RAMAN-FLUORESCENT CHARACTERISTICS OF DIFFERENT ANATOMICAL AND TOPOGRAPHIC ZONES OF TEETH OF DIFFERENT FUNCTIONAL GROUPS
- Authors: Alexandrov M.T.1, Dmitrieva E.F1, Akhmedov A.N1, Artemova O.A1, Potrivailo A.1, Prikule D.V1
-
Affiliations:
- I.M. Sechenov First MGMU (Sechenovskiy Universitet)
- Issue: Vol 23, No 5 (2019)
- Pages: 188-191
- Section: Articles
- Submitted: 24.08.2020
- Published: 15.12.2019
- URL: https://rjdentistry.com/1728-2802/article/view/43077
- DOI: https://doi.org/10.18821/1728-2802-2019-23-5-188-191
- ID: 43077
Cite item
Full Text
Abstract
Full Text
Введение Зубная эмаль - самая минерализованная ткань организма. Ее состав - 96-98 мас.% неорганических веществ, 2-4 мас.% органических веществ и воды. В настоящее время методы лазерной раман-флуо-ресцентной спектроскопии, их технологическая и аппаратная реализация играют все большую роль в медицине [1-6]. В стоматологии проводятся как экспериментальные, так и клинические исследования возможностей средств квантовой электроники, как источников лазерного излучения для диагностики, профилактики и лечения заболеваний твердых тканей зубов. При этом на первый план выходят задачи идентификации и характеризации органических и неорганических молекул, включая мониторинг их структурных изменений, измерение концентраций веществ, входящих в состав пробы. В частности, в исследовании S. Yang и других авторов [7-10] отмечено, что на основе использования рамановской спектроскопии можно оценить минерализацию твердых тканей зуба. В своей работе [7] зуб с кариесом эмали сравнивали с интарктными его участками при волновых числах 960 и 880 см-1, соответствующих (PO4)3- и (CO3)2. Выявлено, что разница между интарктным участком зуба и зоной кариеса одного и того же зуба имеет четко выраженные спектральные различия на указанных длинах волн, что позволило авторам с высокой степенью чувствительности дифференцировать указанную патологию с инфарктной тканью. Ionita I. [11], используя рамановскую технологию, подтвердил, что минерализация эмали меняется с возрастом [12]. Кроме того, автором выявлено, что нарушение гигиенического состояния твердых тканей зуба приводит к нарушению степени его минерализации. Следует отметить, что в литературе не представлены раман-флуоресцентные технологии, позволяющие в реальном масштабе времени одномоментно оценивать как гигиеническое состояние твердых тканей зуба, так и степень их минерализации. При этом не изучен такой клинически важный аспект, как распределение минерализации в различных ана-томо-топрографических зонах зуба - режущий край, жевательная поверхность, экватор, шейка зуба. Цель нашего исследования - методом раман-флюоресцентной спектроскопии изучить минерализацию различных анатомо-топографических зон эмали зуба и определить ее клиническое значение. Материал и методы В настоящем доклиническом исследовании in vitro на модельных тест-объектах зубов, удаленных по клиническим показаниям (резцы, клыки, премоляры, моляры), проводили оценку минерализации различных анатомо-топографичеких зон указанных зубов, используя лазерный аппаратно-программный комплекс раман-флюоресцентной диагностики «Ин-Спектр М» с длиной волны зондирующего излучения 532 нм. Исследование выполнялина основе предварительных экспериментов in vitro, где объективно показано, что рамановские спектры зубов (эмаль зуба) адекватны показателям эталонного образца гидроксилапатита - линия ГАП. Данный результат определил выбор методики для решения цели и задач исследования. С помощью АПК «ИнСпектр М» тест-объекты (эмаль, дентин, цемент исследуемых зубов) подвергали воздействию лазерного излучения видимого диапазона. Одновременно собирали и обрабатывали полученную информации. Объект (зуб) измеряли в контактно-стабильном положении к источнику излучения. Каждое спектральное измерение соответствовало Мср из пятисот измерений, при длительности одного измерения-100 мкс (на основании отработанного в эксперименте времени накопления сигнала, необходимого для его визуализации и измерения). Обще время одного измерения соответствовало 2,5-3 мин. Всего в доклиническом исследовании использовали 20 тест-объектов зубов по 5 из каждой функциональной группы (5 резцов, 5 клыков, 5 премоляров, 5 моляров), удаленных по клиническим показаниям. Для количественной оценки интенсивности рамановского излучения на длине волны гидроксила-патита-963 см-1 (в относительных единицах) измеряли его показатели в максимуме и минимуме спектральной мощности. Полученную разницу (отн. ед.) принимали за интенсивность Рамана для эмали исследуемых зубов (М ср.). Результаты исследования Из табл. 1 следует, что распределение степени минерализации твердых тканей зуба по убывающей характеризуется следующим образом: экватор (М ср.) 3081 отн. ед., режущий край (М ср.) 3058 отн. ед., пришеечная область (М ср.) 2992 отн. ед. Из табл. 2 следует, что распределение степени минерализации твердых тканей зуба по убывающей характеризуется следующим образом: экватор (М ср.) 5791 отн. ед., режущий край (М ср.) 4679 отн. ед., пришеечная область (М ср.) 2662 отн. ед. Из табл. 3 следует, что распределение степени минерализации твердых тканей зуба по убывающей харастеризуется следующим образом: экватор (М ср.) 4501 отн. ед., оклюзионная поверхность (М ср.) 2911 отн. ед., пришеечная область (М ср.) 2499 отн. ед. Из табл. 4 следует, что распределение степени минерализации твердых тканей зуба по убывающей характеризуется следующим образом: экватор (М ср.) 3511 отн. ед., оклюзионная поверхность (М ср.) 1898 отн. ед., пришеечная область (М ср.) 1113 отн. ед. Заключение Из представленных в табл. 1-4 данных видно, что в различных анатомо-топографических зонах (режущий край, жевательная поверхность, экватор, шейка зуба) во всех группах зубов (резцы, клыки, премоляры, моляры) отмечается наибольшая степень минерализации твердых тканей зуба в области экватора, чуть в меньшей степени - в области режущего края и окклюзионной поверхности и наименьшая степень в пришеечной области. Полученные данные согласуются с литературными о иммунных зонах зуба, к которым относятся бугры, режущий край и экватор. Так, по данным [13], установлено, что имеются поверхности или участки зуба, которые поражаются чаще других. Автором показано, что на больших и малых коренных зубах раньше других поражаются фиссуры жевательных поверхностей и слепые ямки. Выявлено, что частота поражения кариесом разных зубов неодинакова: зубы верхней челюсти поражаются чаще, чем зубы нижней челюсти. Резцы и клыки поражаются кариесом значительно реже, чем малые и большие коренные зубы. Наши данные более объективно и конкретно уточняют результаты, представленные другими исследователями. Неодинаковая минерализация различных функциональных групп зубов показала, что наибольшая степень минерализации, которую отмечали в области режущего края, экватора и пришеечной области, наблюдается у клыков и резцов, меньшая степень минерализации отмечается у жевательной группы зубов (премоляры, моляры) в области окклюзионной поверхности и пришеечной области, однако в области экватора близка к показателям фронтальной группы зубов. Результаты эксперимента свидетельствуют об экспрессности и информативности метода Рамановской спектроскопии для изучения структурных особенностей твердых тканей зубов, а также являются наиболее точными для анализа органических веществ. Последнее подтверждено и работами других авторов [1416]. Несомненные плюсы этой перспективной медицинской технологии - экспрессность, компактность и портативность используемой аппаратуры, высокая разрешающая способность порядка 1А, чувствительность и воспроизводимость методов измерения, малая погрешность измерения, возможность использования микрообъемов материала и отсутствием разрушений после анализа. Данная методика может быть использована в клинических условиях после соответствующей сертификации, отработки клинического алгоритма работы, что является новым и перспективным для стоматологии и может найти широкое применение при диагностике и лечении кариеса, поражении твердых тканей зуба некариозного происхождения, проведении реминерализующей терапии, оценке ее клинической эффективности при различных патологических процессах (при действии физических, химических и биологических факторов на твердые ткани зуба).About the authors
Mikhail Timofeevich Alexandrov
I.M. Sechenov First MGMU (Sechenovskiy Universitet)
Email: alex_mta@mail.ru
MD, professor 119146, Moscow
E. F Dmitrieva
I.M. Sechenov First MGMU (Sechenovskiy Universitet)119146, Moscow
A. N Akhmedov
I.M. Sechenov First MGMU (Sechenovskiy Universitet)119146, Moscow
O. A Artemova
I.M. Sechenov First MGMU (Sechenovskiy Universitet)119146, Moscow
A. Potrivailo
I.M. Sechenov First MGMU (Sechenovskiy Universitet)119146, Moscow
D. V Prikule
I.M. Sechenov First MGMU (Sechenovskiy Universitet)119146, Moscow
References
- Huser T. Nanosensors using Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS). Center for Biophotonics Science and Technology; EAD289: 2007.
- Александров М.Т., Маргарян Э.Г. Применение лазерных технологий в клинике терапевтической стоматологии (обоснование, возможности, перспективы). Российская стоматология. 2017; 3: 31-6.
- Александров М.Т., Пашков Е.П., Баграмова Г.Э., Кукушкин В.И., Маргарян Э.Г. Возможности и перспективы применения раман-флюоресцентной диагностики в стоматологии. Российский стоматологический журнал. 2018; 22(1): 4-11.
- Kukushkin I.V. “Raman spectroscopy of collective excitations”, International Conference on Application of High Magnetic Field in Semiconductor Physics, HMFSP-18, 31 July - 5 August 2010, Fukuoka, Japan, Proceedings. 2010; 49.
- Kukushkin I.V. “Rotons in the dispersion of collective excitations studied by Raman technique”, International Conference “The Quantum Hall Effect”, 2-4 May 2010, Minneapolis, USA, Proceedings. 2010; 39.
- Kulik L.V., Zhuravlev A.S. “Resonant Raman scattering as a probe of electron spinpolarization”,20th International Conference on High Magnetic Fields in Semiconductor PhysicsJuly 22-27 2012, Chamonix, France, Proceedings. 2012; 131.
- Yang S., Li B., Akkus A., Akkus O., Lang L. Wide-Field Raman Imaging of Dental LesionsSchool of Dental Medicine (Case Western Reserve University. Cleveland: OH, 44106, USA. Raman Spectroscopy).
- Pezzotti G. Raman piezo-spectroscopic analysis of natural and synthetic biomaterials. Anal. Bioanal. Chem. 2005; 381: 577-90.
- Kirchner M.T., Edwards H.G.M., Lucy D., Pollard A.M. Ancient and modern specimens of human teeth: A Fourier transform Raman spectroscopic study. J. Raman Spectros. 1997; 28: 171-8.
- Boskey A.L., Mendelsohn R. Infrared spectroscopic characterization of mineralized tissue. Vib. Spectros. 2005; 38: 107-14.
- Ionita I. Diagnosis of tooth decay using polarized micro-Raman confocal spectroscopy. Rom. Rep. Phys. 2009; 61: 567-74.
- Ager J.W., Nalla R.K., Breeden K.L., Ritchie R.O. Deep-ultraviolet Raman spectroscopy study of the effect of aging on human cortical bone. J. Biomed. Optic., 2005; 10: 034012.
- Максимовский Ю.М., Ульянова Т.В., Гринин В.М. и др. Кариес зубов [Электронный ресурс] М.: ГЭОТАР-Медиа; 2009.
- Kneipp K., Kneipp H., Itzkan I., Dasari R., Feld M. Surface enhanced Raman scattering and biophysics. J. Phys. Condensed Matter. 2002;14: R597-R624. http://www.studmedlib.ru/book/IS- BN9785970408643.html
- Sheng R., Nii F., Cotton T. Determination of purine bases by reversed-phase high-performance liquid chromatography using realtime surface-enhanced Raman spectroscopy.Anal. Chem. 1991; 63, 437. http://www.studmedlib.ru/book/ISBN9785970408643.html
- Thornton J., Force R. Appl. Spectrosc. 1991; 45, 1522.