Associations between caries experience and oral fluid mineral content among patients in Arctic Russia: a study in the Nenets Autonomous Area

Maria A. Gorbatova; Горбатова Мария Александровна; Tatyana N. Yushmanova; Юшманова Татьяна Николаевна; Polina A. Pochinkova; Починкова Полина Андреевна; Galina A. Antonova; Антонова Галина Аркадьевна; Leonid L. Shagrov; Шагров Леонид Леонидович; Natalya I. Pechinkina; Печинкина Наталья Игоревна; Yulia M. Zvezdina; Звездина Юлия Михайловна; Anna A. Simakova; Симакова Анна Александровна; Andrey M. Grzhibovsky; Гржибовский Андрей Мечиславович

doi:10.17816/brmma629464

Associations between caries experience and oral fluid mineral content among patients in Arctic Russia: a study in the Nenets Autonomous Area

Authors: Gorbatova M.A.¹, Yushmanova T.N.¹, Pochinkova P.A.¹, Antonova G.A.¹, Shagrov L.L.¹, Pechinkina N.I.¹, Zvezdina Y.M.¹, Simakova A.A.¹, Grzhibovsky A.M.¹^,2^,3
Affiliations:
1. Northern State Medical University
2. North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov
3. Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov
Issue: Vol 26, No 2 (2024)
Pages: 207-216
Section: Research paper
Submitted: 26.03.2024
Accepted: 05.04.2024
Published: 03.06.2024
URL: https://journals.eco-vector.com/1682-7392/article/view/629464
DOI: https://doi.org/10.17816/brmma629464
ID: 629464

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription or Fee Access

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The relationship between the intensity of caries and mineral composition of oral fluid in adolescents in the Arctic zone of Russia was investigated using the example of the Nenets Autonomous Okrug. This study included 171 healthy boys and girls aged 15–17 years. The intensity of caries was assessed using the index caries + fillings + extracted permanent teeth and its components. Unstimulated oral fluid was collected into sterile tubes. Sodium, potassium, magnesium, phosphorus, and total and ionized calcium content and pH were examined in the oral fluid. Considering the pronounced right-sided asymmetry of the components of the index caries + fillings + extracted permanent teeth, calculations were performed using Poisson regression models. Results were presented as relative risks with 95% confidence intervals and as tests for trend. The prevalence of caries in the sample population did not differ by sex and was 87.8% for boys and 93.3% for girls (p = 0.221). On average, 1.8 carious teeth per person were detected in boys and 1.4 in girls (p = 0.021). No differences were found in the number of filled (p = 0.167) and extracted (p = 0.981) teeth. Additionally, the total sodium content in oral fluid was directly proportional to the index of caries + fillings + extracted permanent teeth (p = 0.040) and number of carious teeth (p < 0.001). The total oral fluid calcium was significantly associated with both the caries + fillings + extracted permanent teeth index (p = 0.019) and number of filled teeth (p = 0.001). Inverse relationships were found between the number of filled teeth and magnesium (p = 0.028) and phosphorus (p = 0.037) content. The study showed the presence of statistically significant relationships between the mineral composition of oral fluid and index of caries + fillings + extracted permanent teeth and its components. Thus, unfavorable living conditions in the Arctic zone provide additional risk factors for the occurrence of dental diseases. The results of the study, if confirmed in other populations, can be used to develop models for predicting the development and progression of caries in adolescents of the Far North. Further studies of the mineral composition of oral fluid are required to obtain more complete clinical and laboratory data, considering confounding factors such as nutrition and type of filling material.

Keywords

Arctic, Far North, dental diseases, caries, mineral composition of oral fluid, index caries + fillings + extracted permanent teeth, Nenets Autonomous Okrug, ionomics

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Кариес зубов является одной из наиболее распространенных проблем здоровья у подростков во всем мире. Проблема кариеса становится еще более значимой в особых условиях Арктической зоны Российской Федерации (АЗРФ), которые характеризуются суровым климатом, малонаселенными территориями, существенной долей малых и коренных народов в структуре населения, отсутствием федеральной транспортной системы, высокими затратами на обеспечение жизнедеятельности, а также дефицитом медицинских кадров, что приводит к трудностям в оказании стоматологической помощи [1].

В подростковом возрасте происходит пубертатный скачок роста, сопровождающийся изменением гормонального статуса и длительной по времени минерализацией костной ткани и зубов [2]. Из-за особенностей традиционного питания на отдаленных территориях и адаптационных механизмов организма у подростков могут наблюдаться более низкие содержания кальция, фосфора, калия и магния [3], что также оказывает влияние и на стоматологическое здоровье.

В АЗРФ у подростков отмечается высокий уровень распространенности кариеса, а интенсивность имеет сильный разброс значений от 2,5 в г. Норильске до 8,4 в г. Салехарде [4, 5]. Особенности течения кариеса связаны со множеством известных факторов риска, включая ограниченные возможности доступа к стоматологическим услугам [6], низкую осведомленность о гигиене полости рта [7], диету, богатую углеводами и промышленно переработанными продуктами питания [8], особенности состава питьевой воды [6, 9]. В настоящий момент дополнительно в патогенезе кариеса зубов пристальное внимание уделяется иономике смешанной слюны (ротовой жидкости) [10], что может объясняться рядом причин. В полости рта поддерживается гомеостаз благодаря специфическому составу ротовой жидкости, включающему определенное количество микроэлементов, белков и иммуноглобулинов. Этот состав играет важную роль в поддержании местного иммунитета и минерализации тканей зуба [11]. Эмаль, находясь на границе взаимодействия с внешней средой, подвергается различным воздействиям. Сохранение свойств и структуры эмали возможно только при постоянном динамическом равновесии эмали с ротовой жидкостью, осуществляемом через физико-химический обмен натрия, калия, кальция, фосфора, магния, бикарбоната и других компонентов. В результате чего возникает буферное равновесие, постэруптивное созревание эмали и становится возможной реминерализация структур зуба после их деминерализации [12]. Этот факт подтверждается экспериментами с использованием радиоактивных изотопов [13].

В вопросе изучения связи минерального состава ротовой жидкости с интенсивностью кариеса литературные данные демонстрируют неоднозначные результаты. Например, известно, что уровень кальция, магния и повышение pH ротовой жидкости существенно влияют на защиту твердых тканей зуба. Однако в некоторых исследованиях были выявлены слабые связи ионного состава ротовой жидкости с уровнем индекса кариес + пломбы + + удаленные постоянные зубы (КПУ). Тем не менее стоит настороженно относиться к полученным результатам ввиду особенностей и различий в методиках сбора данных и их обработки [14, 15]. Выраженная гетерогенность результатов опубликованных исследований вызывает серьезную необходимость в проведении качественных исследований в области иономики на различных территориях и возрастных группах. В АЗРФ подобные исследования ранее не проводились.

Цель исследования — изучить связь между интенсивностью кариеса и минеральным составом ротовой жидкости у подростков в Арктической зоне Российской Федерации на примере Ненецкого автономного округа (НАО).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В рамках Государственного задания № 056-00121-18-00 проведено обсервационное, поперечное, одномоментное обследование 171 подростка (82 юноши и 89 девушек) 15–17 лет, постоянно проживающих в НАО. Выборочная совокупность подростков для участия в исследовании отбиралась в средних общеобразовательных школах № 1 и № 4 г. Нарьян-Мара (административный центр НАО) и школах п. Искателей, с. Красное и с. Тельвиска. Кроме того, для включения подростков, относящихся к категории малых и коренных народов Севера, в выборку были включены обучающиеся в школе-интернате г. Нарьян-Мара. Эти дети родились в отдаленных сельских районах с отсутствием школ и иных условий для образования, но на момент обследования постоянно проживают и обучаются в школе-интернате административного центра округа. Обследование проводилось по методике Европейского бюро Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) 5-го издания [16]. В выборочную совокупность включались дети без тяжелой общей соматической патологии и инвалидности, обучающиеся в выбранной школе и присутствующие на занятиях в момент проведения исследования. Добровольное информированное согласие было подписано всеми учениками, вошедшими в выборку. Для оценки интенсивности кариеса использовали индекс КПУ и его компоненты.

Подростки заранее были ознакомлены с инструкцией по сбору ротовой жидкости. Сбор нестимулированной ротовой жидкости проводили в стоматологическом кабинете натощак или с голодной паузой минимум 2 ч, до стоматологического обследования. Также запрещалось до процедуры пить воду и другие напитки, курить, использовать жевательную резинку, чистить зубы. Для сбора материала использовали стерильные градуированные стеклянные пробирки объемом до 10 мл. Обследуемый наклонял голову вниз и осуществлял сбор жидкости самостоятельно, при этом прижимая пробирку к нижней губе и сталкивая в нее языком скопившуюся ротовую жидкость. После получения достаточного количества жидкости без пены материал распределялся исследователями при помощи стерильных пипеток по четырем эппендорфам и немедленно подвергался замораживанию при температуре –20 ℃. Далее контейнеры транспортировались в сухом льде в сумках-холодильниках авиатранспортом в г. Архангельск без размораживания. Хранение материала производили в холодильных камерах при температуре –80 ℃. Анализ проб слюны проводили в Центральной научно-исследовательской лаборатории Северного государственного медицинского университета.

Образцы ротовой жидкости после полного размораживания тщательно перемешивали на вортексе «Micro-spin» FV-2400 фирмы «Biosan» (Латвия), затем центрифугировали при 10 000 об/мин в течение 7 мин на миницентрифуге «MiniSpin» фирмы «Eppendorf» (Германия). Общий кальций, магний, фосфор в полученном супернатанте определяли на биохимическом автоматическом анализаторе «Random Access А-15» фирмы «Biosystems» (Испания). Для определения содержания общего кальция в ротовой жидкости использовали набор реагентов «Сalcium-arsenazo» фирмы «Biosystems» (Испания). Для определения концентрации магния применяли реагент «Magnesium» фирмы «Biosystems» (Испания). Содержание фосфора определяли с помощью реагентов «Phosphorus» фирмы «Biosystems» (Испания). Содержание ионизированного кальция, калия, натрия и рН определяли ионоселективным способом на анализаторе электролитов «Easylyte Calcium» Na/K/Ca/pH фирмы «Medica Corp.» (Соединенные Штаты Америки) с использованием проточных ионоселективных электродов. Для оценки интенсивности кариеса использовали индекс КПУ и его компоненты.

Статистический анализ полученных данных осуществлялся с помощью пакета статистических программ Stata v.18 (Stata Corp., TX). Распространенность кариеса представляли в виде долей с 95 % доверительными интервалами (ДИ), рассчитанными по методу Уилсона. Описательную статистику представляли для юношей и девушек раздельно. Сравнения долей проводили с помощью критерия хи-квадрат Пирсона. Индекс КПУ и его компоненты представлены в виде средних арифметических (М) с 95 % ДИ. Учитывая, что распределение индекса КПУ и его компонентов имеет выраженную правостороннюю асимметрию, анализ проводили с помощью регрессионного анализа Пуассона. Концентрации натрия, калия, магния, фосфора, ионизированного кальция, общего кальция и уровень pH для обеспечения сравнимости с другими исследованиями также представляли в виде М (95 % ДИ). Межгрупповые различия оценивали с помощью непараметрического критерия Манна – Уитни. Для нивелирования эффекта выбросов и асимметрии для основного анализа концентрации всех минеральных компонентов ротовой жидкости и pH разбили на терцили. Оценку связи между интенсивностью кариозного процесса и терцилями концентраций натрия, калия, магния, фосфора, ионизированного кальция, общего кальция и уровня pH проводили с помощью регрессионного анализа Пуассона. Нижний терциль, соответствующий наименьшим концентрациям, использовали в качестве референтной категории для всех независимых переменных. В качестве меры эффекта использовали относительный риск (ОР) с 95 % ДИ, показывающий, во сколько раз среднее значение переменой отклика (КПУ, К, П, У) будет выше во втором и третьем терциле каждой из независимых переменных по сравнению с референтной категорией. Для оценки тренда и увеличения чувствительности повторно проводили регрессионный анализ с введением терцилей в виде количественных переменных. Анализ статистических интеракций не выявил модификационного эффекта пола на связи между рН ротовой жидкости, концентрациями изучаемых элементов и компонентами индекса КПУ, поэтому анализ проводили без стратификации по полу, что позволило существенно увеличить чувствительность анализа и уменьшить вероятность бета-ошибок.

Проведение исследования было одобрено этическим комитетом Северного государственного медицинского университета (протокол № 08/11-18 от 28.11.2018).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Распространенность кариеса в выборочной совокупности не различалась по полу и составила 87,8 % у юношей и 93,3 % у девушек (р = 0,221). У юношей в среднем на человека было выявлено 1,8 кариозных зуба против 1,4 у девушек (р = 0,021). Различий в количестве запломбированных (p = 0,167) и удаленных (p = 0,981) зубов не обнаружено. Средние значения и 95 % ДИ для содержания натрия, калия, магния, фосфора, общего и ионизированного кальция представлены в таблице. Сравнения показали, что значимые различия по полу имели место только для концентрации калия (p = 0,004).

Таблица. Средние арифметические (М) и 95 % ДИ концентраций минералов в ротовой жидкости 15–17-летних подростков в Ненецком автономном округе, ммоль/л

Table. Means and 95% confidence intervals for concentrations of minerals in oral fluid among 15–17-year-old adolescents in Nenets Autonomous Area, mmol/l

Показатель	Юноши		Девушки		*p =*
Показатель	M	95% ДИ	M	95% ДИ	*p =*
Натрий	12,6	12,1–13,1	11,8	11,5–12,2	0,280
Калий	20,8	19,3–21,1	18,3	17,5–19,1	0,004
Магний	0,33	0,23–0,43	0,26	0,20–0,33	0,446
Фосфор	3,94	3,65–4,24	3,63	3,37–3,88	0,286
Ионизированный кальций	0,15	0,13–0,18	0,14	0,12–0,17	0,855
Общий кальций	0,40	0,36–0,45	0,38	0,34–0,43	0,843

Содержание натрия в ротовой жидкости было прямо пропорционально связано с индексом КПУ (p = 0,040). Еще более выраженная связь была с количеством кариозных зубов (p < 0,001). Подростки, у которых концентрация натрия в ротовой жидкости относилась к среднему и верхнему терцилям, имели на 39 и 80 % больше кариозных зубов соответственно.

Статистически значимых связей между содержанием калия и индексом КПУ или его компонентов не выявлено, за исключением тенденции к уменьшению числа удаленных зубов при увеличении концентрации калия (p = 0,070). Кроме того, подростки с наивысшим содержанием калия в ротовой жидкости имели в 2,4 раза меньше удаленных зубов, чем в референтной группе, но результаты не достигали уровня значимости.

Обратно пропорциональные связи были выявлены между содержанием магния и количеством запломбированных зубов (p = 0,028), причем это количество у подростков с наибольшими концентрациями магния было в среднем на 22 % меньше, чем в референтной группе. Кроме того, в этой же группе индекс КПУ был на 16 % ниже, в то время как тест для тренда не достигал уровня значимости (p = 0,054). Содержание фосфора в ротовой жидкости также было обратно пропорционально связано с количеством запломбированных зубов (p = 0,037), а подростки, чьи показатели фосфора ротовой жидкости попадали в средний и верхний терцили, имели на 27 и 19 % меньше запломбированных зубов, чем подростки с наименьшей концентрацией фосфора в ротовой жидкости. Общий кальций ротовой жидкости был прямо пропорционально связан как с индексом КПУ (p = 0,019), так и с количеством запломбированных зубов (p = 0,001). Подростки с наибольшей концентрацией общего кальция в ротовой жидкости имели на 19 % выше индекс КПУ, который был обусловлен более высоким (на 39 %) количеством запломбированных зубов. Кроме того, подростки со средними концентрациями общего кальция (средний терциль) имели на треть меньше кариозных зубов, чем в референтной группе. Для ионизированного кальция значимых трендов не выявлено, однако подростки со средним уровнем ионизированного кальция (средний терциль) имели на 54 % выше уровень КПУ за счет того, что у них было на 85 % больше запломбированных зубов.

Тренд между рН и количеством кариозных зубов был в ожидаемом направлении (p = 0,067), а подростки с максимальными уровнями рН имели на 25 % меньше кариозных зубов, но результаты не достигали уровня статистической значимости.

Следует заметить, что у подростков 15–17 лет НАО регистрируется высокий уровень распространенности кариеса. Учитывая преобладание запломбированных зубов в структуре индекса КПУ, подросткам оказывается необходимая стоматологическая помощь посредством организованного посещения врача-стоматолога [9]. Девушки могут быть более замотивированы в сохранении здоровья полости рта, чем юноши, что объясняет меньшее количество у них кариозных зубов.

Динамика натрия и калия в ротовой жидкости в течение дня изменчива и зависит от ряда факторов: от времени суток, употребляемой пищи, регуляции адаптивных гормонов при проживании в суровом климате [17, 18]. Поскольку коррекции результатов на эти факторы произведено не было, нет возможности утверждать, что именно повлияло на повышение уровня калия у юношей. Несмотря на отсутствие значимых различий по половому признаку в концентрации других изучаемых ионов, у юношей наблюдаются повышенные показатели по сравнению с девушками. По всей видимости, это объясняется регуляцией половых гормонов у юношей [19]. Так, было показано, что уровень содержания натрия и калия в ротовой жидкости может косвенно указывать на функциональное состояние адаптивных гормонов коры надпочечников под влиянием различных факторов внешней среды и состояния организма, обеспечивающих ответ на изменяющиеся условия внешней среды. Уровень этих минералов обратно пропорционален количеству кортикостероидов и катехоламинов в крови [18].

Большее количество кариозных зубов при повышении уровня натрия в ротовой жидкости, вероятно, происходит по нескольким причинам. Во-первых, употребление продуктов с большим содержанием соли и усилителей вкуса: чипсы, снеки, фаст-фуд, колбасные изделия в подростковом возрасте [20, 21]. Избыточное потребление соленой пищи вызывает чувство жажды, а по данным некоторых исследований, в подростковом возрасте имеется тенденция к замещению чистой питьевой воды сладкими газированными напитками, чаем с сахаром, соками, которые не нормализуют водно-солевой баланс [8]. Все эти факторы приводят к смещению электролитного баланса и повышению концентрации электролитов.

Во-вторых, в подростковом возрасте происходит становление гормональной системы, которая влияет на регуляцию слюнных желез. Так, выявлено, что при симпатотоническом типе происходит снижение скорости саливации, что отчасти может изменять концентрацию катионов [22]. Снижение скорости саливации также создает кариесогенную ситуацию в полости рта наряду с другими факторами.

Магний проявляет значительную антибактериальную эффективность путем нарушения адгезии микроорганизмов к поверхности зубов, а фосфор способствует процессам реминерализации. Предположительно, это объясняет меньшее количество запломбированных зубов ввиду того, что зубы более минерализованы и реже подвергаются кариозному процессу.

При окислительно-восстановительном балансе в слюне белки богаты пролином и стеарины связываются с кальцием, препятствуя его осаждению и способствуя активным процессам формирования и поддержания структуры минералов в эмали [23]. При терапевтическом лечении зубов активность антиоксидантной системы нарушается и происходит окислительный стресс, который может привести к изменению содержания общего кальция в ротовой жидкости. Например, у детей с преобладанием на зубах композитных пломб на протяжении 1,5 лет с момента их установки отмечалось повышение реактивной формы кислорода, что снижало уровень кальция в ротовой жидкости [12]. При наличии в зубах пломб из стеклоиономерного цемента, наоборот, отмечается достижение окислительно-восстановительного баланса спустя 3 недели после лечения [24]. В рамках обязательного медицинского страхования у детей в зубах с несформированным корнем преимущественно устанавливают пломбы из стеклоиономерного цемента, а в полностью сформированных — композитные химического отверждения. В нашем исследовании не учитывалось, каким материалом запломбированы зубы, поэтому нельзя однозначно утверждать, какие пломбы в полости рта превалируют у подростков НАО и могло ли их качество повлиять на содержание кальция в ротовой жидкости. Очевидно то, что высокое содержание некоторых неорганических компонентов в ротовой жидкости санированной полости рта может объяснять максимальное значение ее уровня рН [25].

Проведение исследования в условиях Крайнего Севера может внести существенный вклад в изучение стоматологического здоровья молодого населения данного региона и внести коррективы в разработку профилактических мероприятий. Несомненным преимуществом нашей работы является достаточная выборка и международная методика обследования, которые помогают качественно интерпретировать полученные данные. Кроме того, методика сбора ротовой жидкости, являясь неинвазиной и достаточно информативной, предпочтительна у детей и подростков. Ротовая жидкость отражает состояние гомеостаза полости рта и, соответственно, может характеризовать некоторые особенности подросткового организма. Для получения результатов данного исследования использовалась обработка данных с использованием современных методов биостатистики.

Факторами, способными гипотетически повлиять на ход исследования, могли являться возможное нарушение подростками условий сбора ротовой жидкости (отсутствие голодной паузы или чистка зубов), принадлежность к коренным или пришлым жителям Крайнего Севера (данный фактор не учитывался при проведении исследования), возможный прием обследованными подростками витаминно-минеральных комплексов, способных повлиять на минеральный состав ротовой жидкости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В целом у подростков 15–17 лет НАО регистрируется высокий уровень распространенности кариеса. При этом у них выявлены статистически значимые связи между минеральным составом ротовой жидкости и индексом КПУ и его компонентами. Для получения более полных клинико-лабораторных данных требуется проведение более углубленных исследований минерального состава ротовой жидкости с учетом смешивающих факторов, таких как питание и вид пломбировочного материала.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

Вклад каждого автора. М.А. Горбатова — разработка общей концепции, сбор и анализ данных, написание статьи; Т.Н. Юшманова — планирование и дизайн исследования, написание статьи; А.А. Симакова — дизайн исследования, написание статьи; Г.А. Антонова — сбор данных, написание статьи; П.А. Починкова — сбор данных, написание статьи; Л.Л. Шагров — лабораторный анализ биологического материала; Ю.М. Звездина — лабораторный анализ биологического материала; Н.И. Печинкина — лабораторный анализ биологического материала; А.М. Гржибовский — статистический анализ данных, написание статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Информированное согласие на публикацию. Авторы получили письменное согласие законных представителей пациентов на публикацию медицинских данных.

ADDITIONAL INFORMATION

Authors’ contribution. Thereby, all authors made a substantial contribution to the conception of the study, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the article, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the study.

The contribution of each author. M.A. Gorbatova — development of the general concept, data collection and analysis, writing the article; T.N. Yushmanova — planning and design of the study, writing the article; A.A. Simakova — study design, article writing; G.A. Antonova — data collection, article writing; P.A. Pochinkova — data collection, article writing; L.L. Shagrov — laboratory analysis of biological material; Yu.M. Zvezdina — laboratory analysis of biological material; N.I. Pechinkina — laboratory analysis of biological material; A.M. Grzhibovsky — statistical data analysis, article writing.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

Consent for publication. Written consent was obtained from the patients for publication of relevant medical information within the manuscript.