного количества вторичного дентина, изменениями пульпы, отложением липохромов и ороговением кутикулы эмали. Окраска зубов также зависит от степени проникновения красящих элементов ротовой жидкости и пищи в органические вещества эмали, которые их адсорбируют. В старых зубах полностью стираются грани призм, только расположение кристаллов указывает на их пределы. Признаком возрастных изменений являются трещины эмали на губных поверхностях фронтальных зубов. В них определяются очень мелкие апатиты и минерализованные бактерии, похожие на зубной камень [26]. Увеличение кальцификации зубов возможно за счет уменьшения влаги и органических веществ. Содержание фторидов увеличивается в 2–3 раза, достигая 283 мг/ кг веса твердых тканей зуба в возрасте 84 лет. Данные изменения приводят к росту сопротивляемости эмали к действию деминерализирующих агентов. 

Данные структурных изменений в эмали объясняют уменьшение ее проницаемости с возрастом. Это обусловлено тем, что в процессе созревания происходит гомогенизация эмали с уменьшением микропространств и снижением содержания воды, что приводит к уменьшению глубины проникновения и общего объема поступления вещества. 

Основные структурные признаки возрастных изменений в эмали – уплотнение и снижение вариабельности структуры вследствие уменьшения микропористости – согласуется с данными по химическому составу. Изменения химического состава эмали, ее структуры и свойств (повышение микротвердости, уменьшение растворимости и проницаемости) происходят одновременно. 

Е.В. Боровский и Е.В. Позюкова (1985) изучали содержание кальция и фосфора вразличных слоях эмали непрорезавшихся зубов, а также в срок от 1 до 20 лет после прорезывания. Было установлено, что содержание кальция и фосфора в непрорезавшихся зубах на разных участках (пришеечная область, контактный пункт, фиссуры) было одинаковым. Через 6 месяцев после прорезывания содержание кальция достоверно возрастало до 1% вес. Содержание фосфора увеличивалось от 0,33 до 0,48% вес. Минерализация эмали наиболее активно протекает в течение первого года после прорезывания. В сроки от 1 до 3 лет после прорезывания указанные элементы накапливаются только в области фиссур. 

Поскольку наиболее существенное повышение уровня кальция и фосфора в эмали наблюдается в течение первых 6–12 месяцев после прорезывания зуба, в этот период требуется создание оптимальных условий для минерализации. 

А.Б. Брик и соавт. изучали количество и распределение различных химических элементов в дентине и эмали зубов, а также проанализировали влияние возраста и кариеса на локальные особенности химического состава. В ходе исследования было установлено, что с возрастом в тканях зубов имеет место значительное накопление Sr и Pb (в два и три раза соответственно). Тяжелые металлы (Zr, Ag, Cd, Te, Cs, Au, Hg, Th, U) в здоровых тканях зубов с возрастом определяются только в незначительном количестве. 

В дентине и эмали установлено аномально высокое содержание Ва. Количество Ва в молодом и старом зубе составляет 0,15 и 0,4 масс.% соответственно, а на кариозном участке достигает 1,8 масс.%. Предполагается, что Ва изоморфно накапливается в тканях зубов в структуре нанокристаллов кальцита (СаСО3 ), замещая кальций. Описаны возможные схемы изоморфных замещений, которые есть в тканях зубов в небольшом количестве, но играют важную роль в функционировании биологических тканей. В связи с этим показаны новые возможности для изучения механизмов заболеваний зубов и для разработки соответствующих профилактических методов. 

Е.И. Остапко выявлены расхождения в содержании химических элементов в эмали постоянных зубов у детей в зависимости от суммарного уровня загрязнения окружающей среды, что может влиять на распространение и интенсивность кариеса. В эмали постоянных зубов детей Киева (высокий уровень загрязнения) установлено достоверно более высокое содержание свинца, стронция, кадмия, меди и хрома. В эмали постоянных зубов детей города Мариуполь Донецкой области (уровень экологического кризиса) выявлено достоверно более высокое содержание фтора, а также повышенное содержание цинка, кобальта и никеля. У детей Херсонской области (умеренный уровень загрязнения) достоверно выше оказалось содержание железа, а содержание меди, кадмия, марганца, никеля, кобальта, фтора было относительно повышенным. Низкое содержание фтора, свинца, кадмия, хрома, никеля, кобальта в эмали постоянных зубов детей было выявлено в города Волочиск Хмельницкой области (низкий уровень загрязнения). 

В.И. Острянко и соавт. был изучен химический состав поверхности эмали зачатков третьих моляров детей 16–18 лет методом рентген-дисперсионного спектрального анализа. Выявлен более низкий коэффициент Са/Р (1,4) по сравнению с его средними значениями. 

Л.А. Хоменко и Г.В. Сороченко (2016) при изучении химического состава поверхностного слоя интактной эмали постоянных зубов на разных этапах минерализации были отмечены достоверные отличия количества кальция, углерода, фтора, азота, кремния и коэффициента кальций/фосфор. Полученные данные свидетельствовали о низкой кариесрезистентности незрелой эмали постоянных зубов при физиологическом и преждевременном прорезывании, что указывало на необходимость экзогенного променения минерализирующих средств с содержанием кальция и фтора. 

В.Б. Возным были исследованы на сагиттальных шлифах возрастные особенности микротвердости (поВиккерсу) эмали первых верхних премоляров человека в различных зонах испытаний. В течение биомеханических испытаний было установлено, что показатели прочности эмали были несколько выше со щечной стороны коронки, чем в области бугорка зуба. Стастистических возрастных различий микротвердости эмали обнаружено не было. 

Г.В.Сороченко методом наноиндентирования было проведено исследование механических свойств различных слоев эмали постоянных зубов в разные периоды ее минерализации. Полученные показатели нанотвердости эмали зачатков и незрелой эмали постоянных зубов (3,3–3,43 ГПа) оказались ниже аналогичных показателей зрелой интактной эмали (3,8–5,2 ГПа) у лиц юношеского, молодого возраста и взрослых (Angker L., Swain M., 2006; Лебеденко И.Ю. и соавт., 2009; Возный В.Б., 2009). Это подтверждает существующие данные о взаимосвязи химического состава и механических свойств твердых тканей зубов и указывает на недостаточный уровень кариесрезистентности эмали постоянных зубов, особенно сразу после прорезывания и во время интенсивной вторичной минерализации. 

В.В. Гемоновым и соавт. установлено, что созревание эмали после прорезывания в основном происходит центрально за счет реминерализирующего потенциала ротовой жидкости, а окончательная минерализация дентина осуществляется в основном центробежным путем через пульпу. 

Процесс созревания эмали является динамичным и зависит от анатомической принадлежности зуба, места его расположения, топографии участка зуба и других факторов. Наиболее быстро – в течение 4–6 месяцев после их прорезывания – созревание эмали зубов происходит в области режущих краев и бугорков всех зубов. Особенно интенсивное созревание в первые дни и недели после прорезывания. Эмаль режущего края резцов и клыков созревает в 2 раза быстрее, чем в пришеечной области. Важно, что темп созревания фиссур зубов значительно меньше, чем режущих краев и бугорков, и во многом зависит от степени омывания зубов ротовой жидкостью и заполнения зубными отложениями. 

В.К. Леонтьевым и Т.Н.Жоровой (1979) с помощью электрометрии установлено, что полного созревания фиссур моляров и премоляров не наблюдалось даже в сроки более 2 лет после прорезывания. Подобные данные были получены W. Binus (1987), который изучал степень зрелости эмали фиссур, используя поляризационно-оптическую микроскопию. Автор пришел к выводу, что полная минерализация происходит через 3 года после прорезывания. Поэтому уже в процессе созревания эмали возникают зоны риска развития кариеса – пришеечные зоны и, особенно, фиссуры зубов. 

Нарушение процесса минерализации твердых тканей зубов при раннем прорезывании может негативно влиять на формирование резистентности зубов к кариесу. По данным Е.В. Бруснициной (2010), через два года распространенность кариеса в группе премоляров, которые преждевременно прорезались, увеличилась на 63% по сравнению с группой премоляров, которые прорезались физиологически. 

Недостаточная минерализация твердых тканей зубов на этапе вторичной минерализации является одной из основных причин формирования острого течения кариеса. 

Заключение 

К вопросам изучения структуры, состава и свойств твердых тканей зубов в настоящее время проявляется большой интерес, который обусловлен как их уникальными свойствами, так и необходимостью прогнозировать, моделировать и корректировать изменения их жизнедеятельности под влиянием патологических факторов, особенно в ключевые периоды их развития с помощью новейших методов исследования. Исследование параметров эмали постоянных зубов, особенно в период интенсивной вторичной минерализации, будет способствовать совершенствованию кариеспрофилактических мероприятий.

Литература

1. Борисенко Л.Г. Особенности стоматологического статуса и методы лечебно-профилактической помощи населению пожилого возраста. – Минск, 2005. – 56 с. 

2. Боровский Е.В., Леонтьев В.К. Биология полости рта. – Н. Новгород, 2001. – 304 с. 

3. Брик А.Б., Карбовский В.Л., Радчук В.В., Антощук Н.Л. [и др.] // Мінералогічний журнал. – 2008. – Т.30, №4. – С.13–21. 

4. Брусницина Е.В. // Проблемы стоматологии. – 2010. – №5. – С.36–40. 

5. Бутвиловский А.В., Барковский Е.В., Кармалькова И.С. // Вестник ВГМУ. – 2011. – Т.10, №1. – С.138–144. 

6. Возный В.Б. // Український медичний альманах. – 2009. – Т.12, №4. – С.41–43. 

7. Волкова О.С. // Проблеми безперервної медичної освіти та науки. – 2015. – №4. – С.83–86. 

8. Горбунова И.Л., Михейкина Н.И., Дроздов В.А. // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – №6. – С.15–22. 

9. Заболотная И.И., Ярова С.П. Сравнительный рентгеноспектральный анализ химического состава эмали экватора зубов // Питання експериментальної та клінічної медицини: зб. ст. – Донецк, 2012. – Вып.16, Т.4. – С.312–315. 

10. Зайцев Д.В., Бузова Е.В., Панфилов П.Е. // Вестник ТГУ. – 2010. – Т.15, Вып.3. – С.1198–1202. 

11. Ипполитов Ю.А. // Весник новых медицинских технологий. –2010. – №2, Т.XVII. – С.56–58. 

12. Кочетова М.С. // Практическая медицина. – 2009. – №1. – С.10–11. 

13. Леус П.А. Биофильм на поверхности зуба и кариес. – М., 2008. – 88 с. 

14. Луцкая И.К. Клиническая возрастная гистология зуба: Учебно-методич. пособие. – 2013. – 42 с. 

15. Луцкая И.К. Терапевтическая стоматология. – Минск, 2014.– 607 с. 

16. Махонова Е.В., Казакова Л.Н., Олейникова Н.М., Погосян М.А. // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – №1. – С.15–21. 

17. Окушко В.Р. Основы физиологии зуба. – М., 2008. – 344 c. 

18. Окушко В.Р., Окушко Р.В., Урсан Р.В. // Саратовский научно-медицинский журнал. – 2011. – Т.7, №1. – С.211–216. 

19. Остапко Е.И. Научное обоснование путей и методов профилактики основных стоматологических заболеваний у детей в регионах с различным уровнем загрязнения окружающей среды: Автореф. дис. … д-ра мед. наук. – К., 2011. – 356 с. 

20. Острянко В.И., Якубова И.И., Тиньков В.О. // Новини стоматології. – 2015. – №2(83). – С.82–88. 

21. Павлова Т.В., Бавыкина Т.Ю. // Современные наукоемкие технологии. – 2009. – №12. – С.15–18. 

22. Падалка И.А., Падалка А.И. // Український стоматологічний альманах. – 2010. – №3. – С.17–20. 

23. Петрович Ю.А., Леонтьев В.К., Десятниченко К.С. Функционально-молекулярная модель строения эмали. – М., 2009. – С.158–166. 

24. Петрусенко О.И. Гистофизиологические возрастные изменения твердых тканей зубов у населения пожилого возраста // Устойчивое развитие: экологические проблемы. Сборник материалов VI региональной научно-практической конференции. Брест, 2014. – С.194–196. 

25. Попруженко Т.В., Терехова Т.Н. Профилактика основных стоматологических заболеваний. – М., 2009. – 463 с. 

26. Родина Т.С. // Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова. – 2015. – №3. – С.140–147. 

27. Руле Ж.Ф. Циммер С. Профессиональная профилактика в практике стоматолога. Пер. с нем. – М., 2010. – 368 с. 

28. Саккас Х., Хоменко Л.А., Биденко Н.В. // Современная стоматология. – 2008. – №1. – С.114–121. 

29. Сороченко Г.В. Клинико-экспериментальное обоснование путей и методов повышения кариесрезистентности эмали постоянных зубов с разным уровнем минерализации: Дис. … д-ра мед. наук. – К., 2017. – 401 с. 

30. Сороченко Г.В. // Український науково-медичний молодіжний журнал. – 2016. – №1 (93). – С.100–104. 

31. Терапевтическая стоматология детского возраста. Т.1. Кариес зубов и его осложнения / [Л.А. Хоменко, Ю.Б. Чайковський, Н.В. Биденко, А.В. Савичук, Е.И. Остапко и др.]; Под ред. Л.А. Хоменко. – К.: Книга-плюс, 2018. – 396 с. 

32. Удод А.А., Сироткина О.В. // Український стоматологічний альманах. – 2012. – №5. – С.61–66. 

33. Удод А.А., Антипова И.М. // Український стоматологічний альманах. – 2013. – №5. – С.104–105. 

34. Хоменко Л.А., Сороченко Г.В. // Галицький лікарський вісник. – 2016. – Т.23, №1. – С.96–98. 

35. Hatakeyama J., Fukumoto S., Nakamura T. [at al.] Synergistic roles of amelogenin and ameloblastin // J. Dent. Res. – 2009. – Vol.88, N4. – P.318–322.