Исследования особенностей флюоресценции твердых тканей зуба, пораженных кариесом

УДК 661.31

Д. Л. Голощапов, А. С. Леньшин, П. В. Середин

Исследования особенностей

флюоресценции твердых тканей зуба,

*

пораженных кариесом

Ключевые слова: гидроксилапатит, деминерализация, кариес, твердые ткани зуба.

Keywords: hydroxyapatite, demoralization, carious-affected human dental enamel, hard tooth tissues.

Микроучастки твердых тканей зуба, в которых развивается кариозный процесс вследствие начинающейся дезориентации кристаллов апатита, имеют более высокий выход флюоресценции, чем области интактной эмали. Эти области могут быть легко детектированы еще до стадии глубокой деминерализации (стадии белого пятна), когда необратимо изменен органоминеральный комплекс и происходит интенсивное удаление минеральной составляющей. Описанный в работе подход к определению областей твердой ткани зуба с зарождающимся кариозным процессом может быть положен в основу нового подхода диагностики кариеса.

Введение

Среди задач современной стоматологии установление механизмов образования кариеса является одним из основных научных направлений, при этом предупреждение развития заболевания на начальных этапах его возникновения — весьма актуальная проблема [1—3]. Поэтому с практической точки зрения вызывает интерес детектирование начала кариозного процесса. Наиболее развитая из технологий, доступных сегодня, основана на флюоресцентной спектроскопии. Используя флюоресценцию от твердых тканей зуба, возникновение которой обусловлено облучением эмали светом лазера с длиной волны 488 нм, можно визуализировать области деминерализации, которые видны как темные пятна на поверхности зуба. В то же время использование света с длиной волны 633 нм позволяет хорошо визуализировать бактериальный налет на поверхности зуба [4].

В нашей работе спектры фотолюминесценции были получены при комнатной температуре от поверхности образцов по стандартной методике на основе

* Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №13-0297500 и программы стратегического развития Воронежского государственного университета ПСР-МГ.

монохроматора ТШАХ550 и охлаждаемого жидким азотом ООБ-детектора. Для фокусировки на поверхности использовали 50-кратный объектив. Локальные изменения интенсивности флюоресценции поверхности образца были удачно проанализированы благодаря наблюдению возбужденной флюоресценции через 514,5-нанометровый режекторный фильтр, позволивший нам хорошо визуализировать более светлые области твердых тканей зуба, имеющие более высокую интенсивность возбужденной флюоресценции.

Материалы и методы исследования

Образец зуба с кариозным очагом, удаленного у пациента по ортодонтическим показаниям при па-родонтите тяжелой степени, был подготовлен следующим образом. Вначале зуб промыли в проточной воде, очистили от зубного налета, поверхность высушили с помощью фильтровальной бумаги. Далее, используя микротом, мы разделили зуб и получили срез толщиной около 1 мм. Полученный шлиф приклеили с помощью акрилатного клея на стеклянную пластину толщиной 2 мм. На рис. 1 приведены фотографии анализируемого образца и области кариозной фиссуры.

Используя методику возбуждения флюоресценции от твердых тканей зуба, мы исследовали области эмали с кариозной фиссурой. На рис. 2 приведено изображение образца зуба, облученного зеленым лазером с длиной волны 514,5 нм. Наблюдение возбужденной флюоресценции, как уже было описано ранее, выполнено через 514,5-нанометровый режекторный фильтр. Из рис. 2 видно, что вокруг областей кариозной фиссуры (темные пятна) хорошо визуализируются более светлые области твердых тканей зуба (на рис. 2 обозначены стрелкой), имеющие более высокую интенсивность возбужденной флюоресценции. Это интенсивное свечение вокруг кариозной фиссуры отличается по цвету и интенсивности от излучения всей засвеченной области

биотехносфера

| № 4(34)/2014

Рис. 1

Фронтальный шлиф зуба с указанием исследуемой области

интактнои эмали и имеет латеральные размеры, сопоставимые с размерами фиссуры.

Известно, что межпризменные пространства зуба заполнены биополимерами, представленными, кроме нейтральных гликопротеинов, низкомолекулярными катионными белками с характерным спектром аминокислот (лизин, аргинин, гистидин), а также гиалуроновой кислотой [5]. При начальных стадиях развития кариозного процесса в зоне, прилегающей к очагу деминерализации, должна происходить потеря биополимеров и гиалуроновой кислоты, что вызовет деорганизацию неорганического матрикса в твердых тканях зубов. Это предположение находится в хорошем соответствии с данными, уже полученными нами методами ИК-спектромикроскопии и рентгеновской микродифракции [6]. Определенное нами методом рентгеновской микродифракции [6] уменьшение индекса текстурированности при переходе от интактных участков эмали к области кариозной фиссуры показывает, что зерна ГАП в области развития кариозного процесса сильно дезорганизованы, что противоположно их преимущественной ориентации в интактной эмали [7, 8].

Таким образом, микроучастки твердых тканей зуба, в которых развивается кариозный процесс, вследствие начинающейся дезориентации кристаллов апатита имеют более высокий выход флюоресценции, чем области интактной эмали. Следовательно, подобные области могут быть легко детектированы еще до стадии глубокой деминерализации (стадии белого пятна), когда необратимо изменен органоминеральный комплекс и происходит интенсивное удаление минеральной составляющей.

Выводы

Исследования особенностей флюоресценции твердых тканей зуба, в том числе участков, пораженных кариесом, подтверждают предположения об изме-

Рис. 2

Изображение образца человеческого зуба, облученного зеленым лазером с длиной волны 514,5 нм

нениях, происходящих как в минеральной, так и в органической составляющей областей эмали, в которых зарождается кариозный процесс. Предложенный в работе подход к возбуждению флюоресценции может являться основой методик регистрации наиболее ранних стадий образования кариеса.

Литература

1. Середин П. В. Лукин А. Н., Ипполитов Ю. А. Исследования интактной, а также пораженной кариозным процессом эмали человеческого зуба методом ИК-спектромикроскопии с использованием синхротронного излучения // Науч. вед. БелГУ. Сер. Медицина. Фармация. 2011. № 16 (111). Вып. 15/1. C. 104-109.

2. Ипполитов Ю. А., Лукин А. Н., Середин П. В. Исследования методом ИК-спектромикроскопии с использованием синхро-тронного излучения интактных и пораженных кариозным процессом эмали и дентина человеческого зуба // Вестн. новых мед. технологий. 2012. Т. 19, № 2. С. 343-346.

3. Research hydroxyapatite crystals and organic components of hard tooth tissues affected by dental caries using FTIR-microspectroscopy and XRD-microdiffraction / P. V. Seredin, V. M. Kashkarov, A. N. Lukin [et al.]// Конденсированные среды и межфазные границы. 2013. Т. 15, № 3.

4. Ex vivo detection and characterization of early dental caries by optical coherence tomography and Raman spectroscopy / A. C.-T. Ko, L.-P. Choo-Smith, M. Hewko [et al.] // J. Biomed. Opt. 2005. Vol. 10. P. 031118.

5. Ippolitov Y., Ippolitov I., Seredin P. Morphology of the human dental enamel // Indian Journal of Dentistry. 2014.

6. Local study of fissure caries by Fourier transform infrared microscopy and X-ray diffraction using synchrotron radiation / P. Seredin, V. Kashkarov, A. Lukin [et al.] // Journal of Synchrotron Radiation. 2013. Vol. 20. P. 705-710.

7. X-ray diffraction and IR spectroscopy investigation of synthesized and biogenic nanocrystalline hydroxyapatite / V. M. Kashkarov, D. L. Goloshchapov, A. N. Rumyantseva [et al.]// Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2011. Vol. 5. I. 6. P. 1162-1167.

8. Synthesis of nanocrystalline hydroxyapatite by precipitation method using hen's eggshell / D. L. Goloshchapov, V. M. Kashkarov, N. A. Rumyantseva [et al.] // Ceramics International. 2013. Vol. 39. I. 4. P. 4539-4549.

№ 4(34)/2014 |

биотехносфера