Ekaterinburg, Russian Federation
Using the method of IR spectroscopy it is established that in the enamel of persons with a low level of resistance content CO32 – ions in the structure of Apatite at an average 20 % higher than in the enamel of persons with a medium level of resistance, indicating a higher degree of substitution PO43 – ions CO32- and vacancies in calcium position in the crystal structure of Apatite
Hydroxyapatite, dental enamel, calcium
Цель исследования – выявить особенности строения гидроксиапатита эмали зубов у лиц со средним и низким уровнем резистентности к кариесу с применением метода ИК-спектроскопии.
Материалы и методы исследования. Экспериментальное исследование проведено на базе ОЦКП Научно-исследовательском институте проблем переработки углеродов СО РАН. Материалом для исследования служили 25 образцов эмали интактных премоляров верхних челюстей. Зубы удалялись по ортодонтическим показаниям у лиц с низким и средним с уровнем резистентности к кариесу по классификации В.Б. Недосеко возрасте 18 – 45 лет [4]. В удалённых зубах проводилось выпиливание образцов эмали алмазными борами. Обработка велась на стоматологической установке A’Dec Performer (США) наличием воздушного и водяного охлаждения, не допуская перегрева тканей зуба. Затем для каждого образца 3мг порошка эмали перемешивали с 300мг порошка KBr и таблетировали с использованием гидравлического пресса. Исследование образцов эмали зубов проводили с использованием метода ИК-спектроскопии на приборе NICOLET 5700 «Thermo Electron Corp.». Число накопления спектров и разрешение составляло 30 и 4см-1, соответственно. ИК-спектры записывались против фона – таблетки KBr.
Использовался метод внешнего стандарта (вещество нафталин) в сочетании с методом базисной линии [9]. При получении наиболее информативных полос спектра был найден компромисс между концентрацией апатита и стандарта в таблетке так, чтобы поглощение не превышало 75 %, то есть, выбран тот диапазон, где выполняется закон Ламберта – Бера, с получением максимально возможной интенсивности аналитических линий и линии сравнения. Найденное в ходе эксперимента оптимальное процентное соотношение от общей массы анализируемой таблетки для образца и стандарта составляло 2,5 % и 0,833 % соответственно. От каждого образца получали по три таблетки диаметром 20мм. Затем, используя метод базисной линии, проводили расчёт усреднённого соотношения интенсивностей поглощения инфракрасного излучения аналитических линий в образцах эмали зубов и интенсивности поглощения линий внешнего стандарта на частоте 780 см-1. Расчёт абсолютного содержания карбонат ионов локализованных в положениях В-типа проведен по методике M.Y. Stack [12]. Статистическая обработка результатов: проведен корреляционный анализ для определения силы и направления взаимосвязи между переменными, использован пакет прикладных программ MS EXСEL, Vortex 7.0 и комплекс медико-Результаты исследования, их обсуждение По результатам ИКС-экспериментов, абсолютное содержание карбонат ионов локализованных в положениях В-типа для лиц со средним уровнем резистентности к кариесу составляет ~2,36 % (вес.), для лиц с низким уровнем резистентности к кариесу ~ 3,1 % (вес.) (Рис. 1). Значения параметров элементарной ячейки апатитов зубной эмали лиц с низким уровнем резистентности отличаются от соответствующих величин гидроксиапатита лиц со средним уровнем резистентности к кариесу. Разброс значений параметров апатитов лиц с низким уровнем резистентности к кариесу больше, чем лиц со средним уровнем резистентности, что обусловлено взаимосвязанными вариациями содержания кальция и долей анионных вакансий в соответствующих кристаллографических позициях. Величина параметра а у лиц с низким уровнем резистентности к кариесу варьирует от 9,443 до 9,462Å, то есть на 0,23-0,35 % больше, чем у лиц со средним уровнем резистентности к кариесу. Величина параметра с меняется меньше: от 6,878 до 6,992Å. Вариации значений параметров кристаллической решётки апатитов интактной эмали зубов в пределах каждой из исследуемых групп составляют 0,007-0,0010Å (р≤0,001). При этом прямая корреляционная связь между значениями параметра а (а также соотношения а/с) и возрастом отсутствует.
Выводы: 1. Cодержание СО32- – ионов В-типа в эмали зубов лиц с низким уровнем резистентности к кариесу выше, чем в эмали лиц со средним уровнем резистентности к кариесу (р≤0,001). 2. Увеличение числа полос ИК-спектров эмали зубов у лиц с низким уровнем резистентности к кариесу свидетельствует о искажении симметрии тетраэдра PO4 3- вследствие изоморфных замещений анионной и катионной части гидроксиапатита. 3. Увеличение замещения РО4 3- – ионов ионами СО3 2-, обусловливает меньшую устойчивость такой эмали к кислотным атакам и бóльшую её подверженность кариозному процессу, что отражает понижение уровня устойчивости к кариесу статистических методик [2].
1. Vozmozhnosti primeneniya romanovskoy spektroskopii dlya issledovaniya strukturnyh osobennostey tverdyh tkaney zubov cheloveka / Yu.V. Mandra [i dr.] // Problemy stomatologii. - 2011. - №1. - S. 24-26.
2. Grzhibovskiy A.M. Korrelyacionnyy analiz. - 2008 g. Ekologiya cheloveka. - 2008.09. - s. 50-60: http://www. nsmu.ru/nauka_ sgmu/rio/eco_human.
3. Ippolitov Yu.A. Issledovaniya metodom IK-spektromikroskopii s ispol'zovaniem sinhrotronnogo izlucheniya intaktnyh i porazhennyh karioznym processom emali i dentina chelovecheskogo zuba / Yu.A. Ippolitov [i dr.]. // Vestnik novyh medicinskih tehnologiy. - 2012. - T. 19, №2. - S. 343-346.
4. Issledovaniya metodami rentgenofazovogo analiza i infrakrasnoy spektroskopii nanokristallicheskogo sintezirovannogo i biogennogo gidroksiapatita / V.M. Kashkarov [i dr.] // Poverhnost'. Rentgenovskie, sinhrotronnye i neytronnye issledovaniya. 2011. №12. S. 4046
5. Issledovanie tekstury intaktnoy zubnoy emali lic s razlichnym urovnem rezistentnosti k kariesu metodami adsorbcii i rtutnoy porometrii / V.B. Nedoseko / [i dr.] // Omskiy nauchnyy vestnik. - 2000. - №10. - S. 142-145.
6. Leont'ev, V.K. Metody issledovaniya rotovoy zhidkosti i sostoyaniya tverdyh tkaney zubov: (obzor literatury). Ch. II / V.K. Leont'ev, G.G. Ivanova // Institut stomatologii. - 2014. - №1 (62). - S. 96-98.
7. Miheykina N.I. Vliyanie morfologii zubnoy emali razlichnyh poverhnostey na ih ustoychivost'/podverzhennost' processam demineralizacii // Ot kachestva medicinskogo obrazovaniya - k kachestvu medicinskoy pomoschi. Materialy III nauchno-prakticheskoy konferencii s mezhdunarodnym uchastiem: Izd. GBOU VPO UGMU Minzdrava Rossii, 2015, 499 s.
8. Morfologicheskie struktury tverdyh tkaney zubov cheloveka / G.I. Ron' [i dr.]. - Ekaterinburg: UGMA,2012. - 148s.
9. Obosnovanie rezistentnosti zubov k kariesu s poziciy supramolekulyarnogo stroeniya emali / N.I. Miheykina [i dr.] // Vtoroy Evraziyskiy kongress «Medicina, farmaciya i obschestvennoe zdorov'e» s mezhdunarodnym uchastiem. Sbornik statey. Pod red. professora Kutepova S.M. - Ekaterinburg: UGMU, 2015. - S. 92-96
10. A three-species biofilm model for the evaluation of enamel and dentin demineralization / Y.W. Cavalcanti [et al.] // Biofouling. - 2014. - №30 (5). - R. 579-588.
11. Enamel formation genes influence enamel microhardnessbefore and after cariogenic challenge / T. Shimizu [et al.] // PLoS One. - 2012. -Vol. 7, №9. - P. 22-25
12. Stack, M.Y. The carbohydrate content of human dental enamel / M.Y. Stack // J. Dent. Res. - 1957. - Vol. 36, №2. - P. 325-329.
