Способ моделирования процесса образования зубного камня из аналога раствора зубного налета
METHOD FOR SIMULATION OF CALCULUS FORMATION PROCESS FROM DENTAL DEPOSITION SOLUTION ANALOGUE

Изобретение относится к области медицины, к методам экспериментального моделирования процессов, протекающих в полости рта человека, в частности, образования зубного камня.
В последнее время интерес к проблеме патогенного минералообразования в организме человека все более возрастает из-за резкого ухудшения экологической обстановки в мире, что является одним из важнейших факторов роста заболеваний, приводящих к возникновению минеральных патообразований. Изучение их состава и строения имеет большую практическую ценность, так как содержит ответ на ряд важнейших вопросов: в чем причина возникновения патообразований, каковы параметры среды их формирования, как меняются во времени эти параметры, как повлиять на химизм среды с целью профилактики их появления. Характерным патогенным новообразованием, возникающим на зубах 75-80% людей, являются зубные камни - дентолиты.
Зубные отложения можно разделить на две группы.
1. Неминерализованные зубные отложения: пелликула, зубная бляшка, мягкий зубной налет (белое вещество), пищевые остатки.
2. Минерализованные зубные отложения: наддесневой и поддесневой зубной камень.
Выделяют зубные камни трех цветов: белые, желтые и коричневые. Белые и желтые камни представляют собой мягкие образования, легко снимающиеся с поверхности зуба. По данным ряда авторов, содержание минерального вещества в них колеблется от 56,5 до 76,0 мас. %. Существуют также коричневые дентолиты, они более плотные по своей консистенции и более сложно отделяются от поверхности зуба, обычно возникают в виде каймы вдоль губной поверхности зуба нижней челюсти, несколько реже - верхней челюсти. При этом содержание минерального вещества в них около 87,0 мас. %.
На фиг. 1 представлены дифрактограммы: брушит и апатит 1, апатит и витлокит 2 и апатит 3. Рентгенофазовый анализ зубных камней показал, что минеральная составляющая большинства зубных камней представлена апатитом, в трех образцах вместе с апатитом присутствует брушит.
По нашим данным, основным минеральным компонентом всех образцов слюнных камней является гидроксилапатит. В одном образце в качестве примеси обнаружен брушит, в другом - витлокит (5-10% от содержания гидроксилапатита).
С целью идентификации веществ, не имеющих кристаллического строения, а также для подтверждения и уточнения (в случае минералов апатита и витлокита) результатов рентгенофазового анализа дополнительно проведен анализ методом ИК-спектроскопии.
-1
-3
-1
-1
-1
4
На фиг. 2 представлен ИК-спектр зубного камня. Данные ИК-спектроскопии подтверждают фосфатный состав неорганической компоненты зубных камней. В спектрах всех образцов присутствуют полосы поглощения, соответствующие колебаниям Р-О связей гидроксилапатита, что совпадает с данными РФА. Не обнаружены полосы поглощения, характерные для ОН-групп, однако, все исследованные образцы содержат карбонат-ионы. Наличие полос колебаний C-О связи (1420, 1460 см) говорит о замещении РО-тетраэдров карбонат-ионами (так называемое замещение В-типа). Полоса 1550 см говорит о замещении ОН-групп карбонат-ионами в каналах структуры апатита, что соответствует замещению А-типа. Соотношение карбонат-ионов, соответствующих этим двум типам замещений, в гидроксилапатитах всех исследуемых образцов равно 2:1. Кроме того, на большинстве ИК-спектров зубных камней присутствует широкая полоса валентных колебаний молекул воды при 3440 см, указывающая на присутствие молекул воды в каналах структуры апатита, и полоса деформационных колебаний воды при 1650 см.
Жидкая фаза зубного налета («Plaque fluid»)
В состав зубного налета входит 82% воды, из которой 30-35% - внеклеточная вода, покрывающая поверхность зубов в виде пленки, причем максимальной толщины зубной налет достигает на межпроксимальной и пришеечной поверхности зубов. Эта внеклеточная часть воды может быть отделена при помощи центрифуги. Полученная жидкость называется жидкой фазой зубного налета («plaque fluid»). Имея толщину всего 100-300 нм, этот слой обладает уникальным по своим компонентам составом, количественно отличаясь от состава слюны и жидкости десневой борозды (десневой жидкости) (табл. 1).
Ряд авторов пытались объяснить высокую концентрацию ионов в жидкой фазе зубного налета [Tatevossian А. и Gould С.Т., Archives of Oral Biology, 1976, v. 26. P. 657-662] предположили, что диффузия в зубном налете ограничена собственной структурной извилистостью. Согласно этой интерпретации, узкие наполненные жидкостью микроканалы нетронутого зубного налета могут увеличить длину диффузионного пути; коэффициенты диффузии через пленку толщиной 100-300 нм снижаются, а значит, концентрация компонентов будет значительно выше, чем в ротовой и десневой жидкостях.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является патент РФ №2342713, опубл., 27.12.2008 г., где различные патологические процессы связаны с изменением состава биологической жидкости.
Технической задачей заявляемого решения является разработка способа экспериментального моделирования процесса образования зубного камня из аналога раствора «жидкая фаза зубного налета».
3
4
2
4
2
4
2
4
2
2
2
2
3
Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ моделирования процесса образования зубного камня из аналога раствора зубного налета, основанный на получении зубного налета в искусственно созданной модельной среде, отличающийся тем, что для приготовления модельной среды используют: NaCl - 21,41 ммоль/л, KHCO - 24,81 ммоль/л, (NH)HPO - 3,30 ммоль/л, NaHPO⋅2HO - 3,17 ммоль/л, NHF - 0,10 ммоль/л, KCl - 0,79 ммоль/л, CaCl⋅2HO - 3,00 ммоль/л, MgCl⋅6HO - 0,85 ммоль/л, при этом добавляют NaHCO при рН 5,5÷6 в количестве, необходимом для предотвращения уменьшения концентрации в растворе карбонат ионов за счет гидролиза в кислой среде, осуществляют корректировку рН моделируемого раствора и проводят синтез при значении рН = 7,00±0,05, при этом через 14 дней образуется фаза брушита и гидроксилапатита, состав которой соответствует основным компонентам зубных камней человека.
На основе результатов изучения минерального состава зубных и слюнных камней проведено экспериментальное моделирование процесса камнеобразования в полости рта. В качестве модельных систем была выбрана жидкая фаза зубного налета.
При проведении эксперимента использовались значения диапазона концентраций основных неорганических компонентов и рН жидкой фазы зубного налета здорового взрослого среднестатистического человека. Концентрация катионов и анионов в различных сериях экспериментов отвечала их минимальному, среднему и максимальному значениям диапазона данного показателя, характерного для состава биологической жидкости (табл. 1). При этом изучалось поведение систем при температуре 37.0±0.5°С и четырех значениях рН: 5.50±0.05, 6.00±0.05, 7.00±0.05 и 8.00±0.05.
При этом изучалось поведение систем при температуре 37.0±0.5°C и четырех значениях pH: 5.50±0.05, 6.00±0.05, 7.00±0.05 и 8.00±0.05.
В качестве исходных реагентов использовались соли марки ч.д.а и х.ч. и бидистиллированная вода. Выбор исходных реагентов и их соотношение в растворе определялись таким образом, чтобы концентрации ионов и ионная сила раствора были максимально приближены к данным параметрам моделируемой системы.
3
На фиг. 3 представлена схема модельного эксперимента in vitro. Для каждой серии экспериментов были приготовлены растворы, содержащие катионы и анионы, при совместном присутствии которых в данных условиях не образуются малорастворимые соединения. После смешения эквивалентных объемов растворов производили корректировку значений pH путем добавления 6 М раствора NaOH. С целью предотвращения уменьшения концентрации в растворе карбонат ионов (за счет гидролиза в кислой среде) необходимое количество NaHCO добавляли при pH 5.5-6.0. После корректировки pH моделируемого раствора до необходимого значения добавляли определенную массу кристаллического NaCl, рассчитанную таким образом, чтобы ионная сила раствора была по-возможности максимально приближена к моделируемой системе.
Для установления фазового и химического состава полученных твердых фаз были использованы методы рентгенофазового анализа (РФА), ИК-спектроскопии и методы химического анализа. При этом соотношение катионов и анионов в твердой фазе оценивали по разности начальных и конечных концентраций осадкообразующих ионов в модельном растворе по методикам химического анализа.
На фиг. 4 представлена дифрактограмма осадка, полученного из раствора, моделирующего состав жидкой фазы зубного налета (7 дней, рН=7,00±0,05). Результаты модельного эксперимента показали, что на первом этапе (7 дней эксперимента) образуется брушит или смесь брушита и витлокита во всем диапазоне pH.
На фиг. 5 представлена дифрактограмма осадка, полученного из раствора, моделирующего жидкую фазу зубного налета (90 дней, рН=5,50±0,05). При увеличении времени кристаллизации происходит переход брушита в более термодинамически стабильную фазу - гидроксилапатит (ГА), причем скорость этого перехода зависит от pH раствора. В таблице 2 представлены результаты модельного эксперимента (“plaque fluid”) в зависимости от времени.
При сравнении данных, приведенных в табл. 2, видно, что образование гидроксилапатита - в среде жидкой фазы зубного налета происходит через 14 дней практически во всем диапазоне pH. Известно, что для жидкой фазы зубного налета значение pH изменяется в диапазоне 6.5-6.8, из табл. 2 видно, что при рН=7,00±0,05 происходит образование двух фаз - «брушит и гидроксилапатит» и это соответствует составу зубных камней.
Данные табл. 2 приведены для максимальных значений диапазона концентраций катионов и анионов соответствующих биологических жидкостей. Аналогичные результаты получены для минимальных и средних значений диапазона концентраций, отличия составляют только массы полученных в эксперименте твердых фаз.
2+
3-
4
Таким образом, при описании процесса кристаллизации фосфатов кальция в исследуемых нами системах следует отметить, что состав твердой фазы, образующейся на первой стадии осаждения, и дальнейшие этапы ее трансформации особенно зависят от pH раствора, концентрации ионов Ca и PO. Следует также отметить, что кристаллизация фаз, особенно на первоначальных этапах, контролируется в большей степени кинетическими факторами.
Сравнение фазового состава осадков, полученных в ходе модельного эксперимента, и зубных камней, удаленных у пациентов в ходе медицинского осмотра, показало, что состав практически идентичен, т.е. предложенная модельная система позволяет воспроизвести условия ротовой полости человека.