Автореферат и диссертация по медицине (14.00.21) на тему:Влияние излучения АИГ-неодимового лазера на состав и структуру твердых тканей зуба

• На правах рукописи

ШАРАПОВА АСИЯ ИЛЬГИЗОВНА

ВЛИЯНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ АИГ-НЕОДИМОВОГО ЛАЗЕРА НА СОСТАВ И СТРУКТУРУ ТВЕРДЫХ ТКАНЕЙ ЗУБА

14.00.21 - стоматология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Казань - 1995

Работа выполнена в Казанском Государственном Медицинском

Университете.

Научный руководитель:.- доктор медицинских наук,

заслуженный деятель науки РТ, профессор М.З.Миргазизов.

Научные консультанты: - доктор медицинских наук,

профессор Н.Ш.Шамсутдинов - доктор физико-математических наук, заслуженный деятель науки РТ, профессор Ю.Е.Польский.

Официальные оппоненты: - доктор медицинских наук,

профессор Г.Г. Насибуллин - доктор медицинских наук, профессор В.М. Семенкж.

Ведущее учреждение: Санкт-Петербургский Государственный Медицинский Университет

Защита состоится /// _ 1996 г. в часов

на заседании диссертационного Совета К 084.29.01 в Казанском Государственном Медицинском Университете (420012, Казань, ул.Бутлерова, 49).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке университета (ул.Бутлерова, 496).

Автореферат разослан" " )> 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор медицинских наук, профессор

И.И.Гиниятуллин.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Оптические квантовые генераторы (лазеры) широко применяются при диагностике, профилактике и лечении важнейших стоматологических заболеваний, а также при изготовлении зубных протезов и ортодонтических аппаратов (Прохон-чуков A.A. 1995; Прохончуков A.A., ЖижинаН.А., 1986; Служаев И.Ф. 1990; Назыров Ю.С. 1992; Миргазизов М.З. с соавт. 1988; Ferreria J.M. с соавт., 1989; Frentzen М. с соавт., 1992; Hess J., .1990 и мн. др.). Данный факт обусловлен как уникапьными физическими свойствами (в частности, монохроматичностью, когер-рентностью, малой расходимостью потока излучения, возможностью при фокусировке получать очень высокую плотность мощности на облучаемой поверхности), так и особенностями их влияния на биологические ткани.

Известно, что одним из первых объектов воздействия лазерного облучения на ткани человека явились зубы (Геккер И.Р., Ов-руцкий Г.Д., Сенатский Ю.В., 1964; Stern R.H., Sognnaes R.F., 1964). Механизм действия Еысокоинтенсивных оптических квантовых генераторов на твердые ткачи зуба (ТТЗ) заключается в одновременном проявлении всего сложного комплекса процессов, в том числе обусловленных структурной неоднородностью эмали и дентина. Наряду с этим следует иметь в виду также пульпу зуба, гибель которой возможна при кажущихся оптимальных энергетических режимах лазерного воздействия на ТТЗ. Учитывая последнее, особый интерес представляет комплексное углубленное исследование ТТЗ с учетом пороговых морфологических изменений со стороны-пульпы, которые возникают при действии лазерного излучения на

зубную ткань. Однако, публикации, касающиеся данного вопроса в аспекте комплексного подхода, не только противоречивы, но и недостаточны. Вместе с тем, сведения, характеризующие морфологическую и физико-химическую структуру ТТЗ, подвергшихся действию лазерного излучения при различных энергетических режимах, крайне необходимы при создании и развитии лазерной техники, предназначенной для препарирования зубных тканей. В этой связи особый интерес представляет твердотельный лазер на основе алю-мо-иттриевого граната, легированный ионами неодима (АИГ-неоди-мовый лазер), поскольку длина его волны не совпадает с резонансной частотой колебаний любых химических группировок, участвующих в строении зуба (Багдасаров Х.С. с соавт., 1989). Более того, он отлично зарекомендовал себя при манипуляциях на ТТЗ и мягких тканях слизистой оболочки полости рта (Зазулевская Л.Я. с соавт., 1988).

Цель исследования. Выявить морфологические, физико-хими-чес.кие и структурные изменения ТТЗ под воздействием излучения твердотельного АИГ-неодимового лазера.

Задачи исследования.

1. Проследить патоморфологические изменения в зубах, облученных АИГ-неодимовым лазером.

2. Изучить физико-химические изменения в структуре ТТЗ, подвергнутых: лазерному облучению.

3. Изучить механизм преобразований кристаллической составляющей эмали и дентина в результате лазерного воздействия.

Научная новизна исследования заключается в том, что впервые: - дана комплексная оценка патоморфологических и структурных изменений эмали и дентина зубов в зависимости от плотности пог-

лощенной энергии АМГ-неодимоЕого лазера;

- дана количественная характеристика процесса увеличения степени кристаллического совершенства основной составляющей ТТЗ в зависимости от величины плотности поглощенной энергии лазерного излучения;

- обнаружен стимулируемый лазерным излучением переход менее устойчивых кристаллических фаз эмали зуба в более устойчивые.

. Практическая значимость. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о потенциальной перспективности использования АИГ-неодимового лазера в клинике ортопедической стоматологии.

Аргументирована необходимость комплексной оценки влияния лазерного излучения на ТТЗ. При этом следует иметь в виду, что фазовые и структурные преобразования кристаллической компоненты ТТЗ, возникающие в результате лазерного воздействия, приводят к увеличению ее химической резистентности и микротвердости.

Материалы диссертационной работы целесообразно учитывать при создании, совершенствовании и развитии лазерной техники, предназначенной для препарирования ТТЗ.

Результаты исследования рекомендуется использовать в педагогическом процессе при подготовке и усовершенствовании врачей стоматологического профиля.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на совместном заседании кафедр стоматологического профиля Казанского государственного медицинского университета и Казанской государственной медицинской академии, на научной конференции молодых ученых, посвященной 75-летию Казанского ГИДУВа, на Республиканской научно-практической конференции "Проблемы техноло-

гического обновления в стоматологии" (г. Казань).

Реализация работы. Основные положения диссертационного исследования используются в учебном процессе кафедры ортопедической стоматологии Казанского государственного медицинского университета и кафедры челюстно-лицевой хирургии Казанской государственной медицинской академии.

Публикации. По результатам исследования опубликовано 3 работы, отражающие основное содержание диссертации.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Количественная характеристика процесса увеличения степени кристаллического совершенства гидроксилапатитовой составляющей ТТЗ зависит от плотности поглощенной лазерной энергии.

2. Излучение АИГ-неодимового лазера стимулирует переход менее устойчивых кристаллических фаз эмали зуба в более устойчивые.

3. В результате воздействия излучения АИГ-неодимового лазера в дентине зуба одновременно реализуется два встречных процесса: раскристаллизация аморфного фосфата кальция и полигонизация кристаллического гидроксилапатита.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка использованной литературы. Работа содержит 130 страниц машинописного текста, имеет 62 рисунков и 12 таблиц. Библиография включает 68 отечественных и 94 иностранных публикаций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материал и методы исследования. В целях реализации поставленных задач использована полуавтоматическая установка на

АИГ с неодимом "Квант-17" с обязательной калибровкой энергии импульса излучения перед началом каждой серии исследований. Калибровка лазерной энергии осуществлялась с помощью прибора "ИМ0-2Н" Волгоградского опытного завода "Эталон".

Поверхностную плотность мощности лазерной энергии в зоне воздействия на биологическую ткань (W) рассчитывали по формуле

Е

W = -^-— Дж/см", где

я • 8*- • f"

Е - энергия излучения установки "Квант-17" по прибору "ИМ0-2Н" (Дж);. ir - 3,14; 6 - расходимость излучения на выходе лазера (2,5-1СГ3 рад.) и f - фокусное расстояние объектива (200 мм) для фокусировки лазерного излучения согласно паспортным данным установки "Квант-17".

С учетом установленной W расчитывалась плотность поглощенной (эмалью, либо дентином) лазерной энергии (Wg* ) согласно формуле Wд$. = it КПогл'W Дж/см2, где п - число импульсов в серии. О коэффициенте поглощения (КПогл) судили в зависимости от типа биологической ткани. При этом мы исходили из того, что Кпогл - 1-Котр- По литературным данным (Тарсис Э.Е., 1973), коэффициенты отражения эмали и дентина зуба для \ = 1,06 мкм равны соответсвенно 50+5% и 40+3,8%. Следовательно, для эмали Кпогл = 50+5%, для дентина КПогл = 60+3,8%. Именно на эти цифровые показатели мы ориентировались при установлении V/дг .

Всего для экспериментального исследования использовано 189 свежеудаленных по ортодонтическим показаниям зубов, в частности, премоляров. При этом пациенты были в возрасте от 16 до 21 года. Лазерному облучению (сканирован™) в импульсном режиме

- в -

подвергались зубы, либо их шлифы (толщиной 300, 200 - £50 и 150 мкм), что зависело от поставленной задачи, при от 1,3 до £1 Дж/см2. Выбору минимальной энергетики лазерного воздействия на твердые ткани зуба предшествовали поисковые патоморфологи-ческие исследования, проведенные на 12 зубах.

С целью изучения патоморфологической картины зубов, облученных АИГ-неодимовым лазером при различной ( 1,3; 2,5; 4; 5; 8-9; 18 Дж/см2), использовались оптическая и растровая электронная микроскопия. Облученные зубы (шлифы), предназначенные для оптической микроскопии, предварительно декальцинирова-лись с последующим изготовлением срезов (не более 5-8 мкм) и окраской их гематоксилин-эозином по стандартной методике. Растровая электронная микроскопия осуществлялась с помощью сканирующего микроанализатора "РЭММА-202М". Для этого в вакуумной установке ВУП-4 под давлением Р=5-10'4 мм рт. ст. термическим способом на поверхность исследуемого шлифа наносилась тонким слоем проводящая смесь, состоящая из углерода и серебра. Затем образцы помещались в камеру растрового электронного микроскопа, после чего изучался рельеф их поверхности при рабочем вакууме Р=5.10~5 мм рт. ст. и ускоряющем режиме 30 kV. Патоморфологи-ческая картина эмали и дентина фотографировалась при различных увеличениях.

Исследование микрогвердости эмали и дентина проводилось прибором ПМТ-З. Изучалась микротвердость шлифов коронковой части эмали (в области жевательного бугра) 5 интактных (30 шлифов) и 16 облученных (96 шлифов) зубов (36 шлифов - при ~ 5

Дж/см2, 30 - при Шд*. 8 Дж/см2, 30 - при 18 Дж/см2), а

также центральной коронковой части дентина 5 интактных (30 шли-

- у -

фов) и 16 облученных (96 шлифов) зубов (36 шлифов - при -v 6 Дж/см2, 30 - при 9 Дж/см2, 30 - при WÄS, ~ 21 Дж/см2). Из-

мерение микротвердости эмали и дентина облученных зубов проводилось по краю кратера и на расстоянии от него 15,75; 31,5 и 63,0 мкм. Цифровой материал подвергнут статистической обработке с привлечением t - критерия Стьюдента.

Проведению рентгеновской дифрактометрии предшествовало приготовление порошка эмали и дентина из шлифов интактных и облученных зубов. С целью выявления фазового состава интактной и облученной эмали ^ 5 и 18 Дж/см2) использовался ав-

томатический порошковый рентгеновский дифрактометр, созданный на базе серийного "ДРОН-З,0" и обеспечивающий многократное накопление в памяти управляющей ЭВМ регистрируемых дифракционных спектров до получения необходимых соотношений "сигнал-шум". Такой прием позволял достаточно надежно идентифицировать кристаллические фазы, концентрация которых в образце много меньше 1%. Съемка проводилась в шаговом режиме с шагом 0,008 А-1, в интервале 2,5 - 6,4 А-1. Таким образом, межплоскостное расстояние каждого рефлекса определялась как обратная величина его координаты по оси абсцисс. По оси ординат фиксировалась относительная интенсивность в долях интенсивности самого сильного рефлекса. В качестве эталонов использовались данные интернациональной базы порошковых данных, так называемые карточки ICPDS, каждая из которых имеет свой унифицированный номер.

Определение межплоскостных расстояний и средних размеров кристаллических блоков, так называемых областей когеррентного рассеяния, гидроксилапатита интактных и облученных эмалей

О . о

... 2,5; 5; 8 и 18 Дж/см*-) и дентина (Ид* ~ 3; 6; 9 и 21 Дж/см*-)

проводилось с помощью рентгеновского дифрактометра "ДР0Н-2.0" на РеКа-излучении с марганцевым фильтром и регистрацией дифракционных отражений на диаграммной ленте. Съемку вели в интервале углов 39-45°, скорость движения диаграммной ленты - 600 мм/час, скорость счетчика - 0,25 град/мин. Обработка диаграммной ленты заключалась в измерении межплскостных расстояний и полуширин дифракционных максимумов. Поскольку абсолютные значения Бокр нас не интересовали, то мы ограничились их приближенной оценкой по известному соотношению Шерера, связывающему значения Б0кр с полушириной дифракционного максимума:

X

ь =-

В • соэ В

Определения величины В осуществлялось графически непосредственно по дифракционному спектру. Использовалось отражение 3030 апатитовой составляющей, то есть значение В=3030 соответствовало минимальному среднему значению блока в направлении, перпендикулярном грани призмы апатитового кристалла.

Инфракрасные спектры поглощения порошка интактных и облученных эмали (У/д£. ~ 2,5; 5; 8 и 18 Дж/с.м2) и дентина ~ 3; 6; 9 и 21 Дж/см2) регистрировались на ИК-спектрофотометре марки "Бресогс! М-80" в диапазоне частот 400 - 3700 см-1. Всего записано 50 спектров поглощения.

Основные результаты исследования.

Проведенные патоморфологические исследования показали, что начальные структурные изменения со стороны твердых тканей и пульпы зубов проявляются при 1,3 Дж/см2. Такая энергетика

обуславливает образование поверхностного повреждения эмали в

- и -

виде кратера. При этом "рикошет" лазерного луча приводит к локальному отделенш эмали от дентина. В свою очередь, в дентине обнаруживаются клиновидные дефекты, а в пульпе происходит де-комплексация клеточных структур в связи с выраженным отеком. При этом клетки (пульпоциты) как бы "плавают" в отечной жидкости. Следует отметить, что эти изменения развиваются на фоне выраженного полнокровия сосудов. В самих сосудах явлений коагуляции и распада эритроцитов не обнаружено.

Двукратное увеличение ШД!6. до 2,5 Дж/см2) приводит к повреждению уже всей толщи эмали с распространением на дентин. Так, образовавшийся с довольно ровными стенками овальный крате-рообразный дефект имел клинообразное углубление, представленное разволокненной тканью, с направлением в сторону пульповой камеры. Кроме того, обнаруживаются ромбические и Л-образные дефекты, расположенные поперечно к оси зуба. В пульпе выявляется локальный равномерный отрыв сосудов пульпы от стенок полости зуба, полнокровие и периваскулярный отек.

Трехкратное увеличение ДОд^ до 4 Дж/см2) приводит к отсутствию эмали в области лазерного воздействия. Отмечается отчетливо выраженный ожог коронкового дентина и множественные зигзагообразные, направленные острием на периферию зуба, клиновидные дефекты, сообщающиеся с полостью зуба. Возникновение таких дефектов, по-видимому, связано с фотогидравлическим эффектом лазерного излучения. При отмеченной энергетике пульпа в еще большей степени отслаивается от стенок полости зуба, образуя множественные вакуоли в пристеночной области пульповой камеры. При этом отчетливо видны участки коагуляции с явлениями отека и полнокровия сосудов.

Плотность поглощенной лазерной энергии до 5 Дж/см2 расценена нами как критическая (пороговая). При такой энергетике со стороны пульпы выявлялись множественные повреждения в виде разрывов, которое мы относим за счет ударного действия лазерного излучения, и различной формы вакуоли, сочетающиеся с полнокровием сосудов, резко выраженным отеком и коагуляцией. Кратер эмали имеет значительные размеры, дно которого ровное. Дентин .имеет множественные обширные повреждения серповидной формы и микротрещины, происхождение которых обусловлено еще большим проявлением фотогидравлического эффекта лазерного излучения.

Увеличение Шдь выше пороговой приводит к дальнейшим морфологическим изменениям со стороны твердых тканей и пульпы зуба. Так, при 8-9 Дж/см2 эмаль полностью разрушается, дентин

не имеет признаков ожога. В коронковой части зуба - множественные линейные клиновидные дефекты, сопровождающиеся с дефектами, располагающимися поперечно оси зуба. При 18 Дж/см2 все

твердые ткани и пульпа зубов разрушаются, кратер отсутствует, огромные микротрещины располагаются вдоль и поперек оси зуба.

При растровой электронной микроскопии эмали зубов, облученных Ид* ~ 2,5 Дж/см2, обнаруживаются неравномерные, различной величины и глубины кратерообразные дефекты. Они имеют овальную форму (54x12 мкм) и валикообразно возвышенные края. В отдельных участках видны продольные и поперечные микроскопические и субмикроскопические трещины, которые обычно не обнаруживаются при оптической микроскопии. При 5 Дж/см2 ультраструктура эмали характеризуется множественными очагами расплавления ткани с образованием более глубоких дефектов, которые имеют линейную направленность, очевидно, совпадающую с границами ело-

истости. В отдельных участках повреждение ткани носит разлитой характер. В области эмалево-дентинной границы образуются неправильной формы микротрещины, которые в отдельных случаях как бы разрывают дентин. При 8 Дж/см2 в эмали наблюдается эллип-

соидной формы кратер без достаточно резких границ. На его вали-кообразно приподнятых краях отчетливо Еидна расплавленная ткань, имеющая различную толщину. Дно кратера - неравномерной глубины. От места лазерного воздействия в радиальном направлении идут микротрещины. При -.. 18 Дж/см2 в эмали образуется овальный кратер более значительного диаметра (50x80 мкм) и глубины (,. 41,5 мкм), по краю которого обнаруживается расплавленная ткань (17x60 мкм), имеющая при большом увеличении вид причудливых фигур. Распространенность и глубина микротрещин еще больше увеличивается.

Исследованию влияния АИГ-неодимового лазера на микротвердость эмали и дентина предшествовали аналогичные исследования интактных зубов. Они показали, что микротвердость коронковой части эмали интактного зуба (в области жевательного бугра) равна, в среднем, 392+4,4 кг/мм2, дентина (в его центральной коронковой части) - 73,2+1,1 кг/мм2, что не противоречит литературным данным.

При -.. 5 и 8 Дж/см'' микротЕердость эмали (соответственно, 397+4,7 и 401+3,6 кг/мм2) не претерпевает ( в сравнении с интактной тканью) статистически значимых изменений. При этом следует отметить, что микротвердость эмали по краю кратера и на различном расстоянии от него (до 63 мкм), примерно, одинакова (Р>0,05). Что касается энергетики - 18 Дж/см2, то она приводит к повышению микротвердости коронковой эмали до 406+3,1 кг/мм2.

что отличает ее от необлученной эмали (Р<0,05). При этом мик-ротьердость эмали на расстоянии 16 и 31 мкм от края кратера выше (соответственно, 409+2,5 и 411+2,9 кг/мм2), чем на расстоянии 63 мкм от него (398+2,8 кг./мм2; Р<0,01).

При ... 6 Дж/см2 микротвердость дентина (69,2+1,7 кг/мм2) остается, примерно, в пределах микротвердости интактно-го дентина (Р>0,05). МД£ ~ 9 Дж/см2 и, особенно, ~ 21

Дж/см2 приводят к снижению микротвердости дентина (соответственно, до 65,9+2,1 и 53,7+1,8 кг/мм2), что подтверждается статистически (Р<0,01; Р<0,001). При этом микротвердость дентина края кратера и его периферии (на расстоянии 16, 31 и 63 мкм) при энергетике 21 Дж/см2 ниже, чем при энергетике , 6 и ^ 9 Дж/см2 (Р<0,001).

При исследовании фазового состава кристаллической составляющей •зубной эмали использовались интактные образцы, а также образцу, облученные МГ-неодимовым лазером при ^ 5 Дж/см2 и 18 Дж/см2. Полученные наш результаты свидетельствуют, что дифрактограмма интактной ткани содержит полный набор отражений гидроксилапатита Са5(Р04)з(0Н), межплоскостные расстояния которого довольно близко соответствуют эталону (карточка ЮРЮБ 9-432) и отвечает элементарной ячейке а=9,432; с=6,884 (у эталона а=9,418; с=6,886) Шихеев В.И.; 1957]. Небольшое увеличение параметра а легко объяснимо наличием изоморфных примесей.

При анализе дифракционной картины интактной эмали, но в вертикальном масштабе, увеличенном в 8 раз, отчетливо наблюдается также отражение других кристаллических фаз. Одну из них можно отнести к карбонатгидроксилалатиту - Са5(Р04,С0з)з(0Н) (карточка 1СР03 19-272). Судя по конфигурации дифракционной

кривой (полностью разрешен только последний рефлекс), эта фаза не является вполне самостоятельной. Скорее всего, мы имеем дело с увеличением концентрации изоморфного С0з2~-аниона на отдельных участках эмали. Другая фаза, на которую мы обратили внимание, соответствует кислому фосфату кальция состава СаНР04. Известно (Зазулевская Л.Я., Коган Г.В., 1985), что растворимость этой фазы составляет 18 г/л, тогда наг: гидроксилапатит в области рН 5-7 практически не растворим. Оказывается, что именно кислые форш фосфор - кислородных группировок несут ответственность за процессы, протекающие при пародонтите (Зазулевская Л.Я., Коган Г.В., 1985). Наконец, наблюдается еще одна фаза с кислыми фосфор - кислородными группировками, близкая к соединению Са(Н2Р04)о-(НоО), но с некоторым дефицитом НоО. Ранее, насколько наг/! известно, присутствие таких соединений в зубной эмали не отмечалось, растворимость кислого двухзамещенного орто-фосфата кальция - 0,2 г/л (Зазулевская Л.Я., Коган Г.В., 1985). Последняя из обнаруженных прмесных фаз представляет собой хлор-гидрофосфат кальция Са5(Р04)з(С1,0Н).

После облучения эмали Ид*. ~ 18 Дж/см2 метрика элементарной ячейки основной гидроксилапатиовой фазы, в основном, сохраняется при некотором сужении дифракционных максимумов. Вместе с тем, на таком фоне в составе примесных фаз происходят радикальные изменения. В частности, на дифрактограммах видно, что отражения фаз Саз(РО4,СО3)з'(ОН) и СаНР04 практически полностью отсутствуют, а отражения фазы Са(НоР04)-Н^О в значительной мере ослаблены. Отсюда следует, что воздействие лагерного излучения сопровождается удалением структурных С0з2~- группировок, воды и депротонизаиией кислых фосфатов кальция. Отражения хлоргидро-

фосфата кальция, в основном, сохраняются. Очевидно, конечным продуктом преобразования указанных фаз является а Саг07, достаточно надежно устанавливаемый по серии отражений. Переход структур с группировками Р043~ в структуру Р2О7 свидетельствует о восстановительных условиях протекания реакции, что вполне естественно, поскольку воздействие лазерного излучения неизбежно сопровождаются окислением органической составляющей зуба.

При лазерном воздействии на эмаль №Д£. -V 5 Дж/см2, соответствующей критическому (по данным морфологического исследования), регистрируются те же процессы, что и при -V 18 Дж/см2, но с меньшей интенсивностью. Фаза Са5(Р04,С0з)з уже практически полностью отсутствует, фаза Са(НгР04) - СаСНгРО^г'НгО устанавливается лишь на уровне следовых концентраций и уже отчетливо проявляется наличие фазы <* СагО?.

Сравнительный анализ дифракционного материала интактных и облученных (в различных энергетических режимах) эмали и дентина показал, что лазерное воздействие изменяет межплоскостные расстояния (с1), а, следовательно, и параметры элементарной ячейки кристаллической решетки апатита.

В частности, в эмали при Мд*. 5 Дж/см2 параметр ао несколько возрастает и далее сохраняется постоянным. При VIдь 18 Дж/см2 величина ао сравнивается со значением эталонного гидроксилапатита - 9,418 А. Отмеченная, зависимость проще всего объясняется наличием изоморфных СОз2- групп. У эталонного карбонгидроксилапатита ао = 9,309 А (карточка ЮРБЗ 19-272). Очевидно, практически полное удаление карбонатных групп из основной кристаллической фазы зубной эмали наступает еще до достижения максимальных энергетических режимов. Следует подчерк-

нуть, что небольшой диапазон изменений межплоскостных расстояний всех рефлексов гидроксилапатита свидетельствует об отсутствии в эмали рентгеноаморфных фаз апатитового состава, переходящих в кристаллическое состояние под действием лазерного излучения.

В облученном дентине диапазон изменений межплоскостных расстояний всех измеренных рефлексов заметно больше, чем в эмали. Значение параметра ао меняется в более широких пределах, что не может быть объяснено действием одного однонаправленного процесса. При облучении дентина 3 Дж/см2 происходит

уменьшение параметра ао по отношению к интактной ткани; при 9 Дж/см2 наблюдается резкое его увеличение, а при -21 Дж/см2 - снова незначительное снижение. При этом величина ао = 9,422 А остается больше, чем в эталонном гидроксилапатите. Очевидно, мы имеем дело с более сложным составом изоморфных примесей как в анионных , так и в катионных позициях апатитовой структуры дентина. При > 3 и 6 Дж/см2 в ее анионной части присутствует значительной количество С0з2~ группировок, что снижает значение параметра ао по отношению к интактному дентину. Удаление изоморфного С0з2~ при ... 9 Дж/см2 сопровождается резким увеличением параметра ао.

Рассмотренные механизмы хорошо согласуются с данными по изменению величин DOKp апатитовой составляющей эмали дентина при воздействии на них лазерного излучения. Так, например, уже при 2,5 Дж/см2 размеры областей когеррентного рассеяния

(ОКР) возрастали по отношению к интактной эмали примерно в 2 раза. Kar: уже указывалось, при этом в структуре эмали не происходит разрушение С0зг~- и ОН-групп. Вместе с тем, такая-плот-

ность лазерной энергии вполне достаточно для удаления мономолекулярного слоя межкристаллической воды и органической составляющей эмали. Поэтому в ответ на лазерное воздействие в эмали сразу же начинается процесс полигонизации. При ^ 8( Дж/см2 в эмали возникает процесс деструкции ее апатитовой структуры, очевидно, связанный с удалением С0з2_-группировок, что сопровождается резким уменьшением размеров ОКР. Затем два процесса (разрушение анионных групп и полигонизация) идут одновременно в двух противоположных направлениях. При п, 18 Дж/см2 процесс полигонизации начинает полностью преобладать, а размеры ОКР становятся существенно больше, чем в интактной эмали.

С увеличением Уд*, на дентин в нем сначала происходит постепенное, а затем более резкое уменьшение 0Окр» что свидетельствует о переходе рентгеноаморфной апатитовой фазы в кристаллическую, характеризующуюся предельно низкими размерами Вокр-Процесс полигонизации наступал в дентине лишь при предельно используемой нами ~ 21 Дж/см2, что естественно, поскольку общее содержание органических веществ и воды в дентине значительно больше, чем в эмали.

Полученные результаты значений ОКР интактных и облученных эмали и дентина в зависимости от величины дает основание считать, что допустимые значения УД£. дентина, при которых не наблюдается существенного разрушения и удаления межкристаллического вещества, превышает 9 Дж/см2. Одновременно любая (избранная нами) не приводит и к деструкции кристаллической структуры апатита эмали. Более того, существенно повышает размер ОКР апатита, что связано с полигонизацией его кристаллов. Таким образом, предельно допустимые дентина определяются

органической, а не минеральной составляющей; для эмали они могут быть существенно Еыше.

Сравнительный анализ ИК-спектрограмм интактной и облученной эмали (в различных энергетических режимах) показал, что при воздействии лазерного излучения наиболее наглядные изменения происходят в ортофосфатной [уз(Р04)3_], карбонатной [У1(С0з)2_] и гидроксильной (кристаллизационная вода, ОН...Р, ОН...Н) частях неорганической составляющей эмали, а также в волноеых характеристиках Амид-II ее органической составляющей. Так, в ортофосфатной части в области валентных колебаний уз(РС>4)3_ при энергетике 8 Дж/см2 на ИК-спектрограмме эмали отмечается уменьшение интенсивности полос поглощения в . области 1030 -1050, 1060 - 1070 и 1090 см-1. Увеличение плотности поглощенной энергии до 18 Дж/см2 приводит к появлению дополнительной полосы абсорбции при 1100 см-1. В карбонатной части спектра облученной эмали наблюдается увеличение интенсивности полос поглощения, обусловленное валентными колебаниями связей С...О в карбонат ионе С0з2~. Особенно четко это регистрируется в области симметричных валентных колебаний \>1(С0з)2_ аниона при частотах 1450 -

_ 1 О о

1460 см 1 при энергетике 5 и 8 Дж/см*-. При 18 Дж/см'- зна-

чительно увеличивается интенсивность полосы при 1410 см-1. В гидроксильной части спектра эмали при ^ 2,5 и 5 Дж/см2 регистрируется возникновение полос поглощения ОН-групп в области 3480, 3440 и 3360 см-1, то есть в области сильно структуирован-ной воды, и их исчезновение при 3540 и 3420 см-1, что соответствует области слабо структурированной кристаллизационной воды.

- Дж/см2 приводит к полному сглаживанию спектральной кривой гидроксильной части эмали. Кроме того, такая энергетика

приводит также к ревкому уменьшению интенсивности полос поглощения в области 1540, 1570 см-1, что соответсвует Амид-II.

Облученный дентин, в отличие от интактного, характеризуется изменениями гидроксильной части (кристаллизационная вода, ОН...Г, 0Н...Н) и связи Са-0 неорганической составляющей, а также СН-группировок органической составляющей. При этом, в гидроксильной части спектра дентина при 3 и » 6 Дж/см2 на

фоне широкой полосы поглощения четко вырисовываются 5 максимумов при 3580, 3500, 3440, 3380 и 3340 см-1. При ~ 21 Дж/см2 наиболее интенсивной полосой становится поглощение при 3340 см-1. В области валентных: колебаний Са-0 связи отмечается так называемое "разрыхление связи" со сдвигом волновых чисел в сторону меньших значений (450 см-1). В области валентных колебаний СН-группировок по мере увеличения до 21 Дж/см2 наблюдается понижение интенсивности полос поглощения и смещение их в область больших значений волновых чисел при 2900 - 2920 и 2980 -3000 см-1.

ВЫВОДЫ

1. Установлена зависимость морфологических и физико-химических изменений в зубах от величины поглощенной дозы энергии импульсного АИГ-неодимового лазера.

2. Установленный критический порог плотности поглощенного лазерного излучения при воздействии на зуб (№д2. -V 5 Дж/см2) обусловлен патоморфологическими изменениями со стороны пульпы, а не структурными и фазовыми преобразованиями кристаллической составляющей эмали и дентина.

3. С увеличением плотности поглощенной дозы лазерного излучения термическая деструкция органической составляющей твердых тканей зуба сопровождается фотогидравлическим эффектом.

4. При воздействии лазерного излучения в гидроксилапатите твердых тканей зуба происходит частичное удаление изоморфных С0з2~-групп в структурные каналы и укрупнение размеров кристаллических блоков с локальным увеличением микротвердости.

5. Методом рентгеновской дифрактометрии установлено, что излучение АИГ-неодимового лазера стимулирует переход химически малоустойчивых кислых фосфатов кальция эмали в химически инертные кристаллические фазы; в дентине происходит переход аморфного фосфата кальция в кристаллический и перекристаллизация с укрупнением блоков кристаллического гидроксилапатита.

6. Методом ИК-спектроскопии установлено, что излучение АИГ-неодимового лазера вызывает наиболее существенные изменения в волновых характеристиках ортофосфатной [уз(Р04)3~], карбонатной [VI(СОз)2-] и гидроксильной (кристаллизационная вода, ОН...Г, ОН...Н) частях неорганической и в Амид-II органической составляющих эмали.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. При изучении влияния лазерного излучения на твердые ткани зубов основным энергетическим параметром следует считать поглощенную дозу лазерного излучения , связанную простыми

соотношениями с техническими параметрами самого лазера и оптики, а также коэффициент поглощения ТТЗ, учитывающий их функциональное состояние.

_ fit-, (liC-

2. Для объективной оценки влияния лазера на твердые ткани зубов необходимо основываться на результатах комплексного исследования, включающего патоморфологические и физико-химические методы.

3. При разработке лазеров для препарирования ТТЗ следует учитывать экспериментально обоснованный в работе диапазон поглощенных доз, в пределах которого действие излучения на ТТЗ наиболее эффективно.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Шарапова А. И. Морфофункционалъная характеристика зубов, облученных лазерной энергией. // Научная конференция молодых ученых, посвященная 75-летию ГИДУВа. Тезисы докладов. Казань, 1995. - С.119-121.

2. Бахтин А.И., Осин Ю.Н., Миргазизов М.З., Шарапова А.И. Рентгенофазовый анализ твердых тканей зубов, подвергшихся лазерному воздействию. // Бюллетень стоматологии. Казань, 1995.-С.17-18.

3. Шарапова А.И., Ярцева Э.Г. Инфракрасный спектр эмали и дентина зубов, облученных АИГ-лазером, легированным ионами неодима. // Бюллетень стоматологии. Казань, 1995.-С.83-85.