Экспериментальная оценка возможности профилактики рецидивирующего кариеса зубов методом гальванофоретической наноимпрегнации дентина
- Авторы: Бессуднова А.Р.1, Румянцев В.А.1, Фролов Г.А.2, Блинова А.В.1, Битюков В.В.1
-
Учреждения:
- ФГБОУ ВО «Тверской государственный медицинский университет» Минздрава России
- НИТУ «Московский институт стали и сплавов» Министерства высшего образования и науки России
- Выпуск: Том 23, № 2 (2023)
- Страницы: 13-18
- Раздел: СТОМАТОЛОГИЯ
- URL: https://aspvestnik.ru/2410-3764/article/view/246037
- DOI: https://doi.org/10.55531/2072-2354.2023.23.2.13-18
- ID: 246037
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Цель исследования – оценить степень импрегнации дентина дна механически обработанных кариозных полостей зубов наночастицами препарата гидроксида меди-кальция (ГМК) под влиянием гальванофореза.
Материал и методы. Исследование провели на 21 зубе, удаленном по различным врачебным показаниям, с сопутствующим диагнозом «кариес дентина». После механической обработки полости промывали физиологическим раствором, затем на дно помещали пасту ГМК, сверху покрывали алюминиевой фольгой, устанавливали дренаж из хлопчатобумажной нити и изолировали временными пломбами. Для поддержания осмотического баланса зубы помещались в лабораторную модель, представляющую собой пластиковую ванночку с физиологическим раствором и меламиновой губкой, на срок 1, 14 и 30 суток. Затем готовили продольные спилы зубов, которые подвергали электронно-микроскопическому исследованию.
Результаты. При проведении гальванофореза ГМК импрегнация дентина в области дна кариозной полости зуба высокодисперсными частицами, содержащими медь, происходит уже в течение первых суток. При этом глубина проникновения частиц препарата достигает 10,1 мкм. Максимальная глубина проникновения частиц в дентин (до 30 мкм) наблюдается при длительности гальванофореза в течение 30 суток. Максимальные значения коэффициента диффузии и ее скорости регистрируются по истечении первых суток проведения гальванофореза. При увеличении времени гальванофореза до 14 и 30 дней эти показатели снижаются.
Заключение. Описанная методика может использоваться как вариант выбора с целью профилактики рецидивирующего кариеса зубов, особенно при наличии глубоких полостей.
Ключевые слова
Полный текст
Список сокращений
ГМК – гидроксид меди-кальция.
ВВЕДЕНИЕ
Распространенность кариеса зубов у взрослого населения составляет 95–99% [1]. Достаточно высока и распространенность рецидивирующего кариеса, которая варьирует от 13% до 35% [2–5].
Рецидивы кариеса возникают прежде всего в результате деструкции органических субстанций дентина под влиянием микробной биопленки, оставшейся как в необработанных участках дна и стенок полости, так и в глубине дентинных канальцев [6, 7]. Клинический опыт показывает, что ни применение кариес-индикаторов, ни использование высокоактивных ирригационных растворов, ни лазерное или ультразвуковое воздействия не гарантируют надежной профилактики персистенции микрофлоры в дентинных канальцах, где она может находиться на глубине от нескольких микрометров до десятков микрометров [8]. Таким образом, для профилактики кариеса под реставрациями должны использоваться материалы, оказывающие выраженное пролонгированное бактерицидное действие [9].
Уникальные свойства наноматериалов и биологическая активность частиц в размерном диапазоне от 1 до 100 нм уже сейчас используются в медицине, микроэлектронике, энергетике, строительстве, химической, фармацевтической, парфюмерно-косметической и пищевой промышленности [10]. В стоматологии одним из хорошо зарекомендовавших себя и разрешенных к применению нанопрепаратов является гидроксид меди-кальция (гидроксокупрат кальция, ГМК), имеющий химическую формулу Ca[Cu(OH)4]. Он обладает высокоактивным противомикробным и обтурирующим действиями [11]. В водной суспензии препарат представлен агрегатами микрочастиц размерами 40–60 мкм. Такие агрегаты в свою очередь образованы сферическими частицами, образующимися путем коалесценции кристаллогидратов оксида меди (II) и оксида кальция, имеющих средний размер 12±3,2 нм [12].
В эндодонтии при лечении апикального периодонтита успешно используются методики применения ГМК: депофорез, гальванофорез, пассивная наноимпрегнация. С их помощью удается осуществлять деконтаминацию пространств в дентине корня зуба на достаточной глубине, что позволяет предупредить рецидив заболевания и существенно повысить эффективность эндодонтического лечения [13]. При этом применение препаратов ГМК для профилактики возникновения рецидивирующего кариеса до сих пор изучено недостаточно.
В эксперименте, благодаря оптическим свойствам меди, с помощью высокочувствительного светового микроскопа возможно зарегистрировать наличие высокодисперсных частиц, содержащих медь, в дентине на глубине до 500 мкм, в концентрации более 0,2%. Анализируя эти данные, можно прогнозировать антибактериальный эффект наноимпрегнации дентина зуба ГМК, в том числе при лечении глубокого кариеса.
ЦЕЛЬ
Экспериментальная оценка степени импрегнации дентина дна механически обработанных кариозных полостей зубов наночастицами препарата гидроксида меди-кальция под влиянием гальванофореза для профилактики рецидивирующего кариеса.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Исследование провели на 21 зубе, удаленном по различным врачебным показаниям, с сопутствующим диагнозом по МКБ-10 «К02.1 – кариес дентина». Глубина кариозных полостей в области всех зубов была одинаковой, характерной для глубокого кариеса. Течение кариеса было хроническим. Механическую обработку осуществляли с помощью зубоврачебных боров, согласно принятым в России клиническим рекомендациям по лечению кариеса. При этом размягченный пигментированный дентин убирали и полости препарировали до плотного дентина, когда кончик зубоврачебного зонда не увязал в нем, а легко скользил по дну. После механической обработки зубы помещали в лабораторную модель. Полости промывали физиологическим раствором и высушивали воздухом. Затем на дно полостей помещали пасту ГМК слоем толщиной не более 1 мм, которую сверху покрывали алюминиевой фольгой, устанавливали дренаж из хлопчатобумажной нити и изолировали временными пломбами из стеклополиалкенатного цемента. В качестве препарата ГМК использовали «Купрал»® (Humanchemie GmbH, Германия).
Лабораторная модель представляла собой пластиковую ванночку с физиологическим раствором и меламиновой губкой, в которую помещали удаленные зубы с препарированными полостями так, чтобы они до уровня шеек были погружены в физиологический раствор (рисунок 1А). Концы дренажных нитей, выходящие из-под временных пломб, также погружали в физиологический раствор. Таким образом осуществляли гальванофорез ГМК в дентин дна полостей разных зубов в течение 1, 14 и 30 суток. По окончании этих периодов зубы извлекали из модели, удаляли временные пломбы, фольгу и остатки ГМК. Затем с помощью тонких алмазных боров получали спилы коронковых частей зубов в области сформированных полостей толщиной 300–500 мкм (рисунок 1В). Спилы подвергали электронно-микроскопическому исследованию с целью оценки глубины импрегнации дентина ГМК относительно дна полостей в зубах, а также качественную и количественную оценку перемещения заряженных частиц ГМК в дентинные канальцы зубов под влиянием гальванического тока.
Рисунок 1. Экспериментальная лабораторная модель (А), спилы зубов с кариозными полостями (В).
Просвечивающую электронную микроскопию препаратов проводили с помощью просвечивающего электронного микроскопа LEO 912 5 ABOMEGA (Karl Zeiss) с энергетическим фильтром и системой Келлера (ускоряющее напряжение: 60, 80, 100, 120 кВ, область освещения: 1–75 мкм, апертура освещения – 0,02–5 миллирадиан, разрешение по энергии упругого рассеивания – 1,5 эВ, область измерения энергии неупругого рассеивания – 0–2500 эВ).
Статистический анализ включал вычисление из вариационных рядов среднего диаметра частиц ГМК, средней массовой концентрации частиц в исследуемом препарате, средней глубины обнаружения в дентине максимальной массовой концентрации частиц, среднего значения максимальной глубины проникновения частиц препарата в дентин, а также средней концентрации частиц в образцах на этих двух уровнях. Данные представлены в формате М±m. Для сравнения данных показателей в экспериментальных группах применяли критерий Стъюдента или критерий Манна – Уитни, в зависимости от характеристик распределения данных.
Кроме того, по результатам электронно-микроскопического исследования рассчитывали коэффициент диффузии (D) и скорость диффузии (õ), которые определяли по формулам Дайнеса – Баррера на отрезке от дна полости в зубе до спектра исследования в глубине дентина, где электронный микроскоп регистрировал медь-содержащие частицы в концентрации более чем 0,2%.
(1)
где x – глубина импрегнации дентина, мкм; t – время импрегнации дентина, сутки.
РЕЗУЛЬТАТЫ
При визуализации с помощью просвечивающего электронного микроскопа в составе препарата гидроксида меди-кальция «Купрал»® обнаружены частицы размером 277±22,6 нм (рисунок 2). Среднее значение массовой концентрации (С, %) высокодисперсных частиц, содержащих медь, в препарате составило 10,3%. Эта концентрация впоследствии являлась исходной для расчетов распределения частиц от границы дна кариозных полостей.
Рисунок 2. Результаты просвечивающей электронной микроскопии (А) и рентгенофлуоресцентного элементного анализа (В) препарата «Купрал»®.
При проведении гальванофореза пасты «Купрал»® в течение одних суток максимальная массовая концентрация выявляемых высокодисперсных частиц, содержащих медь, была зарегистрирована на глубине 1,8±0,05 мкм от дна полостей и составила 1,2%, при средней концентрации 0,75±0,08%. Максимальная глубина проникновения и визуализация высокодисперсных частиц, содержащих медь, в количестве 0,3% в образцах составила 10,1±0,22 мкм (рисунок 3А). Согласно расчетам, коэффициент диффузии (D) был равен 17,0±0,18 мкм2/сутки, а ее скорость (õ) – 10,1±0,11 мкм/сутки.
Рисунок 3. Примеры электронных микрофотографий спилов зубов после проведения процедур гальванофореза препарата «Купрал»® в течение А – одних суток, В – 14 суток, С – 30 суток.
При проведении гальванофореза пасты «Купрал»® в течение 14 суток максимальная концентрация высокодисперсных частиц, содержащих медь, (2,0%) была зарегистрирована на глубине 0,4±0,04 мкм, а наиболее отдаленная точка проникновения при концентрации 0,3% была зафиксирована на глубине 19,3±0,27 мкм (рисунок 3В). Коэффициент диффузии (D) составил 4,4±0,05 мкм2/сутки, скорость диффузии (õ) – 1,4±0,07 мкм/сутки.
При проведении гальванофореза пасты «Купрал»® в течение 30 суток максимальная концентрация высокодисперсных частиц, содержащих медь, составила 1,9% на глубине 5,0±0,03 мкм, при средней концентрации 0,8±0,06%. Максимальная глубина проникновения и визуализация частиц при концентрации 0,4% в образцах составила 30,0±0,54 мкм (рисунок 3С). Коэффициент диффузии (D) составил 0,2±0,03 мкм2/сутки, скорость диффузии (õ) – 1,0±0,02 мкм/сутки.
На рисунке 4 приведены графики зависимости концентрации высокодисперсных частиц, содержащих медь, в дентине кариозных полостей зубов от длительности гальванофоретической наноимпрегнации. Сравнительный статистический анализ значений, полученных в разные сроки гальванофоретической наноимпрегнации (1, 14 и 30 суток), продемонстрировал существенное значимое различие между показателями глубины обнаружения в дентине дна кариозных полостей максимальной концентрации высокодисперсных частиц, содержащих медь (1,8; 0,4 и 5,0 мкм соответственно, р<0,001). Столь же выраженные различия были обнаружены и между средними показателями максимальной глубины проникновения препарата в дентин (10,1; 19,3 и 30,0 мкм соответственно срокам наноимпрегнации, р <0,001).
Рисунок 4. Концентрация высокодисперсных частиц, содержащих медь, в дентине зубов на различной глубине при проведении гальванофореза пасты «Купрал»® в течение различного времени: кривая красного цвета – 1 сутки, кривая желтого цвета – 14 суток, кривая фиолетового цвета – 30 суток.
Расчет коэффициентов диффузии в разные сроки гальванофоретической наноимпрегнации показал, что их значения существенно уменьшаются с течением времени. Такое снижение средних показателей D относительно первых суток составило 3,9 раза к 14 суткам и 85 раз к 30 суткам (р <0,001). Соответственно и средние показатели скорости импрегнации к 14 суткам уменьшились в 7,2 раза, а к 30 суткам – в 10,1 раза (р <0,001).
ОБСУЖДЕНИЕ
В ходе исследования установлено, что под воздействием гальванического тока препарат гидроксида меди-кальция проникает в толщу дентина по дентинным канальцам. Максимальная глубина проникновения, зарегистрированная в настоящем исследовании, составила 30 мкм. Учитывая создание максимальной массовой концентрации 10,3% высокодисперсных частиц, содержащих медь, в области дна полостей и постепенное ее уменьшение до 2%, можно предположить, что проникновение частиц со средним размером 277±22,6 нм происходит как под влиянием гальванического тока, так и за счет градиента концентрации. Но постепенно процесс тормозится вследствие кристаллизации препарата и образования частиц большего размера, имеющих соответственно меньшую диффузионную способность. Четко определена средняя зона импрегнации дентина высокодисперсными частицами, содержащими медь, характерная для всех образцов с разными сроками гальванофореза, – это зона от 2 до 6 мкм от дна полостей.
Было выявлено, что в течение первых суток наблюдается максимальное насыщение дентина высокодисперсными частицами, содержащими медь. В этот период коэффициент диффузии частиц максимален и составляет в среднем 7,2±0,07 мкм2/сутки. Далее скорость импрегнации дентина частицами уменьшается, теряется их способность проникать в дентинные канальцы и в последующем диффузия практически прекращается. Таким образом, можно предположить, что терапевтический эффект при проведении гальванофореза ГМК в области дна кариозной полости может быть достигнут уже по истечении первых суток экспозиции.
Учитывая диаметр дентинных канальцев в области дна полостей – около 0,5 мкм и его постепенное увеличение до 2–3 мкм в зоне околопульпарного дентина [14], можно предположить, что возможна импрегнация дентина на бо´льшую глубину, при условии, что препарат ГМК не будет образовывать крупные конгломераты кристаллов из-за увеличения в этом случае количества дентинной жидкости. Возможным вариантом замедления кристаллизации частиц может быть добавление к препарату ГМК гидрозоля наночастиц меди или серебра размерами 1–5 нм. Известно, что, образуя с заряженными частицами ГМК комплексные структуры, они могут многократно повышать их кинетическую энергию [12]. Однако и обнаруженные в ходе настоящего исследования находки позволяют говорить о том, что наноимпрегнация дентина в области дна кариозной полости способна надежно обтурировать дентинные канальцы в этой зоне, оказывая выраженное пролонгированное противомикробное действие, аналогичное таковому в случаях эндодонтического лечения зубов с применением методов наноимпрегнации дентина корня [15]. Поэтому можно надеяться, что, будучи подтвержденной в клинических исследованиях, описанная методика может использоваться как вариант выбора с целью профилактики рецидивирующего кариеса зубов, особенно при наличии глубоких полостей.
ВЫВОДЫ
- При проведении гальванофореза препарата гидроксида меди-кальция «Купрал»® импрегнация дентина в области дна кариозной полости зуба высокодисперсными частицами, содержащими медь, происходит уже в течение первых суток. При этом глубина проникновения частиц препарата достигает 10,1 мкм.
- При увеличении длительности гальванофореза «Купрала»® до 14 суток происходит увеличение как глубины проникновения частиц в дентин (с 10,1 до 19,3 мкм), так и массовой концентрации высокодисперсных частиц, содержащих медь, на границе импрегнации (с 1,2 до 2%). Максимальная глубина проникновения частиц в дентин (до 30 мкм) наблюдается при длительности гальванофореза в течение 30 суток.
- Максимальные значения коэффициента диффузии (D) и ее скорости (õ) регистрируются по истечении первых суток проведения гальванофореза. При увеличении времени гальванофореза до 14 и 30 дней эти показатели снижаются.
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.
Об авторах
Александра Романовна Бессуднова
ФГБОУ ВО «Тверской государственный медицинский университет» Минздрава России
Автор, ответственный за переписку.
Email: bessudnova.aleksa@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9565-7133
аспирант кафедры пародонтологии
Россия, ТверьВиталий Анатольевич Румянцев
ФГБОУ ВО «Тверской государственный медицинский университет» Минздрава России
Email: rumyancev_v@tvgmu.ru
ORCID iD: 0000-0001-6045-3333
д-р мед. наук, профессор, заведующий кафедрой пародонтологии
Россия, ТверьГеоргий Александрович Фролов
НИТУ «Московский институт стали и сплавов» Министерства высшего образования и науки России
Email: georgifroloff@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1460-6030
доцент кафедры физической химии
Россия, МоскваАлиса Владимировна Блинова
ФГБОУ ВО «Тверской государственный медицинский университет» Минздрава России
Email: blinova-alisa@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4315-163X
аспирант кафедры пародонтологии
Россия, ТверьВладимир Васильевич Битюков
ФГБОУ ВО «Тверской государственный медицинский университет» Минздрава России
Email: bitykova_l@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0479-4971
ассистент кафедры стоматологии
Россия, ТверьСписок литературы
- Chisini LA, Collares K, Cademartori MG, et al. Restorations in primary teeth: a systematic review on survival and reasons for failures. Int J Paediatr Dent. 2018;28(2):123-139. doi: 10.1111/ipd.12346
- Askar H, Krois J, Göstemeyer G, et al. Secondary caries: what is it, and how it can be controlled, detected, and managed? Clin Oral Investig. 2020;24(5);1869-1876. doi: 10.1007/s00784-020-03268-7
- Berkowitz RJ, Amante A, Kopycka-Kedzierawski DT, et al. Dental caries recurrence following clinical treatment for severe early childhood caries. Pediatr Dent. 2011;33(7):510-514.
- Brouwer F, Askar H, Paris S, et al. Detecting secondary caries lesions: A systematic review and meta-analysis. J Dent Res. 2016;95(2):143-151. doi: 10.1177/0022034515611041
- Pine CM, Adair PM, Burnside G, et al. Dental recur randomized trial to prevent caries recurrence in children. J Dent Res. 2020;99(2):168-174. doi: 10.1177/0022034519886808
- Zhang N, Ma Y, Weir MD, et al. Current Insights into the Modulation of Oral Bacterial Degradation of Dental Polymeric Restorative Materials. Materials (Basel). 2017;10(5):507. doi: 10.3390/ma10050507
- Zorina OA, Petrukhina NB, Tupitsin AA, et al. Diagnostic and prognostic significance of the hypoxia-dependent factor-1α for the development of a carious lesion. Stomatologiya. 2019;98(4):15-19. (In Russ.). [Зорина О.А., Петрухина Н.Б., Тупицин А.А., и др. Диагностическая и прогностическая значимость гипоксия-зависимого фактора-1α для развития кариозного поражения. Стоматология. 2019;98(4):15-19]. doi: 10.17116/stomat20199804115
- Ricucci D, Siqueira JF Jr. Biofilms and apical periodontitis: study of prevalence and association with clinical and histopathologic findings. J Endod. 2010;36(8):1277-1288. doi: 10.1016/j.joen.2010.04.007
- Schwendicke F, Kern M, Blunck U, et al. Marginal integrity and secondary caries of selectively excavated teeth in vitro. J Dent. 2014;42(10):1261-1268. doi: 10.1016/j.jdent.2014.08.002
- Blinova AV, Rumyantsev VA. Nanotechnologies as the reality of modern dentistry (literature review). Endodontics Today. 2020;18(2):56-61. (In Russ.). [Блинова А.В., Румянцев В.А. Нанотехнологии – реальность современной стоматологии (обзор литературы). Эндодонтия Today. 2020;18(2):56-61]. doi: 10.36377/1683-2981-2020-18-2-56-61
- Meto A, Droboniku E, Blasi E, et al. Copper-Calcium Hydroxide and Permanent Electrophoretic Current for Treatment of Apical Periodontitis. Materials (Basel). 2021;14(3):678. doi: 10.3390/ma14030678
- Rumyantsev VA, Frolov GA, Blinova AV, et al. Electron microscopic properties of a new antimicrobial nanodrug based on copper-calcium hydroxide compound. Avicenna Bulletin. 2021;23(4):532-41. (In Russ.). [Румянцев В.А., Фролов Г.А., Блинова А.В., и др. Электронно-микроскопические свойства нового противомикробного нанопрепарата на основе гидроксида меди-кальция. Вестник Авиценны. 2021;23(4):532-41]. doi: 10.25005/2074-0581-2021-23-4-532-541
- Aminsobhani M, Bolhari B, Dorost B, et al. Measurement of Copper ion Extrusion from the Apex of Human Teeth with Single Canals Following of Electrophoresis. Eur Endod J. 2021;6(2):226-229. doi: 10.14744/eej.2020.61687
- Lenzi TL, Guglielmi Cde A, Arana-Chavez VE, et al. Tubule density and diameter in coronal dentin from primary and permanent human teeth. Microsc Microanal. 2013;19(6):1445-1449. doi: 10.1017/S1431927613012725
- Zablotskaya MV, Mitronin AV, Zablotskaya NV. Treatment of acute apical periodontitis using depophoresis and cold argon plasma. Smolensk medical almanac. 2018;1:109-112. (In Russ.). [Заблоцкая М.В., Митронин А.В., Заблоцкая Н.В. Лечение острого апикального периодонтита с применением метода депофореза и холодной аргоновой плазмы. Смоленский медицинский альманах. 2018;1:109-112].