Зависимость световых характеристик твердых тканей зуба от

Зависимость световых характеристик твердых тканей зуба от его
морфо-химической структуры
Кунин А.А., Моисеева Н.С., Кунин Д.А.
Проведение широкомасштабных исследований по ранней диагностике,
профилактике и лечению кариеса, требуют дальнейших исследований структурных
изменений зуба во всех стадиях кариеса, с использованием современных
морфологических методов исследования, а главное - тонкой диагностики стадий
кариозного процесса на основе новых физических подходов.
Наши исследования показали, что если при сканирующей электронной микроскопии
определяется точное соотношение (весовое и атомарное) до 10 макро- и микроэлементов,
в том числе и органических, на основе автоматического рентгеноспектрального анализа в
исследуемых точках объекта зуба, то туннельная микроскопия или атомно-силовая,
определяет при этом более точную нанохарактеристику отдельных участков зуба,
выявляя, не только, например, наличие
эмалевых туннелей, но и их четкую
архитектонику. Наряду с этим, только одной атомно-силовой микроскопии недостаточно
для понимания зависимости обменных процессов твердых тканей зуба от особенностей их
структуры, поэтому выявление точного весового количества кальция, фосфора, натрия,
калия, серы, углерода, кислорода, фтора, кремния и других элементов, при наложении
этих результатов на данные атомно-силовой микроскопии, позволяют судить и об уровне
обменных процессов в этой ткани и о приоритете, органической или неорганической
составляющей.
Прекрасным разъяснением, возникающем при описании этих сложных процессов,
являются новые физические подходы, а именно, с использованием люминесценции и ее
производных.
Люминесценция (от лат. lumen, luminis — свет и -escent — суффикс, означающий
слабое действие), свечение, избыточное над тепловым излучением тела и
продолжающееся после прекращения возбуждения в течение времени, значительно
превышающего период световой волны (по определению С. И. Вавилова). Другими
словами, люминесценция – это просто холодное свечение тела, то есть вызвано свечение
не нагревом, а каким-либо другим фактором (внешнее излучение, химические реакции,
высокочастотный звук и т.д.). Люминесценция не относится к таким практически
безынерционным неравновесным процессам, как отражение, рассеяние света и тормозное
излучение. Для наблюдения люминесценции вещество необходимо вывести из состояния
термодинамического равновесия, т. е. возбудить. При люминесценции акты возбуждения
и излучения света разделены во времени промежуточными процессами, что
обусловливает относительно длительное время существования свечения вещества после
прекращения возбуждения.
Вещества,
способные
люминесцировать,
называются
люминофорами.
Неорганические люминофоры часто называют фосфорами, а в том случае, когда они
имеют кристаллическую структуру — кристаллофосфорами.
По длительности свечения различают - флуоресценцию (быстро затухающую
люминесценцию. Явление обусловлено переходами атомов, молекул или ионов из
возбужденного состояния в нормальное и прекращается сразу после отмены свечения) и
фосфоресценцию (длительную люминесценцию - 10−3−10 с. Фосфоресценция обусловлена
наличием метастабильных возбужденных состояний атомов и молекул, переход из
которых в нормальное состояние затруднен по тем или иным причинам и возможен лишь
в результате дополнительного возбуждения, например теплового).
Разграничение на флуоресценцию и фосфоресценцию является достаточно
условным. Иногда под флуоресценцией понимают спонтанную люминесценцию, а под
фосфоресценцией вынужденную люминесценцию.
В зависимости от вида возбуждения люминофора различают фотолюминесценцию
(возбуждение светом), катодолюминесценцию (возбуждение ускоренным потоком
электронов), электролюминесценцию (свечение под действием электрического поля),
рентгенолюминесценцию
(возбуждение
рентгеновским
излучением),
радиолюминесценцию ( возбуждение а- и в- частицами, протонами, осколками ядерного
деления), хеми- и биолюминесценцию, при которых излучение света сопровождает
химическую реакцию, лиолюминесценцию (возбуждение при растворении кристаллов)
кандолюминесценцию (возбуждение при механических воздействиях, например, при
разрушении кристаллической решетки).
В зависимости от механизмов элементарных процессов при люминесценции
различают резонансную, спонтанную, метастабильную, или вынужденную, и
рекомбинационную люминесценции.
Первоначально понятие люминесценция относилось только к видимому свету. В
настоящее время оно применяется к излучению в инфракрасном, видимом,
ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах.
Впервые явление свечения было открыто англичанином Джорджем Топитом в 1852
году. Он заметил, что минеральный флюорит начинал светиться красным светом, псоле
освещения его ультрафиолетовыми лучами света. Исследования, проведенные в XIX
столетии определили, что много веществ: кристаллы, смолы, масло, хлорофилл,
витамины, а также, насекомые (светлячки), морские рыбы и планктон, полярные сияния,
минералы, гниющие деревья и другие разлагающиеся органические вещества
флюоресцируют при освещении их лучами ультрафиолетового света. Лишь с 1930 годов
началось использование явления флюоресценции, которое стали применять в
биологических исследованиях. Исследуемые элементы материалов, бактерии,
болезнетворные микроорганизмы для выявления их в среде обитания стали красить
флюорокрасителями.
Некоторые красители использовались в микроскопии и были
впоследствии главным двигателем в создании метода флюоресцентной микроскопии с
разрешением на нанометрическом уровне (1-10 нм).
В физическом смысле флуоресценция – это кратковременная люминесценция,
затухающая в течение 10-9-10-6 секунд после прекращения ультрафиолетового облучения.
Этим флуоресценция отличается от фосфоресценции, при которой люминесценция после
облучения продолжается еще некоторое время. Ультрафиолетовые лучи, невидимые
нашему глазу, попадают на вещество со свойствами флуоресценции и приводят его атомы
и молекулы в энергетически возбужденное состояние. Спонтанно возвращаясь в исходное
состояние, атомы и молекулы генерируют фотоны с большей длиной волны, в видимом
диапазоне. Цвет свечения, может быть каким угодно, в том числе, как в видимом
диапазоне, так и в невидимом. Все зависит от вещества. В случае флуоресценции всегда
смещение уходит в красную сторону спектра по отношению к облучающему свету.
В клиническом смысле флуоресценция зубов происходит, благодаря органическим
компонентам зубных тканей. Считается, что это свойство белков связано с передачей
энергии от фенилаланина и тирозина к триптофану.
Чем больше белков, органических компонентов в твердых зубных тканях, тем выше
флуоресценция. Этим объясняется то, что эмаль флуоресцирует меньше, чем дентин,
молодые зубы флуоресцируют больше, чем пожилые, флюороз зубов снижает
флуоресценцию. Во флуоресценции естественных зубов преобладает белый свет с легким
голубым тоном – голубой белый.
Явление люминесценции (флуоресценции) широко используется в диагностических
целях. Люминесцентная стоматоскопия основана на использовании эффекта
люминесценции твердых тканей зубов, возникающей под влиянием ультрафиолетового
облучения (рис.1). Исследования проводят в затемненной комнате, направляя на
высушенную поверхность зуба пучок ультрафиолетовых лучей. Исследуемую
поверхность освещают на расстоянии 20-30 см. Помимо визуальной оценки изменения
очагов поражения в лучах Вуда, применяются люминесцентно-гистологические методы
диагностики с использованием флюорохрома и люминесцентного микроскопа.
Рис.1
Данный метод можно использовать для определения краевого прилегания пломб,
распознавания начального кариеса зубов, а также некоторых заболеваний слизистой
оболочки рта и языка. Для люминесцентной диагностики выпускают специальные
приборы и микроскопы, снабженные кварцевой лампой с фильтром из темно-фиолетового
стекла (фильтр Вуда). В лучах Вуда здоровые зубы флуоресцируют снежно-белым
оттенком, а пораженные кариесом участки и искусственные зубы выглядят более
темными с четкими контурами. Язык здорового человека флуоресцирует в оттенках от
апельсинового до красного. У одних людей это отмечается по всему языку, у других –
только в передней его части. Неполное свечение языка наблюдается при гиповитаминозе.
Ярко-голубой цвет свидетельствует о появлении лейкоплакии. Очаги поражения при
типичной форме красного плоского лишая дают беловато-желтое свечение, а участки
гиперкератоза при красной волчанке (даже плохо различимые визуально) – белоснежноголубоватое. Очаги застойной гиперемии на красной кайме губ приобретают темно-
фиолетовый цвет, а гиперкератические чешуйки выглядят беловато-голубыми. Эрозии и
язвы вследствие примеси крови имеют темно-коричневое окрашивание, серознокровянистые корки – желтовато-коричневое.
Таким образом, только комплексный подход с полным пониманием происходящих
обменных процессов в твердых тканях зуба может служить основой для разработки
методов предупреждения, профилактики и лечения заболеваний зубов вообще и кариеса, в
частности. Это не говорит о том, что врач на своем рабочем месте должен иметь какиенибудь научные аппараты или приборы. Этим должны заниматься научные исследователи
– стоматологи, в содружестве с физиками и химиками, результаты, исследования которых
послужат основой новых методов клинической диагностики состояния обменных
процессов зуба, а также средств и методов профилактики.
Литература
1. Kunin D.А. Fundamental basis of patient-specific prevention of caries. – Meeting
findings of the European Symposium on Predictive, Preventive and Personalised
Dentistry under the EPMA, 2012. - 52-54 p.
2. Kunin A.A., Moiseeva N.S. Therapeutic and predictive measures of preclinical caries
process prevention. – Meeting findings of the European Symposium on Predictive,
Preventive and Personalised Dentistry under the EPMA, 2012. - 73-76 p.
3. Шпольский Е. В. Атомная физика (в 2-х тт.). — М.: Наука, 1984.
4. Ландсберг Г. С. Оптика. — 6-е изд., стереот. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. — 848 с.
5. Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии. — М.: Мир, 1986. — 496 с.
6. Harvey D. Modern Analytical Chemistry. — Boston, 2000. — 798 p.
7. Столяров К. П., Григорьев Н. Н. Введение в люминесцентный анализ
неорганических веществ. — Л., 1967. — 364 с.
8. Захаров И. А., Тимофеев В. Н. Люминесцентные методы анализа. — Л., 1978. — 95
с.