Трещины эмали и дентиноэмалевое соединение (ДЭС) передних зубов
Соединение двух тканей с сильно различающимися модулями упругости для обеспечения долгосрочного функционирования требует комплексного метода сращивания. Передача напряжения в простых двухслойных структурах с разными свойствами обычно вызывает рост локального напряжения в зоне взаимодействия. Если бы эмаль и дентин на функциональных поверхностях зуба были связаны, как простая двухслойная структура, то образовавшиеся в эмали трещины легко пересекали бы дентиноэмалевое соединение (ДЭС) и переходили на дентин.
В действительности ситуация значительно отличается от этой. Несмотря на то, что множественные трещины эмали обычно поражают зубы у пожилых пациентов, они редко нарушают структурную целостность комплекса дентин-эмаль.
Пространственная архитектура и строение дентиноэмалевого соединения (ДЭС). Схематический вид пространственных взаимоотношений волокон коллагена (8а). Толстые пучки укрепляют соединение эмали и дентина (средний рисунок). Грубые пучки коллагена формируют «микрогребни» (нижний рисунок, черные пунктирные стрелки) в пределах основных гребней волнистого контура ДЭС (средний рисунок, белые пунктирные стрелки). Эти пучки сливаются с другими волокнами до или после входа в матрицу эмали (нижний рисунок).
На тонком срезе зуба в поляризованном свете можно увидеть пучки коллагена в эмали (8b; оригинальное увеличение х250). Низковольтная эмиссионная сканирующая электронная микроскопия ДЭС, декальцифицированного нейтральной этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА): волокна коллагена диаметром 80-120 нм сливаются с волокнами матрицы дентина (красные стрелки] и отклоняются в матрицу эмали (синие стрелки]; обратите внимание на пересечения волокон коллагена каждые 600 А (черные стрелки] (8c; оригинальное увеличение х50 000). Это глубокое проникновение коллагена в эмаль, которое является непременным условием ДЭС, не может произойти в полностью кальцифицированной эмали (99% минерализация по весу). Это указывает на тот факт, что ДЭС рано формируется в ходе эмбрионального развития и впоследствии кальцифицируется. ДЭС временного зуба формируется на поздней стадии одонтогенеза (стадия преобразования эмалевого органа), когда дентин и эмаль начинают формироваться в гребне складки внутреннего зубного эпителия. На этой стадии и при дальнейшем росте имеет место глубокое проникновение коллагена в смежный эмалевый орган. В зрелом возрасте это дает полностью функциональное ДЭС, которое нужно рассматривать как границу раздела двух фаз, а не двух тел.
Объяснение кроется в удивительной особенности, свойственной естественному зубу, - комплексному соединению в зоне ДЭС (см. рис. 8а-8с), которое можно рассматривать как волоконно-армированное соединение.
ДЭС представляет собой умеренно минерализованную зону связи между двумя высокоминерализованными тканями (эмалью и дентином). Параллельные друг другу грубые пучки коллагена (вероятно, волокна Корффа мантии дентина) формируют массивные блоки, которые могут отклонить и сгладить трещины эмали за счет значительной пластической деформации.
Фрактограммы образцов ДЭС, полученные при помощи сканирующей электронной микроскопии, показывают отклонение трещин в другую плоскость излома при переходе ДЭС. ДЭС имеет волнообразную двухуровневую структуру (рис. 8а), что увеличивает эффективную зону взаимодействия и усиливает связь между эмалью и дентином. Волнистость более всего видна в той зоне, где соединение подвержено самым большим функциональным напряжениям.
Интересно, что ДЭС формируется но ранней стадии развития коронки зуба во время начала минерализации, намного раньше формирования пульпы (рис. 8d). Эта хронология не случайна, так как иная последовательность не позволила бы создать настолько сложное ДЭС. Вероятно, более корректно будет рассматривать коронку зуба как растущую в обоих направлениях от ДЭС, а не от пульпы.
Другими словами, «центр» зуба - это ДЭС, а не пульпа.
На микрофотоснимке лабораторного образца, исследуемого при помощи датчика деформации, видны множественные трещины на нёбной поверхности (8е, вверху). Подобные условия, включая моделирование одиночных и множественных трещин, были имитированы в исследовании при помощи МКЭ. Эмаль, окружающая дефекты, была полностью неподвижной по отношению к растягивающим силам (серым цветом показаны области напряжения, соответствующие 0-1 МПа по мКФМ). Напряжения на конце трещины значительно превышают 200 МПа (8е, внизу; на зубы действует горизонтальная нагрузка 50 Н по резцовому краю, коэффициент деформации 7х). Изображение трещин нёбной эмали под датчиком деформации (ДЦ), полученное при помощи сканирующего электронного микроскопа (8f). Скорее всего, это зона максимальных растягивающих напряжений на цифровой модели. Трещина идет через всю толщину эмали (Э), но дефект ни в коем случае не переходит на дентин (Д).
Из-за врожденной хрупкости эмали и коллагеновой консолидации ДЭС, трещинообразование в эмали можно считать нормальным процессом старения. Кроме того, имеются и другие эффекты трещин эмали, которые видны при моделировании при помощи МКЭ. Перераспределение напряжений в эмали в области трещины, затрагивающей ДЭС, осуществляется таким образом, что концентрация сил происходит на конце трещины, а поверхность зуба остается в относительно свободной от напряжений зоне (рис. 8е).
Таким образом, трещины эмали можно считать нормой, а ДЭС играет существенную роль в распределении напряжений (препятствуя их концентрации) и в сопротивлении распространению трещин эмали (рис. 8f). Замечательные свойства ДЭС должны служить ориентиром для разработки новых дентиноадгезивных материалов, при которой необходимо учесть возможность восстановления биомеханической целостности реставрируемой коронки зуба.
