СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ АДГЕЗИВНЫХ СИСТЕМ НА ТВЕРДЫЕ ТКАНИ ЗУБА ПРИ ПЛОМБИРОВАНИИ КАРИОЗНЫХ ПОЛОСТЕЙ Российский патент 1999 года по МПК A61B6/00 A61B8/00 

Изобретение относится к медицине, а именно к способам оценки эффективности воздействия адгезивных систем на минералы твердых тканей зубов человека при помощи электронного парамагнитного резонанса (радиочастотной спектроскопии), и может быть использовано в стоматологии при выборе адгезивных систем при пломбировании и реставрации кариозных полостей.

Проблема лечения кариеса зубов методом пломбирования и реставрации является центральной проблемой в стоматологии. При этом главным остается вопрос долговечности и устойчивости пломб.

Пломбирование - это чисто лечебная процедура, в результате которой восстанавливаются ранее утраченные характеристики зуба.

Реставрация - утраченные ткани зуба восполняются материалом, имитирующим эмаль и дентин.

Главным фактором, определяющим срок службы пломб, является краевая проницаемость (КП). Именно с изменением КП связана как диагностика состояния пломб, так и необходимость их замены.

К вторичному кариесу и недолговечности реставрации приводит нарушенная герметизация между композиционными материалами и поверхностью зуба.

Методы оценки КП известны (Стоматология, 1988, N 1, с. 16-18).

При оценке КП учитывается уровень резистентности зубов к кариесу (средний, низкий, очень низкий).

Определение резистентности эмали основано на свойствах минерализации и растворимости эмали при воздействии деминерализирующего раствора с кислотно-основным индикатором или с последующим определением в растворе кальция, по количеству которого определяют степень растворимости и соответственно резистентности эмали зуба к кариесу (БМЭ, 1986, Т8, с, 517) - прототип.

Зубная полость может быть представлена только эмалью, однако в большинстве случаев она содержит эмаль и дентин, что усложняет условия хорошей адгезии.

Ниже приведена таблица композиции эмали и дентина.

Как видно из таблицы, эмаль состоит в основном из минерала (кристаллов гидроксиапатита кальция - структурных единиц эмалевых призм). Неорганическая часть дентина представлена главным образом фосфорнокислым кальцием, а также небольшим количеством фторида кальция, углекислого кальция, магния, натрия. Органическая основа дентина представлена коллагеном и некоторым количеством монополисахаридов, а также значительным количеством воды. Основное вещество дентина пронизано множеством дентинных канальцев.

Для надежной ретенции пломбы, предотвращения КП и профилактики вторичного кариеса восстановленного зуба большое значение имеют качество и правильный выбор адгезивной системы перед заполнением обработанных полостей пломбировочным материалом.

В настоящее время имеется множество адгезивных систем, уже разрабатываются адгезивные системы шестого поколения.

В основном все адгезивные системы содержат три компонента: начальный (condioner), подготовочный (primer) и сам адгезив (adhesive). Начальный компонент - различные протравливающие кислоты с добавлением различных ингредиентов (например, 3% хлористое железо). При нанесении начального компонента осуществляется протравливание твердых тканей зуба. При нанесении подготовочного компонента - праймера (жидкой смолы) осуществляется подготовка кариозной полости к нанесению самого адгезива.

Связка пломбированного (композитного) материала с эмалью довольно просто достигается при кислотном протравливании поверхности (Buoncore). Протравливание деминерализует микроструктуру эмали, создавая микропористость, что способствует проникновению в глубину микропор жидкой смолы, в результате чего в межпризменных участках формируются смолистые тяжи при полимеризации, создающие микромеханическую связку (бонд). (Новое в стоматологии, 1997, N8, с. 7-12).

В настоящее время оптимальной концентрацией для протравливающей фосфорной кислоты является концентрация 30-40%. По данным Гвиннета и Сильверстона процесс протравливания эмали может быть трех типов: кислотой удаляются ядра эмалевых призм, а их оболочка сохраняется, кислотой разрушаются оболочки эмалевых призм, а их ядра сохраняются, кислотой частично растворяются как ядра, так и оболочки эмалевых призм.

Принято считать, что использование более высокой концентрации фосфорной кислоты (например, 50%) приводит к образованию преципитата (монокальций фосфат моногидрата), а более низкий процент концентрации кислоты (например 27%) приводит к образованию преципитата (дикальций фосфат дигидрат).

Важное значение имеет время воздействия кислоты на эмаль. Рекомендуется время аппликации кислоты на эмаль выбирать в зависимости от резистентности эмали к кариесу: при низкой резистентности - не более 15 с, при высокой - до 60 с.

Проблема бонда композитного материала с дентином представляет более трудную задачу в силу уникальных особенностей дентина, в котором неорганический компонент составляет меньшую часть после коллагена и воды.

Фактором, делающим адгезию к дентину еще более трудной, является смазанный (масляный) слой, образующийся при обработке полости высокоскоростным инструментом с образованием значительного количества тепла.

Смазанный слой - это диффузный барьер, состоящий из обломков дентинных трубочек, клеток микрофлоры и ротового эпителия. Когда смазанный слой убран в процессе бондинга, дентинные канальцы и поверхность полости становятся влажными из-за вытекания дентинной жидкости.

Все современные композиты дают усадку при полимеризации. Усадка оказывает высокий сократительный стресс на связываемые поверхности из-за трехмерной конфигурации полости. В свою очередь это требует высокой степени прочности адгезивной связки на ранних стадиях при процедуре бондинга. В настоящее время известно множество дентиновых адгезивов.

Например, связочная композиция All Bond 2 (фирма Blsco) в своем составе содержит ацетон. Ацетон устраняет остаточную влагу на поверхности препарированного дентина и внутри самих канальцев, являясь как бы проводником, способствуя проникновению связующего агента в пространство, которое раньше было занято гидроксиапатитом, инкапсулируя коллагеновые волокна, способствует образованию обширного гибридного слоя: уже не зуб, но еще не пломба. Гибридный слой не только создает великолепные условия для возникновения высокой силы сцепления, но также служит эффективным защитным барьером против проникновения микроорганизмов в дентинные канальцы и пульпарную полость. Гибридный слой перекрывает движение одонтобластической жидкости, и как результат, предупреждает послеоперационную чувствительность (Новое в стоматологии, 1997, N3, с. 8-10).

Наиболее прочную связку создает адгезив V поколения One-Step, достигающий прочности связки в 27-30 МПа (МПа-мегапаскаль - единица силы сцепления) в самом начале аппликации и шаги, включающие в себя влажный бондинг и создание гибридного слоя: протравливание всей поверхности полости и нанесение One-Step согласно инструкции (Новое в стоматологии, 1997, N3, с. 67-68).

В последнее время появилось много публикаций о том, что при тотальном протравливании слабоминерализованного дентина происходит слишком глубокое уничтожение неорганической матрицы, вследствие чего праймер проникает в глубину не до конца протравленной зоны. В этом случае под пломбой образуется слой, где произошло разрушение минерала, но не возникло гибридного слоя. Это обстоятельство ухудшает адгезию и создает предпосылки для рецидивирующего кариозного процесса.

Технической задачей изобретения является повышение качества и долговечности пломбы, а также повышение лечебного эффекта за счет исключения нежелательного воздействия на твердые ткани зуба адгезивных систем.

Для решения поставленной задачи разработан способ оценки эффективности воздействия адгезивных систем при пломбировании кариозных полостей, включающий определение уровня резистентности эмали зубов к кариесу, определение показателя интенсивности поражения - КПУ пациента, отличающийся тем, что осуществляют препарирование in vitro кариозных полостей, изготавливают шлифы, из которых отбирают опытные и контрольные образцы. На опытные образцы наносят послойно адгезивную систему, например Denthesive II или One-Step, затем опытные и контрольные образцы подвергают рентгеновскому облучению. Затем проводят спектроскопическое исследование поликристаллических навесок массой 20-30 мг при помощи электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Регистрируют сигналы-отклики ЭПР в каждом из образцов в виде производной линии поглощения, анализируют форму спектра электронного парамагнитного резонанса, определяют интенсивности линий поглощения (сигнал-отклик) в области g-фактора 1.997-2.001, по которым определяют структурные изменения в минерале гидроксиаппатите твердых тканей зубов, и по дозным зависимостям интенсивности сигналов ЭПР в опытных и контрольных образцах оценивают степень воздействия на твердые ткани зуба той или иной адгезивной системы.

ЭПР - резонансное поглощение электромагнитных волн СВЧ-диапазона веществами, содержащими парамагнитные частицы. Методы, основанные на ЭПР, нашли широкое применение в лабораторной практике. С их помощью изучают кинетику химических и биохимических реакций, роль свободных радикалов в процессе жизнедеятельности организма в норме и при патологии, механизмы возникновения и течения фотобиологических процессов и т.д. (БМЭ, 1986, т. 28, с. 267).

ЭПР характерен только для парамагнитных частиц с некомпенсированным электронным магнитным моментом, который, в свою очередь, обусловлен собственным механическим моментом электрона - спином. Благодаря спину электрон обладает постоянным магнитным моментом, направленным противоположно спину. В большинстве молекул электроны располагаются на орбиталиях таким образом, что их спины направлены противоположно, магнитные моменты скомпенсированы и сигнал ЭПР от них не наблюдается. Если магнитное поле электрона не скомпенсировано спином другого электрона, то регистрируется сигнал ЭПР. Частицами с неспаренными электронами являются свободные радикалы, ионы многих металлов (железо, медь, марганец, кобальт, никель и др. ), ряд свободных атомов (водород, азот, щелочные металлы и др.).

В соответствии с ориентацией магнитного момента электрона его энергия в магнитном поле может принимать лишь два значения: минимальное R1 - при ориентации магнитного момента "по полю" и максимальное E2 - при его ориентации "против поля" и разница в энергиях этих состояний (ΔE) вычисляется по формуле: Δ E = gβH, где β - магнетон Бора (единица измерения магнитного поля электрона), H - напряженность магнитного поля, g - константа, зависящая от электронной структуры парамагнитной частицы. Если на систему неиспаренных электронов во внешнем магнитном поле подействовать электромагнитным излучением, энергия кванта которого равна ΔE, то под влиянием излучения электроны начнут переходить из состояния с меньшей энергией в состояние с большей энергией, что будет сопровождаться поглощением излучения веществом.

ЭПР регистрируется с помощью специальных приборов - радиоспектрометров, в которых используются электромагнитные излучения, например, с длинами волн 3,2 см или 8 мм.

Регистрация сигнала ЭПР производится следующим образом. Напряженность магнитного поля, создаваемого электромагнитом, линейно изменяется в определенных пределах. При значениях напряженности, отвечающих условию резонанса, образец поглощает энергию электромагнитного излучения. Линия поглощения (сигнал ЭПР) представляет собой зависимость мощности излучения, поглощенного образцом, от напряженности магнитного поля. В радиоспектрометре сигнал ЭПР регистрируется в виде первой производной линии поглощения.

Для описания и анализа спектров ЭПР используется ряд параметров, характеризующих интенсивность линий, их ширину, форму, а также положение в магнитном поле. Интенсивность линий ЭПР при прочих равных условиях пропорциональна концентрации парамагнитных частиц, что позволяет проводить количественный анализ.

При рассмотрении явления ЭПР учитывается, что магнитный момент неспаренного электрона взаимодействует не только с магнитным полем электромагнита, но и с магнитными полями, создаваемыми окружением электрона: другими неиспаренными электронами, магнитными ядрами. Взаимодействие неиспаренных электронов с ядрами часто приводит к расщеплению спектра ЭПР на ряд линий. Анализ таких спектров позволяет идентифицировать природу парамагнитных частиц, оценивать характер и степень их взаимодействия друг с другом.

Использование ЭПР в биологии и медицине обусловлено наличием в клетках, тканях и биологических жидкостях различных по природе парамагнитных центров. С помощью ЭПР было обнаружено наличие свободных радикалов практически во всех животных и растительных тканях. С помощью ЭПР удается исследовать окислительно-восстановительные превращения ионов металла и характер взаимодействия ионов с их окружением, что позволяет установить тонкую структуру металлосодержащих комплексов.

Известно использование ЭПР для определения накопленной дозы гамма-облучения по эмали зуба (Гематология и трансфузиология, 1990, N 12, с.11-15); для определения парамагнитных центров зубной эмали при нагревании (Минералогический журнал, 1997, N 4, с. 3-12); для изучения структурно-химического состояния твердых тканей интактных и депульпированных зубов (Стоматология, 1990, N 2, с. 13-16).

Известно использование сканирующей электронной микроскопии для изучения влияния кислотного травления на ультраструктуру эмали зуба (Новое в стоматологии, 1993, N 2, с. 7-12).

Известно использование сканирующей микроскопии для изучения характера изменений в эмали зуба при различных условиях травления ее. Установлено, что действие травящего геля не одинаково влияет на зубы "разного возраста", на зубы с различными патологическими изменениями.

Известные технические решения не позволяют определить влияние адгезивных систем на молекулярно-структурные изменения в дентине.

На кафедре терапевтической стоматологии Уральской медицинской академии разработан способ определения in vitro влияния адгезивных систем на минералы твердых тканей зуба (в эмали и дентине) с использованием ЭПР.

Материалом для исследования служили образцы 30 зубов, имеющих кариозные полости различной глубины и локализации. Свежеудаленные зубы лиц обоего пола различного возраста тщательно очищали от мягких тканей, зубного налета, камня, мыли щеткой в теплой воде с мылом. Препарировали кариозные полости с использованием турбинной бормашины, водяного охлаждения и алмазных головок. Из обработанных зубов изготовляли шлифы (тонкие пластинки костной ткани или зуба, изготавливаемые путем шлифования спила этих тканей) толщиной 1,0 - 1,5 мм. На стенки кариозной полости первого шлифа наносили послойно компоненты системы Denthesiv II. На стенки кариозной полости второго шлифа наносили послойно компоненты системы One-Step. Третий шлиф - контрольный обработке адгезивными системами не подвергали.

Отбирали образцы массой 20 - 100 мг и размером частиц 0,1-0,5 мм и облучали их рентгеном (аппарат УРС-55). Время облучения 10-15 мин, ток трубки - 10 мА, напряжение на трубке 55 кВ. Сигналы ЭПР регистрировались на спектрометре X-диапазона РЭ-1306 при комнатной температуре и обрабатывались на компьютере IBM. Поликристаллические навески проб имели массу 20-30 мг. В качестве эталона использовали кристаллы MgO:Mn.

В исходном состоянии контрольных и опытных образцов (до рентгеновского облучения) сигналов ЭПР не наблюдалось. Их интенсивность находилась в пределах чувствительности аппаратуры. После рентгеновского облучения во всех образцах появляются сигналы-отклики ЭПР в области g-фактора, равного 2.000 (фиг. 1), связанные с образованием ион-радикалов. Сигнал ЭПР в общем случае имеет форму, обусловленную суперпозицией четырех линий: трех узких интенсивных с g₁ = 2.003, g₂ = 2.001, g₃ = 1.997 и существенно менее интенсивной и широкой с g₄ = 2.000. Три интенсивные линии обусловлены карбонатными ион-радикалами, замещающими анионы OH, F, Cl в гидроксиапатите. Широкая малоинтенсивная линия g₄-R-центр присутствует в спектрах контрольных образцов и практически исчезает в опытных образцах. Предположительно этот сигнал обусловлен парамагнитными центрами смазанного слоя.

На фиг. 1 показан график спектра ЭПР в области g-фактора 1.997-2.001; на фиг. 2 - зависимость интенсивности сигнала контрольных образцов эмали (1) и дентина , удаленного у пациента 23-х лет КПУ = 17 (КПУ - показатель интенсивности поражения), DS: глубокий кариес (II класс по БЛЭКУ); на фиг. 3 - контрольного образца эмали (1), опытного образца эмали, обработанного Denthesive II (2), опытного образца эмали, обработанного One-Step (3); на фиг. 4 - контрольного образца дентина (1), опытного образца дентина, обработанного One-Step (2), опытного образца дентина обработанного Denthesive II (3); на фиг. 5 - контрольных образцов эмали (1) и дентина , удаленного у пациента 27 лет (КПУ = 3), DS: средний кариес (I класс по Блэку); на фиг. 6 - контрольного образца эмали (1) и образцов эмали, обработанных Denthesive II и One-Step (2, 3); на фиг. 7 - контрольный образец дентина (1), опытный образец дентина, обработанный Denthesive II (2), опытный образец дентина, обработанный One-Step (3).

Сигналы g₁ - g₃ присутствуют во всех опытных образцах, но имеют значительные количественные различия интенсивности в эмали и дентине, наиболее ярко проявляющиеся при изучении дозной зависимости сигналов. В образцах эмали количественные отличия интенсивности сигналов становятся значимыми при сопоставлении контрольных и опытных образцов. При этом интенсивность сигналов меньше у опытных образцов и приблизительно одинакова у опытных образцов, обработанных Denthesive II и One-Step. Ярко видны количественные различия сигналов и в образцах дентина. Так, при одинаковой дозе облучения интенсивность сигналов-откликов ЭПР в опытном образце, обработанном Denthesive II, выше чем в опытном образце, обработанном One-Step, а также скорость накопления дефектов в образцах дентина, обработанных Denthesive II выше и сопоставима со скоростью радиационного накопления дефектов в контрольных образцах. Данные различия интенсивности сигналов-откликов ЭПР особенно заметны в образцах зубов пациентов с высокой интенсивностью кариозного процесса.

Таким образом, различные адгезивные системы с различной концентрацией фосфорной кислоты изменяют структуру твердых тканей зуба и приводят к дефектам гидроксиапатита. У пациентов с пониженной резистентностью твердых тканей зубов к кариесу тотальное протравливание приводит к глубоким изменениям твердых тканей зубов. Предложенный способ позволяет сделать выбор к показаниям или противопоказаниям применения той или иной адгезивной системы. При этом учитываются индивидуальные особенности пациента, а именно: "возраст" зубов, наличие патологических изменений в эмали и дентине, КПУ - показатель (для молочных зубов - КП) интенсивности поражения - среднее число пораженных кариесом и его осложнениями (К), запломбированных (П) и удаленных (У) по поводу кариеса зубов на одного пациента (обследованного).

Способ может быть использован в медицине, а именно в стоматологии, при выборе адгезивных систем при пломбировании и реставрации кариозных полостей. У пациента определяют показатель интенсивности поражения - КПУ(кариес-пломба-удаление), уровень резистентности эмали зубов к кариесу. При этом осуществляют препарирование in viro кариозных полостей, изготавливают шлифы, из которых отбирают опытные и контрольные образцы. На опытные образцы наносят послойно адгезивную систему, подвергают опытные и контрольные образцы рентгеновскому облучению, изготавливают поликристаллические навески массой 20 - 30 мг и проводят их спектроскопическое исследование при помощи электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), регистрируют сигналы-отклики ЭПР в каждом из образцов в виде производной линии поглощения, анализируют форму спектра ЭПР, определяют интенсивности линий поглощения в области g-фактора 1,997 - 2,001, по которым выявляют структурные изменения в минерале гидроксиапатите эмали и дентина и по дозным зависимостям интенсивности сигналов ЭПР в опытных и контрольных образцах оценивают степень воздействия на твердые ткани зуба той или иной адгезивной системы. Способ позволяет повысить качество и долговечность пломбы, а также лечебный эффект за счет исключения нежелательного воздействия на твердые ткани зуба адгезивных систем. 7 ил. 1 табл.

Способ оценки эффективности воздействия адгезивных систем на твердые ткани зуба при пломбировании кариозных полостей, включающий определение уровня резистентности эмали зубов к кариесу, определение показателя интенсивности поражения-КПУ (кариес-пломба-удаление) пациента, отличающийся тем, что осуществляют препарирование in vitro кариозных полостей, изготавливают шлифы, из которых отбирают опытные и контрольные образцы, на опытные образцы наносят послойно адгезивную систему, подвергают опытные и контрольные образцы рентгеновскому облучению, изготавливают поликристаллические навески массой 20 - 30 мг и проводят их спектроскопическое исследование при помощи электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), регистрируют сигналы-отклики ЭПР в каждом из образцов в виде производной линии поглощения, анализируют форму спектра ЭПР, определяют интенсивности линий поглощения в области g-фактора 1,997^oC2,001, по которым выявляют структурные изменения в минерале гидроксиапатите эмали и дентина и по дозным зависимостям интенсивности сигналов ЭПР в опытных и контрольных образцах оценивают степень воздействия на твердые ткани зуба той или иной адгезивной системы.