Свойства эмали, дентина зуба с точки зрения восстановления депульпированного зуба
Основной составляющей концепции адгезивной конфигурации является сама адгезия, под которой подразумевается склеивание или гибридизация поверхности твердых тканей зуба посредством полимерных материалов.
Глубокое понимание адгезивного протокола и биомеханических особенностей дентина и эмали позволяет стоматологу восстанавливать структурные, функциональные и эстетические параметры поврежденного зуба. Непрерывное совершенствование адгезивных технологий расширило возможности реставрационной стоматологии, что позволило добиться улучшений как с медико-биологической (длительное сохранение витальных зубов), так и с социально-экономической точки зрения (снижение стоимости терапии по сравнению с более инвазивными вариантами лечения).
Тем не менее на надежность адгезии внутрикорневой реставрации к стенкам канала влияет много составляющих, в том числе особенности его препарирования, фактор конфигурации (С-фактор), глубина проникновения света, ирригация канала, анатомо-морфологические и структурные особенности корневого дентина, совместимость адгезива и композитного цемента, тип используемого цемента и квалификация стоматолога. Прочность и долговременность адгезии зависят от мануальных навыков клинициста и строгого соблюдения адгезивного протокола.
а) Свойства эмали. Как известно, анатомическая коронка зуба покрыта эмалью, которая представляет собой бесклеточную кальцифицированную ткань, она не регенерирует и является самой прочной тканью человеческого организма. Толщина слоя эмали варьирует в зависимости от формы зуба и конкретного участка коронки.
Наиболее толстая эмаль локализуется в области бугорка или режущего края, а самая тонкая - в зоне скатов, шейки зуба, борозд и ямок окклюзионной плоскости (рис. 1). Эмаль зубов человека инертна, имеет кристаллическую структуру с выраженными межмолекулярными связями и относится к классу композитной биокерамики.
Рисунок 1. (а, b) Поперечные спилы резца и моляра; отмечается разная толщина эмали на разных участках коронок
Эмаль обладает низкой поверхностной энергией, сильно увеличивающейся после кислотного протравливания, которое улучшает смачиваемость поверхности и распространение адгезива. Кроме того, эмаль зубов очень хрупка, поскольку характеризуется высоким модулем эластичности и низкой прочностью на растяжение.
С точки зрения материаловедения и биоинженерии эмаль является функциональным биоматериалом, а понимание ее биомеханических особенностей способствует разработке новых реставрационных материалов.
Основная структурная составляющая эмали - плотно расположенные эмалевые призмы, которые, однако, отсутствуют в ее внешнем слое и в области дентино-эмалевого соединения (ДЭС) (рис. 2). Обычно эмалевые призмы имеют конфигурацию замочной скважины. На поперечном сечении призмы выделяют круглую головку или тело, а также хвост.
Рисунок 2. Анизотропное направление эмалевых призм; вид после протравливания 37% фосфорной кислотой в течение 30 секунд (СЭМ)
Хвостовые части призм взаимно переплетаются, формируя сложную структуру. Своими широкими основаниями эмалевые призмы направлены к поверхности эмали, а средний диаметр оснований составляет 4 мкм. Призмы располагаются относительно параллельно друг другу и отходят радиально от ДЭС перпендикулярно к поверхности коронки. В области бугорков призмы перпендикулярны ДЭС, а в области шейки наклонены апикально.
В зоне режущего края или окклюзионной поверхности наклон призм к поверхности зуба увеличивается, что повышает устойчивость эмали к окклюзионным силам. Эти особенности очень важны, их нужно учитывать при препарировании зубов, чтобы избежать избыточного повреждения призм, так как они легко скалываются в случае параллельного направления воздействующих на них сил.
Наряду с этим стоматолог должен принимать во внимание положение эмалевых призм при создании границы препарирования. Для лучшей адгезивной фиксации, чтобы увеличить площадь поверхности, нужно стараться задействовать концы эмалевых призм, а не их длинные оси.
Как отмечалось ранее, по возможности следует стремиться к сохранению эмали, что помимо лучших условий для адгезии автоматически обеспечивает целостность дентина. В свою очередь, иссечение дентина уменьшает поддержку остаточной эмали, повышая риск ее перелома не только в процессе функционирования зуба, но и при изготовлении реставрации. Препарирование полости со слишком широким просветом часто ведет к перелому зуба.
По данным исследований, утрата обоих краевых гребней, относительно большой объем препарирования и увеличение полости доступа к каналам ассоциируются со значительным снижением прочности зуба и максимальным риском перелома. Прочность восстановленного зуба во многом зависит от ширины и глубины препарированной полости..
Эмалевые призмы заполнены миллионами маленьких вытянутых, плотно упакованных кристаллов гидроксиапатита разного размера, которые располагаются относительно параллельно (более параллельно у оси призмы и отклоняясь к ее границам до 65°). Они имеют шестигранное сечение и являются самыми крупными и длинными биологическими кристаллами. Плотность и направление кристаллов определяют структурную целостность и прочность эмалевых призм.
Вероятно, на направление кристаллов влияет воздействие кислот (в том числе при развитии кариеса или при протравливании), что объясняет особенности микромеханической ретенции (рис. 3).
Рисунок 3. Эмалевые призмы после протравливания 37% фосфорной кислотой; наблюдаются призматические и межпризматические взаимодействия (СЭМ)
Все призмы и кристаллы окружены богатым белком межпризматическим веществом, а каждая призма имеет эмалевую оболочку из неминерализованного органического вещества. Следует отметить, что толщина этой оболочки увеличивается в направлении хвоста призмы, обеспечивая соответствие между ним и основанием следующей призмы.
Глубокое понимание биомеханических особенностей эмали способствует оптимальному восстановлению депульпированных зубов и непосредственно влияет на создание внутрикорневых реставраций, а состояние краевых гребней определяет возможность успешного сохранения зуба.
б) Свойства дентина. Дентин является динамичной тканью, которая составляет основной объем зуба. В последние несколько десятилетий благодаря совершенствованию трансмиссионной и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), атомно-силовой микроскопии, оптической микроскопии и методов анализа поверхностей ученые достаточно хорошо изучили микроструктуру дентина, а также особенности взаимодействия между ним и реставрационными материалами.
Как известно, дентин образуют одонтобласты (особый класс мезенхимальных клеток), и хотя по составу он напоминает эмаль, микроструктурно дентин сильно от нее отличается, но схож с костью и цементом корня. По сути, дентин представляет собой специализированную соединительную ткань, которая жестче и плотнее костной.
Дентин снаружи покрыт эмалью в области анатомической коронки и цементом в зоне корня, а изнутри - слоем одонтобластов. Многие исследователи выделяют особый дентино-пульпарный комплекс, поскольку считают одонтобласты обязательным компонентом и дентина, и пульпы, в то время как минерализованный дентин является окончательным продуктом клеточной дифференциации.
Уже отмечалось, что дентин и эмаль состоят из кристаллов гидроксиапатита, но отличаются по составу и объему неорганической составляющей. Дентин в основном содержит гидроксиапатит, коллаген и воду, причем примерно на 50% его объем представлен гидратированным органическим материалом. Кристаллы гидроксиапатита в дентине характеризуются меньшей структурной организацией, чем в эмали. Кроме того, эти кристаллы в дентине несколько меньше и имеют игольчатую форму, а также окружены плотной сетью коллагеновых волокон, что усиливает коллагеновый матрикс.
На концах отдельных пучков коллагеновых волокон тоже наблюдаются кристаллы. Относительно низкая минеральная составляющая объясняет меньший модуль эластичности дентина (17 ГПа), поэтому под действием нагрузки он подвергается эластичной деформации, а более хрупкая эмаль ломается.
К структурно-морфологическим элементам дентина относятся дентинные канальцы, околоканальцевый дентин, внутриканальцевый дентин, одонтобласты и их отростки, а также околоодонтобластное пространство (рис. 4). Дентинные канальцы проникают через кальцифицированный матрикс дентина от пульпы до ДЭС под небольшим углом к последнему и стенкам пульпарной камеры. Интересно отметить, что дентинные канальцы имеют сигмовидную форму и следуют S-образному изгибу в направлении коронки, однако ход канальцев спрямляется вблизи режущих краев и бугорков, как и в направлении корней.
Рисунок 4. Околоканальцевый и межканальцевый дентин (СЭМ)
Диаметр корневых канальцев варьирует от 0,5-0,9 мкм вблизи ДЭС до 2-3 мкм около пульпы.
Концентрация дентинных канальцев выше в области глубокого дентина (45 000-65 000 канальцев на 1 мм2), но снижается в области среднего (35 000 канальцев на 1 мм2) и поверхностного дентина (15 000-20 000 канальцев на 1 мм2). Таким образом, площадь поверхности дентина вблизи эмали и цемента выше, а около пульпы ниже. Кроме того, концентрация канальцев уменьшается в направлении от коронки к верхушке корня.
Дентин апикальной части корня нерегулярный, и в нем почти нет дентинных канальцев, а имеющиеся часто склерозированы, их просвет заполнен минералами, характерными для околоканальцевого дентина.
Изнутри дентинные канальцы выстланы особой оболочкой (lamina limitans), и каждый содержит цитоплазматический отросток одонтобласта (так называемое волокно Томса). Эти отростки достигают одной трети дентина или больше и могут распространяться на всю длину канальцев, поэтому дентин считают анатомическим и физиологическим продолжением пульпы (рис. 5). Жидкость, которая содержится в канальцах, представляет собой транссудат плазмы. Первичные дентинные канальцы часто анастомозируют между собой и с вторичными канальцами, которых больше в корневом дентине, чем в коронковом.
Рисунок 5. Цитоплазматические выросты обычно превышают одну треть дентинного канальца и часто проходят на всю его длину, поэтому дентин считают анатомическим и физиологическим продолжением пульпы (СЭМ)
В состав матрикса дентина входят предентин, неминерализованная зона незрелого дентина вокруг одонтобластов и минерализованный зрелый дентин. Неминерализованный матрикс окружает отростки одонтобластов и является промежуточной средой, которая в комбинации с этими отростками формирует периодонтобластный матрикс. В дентинных канальцах неминерализованный матрикс отграничивает от их стенок протоплазматические отростки. Кальцифицированный зрелый дентин бывает низкой, средней и высокой плотности. Дентин высокой плотности (околоканальцевый) окружает каналец и формирует его стенку.
Толщина этого дентина зависит от нескольких факторов (например, от возраста зуба), а иногда канальцы полностью облитерируются. Межканальцевый дентин обнаруживается между околоканальцевым дентином соседних канальцев, содержит минеральный матрикс средней плотности и богат коллагеном.
Между предентином и дентином находится зона кальцификации, которая характеризуется низкой минеральной составляющей. Коллагеновые волокна в основном обнаруживаются в межканальцевом дентине, в то время как в околоканальцевом и вокруг одонтобластов они встречаются относительно редко.
В отличие от эмали, развитие которой практически прекращается после формирования эмалевых призм и разрушения амелобластов, дентин продолжает развиваться в течение всей жизни пульпы. Дентиногенез протекает при наличии отростков одонтобластов с разной скоростью, которая зависит от биологических и функциональных требований. Именно эти отростки позволяют считать дентин живой тканью, способной реагировать на физиологические и патологические раздражители. В результате это может привести к модификации структуры и толщины дентина, что проявляется формированием вторичного, репаративного или склерозированного дентина, а также своеобразных тупиков (мертвые пути).
Во время и после экстирпации пульпы происходят биохимические, анатомические и биомеханические изменения. Депульпированные зубы содержат на 9% меньше жидкости, чем витальные. Коллаген формирует органический матрикс дентина и в основном обнаруживается в межканальцевом дентине, где коллагеновые волокна импрегнированы солями фосфора. Поскольку процесс полимеризации и построения межмолекулярных связей обусловлен взаимодействием с коллагеновыми волокнами, его изменение может привести к модификации физических свойств дентина.
По некоторым данным, прочность адгезии к дентину депульпированных зубов несколько ниже, чем к дентину витальных. Больше того, ирригационные растворы, которые применяют в ходе эндодонтического лечения, могут изменять структуру коллагена, что ухудшает механические свойства дентина и способно влиять на адгезию к стенкам корневого канала. В частности, ирригация канала перекисью водорода, гипохлорита натрия или этилендиаминтетрауксусной кислоты снижает жесткость корневого дентина, а также может уменьшать модуль эластичности дентина и его прочность на изгиб.
Кроме того, при проведении повторного эндодонтического лечения следует учитывать действие растворителей, потому что они могут изменять химический состав поверхности дентина, затрудняя достижение надежной адгезии к стенкам корневого канала.
Использование эвгенолсодержащих пломбировочных материалов также неблагоприятно влияет на адгезию, в том числе из-за глубокого проникновения эвгенола в дентинные канальцы. Наличие остатков пломбировочного материала на стенках корневого канала ухудшает фиксацию к ним адгезива. Таким образом, корневой дентин требует тщательной деконтаминации, которая, однако, вовсе не гарантирует оптимальную фиксацию внутрикорневых реставраций и полимеризацию композитного цемента. Возможно, неинструментальная обработка с помощью фотонного фотоакустического эффекта (Fotona) и многозвуковой системы GentleWave (GW, Sonendo) позволит повысить эффективность очищения корневых каналов.
Хорошее понимание биомеханических особенностей дентина и влияние на него разных этапов эндодонтического лечения позволяют лучше подобрать материалы и методы для восстановления депульпированных зубов.
в) Свойства дентино-эмалевого соединения. Раньше считалось, что ДЭС представляет собой биологически инертную зону контакта двух минерализованных тканей, но уже накоплен достаточный объем научной информации, подтверждающей довольно сложное взаимодействие эмали и дентина (рис. 6). В области соединения осуществляется плавный переход между жесткой эмалью и более мягким дентином.
Рисунок 6. Строение ДЭС (СЭМ)
Вероятно, ДЭС определяет физическую целостность зуба. Больше того, учитывая общие филогенез, особенности развития и биологические характеристики, некоторые авторы считают дентино-эмалевое соединение структурным комплексом. Вне зависимости от терминологических различий ДЭС служит важной биологической моделью взаимодействия разных тканей. Безусловно, изучение этого соединения позволит совершенствовать технологии адгезии к эмали и дентину, в том числе при восстановлении депульпированных зубов.
