Автореферат и диссертация по медицине (14.01.14) на тему:Применение мини - проб эмали зуба для определения индивидуальной лучевой нагрузки методом ЭПР-дозиметрии

004613246

На правах рукописи

Смельцов Алексей Викторович

Применение мини - проб эмали зуба для определения индивидуальной лучевой нагрузки методом ЭПР-дозиметрии

14.01.14 - стоматология

1 8 НОЯ 2010

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Москва-2010

004613246

Работа выполнена на кафедре клинической стоматологии и имплантологии ФГОУ «Институт повышения квалификации Федерального медико-биологического агентства»

Научный руководитель доктор медицинских наук, профессор

Олесова Валентина Николаевна Научный консультант кандидат медицинских наук, доцент

Ижевский Павел Владимирович

Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор медицинских наук, профессор Шугайлов Игорь Александровича доктор медицинских наук, профессор Вагнер Владимир Давыдович

Московский Государственный медико-стоматологический Университет

Защита состоится "_" _2010 года в _часов на

заседании диссертационного совета Д.208.120.01 при Институте повышения квалификации Федерального медико-биологического агентства (125424, г. Москва, Волоколамское шоссе, д.91)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института повышения квалификации Федерального медико-биологического агентства (123182, г. Москва, Волоколамское шоссе, 30) Автореферат разослан "_"_2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор медицинских наук,

профессор Е.С. Кипарисова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Определение поглощенной организмом дозы ионизирующего излучения (ИИ) - один из ключевых вопросов радиационной медицины. Зная величину поглощённой дозы, можно сделать прогноз тяжести течения и исхода лучевого поражения, выбрать адекватные методы лечения радиационного поражения. Следовательно, оценка индивидуальной дозы и диагностика лучевого поражения имеет важнейшее значение для проведения организационных и лечебно-профилактических мероприятий, как в острый период, так и в отдалённые сроки после облучения (Гуськова А.К., Барабанова A.B., Друтман Р.Д., Моисеев А.А.Д989). В результате радиационных аварий, крупнейшая из которых произошла на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС), лучевому воздействию подверглось большое количество людей, как участвовавших в ликвидации последствий аварии, так и жителей загрязненных радионуклидами территорий. При этом, в большинстве случаев, оценки полученных ими доз основаны не на результатах измерений, а определены расчётным путём, поскольку индивидуальный дозиметрический контроль проводился у ограниченного числа лиц (Крючков В.П., Носовский A.B., 1996; Бебешко В.Г., Носовский A.B., Базыко Д.А., 1996). Анализ дозовой нагрузки другими методами дозиметрии часто просто невозможен при облучении в аварийных ситуациях из-за ряда трудностей. По истечении значительного периода времени после облучения, оценить накопленную в организме дозу можно при помощи метода ЭПР-спектрометрии зубов. Метод основан на использовании эффекта возникновения при облучении в гидроксиапатите, являющемся минеральной основой зубной эмали, радиационно-индуцируемых резонансных центров (парамагнитных радикалов С033~). Измеряемая интенсивность ЭПР сигнала является мерой оценки концентрации свободных радикалов в эмали и напрямую зависит от дозы, полученной человеком за время жизни.

Данный метод, известный и применяемый с середины XX века во всём мире, является одним из наиболее чувствительных и специфичных методов,

позволяющих определять дозу при аварийном облучении. Существенно ограничивает использование метода ряд не решенных до настоящего времени проблем:

- неопределённость вклада в интегральную величину поглощенной дозы, определенной методом ЭПР - спектрометрии, таких компонентов дозы, как естественный радиационный фон (ЕРФ) и медицинского облучения от современных диагностических рентгеновских аппаратов;

- влияние на качество ЭПР - сигнала содержащихся в измеряемом образце частиц дентина;

- необходимость экстракции зуба для получения зубной эмали, что невозможно признать целесообразным только ради оценки дозы облучения. Применение части эмали, взятой во время лечения, восстановление анатомической формы и функций зуба позволяет более широко использовать метод ЭПР в медицинской практике, однако, требуется его дальнейшее совершенствование (Илевич Ю.Р., 2004).

Цель исследования: оптимизация метода определения накопленной дозы ионизирующего излучения с помощью модифицированной ЭПР-спектрометрии мини-проб эмали зуба. Задачи исследования:

1. Усовершенствовать методику отбора и обработки мини-проб эмали зуба для целей ЭПР-спектрометрии.

2. Определить вклад естественного радиационного фона в суммарную дозу ионизирующего излучения, накопленную эмалью зуба.

3. Оценить вклад стоматологического рентгенологического обследования в интегральную величину поглощенной дозы, определенной методом ЭПР-спектрометрии эмали.

4. Обосновать оптимальный объем мини-проб эмали для ЭПР-спектрометрии.

5. Сопоставить результаты расчетного метода определения дозы ионизирующего излучения с оценкой дозы по ЭПР - спектрометрии.

6. Провести сравнение состояния зубов после реставрации в связи с забором • ^мини-проб эмали и в связи с лечением кариеса.

Научная новизна псследовання. Впервые:

- на уникальных образцах эмали зубов из антропологических коллекций определен вклад естественного радиационного фона в величину поглощенной дозы, определенной методом ЭПР-спектрометрии;

- в эксперименте исследован вклад медицинского облучения от современных диагностических рентгеновских аппаратов в величину поглощенной дозы, определенной методом ЭПР-спектрометрии;

- апробирована модифицированная методика прижизненного отбора мини-проб эмали для определения дозы облучения у человека, не требующая экстракции зуба и пригодная для массового скринингового обследования;

- определены диапазоны доз, накапливаемых в эмали при аварийном облучении и при штатной работе на предприятиях ядерно-топливного цикла;

- показана принципиальная возможность определения полученной пострадавшим при радиационной аварии дозы ИИ в интегральной оценке накопленной дозы.

Практическая значимость. Разработана и предложена для внедрения в практику работы стоматологических учреждений ФМБА России модифицированная методика отбора мини-проб эмали у человека с последующим восстановлением функций зуба для определения индивидуальной дозы облучения. На основании проведенных исследований показано, что апробированная методика позволяет получить необходимое количество эмалн для проведения индивидуальной дозиметрии с минимальным ущербом и с последующим восстановлением функции зуба, дает возможность оценить полученную дозу облучения (в дозах свыше 5 сГр) в динамике у одного и того же человека. Созданы условия для проведения массового скринингового обследования профессиональных контингенгов и населения при необходимости определения накопленных доз ионизирующего излучения, а также для повышения оперативности

экспертизы связи между полученными лучевыми нагрузками и состоянием здоровья пациента.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Модифицированная методика забора и обработки мини-проб эмали зуба для целей ЭПР-спектрометрии позволяет определить суммарную дозу ионизирующего излучения без удаления зуба при объеме образцов эмали от 35 до 45 от.

2. Данные ЭПР-спектрометрии образцов эмали сопоставимы с результатами расчетного метода определения интегральной дозы ионизирующего излучения и индивидуального дозиметрического контроля.

3. Величина доз ионизирующего излучения, накапливаемого эмалью за счет естественного радиационного фона, составляет 14-17 сГр и выше, а за счет стоматологической рентгенодиагностики на современных аппаратах 1-2 сГр.

4. Забор мини-проб эмали с последующим замещением дефекта светоотверждаемым композитом не приводит к негативным последствиям в состоянии зуба.

Апробация работы. Результаты исследования доложены на XXIV Всероссийской научно-практической конференции «Стоматология XXI века» (Москва, 2010), Международной научной конференции «Современные проблемы радиобиологии» {Гомель, 2010); на заседании кафедры клинической стоматологии и имплантологии ИПК ФМБА России (2010).

Внедрение результатов исследования. Результаты исследования внедрены в практику работы Клинического центра стоматологии ФМБА России (г. Москва), Федерального медицинского биофизического центра им. А.И.Бурназяна ФМБА России; в учебный процесс кафедры стоматологии общей практики и подготовки зубных техников МГМСУ (г. Москва), кафедры клинической стоматологии и имплантологии ИПК ФМБА России (г. Москва)

По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 3 в журналах, рекомендованных ВАК.

Объем н структура диссертации. Работа изложена на 122 листах машинописного текста, состоит из введения, обзора Л1ггературы, трех глав собственных исследований, выводов, практических рекомендаций, указателя литературы. Диссертация иллюстрирована 12 рисунками и 10 таблицами. Указатель литературы включает 186 источника, из которых 107 отечественных и 79 зарубежных.

Содержание работы

Материал и методы исследования. Поглощенная доза в зубной эмали, измеряемая методом ЭПР, состоит из ряда компонентов: полученная в результате аварийного облучения доза, доза ЕРФ («фонового облучения») и доза «медицинского облучения». Таким образом, чтобы измерить вклад аварийного облучения в накопленную дозу, измеряемую методом ЭПР-спектрометрни, необходимо узнать и вычесть вклад таких компонентов дозы, как «медицинское облучение» и ЕРФ (1).

О АВ = ЭЭПР - ОЕРФ - В МЕД (1)

где: БАВ - доза аварийного облучения;

йЭПР - измеренная с помощью ЭПР поглощенная в зубной эмали доза;

ОЕРФ - фоновая доза, полученная с помощью измерений проб эмали необлученных зубов;

БМЕД - доза «медицинского облучения», полученная как расчетным путём, так и проверенная по результатам эксперимета.

Для экспериментальной оценки диапазона накопленных за счёт ЕРФ доз, проведено исследование зубов полу ченных из двух независимых уникальных источников:

1. из коллекции первого антрополога Сибири, прозектора С.М.Чугунова (4 зуба верхней челюсти из 4-х черепов). Коллекция, вместе с архивными сведениями об умерших, хранится в анатомическом музее Сибирского государственного медицинского университета г. Томска;

2. из коллекции отдела археологии Московского Кремля. Все 8 не пораженных кариесом зубов верхней челюсти из захоронения в Московском Кремле (Архангельский собор, Подвальная палата, Саркофаг Пн-4) принадлежал» мужчинам в возрасте от 25 до 45 лет (по антропометрическим характеристикам костей скелета). Ориентировочная дата захоронения (XIV -XVII век) определена историками по археологическим признакам захоронения.

Таким образом, все использованные в эксперименте зубы принадлежали умершим до начала 20-го века лицам, что позволяет предположить отсутствие вклада дополнительного рентгеновского облучения.

Для сравнения полученных методом ЭПР оценок дозовых нагрузок с расчетными данными дозы в эмали от ЕРФ (для жителей Московской области) использовали средние показатели фона территорий, предоставленные Центральным государственным центром Госсанэпиднадзора Московской области (г. Мытищи). Ежегодное среднее значение мощности дозы от ЕРФ по г. Москве и Московской области составляет 10-11 мкР/ч.

В эксперименте исследован вклад медицинского облучения от современных диагностических рентгеновских аппаратов в величину поглощенной дозы определенной методом ЭПР-спекгрометрин эмали. Снятая с 10 экстрагированных по медицинским показаниям (ортодонтическим и пародонтологическим) зубов эмаль распиливалась на две равные части. Одна часть не облучалась (контрольная проба), другая часть эмали была облучена в дозе - 1,14 сГр, что соответствует лучевой нагрузке от 100 снимков на аппарате ««Сгапех 3+ СерЬ». Затем образцы эмали (облучённые и контрольные) обрабатывались одинаковым образом и исследовались на ЭПР-спеетрометре.

Одновременно с экспериментом по определению вклада облучения от стоматологических диагностических рентгеновских аппаратов в величину поглощенной дозы, определенной методом ЭПР-спекгрометрии, проводили

расчет ожидаемой дозы от стоматологических диагностических рентгеновских аппаратов. Для этого использовали данные из протоколов дозиметрического контроля рентгеновских аппаратов Клинического центра стоматологии ФМБА России (г. Москва), проводимого в рамках Государственной системы обеспечения единства измерений отделом охраны природы РНЦ «Курчатовский институт».

В клинической части исследования проведено обследование с забором мини-проб эмали для индивидуальной ЭПР-спектроскопии у 60 лиц от 20 до 70 лет (39 мужчин и 21 женщин). Обследуемую группу составили: персонал предприятий атомной промышленности, лица с подозрением на переоблучение вследствие радиационных инцидентов и аварий, участники ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Результаты ЭПР-спектроскопии эмали также сравнивали с данными расчетных методов.

В экспериментальной и клинической частях исследования отработана техника отбора, модифицирована методика обработки образца эмали перед измерением и уточнена оптимальная масса мини-пробы эмали. Отбор мини-проб эмали и восстановление дефекта зуба светоотверждаемыми композитными материалами или ортопедическими конструкциями у всех пациентов проводили на кафедре клинической стоматологии и имплантологии ИПК ФМБА России. Предварительную подготовку образцов и измерение дозы облучения по мини-пробам эмали зуба проводили на базе лаборатории ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА России. Для реконструкции доз облучения использовали здоровую эмаль нёбной поверхности моляров. Отбор эмали проводили под местной анестезией на турбинной стоматологической установке (300000 об/мин) с подачей воздушноводной смеси для охлаждения бора и зуба (при работе без водяного охлаждения, помимо стоматологических осложнений, могут возникать дополнительные сигналы в спектре ЭПР образца мини-пробы эмали). После создания вертикальных насечек по границе мини-пробы эмали ее вместе с подлежащим дентином отделяли при помощи ручного экскаватора.

Образовавшийся дефект твёрдых тканей реставрировали композиционным светоотверждаемым материалом.

Для уменьшения влияния остатков дентина в анализируемом образце на качество ЭПР-сигнала применяли следующую методику обработки мини-пробы, модифицированную по сравнению с ранее применявшейся методикой. Первоначальную механическую обработку дополняли химической обработкой образцов в ультразвуковой ванне с последующим протравливанием 36% ортофосфорной кислотой в течение 15 с. и обработкой 3% раствором гипохлорита натрия в течение 30 с. Поскольку обусловленный ИИ сигнал обладает сильной анизотропией, эмаль должна быть приготовлена к измерениям в виде мелкого порошка. В данной работе для измерений применяли эмаль с поперечными размерами крупинок 0,5-1 мм. Размельчённые фрагменты эмали вновь протравливали в 30% уксусной кислоте 2 часа, промывали 1 час в дистиллированной воде, после чего просушивали в термостате при температуре 60°С.

Процедуры измерения спектров ЭПР проводили на радиоспектрометре ESP 300 (Bruker, Германия) при комнатной температуре. Полученные спектры ЭПР подвергали математической обработке с целью выделения радиационных сигналов и их последующего анализа. Всю обработку спектров ЭПР осуществляли программным путем с помощью пакета прикладных программ WINEPR.

Через 3 года после забора мини-проб эмали проводили оценку состояния зубов и реставраций у 49 человек, а также для сравнения у 30 пациентов КЦС ФМБА России, которым три года назад накладывали пломбы в связи с лечением кариеса. Клинические показатели оценивали визуально и инструментально. Отмечали сохранность пломбы, отсутствие патологических изменений в пульпе и периодонте зуба, краевое прилегание пломбы, степень ее стираемости, изменение цвета, развитие рецидива кариеса.

Полученные материалы обрабатывали с помощью программ Microsoft Excel-2000 и Statistics

Результаты исследования. Неоспоримым преимуществом метода ЭПР-дозиметрии является отсутствие ограничений во времени: следы воздействия сохраняются в течение длительного времени (107 лет), что позволяет получать информацию о дозе спустя многие годы после облучения. Одним из ограничений в использовании метода для поставарийной дозиметрии остаётся отсутствие данных о дозах, накопленных только за счёт естественного радиационного фона (ЕРФ) местности, без влияния облучения в медицинских целях. Вклад «медицинского» облучения в диагностических целях (в частности, в стоматологии), являющегося основным источником дозовых нагрузок на население во всём мире, также не определён экспериментально. До настоящего времени эти проблемы пытались преодолеть расчётным путём.

Доза от ЕРФ, измеряемая методом ЭПР, определяется концентрацией стабильных радикалов, формирование которых не связано с облучением в результате радиационных инцидентов. Эти радикалы образуются под воздействием:

1. излучения от естественных радионуклидов, содержащихся как в организме человека, так и в окружающей среде;

2. космического ионизирующего излучения;

3. под влиянием солнечного ультрафиолета (Дёггева М.О. и др., 2009; Бримкулов H.H. и др., 2002).

Кроме того, эмаль изначально обладает собственным («нативным») ЭПР сигналом нерадиационной природы. Таким образом, для определения вклада аварийного облучения в интегральную оценку, необходимо знать диапазон «фоновых» и нативных значений доз, измеренных в эмали при помощи метода ЭПР-спектрометрии. Спектр ЭПР облученной эмали состоит из двух частично перекрывающихся основных сигналов: радиационно-индуцированного и нативного. Одним из этапов определения дозы

облучения по эмали зуба является вычитание из спектра ЭПР нативного сигнала эмали. Форма нативного сигнала относительно устойчива и может быть приближенно аппроксимирована гладкой линией - производной от линии Гаусса или Лоренца, их комбинациями, либо представлена как среднее значение спектров необлученной эмали. Она является важной характеристикой образца эмали. При проведении отбора мини-пробы эмали на турбинной стоматологической установке с подачей воздушноводной смеси для охлаждения рабочей поверхности бора в полости рта пациента ее кристаллическая структура не изменяется. Тем не менее, на некоторых спектрах образцов мини-проб присутствовали дополнительные шумы. Появление таких сигналов связано с механическими и термическими напряжениями, возникающими при отделении эмали от дентина зуба на турбинной стоматологической установке. Они мешают точному определению формы и амплитуды радиационно-индуцированного сигнала.

2 - эмали, отделенной от экстрагированного зуба).

На рисунке 1 показаны типичные, не подвергшиеся чистке от шумов, спектры нативных сигналов двух образцов эмали (положение нативного сигнала указано стрелками). Амплитуды нативныз: ЭПР-сигналов образцов практически не отличаются друг от друга, однако в спектре нативного

сигнала от мини-пробы эмали зуба присутствуют дополнительные ЭПР-сигналы, отсутствующие в спектре образца эмали, отделенной от экстрагированного зуба. Для устранения возможного влияния дополнительных сигналов на результат определения дозы облучения использовали вышеописанный метод дополнительной обработки мини-проб перед измерениями. В результате исчезают дополнительные сигналы вызванные воздействием на эмаль зуба режущего инструмента (стоматологического бора). После обработки всех полученных форм нативных сигналов образцов мини-проб эмали определен среднеарифметический спектр ЭПР, который использовавшийся в качестве модели нативного сигнала для мини-проб эмали.

Доза ЭПР, Гр

1 2 3 4 5 в 7 В 9 '0 11 12 13 М 18 16 17 18 19 20 21 22 23 2» 25 20 27 28 29 30

_Номер пробы_

□ Доза ЭПР (Гр), определенная по эмали зуба (масса 80-100мг). погрешность измерен ияот ±0,03 до ±0.08

О Доза ЭПР (Гр), определенная по мини-пробе эмали зуба, погрешностьизмеренияот ±0,04 до ±0.10___

Рисунок 2. Сравнительная оценка значений доз, определенных методом ЭПР-спектрометрии по образцам эмали различной массы, отделенной от экстрагированных зубов.

Исходя из теоретической предпосылки о постоянном количестве парамагнитных центров в эмали, определяющей величину g - фактора, основной радиоспектроскопической характеристики, было принято решение об экспериментальной проверке данного тезиса. Для этого образцы разделили по массе на 4 группы: 30-40 мг, 40-50 мг, 50-60 мг и контрольную группу (80-100) мг. Значения доз, определенных по образцам с массой от 33

до 59 мг отличались от образцов массой 80-100 мг в пределах допустимой ошибки (рис.2). Тем самым можно утверждать допустимость уменьшения массы эмали без ущерба для точности измерения дозы облучения.

На рисунке 3 показаны спектры ЭПР согласно методики проведения измерении: 1 - облученной мини-пробы эмали (в данном случае, в дозе 0,4 Гр), 2 - нативный сигнал мини-пробы эмали зуба; 3- радиационный сигнал после стандартной обработки спектров и их

вычитания.

Рисунок 3. Спектры ЭПР: 1 - облученной мини-пробы эмали; 2 - натнвный сигнал мини-пробы эмали; 3 - радиационный сигнал после стандартной обработки спектров и их вычисления.

Таким образом, показана возможность измерения доз по мини-пробе эмали для ретроспективного восстановления дозы, полученной человеком за период предшествующий взятию мини-пробы. Возможность использования мини-пробы эмали для измерения дозы позволила оценить нижний предел значения дозы, которая может быть измерена по эмали, полученной по разработанной методике. Показано, что минимальное значение доз достоверно измеряемых при использовании модифицированной методике отбора и обработки мннн-пробы эмали, равно 30 ± 0,05 мГр.

Для нахождения оптимальной по точности измерений массы мини-пробы эмали зуба (ш) использовали значения дозы (Э) и среднюю ошибку её измерения (± п) по образцам эмали различной массы. Вариабельность образцов по массе составляла от 12,6 до 100 мг. Соответственно результаты измерений дозы излучения варьировали от 0,1±0,03 Гр (минимум) до 2,2 ± 0,15 Гр (максимум). Для оптимизации результатов измерений требовалось определить как зависит точность измерения (± п) от массы мини-пробы (ш). С этой целью использован метод наименьших квадратов. Поскольку характер распределения показателен неизвестен, в качестве средней величины измеренных показателей использовали медиану. При обработке результатов наблюдений предпринята попытка установить характер функциональной ависимости и выраженность корреляции между сравниваемыми величинами «масса мини-пробы эмали - доза у-излучення», а также «масса мини-пробы мали - средняя ошибка измерения дозы»). Результаты анализа показали отсутствие достоверной корреляции между массой взятой мини-пробы и определенной по ней дозой гамма излучения. Коэффициент ранговой орреляшш (р) равен 0,3 (при критическом уровне значимости р =0,85). )тмечена зависимость между массой мини-пробы н средней ошибкой [змерення дозы. Чем больше масса мини-пробы эмали зуба, тем меньше редняя ошибка измерения дозы излучения. Зависимость имеет вид:

у = а - Ьх,

ае х- масса мннн-пробы,

-угловой коэффициент, характеризующий снижение ошибки измерения при увеличении [ассы взятой мини-пробы;

- коэффициент пропорциональности, характеризующий значения у при х = 0.

Полученные численные значения коэффициентов позволяют опнсат »ункииональную зависимость следующей формулой:

у = 0,222- 0,086 ^х, г= - 0,84 (при критическом значении г= 0,81); р< 0,05; (1)

что подтверждает статистически значимую корреляцию между изученными показателями. Функциональная зависимость между не преобразованными показателями графически может быть представлена в виде нисходящей кривой. При таком типе функциональной зависимости ошибка измерения будет существенно уменьшаться при возрастании массы взятой минн-пробы в интервале от 12 мг до 41 мг. В дальнейшем, даже при значительном увеличении массы минн-пробы, погрешность показателей измерения снижается незначительно (рнс.4, табл.1). Средняя величина ошибки измерения (±п) снижается с увеличением массы взятой для анализа мини-пробы эмали, начиная с 0,13 (при средней массе мини-пробы 18,3 мг) до 0,06 (при средней массе 40,5 мг). Сравнение с исходными данными по непараметрическому критерию Вилкоксона показало статистически значимую разницу в оценках. Следовательно, при проведении отбор мини-проб эмали в ходе обследования пациента масса от 36 до 41 мг може считаться тем количеством чистой, без примесей дентина, эмали при которо? соотношение «дефект твердых тканей/ошибка в измерении дозы: минимальны. Указанную массу можно считать оптимальной для определени дозы методом ЭПР по мнни-пробе эмали зуба.

Рисунок 4. Соотношение между массой мини-пробы эмали и ошибко измерения дозы

Таблица 1

Соотношение между массой образца эмали и ошибкой измерения дозы облучения_ ■ ■ '_

Номер образна 1-10 11-20 21-30 31-40 41-50 31-60

Число наблюдений 10 10 10 10 10 10

Амплитуда измерений 13,0-26,0 27,0-35,5 36,0-42,8 42,8-52,4 53,6-85,0 86,0-100

Средняя масса, мг 18,3 35,2 40,5 48,4 65,2 98,0

Средняя ошибка измерения 0,13 0,08 0.06 0,05 0,06 0,06

Критерий Вплкоксон, и Исходные данные 31 27 29 27 14

Исходные данные >0,05 =0,05 «0,05 =0,05 <0,01

Одним из ограничений в использовании метода ЭПР для целей поставарийной дозиметрии остаётся определение доз, накопленных за счёт ЕРФ местности, без учета вклада облучения в медицинских целях. Доза облучения в эмали, формируемая от различных источников ионизирующего излучения, начинает накапливаться только после его прорезывания в полость рта. Накопление продолжается на протяжении последующего периода его функционирования. Закладка постоянных зубов происходит в начале 5-го месяца внутриутробного развития. Поскольку в первое десятилетие жизни человека основным источником ИИ является естественный радиационный фон, то, исходя из возможности влияния ионизирующего излучения на структуру эмали во время внутриутробного развития, при сборе анамнеза уделялось внимание месту проживания родителей в течение 6 месяцев предшествующих моменту рождения пациента. Таким образом можно рассчитать ожидаемое значение доз, накопленных эмалью с учетом номера зуба в зубной формуле, сроков его прорезывания в полость рта, возраста человека, а также среднего значения ЕРФ территории проживания. Кроме того, зная примерное количество рентгеновских исследований, проведенных по медицинским показаниям, можно вычислить дозу, накопленную эмалью:

Б = (А - В) * С1 * 8760 + С2*(А - В),

где (2):

А - возраст человека на момент проведения исследования;

В - время прорезывания в полость рта постоянного зуба, с которого взята мини-проба

эмали; .....

С( - значение ЕРФ территории проживания,

С2 - суммарная ожидаемая доза излучения получаемая прп медицинских обследованиях за год,

8760 - количество часов в году.

Для расчета накопленной в эмали дозы от ЕРФ для жителей Московской области использовали средние показатели фона территорий, предоставленные Центральным государственным центром Госсанэпиднадзора Московской области в г. Мытищи. Среднее значение ЕРФ по г. Москве и Московской области составляет 10-11 мкР/ч.

В дополнение к расчетному методу, нами проведена экспериментальная оценка возможного диапазона доз, накапливаемых за счёт ЕРФ. С, этой целью исследованы четыре не пораженных кариесом зуба верхней челюсти экстрагированных из черепов коллекции, собранной антропологом С.М. Чугуновым. Результаты измерений образцов показали значительную разницу в накопленной дозе облучения (от 14±4 сГр до 57±1 сГр). Наблюдаемая вариабельность оценок доз от ЕРФ объясняется различиями в возрасте умерших, а также различными условиями захоронения (районы Сибири: г. Сургут, г. Томск и Алтай).

Кроме этой коллекции, были использованы материалы отдела археологии Московского Кремля - 8 не пораженных кариесом зубов верхней челюсти (табл.2). Известно, что зубы принадлежали только мужчинам в возрасте от 25 до 45 лет, но их дата захоронения была разной и варьировала в пределах от нескольких десятков до сотен лет.

Все использованные в эксперименте зубы принадлежали умершим до начала 20-го века лицам, что позволяет предположить отсутствие вклада дополнительного рентгеновского облучения. Как следует из таблицы 2,

накопленные за период жизни и после захоронения останков дозы, определенные по эмали зуба, варьировали от 35 до 142 сГр. Поскольку условия захоронения останков были одинаковыми, столь значительную разницу в оценках можно объяснить разницей в датах захоронения, условиями жизни и возрастом умерших. Большая оценка дозы (140 и 142 сГр) сопровождается большей дисперсией (27 и 20 сГр) и погрешностью измерений (19 и 14%) соответственно.

Таблица 2

Дозы по эмали зубов из кремлевского захоронения

Код зуба Доза, сГр Дисперсия, Погрешность

сГр измерении, %

кт8 142 20 14

кпг1 140 27 19

кт5 107 10 9

кшб 66 7 и

кт7 99 9 9

кт1018 42 8

кт2 35 5 14

ктЗ 37 6 16

Таким образом, экспериментально измеренный вклад ЕРФ в накопленную эмалью зуба дозу варьировал от 14-17 сГр (зубы из коллекции Чугунова С.М.) до 140 - 142 сГр (зубы из захоронения в Архангельском соборе Московского Кремля). Для более точного определения вклада ЕРФ в накопленную эмалью дозу требуется продолжение исследований, направленных на уточнение даты захоронения и оценку дозы от ЕРФ, что выходит за рамки диссертационной работы.

Для определения вклада в накопленную эмалью дозу рентгеновского излучения в диагностических целях, проведен расчет ожидаемых лучевых нагрузок от пяти современных диагностических рентгеновских аппаратов

различных марок и назначения, используемых в КЦС ФМБА России (г. Москва) (табл.3).

Таблица 3

Ожидаемая дозовая нагрузка на моляры и премоляры на основных рентгеновских аппаратах при диагностических исследованиях_

Ожидаемая дозовая Максимальное Суммарная ожидаемая Примечание

нагрузка на количество Среднее число дозовая нагрузка

эмаль за 1 снимков за обследований за на эмаль в год

снимок (мкЗв) обследование год (в мкЗв)

«Сгапех 3+

114 макс 1 2 228 СерЬ»

56 миннм 1 2 112 - « -

«ХгшпЛ»,

11 макс 6 2 132 верхняя челюсть

8,8 мгошм 6 2 105,6 - «-

нижняя

4 макс 6 2 48 челюсть

3 минпм 6 2 36 - «-

Согласно полученных из протоколов дозиметрического контроля данных, наибольшие лучевые нагрузки на зубы в полости рта при разовом обследовании получают пациенты на рентгеновских аппаратах «ХМшс!» и «Сгапех 3+ СерЬ» (табл.3). Наибольшая разовая доза, которую получает на моляры и премоляры за одно исследование пациент, не превышает 114 мкЗв при панорамном снимке и 11 мкЗв при внутриротовом дентальном снимке; с учетом частоты проведения рентгенобследования суммарная годовая ожидаемая дозовая нагрузка на эмаль не превышает 132-228 мкЗв.

Значения дозы облучения, определенной по мини-пробе эмали методом ЭПР, сравнивали с результатами, полученными расчетными методами и данными индивидуального дозиметрического контроля (рис.5). При этом можно ожидать, что суммарная доза за счет накопленной во время медицинских диагностических процедур и ЕРФ превысят расчетную оценку, поскольку ЭПР-спектрометрию проводили через 20 и более лет после аварии на ЧАЭС или окончания контакта с источниками ИИ на производстве. Полученные данные дозы по мини-пробе ЭПР эмали зуба в тех случаях,

когда масса мини-пробы была больше 40,0 мг, хорошо коррелируют с расчетными данными и данными индивидуального дозиметрического контроля. Из-за недостаточной массы мини-пробы эмали (менее 40 мг), у

!

ряда пациентов (№1-5, 43) доза оказалась ниже расчетной. Также при сравнении показателей необходимо учитывать, что методом ЭПР регистрируется доза в течение срока от момента прорезывания зуба до момента взятия мини-пробы эмали, тогда как данные индивидуального дозиметрического контроля отражают дозы лишь за период производственной деятельности.

р

0.8 0.6

I

0.4 0.2 О

N «э Л &с?## с?

Номер пробы

~~♦ Доза по ЭПР мини-пробы эмали (Гр)/ погрешность. _Документированная доза (Гр)_

Рисунок 5. Ретроспективное определение дозы облучения методом ЭПР-'пектрометрии по мини-пробе эмали зуба и физическими или расчетными методами определения дозы облучения.

Расхождение оценок реконструированных доз с документированными данными индивидуального дозиметрического контроля может объясняться лесколькими причинами. Методика ЭПР-дозиметрии, как и любая другая, лмеет определенную точность и вариабельность. Применение метода ЭПР ¡эмали наиболее эффективно в случаях относительно равномерного облучения. Известно, что в период ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС, когда отсутствовала возможность индивидуальной физической дозиметрии у каждого участника работ, документированная доза

I

определялась расчетным путем и могла быть неточной. Также при определении доз, полученных за время проживания на загрязненной местности, необходимо учитывать способность эмали аккумулировать энергию излучения на протяжении всего периода жизни зуба после его прорезывания в полость рта.

Клиническая оценка состояния зубов через 3 года после забора мини-проб эмали характеризовалась общеизвестными показателями сохранности пломб, краевого прилегания, стираемое™ композита на соответствующем сроке функционирования пломб идентичной локализации; эти показатели соответствовали показателям состояния зубов в контрольной группе пломбирования полостей в связи с кариесом (рис.6).

Утрачены за три года функционирований

| Реставрации мини-проб эмали Ореставрации при лечении кариеса ]

Рисунок 6. Сравнение состояния реставраций при лечении кариеса и при заборе мини-проб эмали.

Выводы

1. Предложена модификация методики использования мини-проб эмалг зуба для целей ЭПР-спектрометрии при определении накопленной дозь ионизирующего излучения, заключающаяся в ультразвуковой и химической обработке образов эмали для максимального удаления дентина и цемента.

2. Оптимальная масса мини-пробы эмали составляет от 35 до 45,0 мг, что позволяет как определить дозу облучения с достаточной точностью, так и полностью восстановить функции зуба.

3. Минимальное значение доз, накапливаемых эмалью за счёт естественного радиационного фона, составляет 14-17 сГр и выше.

4. На современных стоматологических диагностических рентгенаппаратах дозовые нагрузки на эмаль зуба не превышают допустимые нормативными документами пределы.

5. Результаты ЭПР-спектрометрии эмали зубов коррелируют с расчетными данными при определении суммарной дозы ионизирующего излучения и данными индивидуального дозиметрического контроля.

6. Состояние зубов после забора мини-проб эмали и восполнения дефекта светоотверждаемыми композитами не отличается от состояния зубов после пломбирования зубов по поводу кариеса.

Практические рекомендации

1. Для ретроспективной оценки дозы облучения методом ЭПР -спектрометрии рекомендуется использовать разработанную методику отбора мини-пробы эмали с последующим восстановлением анатомической формы и функций зуба. При проведении экспертизы профессиональных заболеваний у персонала предприятий, использующих источники ионизирующего излучения, и в случае аварийного переоблучения населения целесообразно применять данный подход в качестве одного из методов экспертной оценки дозы.

2. При оценке дозы облучения по мини-пробе эмали методом ЭПР-спектрометрии рекомендуется учитывать сроки прорезывания зуба, значения естественного радиационного фона, лучевую нагрузку предшествующих рентгендиагностичеких процедур.

3. После реставрации зоны забора мини-пробы эмали необходимо диспансерное наблюдение у врача стоматолога.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Распространенность зубочелюстных аномалий у детей работников предприятий с опасными условиями труда // Маэстро- 2010 - № 1(37) - С. 56-59 (соавт. Хавкина Е.Ю., Олесов Е.Е., Печенихина B.C., Колябина Ю.В., Макеев A.A., Дзуев Б.Ю.)

2. Сравнительная характеристика стоматологического статуса у подростков, родители которых работают в нормальных или опасных условиях труда // Российский стоматологический журнал - 2010 - №1 -С.46-47 (соавт. Олесов Е.Е., Хавкина Е.Ю., Макеев A.A., Максюков С.Ю., Дзуев Б.Ю., Печенпхииа B.C., Колябина Ю.В., Гарафутдинов ДМ.)

3. Рентгенологическая оценка стоматологического статуса пациентов на этапе предимплантационной подготовки полости рта // Материалы XXIV Всероссийской научно-практической конференции «Стоматология XXI века» - Москва - 2010 - С.371-373 (соавт. Кузнецов A.B., Пименов А.Б., Хлутков Е.С., Буравцова Е.А., Мельников А.И.)

4. Применение ЭПР-дозиметрии на мини-пробах эмали.// Российский стоматологический журнал - 2010 - № 4 - С. 15-17 (соавт. Олесова В.Н., Смельцов A.B., Илевич Ю.Р., Ижевский П.В., Клещенко Е.Д.)

5. Ретроспективное определение дозы облучения человека методом ЭПР-спектрометрии по эмали зуба // Российский стоматологический журнал - 2010 - Jft 4 - С. 44-46 (соавт. Олесова В.Н., Илевич Ю.Р., Ижевский П.В.)

6. Микропротезирование в стоматологии // Методическое пособие ИПК ФМБА РФ, Москва - 2010 - 38 с. (соавт. Чибисов В.В., Печенихина B.C., Рогатнев В.П., Олесов Е.Е., Перевозников В.И., Зверяев А.Г., Лернер А.Я., Глазов Д.О., Бронштейн Д.А., Буравцова Е.А., Громова Ю.И.)

7. Оптимизация контроля качества лечебно-профилактической помощи в ведомственной стоматологической клинике // Методическое пособие ИПК ФМБА России - 2010 - 26 с. (соавт. Хавкина Е.Ю., Уйба В.В., Олесов Е.Е., Колябина Ю.В., Дзуев Б.Ю., Олесов А.Е.)

8. Ограничения возможностей ЭПР-дозиметрии по мини - пробам эмали зуба II Материалы Международной научной конференции «Современные проблемы радиобиологии» - Гомель - 2010 - С.42-43 (соавт. Олесова В.Н., Ижевский П.В.)

9. Особенности состояния полости рта у ликвидаторов аварии на ЧАЭС по данным клинико-лабораторных исследований // Методическое пособие ИПК ФМБА России - Москва - 2010 - 20 с. (соавт. Хавкина Е.Ю., Бушманов А.Ю., Олесов Е.Е., Макеев А.А., Максюков С.Ю., Дзуев Б.Ю., Колябина Ю.В., Печенихина B.C.)

Актуальность темы. Определение поглощенной организмом дозы ионизирующего излучения (ИИ) - один из ключевых вопросов радиационной медицины. Зная величину поглощённой дозы, можно сделать прогноз тяжести течения и исхода лучевого поражения, выбрать адекватные методы лечения радиационного поражения. Следовательно, оценка индивидуальной дозы и диагностика лучевого поражения имеет важнейшее значение для проведения организационных и лечебно-профилактических мероприятий, как в острый период, так и в отдалённые сроки после облучения [28]. В результате радиационных аварий, крупнейшая из которых произошла на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС), лучевому воздействию подверглось большое количество людей, как участвовавших в ликвидации последствий аварии, так и жителей загрязненных радионуклидами территорий. При этом, в большинстве случаев, оценки полученных ими доз основаны не на результатах измерений, а определены расчётным путём, поскольку индивидуальный дозиметрический контроль проводился у ограниченного числа лиц [7,50]. Анализ дозовой нагрузки другими методами дозиметрии часто просто невозможен при облучении в аварийных ситуациях из-за ряда трудностей. По истечении значительного периода времени после облучения, оценить накопленную в организме дозу можно при помощи метода ЭПР-спектрометрии зубов. Метод основан на использовании эффекта возникновения при облучении в гидроксиапатите, являющемся минеральной основой зубной эмали, радиационно-индуцируемых резонансных центров (парамагнитных радикалов СОз "). Измеряемая интенсивность ЭПР сигнала является мерой оценки концентрации свободных радикалов в эмали и напрямую зависит от дозы, полученной человеком за время жизни.

Данный метод, известный и применяемый с середины XX века во всём мире, является одним из наиболее чувствительных и специфичных методов, позволяющих определять дозу при аварийном облучении. Существенно 4 ограничивает использование метода ряд не решенных до настоящего времени проблем:

- неопределённость вклада в интегральную величину поглощенной дозы, определенной методом ЭПР - спектрометрии, таких компонентов дозы, как естественный радиационный фон (ЕРФ) и медицинского облучения от современных диагностических рентгеновских аппаратов;

- влияние на качество ЭПР - сигнала содержащихся в измеряемом образце частиц дентина;

- необходимость экстракции зуба для получения зубной эмали, что невозможно признать целесообразным только ради оценки дозы облучения. Применение части эмали, взятой во время лечения, восстановление анатомической формы и функций зуба позволяет более широко использовать метод ЭПР в медицинской практике, однако, требуется его дальнейшее совершенствование [37].

Цель исследования: оптимизация метода определения накопленной дозы ионизирующего излучения с помощью модифицированной ЭПР-спектрометрии мини-проб эмали зуба. Задачи исследования:

1. Усовершенствовать методику отбора и обработки мини-проб эмали зуба для целей ЭПР-спектрометрии.

2. Определить вклад естественного радиационного фона в суммарную дозу ионизирующего излучения, накопленную эмалью зуба.

3. Оценить вклад стоматологического рентгенологического обследования в интегральную величину поглощенной дозы, определенной методом ЭПР-спектрометрии эмали.

4. Обосновать оптимальный объем мини-проб эмали для ЭПР-спектрометрии.

5. Сопоставить результаты расчетного метода определения дозы ионизирующего излучения с оценкой дозы по ЭПР - спектрометрии.

6. Провести сравнение состояния зубов после реставрации в связи с забором мини-проб эмали и в связи с лечением кариеса.

Научная новизна исследования. Впервые:

- на уникальных образцах эмали зубов из антропологических коллекций определен вклад естественного радиационного фона в величину поглощенной дозы, определенной методом ЭПР-спектрометрии;

- в эксперименте исследован вклад медицинского облучения от современных диагностических рентгеновских аппаратов в величину поглощенной дозы, определенной методом ЭПР-спектрометрии;

- апробирована модифицированная методика прижизненного отбора мини-проб эмали для определения дозы облучения у человека, не требующая экстракции зуба и пригодная для массового скринингового обследования;

- определены диапазоны доз, накапливаемых в эмали при аварийном облучении и при штатной работе на предприятиях ядерно-топливного цикла;

- показана принципиальная возможность определения полученной пострадавшим при радиационной аварии дозы ИИ в интегральной оценке накопленной дозы.

Практическая значимость. Разработана и предложена для внедрения в практику работы стоматологических учреждений ФМБА России модифицированная методика отбора мини-проб эмали у человека с последующим восстановлением функций зуба для определения индивидуальной дозы облучения. На основании проведенных исследований показано, что апробированная методика позволяет получить необходимое количество эмали для проведения индивидуальной дозиметрии с минимальным ущербом и с последующим восстановлением функции зуба, дает возможность оценить полученную дозу облучения (в дозах свыше 5 сГр) в динамике у одного и того же человека. Созданы условия для проведения массового скринингового обследования профессиональных контингентов и населения при необходимости определения накопленных доз ионизирующего излучения, а также для повышения оперативности экспертизы связи между полученными лучевыми нагрузками и состоянием здоровья пациента.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Модифицированная методика забора и обработки мини-проб эмали зуба для целей ЭПР-спектрометрии позволяет определить суммарную дозу ионизирующего излучения без удаления зуба при объеме образцов эмали от 35 до 45 мг.

2. Данные ЭПР-спектрометрии образцов эмали сопоставимы с результатами расчетного метода определения интегральной дозы ионизирующего излучения и индивидуального дозиметрического контроля.

3. Величина доз ионизирующего излучения, накапливаемого эмалью за счет естественного радиационного фона, составляет 14-17 сГр и выше, а за счет стоматологической рентгенодиагностики на современных аппаратах 1-2 сГр.

4. Забор мини-проб эмали с последующим замещением дефекта светоотверждаемым композитом не приводит к негативным последствиям в состоянии зуба.

Апробация работы. Результаты исследования доложены на XXIV Всероссийской научно-практической конференции «Стоматология XXI века» (Москва, 2010), Международной научной конференции «Современные проблемы радиобиологии» (Гомель, 2010); на заседании кафедры клинической стоматологии и имплантологии ИПК ФМБА России (2010).

Внедрение результатов исследования. Результаты исследования внедрены в практику работы Клинического центра стоматологии ФМБА России (г. Москва), Федерального медицинского биофизического центра им. А.И. Бурназяна ФМБА России; в учебный процесс кафедры стоматологии общей практики и подготовки зубных техников МГМСУ (г. Москва), кафедры клинической стоматологии и имплантологии ИПК ФМБА России (г. Москва)

По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 3 в журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 98 листах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, трех глав собственных исследований, выводов, практических рекомендаций, указателя литературы. Диссертация иллюстрирована 14 рисунками и 10 таблицами. Указатель литературы включает 145 источника, из которых 110 отечественных и 35 зарубежных.

выводы

1. Предложена модификация методики использования мини-проб эмали зуба для целей ЭПР-спектрометрии при определении накопленной дозы ионизирующего излучения, заключающаяся в ультразвуковой и химической обработке образов эмали для максимального удаления дентина и цемента.

2. Оптимальная масса мини-пробы эмали составляет от 35 до 45,0 мг, что позволяет как определить дозу облучения с достаточной точностью, так и полностью восстановить функции зуба.

3. Минимальное значение доз, накапливаемых эмалью за счёт естественного радиационного фона, составляет 14-17 сГр и выше.

4. На современных стоматологических диагностических рентгенаппаратах дозовые нагрузки на эмаль зуба не превышают допустимые нормативными документами пределы.

5. Результаты ЭПР-спектрометрии эмали зубов коррелируют с расчетными данными при определении суммарной дозы ионизирующего излучения и данными индивидуального дозиметрического контроля.

6. Состояние зубов после забора мини-проб эмали и восполнения дефекта светоотверждаемыми композитами не отличается от состояния зубов после пломбирования зубов по поводу кариеса.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для ретроспективной оценки дозы облучения методом ЭПР -спектрометрии рекомендуется использовать разработанную методику отбора мини-пробы эмали с последующим восстановлением анатомической формы и функций зуба. При проведении экспертизы профессиональных заболеваний у персонала предприятий, использующих источники ионизирующего излучения, и в случае аварийного переоблучения населения целесообразно применять данный подход в качестве одного из методов экспертной оценки дозы.

2. При оценке дозы облучения по мини-пробе эмали методом ЭПР-спектрометрии рекомендуется учитывать сроки прорезывания зуба, значения естественного радиационного фона, лучевую нагрузку предшествующих рентгендиагностичеких процедур.

3. После реставрации зоны забора мини-пробы эмали необходимо диспансерное наблюдение у врача стоматолога.