fbpx

Оптико-морфологические особенности электропроводных зон дентина

Автор: Владимир Грисимов,
научный отдел современных стоматологических технологий НИИ
стоматологии и челюстно-лицевой хирургии ПСПбГМУ
им. акад. И.П. Павлова (г. Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Введение

Известно, что структура дентина определяет характер распространения электрического тока, используемого при электроодонтометрии. При стандартном выполнении электроодонтометрии активный электрод принято располагать на так называемых «чувствительных точках»: вершине бугра или режущем крае. Особенностью проведения электроодонтометрии при наличии кариозной полости, прерывающей ход дентинных трубочек между полостью зуба и эмалью в области «чувствительной точки», является расположение активного электрода на дне кариозной полости. Эта особенность прямо указывает на распространение электрического тока по дентинным трубочкам, что явно коррелирует с распространением света в дентине и указывает на наличие анизотропии пропускания электрического тока дентином.

Электрическую цепь, состоящую из эмали и дентина, можно представить как два проводника, соединенные последовательно. Cила тока в такой цепи зависит от удельной электропроводности эмали и дентина и от толщины их слоев. При стандартном выполнении электроодонтометрии с «чувствительных точек» активный электрод располагают на тех местах поверхности эмали, которые наиболее удалены от полости зуба и, соответственно, от рецепторного аппарата пульпы. Из этого следует вывод о том, что в направлении «вершина бугра (режущий край) – рог пульпы» удельная электропроводность твердых тканей больше по сравнению с таковой по другим направлениям в системе «эмаль – дентин», что должно быть обусловлено как морфологическими, так и оптическими особенностями этих зон.

Цель данной статьи – показать связь удельной электропроводности интактного дентина с его оптико-морфологическими характеристиками.

Материалы и методы

Исследование проводилось на молярах верхней и нижней челюсти, резцах, клыках и премолярах верхней челюсти. Из фиксированных в формалине зубов готовились плоскопараллельные поперечные шлифы толщиной 1,0 мм (1 группа) и толщиной 0,35-0,45 мм (2 группа). Шлифы содержали в себе дентин, расположенный между полостью зуба и жевательной поверхностью или режущим краем. Плоскости шлифов резцов и клыков были перпендикулярны продольной оси зуба. Плоскости шлифов моляров и премоляров были параллельны вершинам рогов полости зуба и, таким образом, могли несколько отклоняться от перпендикулярного расположения относительно продольной оси зуба. Наибольшее отклонение могло иметь место у премоляров (рис. 1).

Ориентация плоскости шлифа относительно продольной оси верхнего премоляра.
Схема измерения электрической проводимости шлифа.

Шлифы 1-й группы отмывали от формалина в дистиллированной воде в течение 30-40 минут с помощью ультразвуковой установки УЗУМИ-05. Отмытые шлифы помещали в раствор лидазы и в течение пяти минут обрабатывали ультразвуком, после чего в этом же растворе помещали в термостат при температуре 36°-37° C на сутки. После обработки лидазой шлифы промывали в 1% растворе детергента (Triton WR 1339) и в дистиллированной воде с помощью ультразвука для удаления продуктов гидролиза и дентинных опилок из дентинных трубочек. Обработанные вышеописанным способом шлифы пропитывали с помощью ультразвука 0,9% раствором хлорида натрия.

Каждый шлиф помещали в стеклянную кювету, заполненную физиологическим раствором, и фотографировали в проходящем свете. Проводили фотографирование шлифов моляров, премоляров и клыков при их контакте с тест-объектом поверхностью, обращенной к буграм. При этом использовался естественный свет и поляризованный свет при положении кюветы между поляризаторами.

После фотографирования оценивали электрическую проводимость шлифа (рис. 2). Извлеченный из физиологического раствора шлиф всей поверхностью 2 приводили в контакт с медной пластиной, которая выполняла роль отрицательного электрода. Точечный положительный электрод диаметром 0,5 мм приводили в контакт с поверхностью 1. С помощью микроамперметра оценивали силу тока в первые 1-2 секунды после замыкания цепи постоянного тока. Источником питания служила аккумуляторная батарея с номинальным напряжением 8,4 В. Перед проведением измерения с поверхности 1 удаляли фильтровальной бумагой влагу.

 

Результаты

На фото 1 представлен эффект уменьшения изображения тест-объекта (светонепроницаемая полоса) дентином второго моляра нижней челюсти при прохождении естественного света со стороны тест-объекта. На фото 2, кроме уменьшения изображения, видно искажение формы: эффект уменьшения изображения тест-объекта при его проекции на передние бугры наиболее выражен между проекциями бугров, а все изображение изогнуто к области, соответствующей центральной ямке.

Эффект уменьшения изображения тест-объекта дентином шлифа нижнего второго моляра при проекции тест-объекта на поперечную фиссуру жевательной поверхности.
Эффект уменьшения изображения тест-объекта и искажения его формы дентином того же шлифа при проекции тест-объекта на передние бугры.

На фото 3 представлен тот же шлиф моляра на тест-объекте в поляризованном свете при скрещенных поляризаторах. В проекциях четырех бугров видны фигуры в виде крестов. При параллельных поляризаторах видность (контрастность) крестов уменьшалась, а цвета менялись на дополнительные: темные зоны крестов становились светлыми, а светлые – темными (фото 4).

Тот же шлиф моляра на тест-объекте в поляризованном свете при скрещенных поляризаторах.
Тот же шлиф моляра на тест-объекте в поляризованном свете при параллельных поляризаторах.

На фото 5 представлен эффект уменьшения изображения тест-объекта и искажение его формы дентином шлифа верхнего первого премоляра при проекции тест-объекта нащечный и небный бугры. Эффект уменьшения изображения тест-объекта также наиболее выражен между проекциями бугров, но при этом почти нет смещения. В поляризованном свете при частично скрещенных поляризаторах в проекциях бугров также видны фигуры в виде крестов (фото 6).

Эффект уменьшения изображения тест-объекта и искажения его формы дентином шлифа верхнего первого премоляра при проекции тест-объекта на щечный и небный бугры.
Тот же шлиф премоляра рядом с тест-объектом в поляризованном свете при частично скрещенных поляризаторах.

Уменьшение изображения тест-объекта дентином клыка представлено на фото 7 и 8. При этом степень изменения размеров изображения зависела от взаимного расположения шлифа и тест-объекта, что практически не наблюдалось в случаях со шлифами моляров и премоляров. В поляризованном свете при неизменном расположении поляризаторов фигура меняла форму при повороте шлифа вокруг оптической оси фотоаппарата: фигура, похожая на мальтийский крест (фото 9), становилась похожей на лемнискату Бернулли (фото 10).

Эффект уменьшения изображения тест-объекта дентином шлифа верхнего клыка при падении света и проекции тест-объекта на рвущий бугор.
Более выраженный эффект уменьшения изображения тест-объекта дентином того же шлифа при той же проекции, при повороте тест-объекта на 90°.
Тот же шлиф клыка в поляризованном свете при скрещенных поляризаторах.
Тот же шлиф клыка в поляризованном свете при скрещенных поляризаторах и повороте шлифа вокруг оптической оси на 45°.

Важно отметить, что при одинаковой толщине шлифов степень уменьшения тест-объекта зависела как от вида зуба (моляр, премоляр, клык), так и от области шлифа, покрывающей тест-объект. В наибольшей степени эффект уменьшения изображения наблюдался в области проекции центральных ямок моляров (фото 1 и 2). В наименьшей степени этот эффект наблюдался на шлифах клыков в направлении «губная – небная поверхность».

Результаты измерения электропроводности по величине силы тока также зависели от вида зуба и области шлифа. Наименьшие значения фиксировались у дентиноэмалевого соединения всех шлифов в границах темной каймы: от 0 до 5 мка. Относительно малые значения – в проекции центральных ямок моляров (10-30 мка). Дентин в области середины крестов моляров показывал от 50 до 80 мка. Максимальные значения фиксировались на шлифах клыков в центрах крестов: 150- 200 мка. Таким образом, даже при малой выборке (10 моляров и 4 клыка) было очевидно, что области дентина, соответствующие серединам крестов, обладают наиболее высокой электропроводностью. У шлифов премоляров такой четкой закономерности не наблюдалось. Регистрируемые значения силы тока могли быть одинаковыми в проекциях бугров и в проекции фиссуры между буграми: 30-40 мка. На шлифах премоляров, плоскость которых отклонялась от перпендикулярного расположения относительно продольной оси зуба (рис. 1), в проекции небного бугра всегда отчетливо наблюдался крест в поляризованном свете, где значения силы тока были максимальными (порядка 70 мка) для любого шлифа премоляра с нормальным дентином. При этом в проекции щечного бугра крест мог не наблюдаться и регистрируемые значения силы тока были меньше. Следует отметить, что при наличии кариозных поражений в пределах эмали жевательной поверхности под ними могли быть зоны склерозированного дентина, которые хорошо пропускали свет, но обладали пониженной электропроводностью. Если такая зона накладывалась на проекцию бугра, то в поляризованном свете крест не наблюдался. 

Видность крестов при истончении шлифов до толщины 0,35-0,45 мм зависела от анатомической принадлежности зуба. У моляров и премоляров она уменьшалась. У клыков видность сохранялась (фото 11). У резцов видность могла проявляться в проекции боковых мамелонов (фото 12).

Шлиф центрального резца верхней челюсти толщиной 0,40 мм. Кресты в проекции боковых мамелонов.
Обсуждение

Впервые вывод о направленном распространении света в дентине вдоль дентинных трубочек был сделан на основе обнаруженного эффекта «увеличения – уменьшения» изображения при наложении поперечного шлифа моляра на тест- объект. Для исследования авторы использовали удаленные третьи моляры, из которых готовились шлифы (оригинальное название – «диски»), плоскость которых была перпендикулярна продольной оси зуба и содержала дентин, расположенный между жевательной поверхностью и крышей полости зуба. Толщина дисков составляла от 1,0 до 2,0 мм. Диски накладывались на тест-объект, похожий на штриховую миру, и фотографировались в проходящем естественном свете при его падении со стороны тест-объекта. При контакте диска с тест-объектом поверхностью, обращенной к полости зуба (рис. 1, 2), и фотографировании со стороны жевательной поверхности получалось увели- ченное изображение тест-объекта. Переворачивание диска давало уменьшенное изображение того же тест-объекта. Оценивалась область дентина, соответствующая центральной ямке. После декальцинации дисков в 5% муравьиной кислоте эти эффекты сохранялись, но четкость изображения ухудшалась. Был сделан вывод о том, что дентин зуба представляет собой аналог волоконно-оптического фокона. Авторы отметили, что эффект увеличения изображения тест-объекта связан с расхождением дентинных трубочек в направлении от полости зуба к жевательной поверхности, а эффект уменьшения изображения – соответственно, со схождением трубочек в обратном направлении. Сопоставляя количество пересеченных плоскостью шлифа трубочек на его поверхностях, они сделали вывод о том, что кратность увеличения или уменьшения изображения тест-объекта соответствует частному от деления количества трубочек, пересеченных поверхностью, обращенной к полости зуба, на количество трубочек, пересеченных поверхностью, обращенной к дентиноэмалевому соединению. Так, в приведенном примере в поле зрения на поверхности шлифа, обращенной к полости зуба, сосчитано 1270 просветов трубочек, а на противоположной поверхности в том же поле зрения – 750 просветов трубочек. Частное от деления 1270/750 составило 1,7 (n), и оно, по мнению авторов, соответствует кратности увеличения или уменьшения тест-объекта. Однако необходимо заметить, что кратность изменения размера тест- объекта определяется по одной координате, а количество просветов трубочек считается на площади. Таким образом, исходя из законов геометрии, кратность увеличения или уменьшения тест- объекта должна соответствовать квадратному корню из n.

Из приведенной выше работы следуют два важных вывода:

1) степень изменения величины изображения тест-объекта зависит от максимального угла расхождения или схождения дентинных трубочек;

2) данный угол определяет изменение плотности дентинных трубочек по их ходу от полости зуба к дентиноэмалевому соединению и, соответственно, от дентиноэмалевого соединения к полости зуба.

Анализируя представленные результаты (фото 1, 2, 5), можно сказать, что угол расходимости дентинных трубочек в направлении «рог полости зуба – вершина бугра» у моляров и премоляров меньше, чем в других направлениях от крыши полости зуба к дентиноэмалевому соединению жевательной поверхности. Из этого следует, что плотность трубочек в этом же направлении уменьшается в меньшей степени по сравнению с другими направлениями. В то же время из гистологии зубов известно, что количество дентинных трубочек уменьшается на единицу объема дентина не только в направлении от полости зуба к дентиноэмалевому или дентиноцементному соединению, но и от рога пульпы к апексу корня. Сочетание этих двух факторов (большая плотность трубочек в области рогов пульпы и малая расходимость в направлении бугров) объясняет факт наибольшей плотности дентинных трубочек под эмалью в области вершин бугров дентина и негомотетичности «светлого центра» зуба.

Относительно высокая плотность трубочек в сочетании с их относительно малой сходимостью в направлении к полости зуба, вероятно, является причиной образования фигур в виде крестов, наблюдаемых в проходящем поляризованном свете. Такие оптические эффекты известны в кристаллооптике и называются коноскопическими фигурами. Коноскопические фигуры являются результатом интерференции сходящихся световых лучей, приобретающих разность хода после про- хождения через систему «поляризатор – кристаллическая пластинка – анализатор». При этом плоскость пластинки должна быть перпендикуляр- на оптической оси одноосного кристалла, из которого она изготовлена. При скрещенных поляризаторах коноскопическая фигура принимает вид креста на фоне интерференционных кривых в виде концентрических колец. При параллельных поляризаторах вся картина просветляется и черный крест становится белым. Нечто подобное можно увидеть, сравнивая фото 3 и фото 4. Такое внешнее сходство позволило выдвинуть предположение, что коноскопические фигуры дентина формируются за счет преимущественного прохождения света через перитубулярный дентин, где оптические оси кристаллов гидроксиапатита ориентированы вдоль дентинных трубочек.

Однако следует отметить, что коноскопические фигуры можно получить не только на кристаллах, которые представляют собой анизотропные объекты, но и на изотропном стекле, или спеченных стеклянных волокнах. На фото 13 представлена коноскопическая фигура, которая выявилась при прохождении света через стеклянный стержень длиной 70 мм с постоянным диаметром 4,5 мм при скрещенных поляризаторах. На фото 14 представлена коноскопическая фигура, наблюдаемая на том же стержне при параллельных поляризаторах. Здесь следует отметить, что отрезанный от такого стержня диск (отшлифованный и отполированный) толщиной 3 мм, помещенный между поляризаторами, коноскопическую фигуру в виде креста не давал. На фото 15 представлена коноскопическая фигура, наблюдаемая на световоде полимеризационной лампы «WOODPECKER LED.B» при скрещенных поляризаторах, на фото 16 – при параллельных поляризаторах. В обоих случаях (вокруг стержня и световода) свет экранирован светонепроницаемым материалом.

Таким образом, разность хода, являющаяся причиной возникновения коноскопических фигур, не обязательно связана с двулучепреломлением в одноосных кристаллах типа гидроксиапатита. Можно предположить, что коноскопические фигуры, представленные на фото 13 и 14, формируются за счет многократного отражения от стенок стержня под разными углами, что на выходе дает разность хода и интерференционную картину. Нечто подобное происходит на выходе световода (фото 15, 16).

Коноскопическая фигура, образованная световодом полимеризационной лампы при скрещенных поляризаторах.
Коноскопическая фигура, образованная световодом полимеризационной лампы при параллельных поляризаторах.

Гипотеза о преимущественном распространении света через перитубулярный дентин (ПТД) очень популярна у физиков, которые исходят из того, что у ПТД показатель преломления значительно превосходит таковой у интертубулярного дентина (ИТД). Следует сказать, что данные о показателях преломления ПТД и ИТД, на которые опираются уважаемые коллеги-физики, получены расчетным путем на основе правила аддитивности. Однако дентин представляет собой ассоциированную смесь органических соединений, гидроксиапатита и воды, а в ассоциированных смесях правило аддитивности может не работать.

Если исходить из того, что свет распространяется преимущественно по перитубулярному дентину, в результате чего за счет схождения трубочек формируется коноскопическая фигура, то такая фигура не должна наблюдаться после переворачивания шлифа. Однако на шлифах клыков коноскопические фигуры видны с обеих сторон. На фото 7 и 8 представлен шлиф клыка на тест-объекте при падении света со стороны рвущего бугра. При этом свет имеет сходящееся направление, на что указывают темная кайма у дентиноэмалевого соединения и уменьшение изображения тест-объекта. Различная степень уменьшения по мезиально-дистальному и вестибуло-оральному направлениям говорит об астигматичности данного дентинного фокона. Астигматичность фокона должна быть обусловлена разными углами расходимости трубочек по ортогональным координатам, следствием чего, вероятно, является трансформация креста в лемнискату при повороте шлифа относительно скрещенных поляризаторов (фото 9, 10) или повороте одного из поляризаторов. На фото 17 и 18 представлен тот же шлиф при падении света со стороны полости зуба. Из-за расходящегося светового потока нет темной каймы. В вестибуло-оральном направлении заметно очень незначительное увеличение тест-объекта, а в мезиально- дистальном – значительное увеличение. То есть эффекты повторяют то, что представлено на фото 7 и 8, но с противоположным знаком. В поляризованном свете при падении света со стороны полости зуба коноскопические фигуры и их форма сохраняются (фото 19, 20).

Коноскопическая фигура в виде креста в скрещенных поляризаторах при падении света со стороны полости зуба.
оноскопическая фигура в виде лемнискаты в скрещенных поляризаторах при падении света со стороны полости зуба и повороте шлифа.

При сравнении пары изображений на фото 9 и 10 с аналогичной парой на фото 19 и 20 видно, что в последнем случае относительная толщина эмали больше, а относительная площадь дентина меньше, так как сфотографированная поверхность обращена к рвущему бугру. По той же причине относительная величина коноскопических фигур больше из-за расходящегося направления дентинных трубочек в направлении рвущего бугра.

Таким образом, после переворачивания шлифа коноскопические фигуры формируются не сходящимся, а расходящимся световым потоком. Это противоречит изложенным ранее теоретическим выкладкам о формировании коноскопических фигур дентина за счет распространения света по перитубулярному дентину вдоль сходящихся оптических осей кристаллов гидроксиапатита. Исходя из возможности формирования коноскопических фигур в стеклянном стержне и регулярном световоде (фото 13-16), можно сказать, что в дентине эти фигуры формируются за счет его волноводных свойств в особых локальных зонах с малой расходимостью дентинных трубочек.

 

Висновки

Рассмотренные выше оптические особенности зон дентина, где наблюдаются или могут наблюдаться коноскопические фигуры, говорят о наибольшем уровне упорядоченности и плотности дентинных трубочек в направлении от полости зуба к вершинам бугров или режущему краю. Это является фактором повышенной удельной электропроводности соответствующих локальных областей дентина. Можно сказать, что чем меньше угол расходимости (сходимости) дентинных трубочек, тем лучше видность коноскопических фигур и тем больше электропроводность. Исключением являются резцы, у которых для образования коноскопических фигур не хватает пространства в вестибуло-оральном направлении. У моляров со слабо выраженным фиссурно-бугорковым рельефом коноскопические фигуры на горизонтальных шлифах могут совсем не проявляться, и у них нет достоверных различий электропроводности локальных зон.

Курсы для стоматологов

Онлайн + DVD курсы

Контакти

Ми в соціальних мережах

uk