Автореферат и диссертация по медицине (14.00.21) на тему:Воздействие излучения лазера нового типа с длиной волны 2,92 мкм и изменяющейся энергией в импульсе на твердые ткани и пульпу зубов (экспериментально-лабораторное исследование)

На правах рукописи

ШИМШЕЛАШВИЛИ ШАЛВА ЛЕОВИЧ

УДК: 616.314-085.849.19

ВОЗДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА НОВОГО ТИПА С ДЛИНОЙ ВОЛНЫ 2,92 МКМ И ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ЭНЕРГИЕЙ В ИМПУЛЬСЕ НА ТВЕРДЫЕ ТКАНИ И ПУЛЬПУ ЗУБОВ (экспериментально-лабораторное исследование)

14. 00.21 - «Стоматология»

14. 00.16 - «Патологическая физиология»

Автореферат диссертации на соисканиеученой степени кандидата медицинских наук

Москва - 2005

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В ГОСУДАРСТВЕННОМ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ УЧРЕЖДЕНИИ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИКО-СТОМАТОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» МЗ и СР РФ

Научные руководители: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор медицинских наук, профессор Гарри Михайлович Барер

Заслуженный деятель науки РФ, доктор медицинских наук, профессор Александр Ильич Воложин

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор

Ибрагимов Танка Ибрагимович

доктор биологических наук, профессор Инга Алексеевна Вальцева

Ведущая организация:

ЦНИИС МЗ РФ

диссертационного совета К 208. 041.02 при ГОУ ВПО «Московский государственный медико-стоматологический университет» МЗ СР РФ по адресу:

127 493 Москва, ул. Делегатская, 20/1

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета по адресу: Москва, ул. Вучетича, д. 10а.

Автореферат разослан 2005г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, Кандидат медицинских наук, Дашкова О.П.

ВВЕДЕНИЕ Актуальность

Поиск новых средств для препарирования твердых тканей зубов с целью восстановления утраченных в результате кариозного процесса структур представляет одну из актуальных проблем стоматологии. Обработка тканей зуба вращающимся режущим инструментом неизбежно связана с необходимостью удаления неизмененных эмали и дентина, формированием «смазанного» слоя на поверхности стенок и дна полостей, необходимостью применения дополнительных методов проведения антисептической обработки и удаления органических остатков.

В настоящее время альтернативным способом обработки поверхностей зубов перед пломбированием стали лазерные системы с источником излучения на основе кристаллов, активированных полями Ег или Но. Преимущество лазерной подготовки зуба к пломбированию состоит в эффективном удалении деминерализованных эмали и дентина зуба, которое сопровождается максимальным сохранением неизмененных структур, испарением органических составляющих некротических масс и микроорганизмов. Излучение лазеров с длиной волны около 3-х мкм совпадает с пиком поглощения энергии молекулой воды. Благодаря высокой энергии и короткому времени импульса происходит испарение воды за счет огромного кинетического потенциала лазерного излучения, что сопровождается разрушением содержащих влагу тканей. Под воздействием лазерного излучения твердые ткани зуба не испаряются, но происходит их дробление на мельчайшие частицы, которые выбрасываются силой микровзрыва в результате поглощения свободной кинетической энергии молекул воды.

Существенным недостатком существующих лазерных систем для воздействия на поверхность зуба является высокая стоимость источников излучения. Поэтому представляется актуальным изучение свойств нового твердотельного источника лазерного излучения при облучении тканей и

возможных изменений в пульпе зубов на экспериментальных животных и удаленных человеческих зубах.

Цель работы: исследовать в эксперименте возможности применения опытного образца нового источника лазерного излучения с изменяющейся энергией в импульсе для удаления твердых тканей зуба.

Для выполнения поставленной цели были определены следующие задачи исследования:

1. Определить режимы воздействия нового образца лазера на

поверхность эмали и корень удаленного человеческого зуба, характеризующиеся минимальным повреждающим действием.

2. Оценить глубину деструкции твердых тканей человеческих зубов при различных режимах излучения.

3. Методом сканирующей электронной микроскопии оценить структуру поверхности и профиль полости, возникающей в результате действия лазерного излучения на ткани удаленных зубов человека.

4. В эксперименте на белых крысах определить повреждающее действие лазерного излучения на пульпу живых зубов при минимальном режиме воздействия.

5. Оценить целесообразность применения нового источника лазерного излучения в клинических условиях и определить вероятные направления его использования.

Научная новизна

1. Впервые проведены экспериментальные и лабораторные исследования лазера нового типа с длиной волны 2,92 мкм и изменяющейся энергией в импульсе, на твердые ткани и пульпу зубов. Установлено, что экспозиция лазерного излучения с режимами: частота 5 Гц, энергия в импульсе 28 мДж в течение 5 с на эмаль коронки резца крысы вызывает реактивную гиперемию сосудов пульпы и обратимые изменения в слое одонтобластов. Увеличение времени воздействия до 10 с приводит к очаговой гибели пульпы и активации клеток фибробластического ряда. Через 15 суток после воздействия состояние пульпы нормализуется в результате регенерации зубов постоянного прорезывания.

2. Научной новизной отличаются данные о том, что при воздействии лазерного излучения с частотой до 20 Гц и энергией в импульсе 28 мДж в течение 10 с на коронку удаленного зуба человека не происходит повреждения поверхности эмали. Воздействие на эмаль режимов лазерного излучения: частота 5 и 8 Гц при энергии 150 мДж, частота 13 Гц, при энергии 85 мДж в импульсе, в течение 10 с оказывает повреждающее действие. Все режимы облучения с диапазоном энергии в импульсе от 28 до 150 мДж вызывают повреждение корня зуба человека.

3. Глубина полостей в эмали, образованных при использовании режимов лазерного излучения с повреждающим эффектом, не достигает эмалево-дентинного соединения. Повышение частоты импульсов при использовании режимов повреждающего действия не сопровождается увеличением глубины дефекта в эмали удаленных зубов человека.

Практическое значение

1. Для практики имеют значение данные о том, что новый тип лазера с изменяющейся энергией в импульсе позволит в дальнейшем, после проведения дополнительных доклинических исследований, рекомендовать его к использованию в стоматологии. Режимы воздействия лазера для удаления плотного неминерализованною зубного налета (частота до 20 Гц, энергия в импульсе 28 мДж в течение 10 с) не приводят к разрушению поверхности эмали.

2. Практическое значение имеют данные о повреждающем действии на кристаллическую структуру поверхностных слоев эмали при увеличении экспозиции лазерного воздействия в импульсе 28 мДж. При действии лазера в импульсе до 85 мДж и частоте 13 Гц, в эмали формируется полость в виде воронки с обнажением эмалевых призм и пористой структурой ткани по периферии. Повреждающее действие на поверхность корня зуба человека оказывают все режимы облучения с диапазоном энергии в импульсе от 28 до 150 мДж. Лазер в испытанных режимах может быть применен для удаления твердых тканей депульпированных зубов.

Положения, выносимые на защиту

1. Экспозиция лазерного излучения (частота 5 Гц и энергия в импульсе 28 мДж) в течение 5 с на эмаль коронки резца крысы вызывает реактивную гиперемию сосудов пульпы и обратимые изменения слоя одонтобластов в области воздействия. Увеличение времени экспозиции лазерного воздействия до 10 с приводит к деструкции стенок сосудов, очаговой гибели пульпы и активации клеток фибробластического ряда.

2. Облучение зубов крысы в течение 5 и 10 с (5 Гц / 28 мДж) через 15 суток приводит к нормализации состояния пульпы резцов в результате регенерации этой ткани зубов постоянного прорезывания.

3. Влияние лазерного излучения на коронку удаленного зуба человека с частотой до 20 Гц и энергией в импульсе 28 мДж в течение 10 с не

вызывает повреждения поверхности эмали Повреждающее воздействие на эмаль оказывают режимы лазерного излучения: частота 5 и 8 Гц при энергии 150 мДж, а также частота 13 Гц при энергии 85 мДж в импульсе в течение 10 с. Повреждающее действие на поверхность корня зуба человека оказывают все режимы облучения с диапазоном энергии в импульсе от 28 до 150 мДж.

4. Глубина полостей в эмали, образованных при использовании режимов лазерного излучения с повреждающим эффектом, не достигает эмалево-дентинного соединения. Повышение частоты импульсов при использовании режимов повреждающего действия не сопровождается увеличением глубины дефекта в эмали удаленных зубов человека.

Апробация работы Основные положения и результаты исследований по теме диссертации доложены и обсуждены на совместном совещании сотрудников кафедр госпитальной терапевтической стоматологии и кафедры патофизиологии стоматологического факультета 29 октября 2004 года.

Публикации. По теме диссертации имеется 4 печатные работы.

Объем и структура диссертации

Диссертация написана на 105 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы, в том числе 86 российских авторов и 89 иностранных. Диссертация иллюстрирована 2 таблицами и 41 рисунком.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Общее описание и технические параметры новой экспериментальной стоматологической лазерной системы

Используемая в работе экспериментальная медицинская лазерная установка создана в Институте Общей физики РАН на основе новой активной среды Но: Yb: YSGG с длиной волны излучения 2,92 мкм предназначена для использования в стоматологии. Установка состоит из излучателя, смонтированного в одном корпусе с блоком питания, блоком управления и системой охлаждения. Оптико-волоконная система с наконечником обеспечивает доставку излучения из лазерной головки в рабочую область, а также охлаждение ее воздушно-капельной смесью. Два типа наконечника дают возможность работать бесконтактным и контактным методами. Небольшие размеры и вес лазерной системы обеспечивают удобство ее эксплуатации. Основные рабочие параметры установки контролируются встроенным микропроцессором. Широкий диапазон изменения энергии и частоты следования импульсов позволяют приспособить данную лазерную систему для требуемых условий работы Ниже приводится спецификация новой установки. Объекты исследования

Воздействие лазерного излучения изучали на твердых тканях человеческих зубов (центральные правые резцы нижней челюсти постоянного прикуса). Зубы удаляли по поводу патологической подвижности при хроническом генерализованном пародонтите тяжелой степени. Удаленные зубы погружали в физиологический раствор комнатной температуры, освобождали от мягких тканей и видимых отложений зубного камня. Подготовленные человеческие зубы хранили в физиологическом растворе при температуре 7°С в течение 48 часов. В случае превышения срока хранения объекты исключали из опыта.

СПЕЦИФИКАЦИЯ УСТАНОВКИ

Параметры Размерное ть Значение Примечание

Длина волны излучения Мкм 2,92

Энергия в импульсе MJ <300 На выходе из рабочего наконечника

Частота повторения Hz <20

Средняя мощность W <3 На выходе из рабочего наконечника

Потребляемая мощность W <800 Питание однофазное, 110V -127У, 50-60 Нг

Объем охлаждающей жидкости L 1

Диаметр волокна мм 500

Длина волокна М 1,7

Фокусное расстояние линзы мм 7

Охлаждение рабочего поля Вода и/или воздух

Рабочая температура °С 15-35

Вес Kg <30

Размеры мм 500x500x1 90

Воздействие лазерного излучения исследовали на 25 зубах человека. Облучение зубов проводили по вестибулярной поверхности в двух участках: 1 - эмаль коронковой части зуба; 2 - цемент и дентин корня зуба. Облучение эмали выполняли на средней трети коронки по длинной оси зуба. Поверхность корня облучали в верхней (коронковой) трети. Для исследования применяли пять режимов облучения (по 5 зубов для каждого), отличающихся по частоте и энергии в одном импульсе. Выбранные режимы облучения представлены в табл. 1. Экспозиция лазерного воздействия на

поверхности зубов во всех образцах оставалась неизменная и составляла 10 с. Проводили облучение поверхности зубов без орошения дистиллированной водой и\или охлаждения струей воздуха. Торец гибкого световода располагали на расстоянии 2 мм от поверхности объекта. Подвергнутые лазерному облучению участки зубов маркировались метками-распилами. Обработанные зубы погружали в 10% нейтральный формалин для фиксации.

Таблица 1

РЕЖИМЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОБРАЗЦЫ ТВЕРДЫХ ТКАНЕЙ ЧЕЛОВЕЧЕСКИХ ЗУБОВ

Режим излучения лазера*

Объект 1 2 3 4 5

воздействия Гц мДж Гц мДж Гц мДж Гц мДж Гц мДж

1 10 28

2 5 150

3 20 25

4 8 140

5 13 85

* экспозиция лазерного воздействия на поверхность образца 10 с.

Методы исследования

Сканирующая электронная микроскопия

Изучено 25 зубов после лазерного воздействия различной интенсивности на их коронки и корни. Материал отмывали от фиксатора (4% формальдегид) в проточной воде, обезвоживали в растворах ацетона восходящей концентрации и высушивали СО2 методом перехода критической точки на аппарате Hitachi HCP-2 (Япония). Образцы приклеивали на столики то ко проводящим клеем (Watford, England), напыляли медью или золотом в напылителе Batzers SCD 040 (Лихтенштейн) в атмосфере аргона. Исследование всех образцов проводили в микроскопе Philips SEM-515 (Голландия) при ускоряющем напряжении 15 kv.

Для определения глубины разрушения ткани и изучения рельефа поверхности образовавшейся воронки образцы раскалывали в жидком азоте через участки воздействия лазером. Одну половину образовавшихся фрагментов исследовали без обработки, другую деорганифицировали в холодном 5-10% растворе гипохлорита натрия марки А (ГОСТ 11086-76). После тщательной промывки в проточной воде весь материал снова обезвоживали в растворах ацетона восходящей концентрации, высушивали в среде СО2 методом перехода критической точки, напыляли слоем металла и изучали методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).

Световая микроскопия пульпы зубов крыс

Влияние лазерного излучения на пульпу зубов исследовали в эксперименте на 25 белых крысах массой 180 г. Животных наркотизировали парентерально внутрибрюшинно Sol. Ketamini hydrochloridi 5% 0,2 cum Sol. Droperidoli 0,25% 0,3. Животных фиксировали и проводили облучение резцов верхней челюсти по средней трети видимой части коронки зуба. Облучение выполняли без охлаждения водой и обдува поверхности зуба струей воздуха при частоте 10 Гц и энергией в импульсе 28 мДж справа в течение 5 с, слева - 10 с. Из эксперимента животных выводили через 1, 3, 5, 10, 15 сут от времени облучения. Биологические ткани фиксировали в 10% нейтральном формалине. Материал для исследования выделяли из тела верхней челюсти и подвергали декальцинации в Sol. Dinatrii aethylendiamintetraacetas 25% при рН - 7,8. Срезы окрашивали по стандартной методике при помощи гематоксилина и эозина, исследовали методом световой микроскопии.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование влияния лазерного излучения на пульпу зубов крысы показало, что режим излучения с характеристиками 10 Гц / 28 мДж при экспозиции 5 с, вызывает резкое расширение кровеносных сосудов пульпы в проекции очага воздействия на коронковую часть резца крысы, которое наиболее отчетливо проявляется в первые сутки после проведенного

облучения. Эти изменения не приводят к гибели пульпы, однако явления гиперемии сопровождаются потерей четкости границ слоя одонтобластов, сохраняющейся до 3-х суток, и частичным изменением ядер одонтобластов, которое можно наблюдать к 5-м суткам эксперимента. При этом волокнистые структуры ткани пульпы не теряют своих тинкториальных свойств: они сохраняют свое расположение и типичную окраску в течение всех сроков наблюдения. Гиперемия пульпы сохраняется на протяжении всего времени наблюдения, но выраженность ее уменьшается в отдаленные сроки. Через 10 суток эксперимента в центральных отделах пульпы еще сохраняется несколько увеличенное количество клеток, что можно расценивать как реактивное повышение пластических процессов в ответ на проведенное лазерное воздействие. Слой одонтобластов полностью восстанавливает свои морфологические характеристики к 15 суткам эксперимента. Выявленные в области вершины рога пульпы явления, напоминающие сетчатую атрофию, сопровождающуюся сморщиванием и как бы «ссыханием» пульпы с образованием тяжа, могут быть признаны физиологической деструкцией, обусловленной постоянным ростом, обновлением и гибелью клеточного и основного вещества пульпы в зубах непрерывного прорезывания.

Таким образом, 5 секундная экспозиция лазерного излучения на эмаль коронки резца крысы вызывает реактивную гиперемию сосудов пульпы, активизацию процессов обновления клеточных элементов, приводит к обратимым изменениям одонтобластов в проекции воздействия, которые не сопровождаются их гибелью.

Увеличение времени воздействия лазерного излучения частотой импульсов 10 Гц и энергией в импульсе 28 мДж до 10 с сопровождается выраженными деструктивными изменениями в пульпе зубов экспериментальных животных. Эти изменения характеризуются резкой гиперемией сосудистого русла, которая завершается в первые сутки эксперимента разрывом стенок сосудов и очаговыми кровоизлияниями, что к третьим суткам проявляется локальной гибелью пульпы в зоне воздействия,

1де она имеет вид ссохнувшего тяжа, отстоящего от стенок полости зуба. Слой одонтобластов утрачивает четкость границ уже в первые сутки эксперимента, что сохраняется вплоть до 10 суток наблюдения, но к 15 суткам отмечается восстановление клеток этого слоя. Однако, несмотря на признаки восстановления клеточных элементов, срок 10 суток характеризуется наличием вакуолей, как в центральных отделах пульпы, так и на ее периферии. В течение всего времени наблюдения в пульпе определяются признаки гиперемии сосудов, которые менее выражены в поздние сроки. К 15 суткам в пульпе зубов экспериментальных животных на фоне гиперемии сосудов определяются клетки фибробластического ряда. В области вершины рога пульпы отмечаются процессы деструкции пульпы, которые соответствуют физиологическому состоянию, но особенностью их является более широкая зона деструкции, что связано с перемещением в эту зону к 10-15 суткам участков пульпы, на которые проецировалось лазерное излучение.

Таким образом, увеличение в два раза экспозиции лазерного воздействия приводит к деструкции стенок сосудов, некрозу и очаговой гибели пульпы в сроки до 3 дней, сохранением сосудистой гиперемии пульпы в течение всего срока наблюдения и активации клеток фибробластического ряда. Повышение активности клеток фибробластического ряда, вероятно, может быть связано с процессами частичной репаративной регенерации и замещением утраченных структур пульпы до времени наступления их физиологической дезорганизации.

Следует отметить, что увеличение времени экспозиции лазерного воздействия на коронковую часть резца крысы приводит к деструктивным изменениям в пульпе, которые имеют частично обратимый характер. Сравнивая последствия двух режимов лазерного воздействия можно заключить, что деструктивное действие выражено в большей мере при увеличении экспозиции локального облучения до 10 секунд. При этом обращает на себя внимание тот факт, что на поздних сроках наблюдения

морфологические отличия в пульпе зубов, испытывавших различные режимы воздействия, нивелируются. Это связано с особенностями функционирования и регенерации пульпы зубов с постоянным прорезыванием, которое сопровождается относительно быстрой сменой основного и клеточного вещества пульпы в результате постоянного обновления их структурами, исходящими из ростковой зоны, где сохраняются элементы зубного зачатка и малодифференцированные клеточные элементы, обеспечивающие постоянное обновление стареющих структур пульпы. Поэтому для исключения возможного наслоения физиологической деструкции пульпы и результата лазерного воздействия целесообразно продолжить исследования на собаках, зубы которых имеют ограниченный срок прорезывания.

Влияние лазерного излучения на твердые ткани зубов человека изучали, воздействуя различными режимами возрастающей мощности на эмаль коронки и корень удаленных резцов постоянного прикуса. Эмаль коронковой части удаленных зубов оставалась неповрежденной при импульсном воздействии частотой 10 и 20 Гц и энергией в импульсе 28 мДж, что подтверждалось отсутствием изменения рельефа поверхности коронковой эмали при проведении сканирующей электронной микроскопии. На поверхности зуба определялись участки частичного испарения органического слоя (после обработки гипохлоритом натрия он растворялся), представляющего собой зубной налет. В зоне вероятного воздействия определялась пористая мембрана, равномерно покрывающая эмаль зуба. Отличие между двумя режимами облучения состояло в большей поверхности вероятного воздействия на коронку зуба, которая составила около 0,4 мм в диаметре при использовании частоты 20 Гц, в то время как при частоте 10 Гц определяемый участок воздействия не превышал 0,1 мм.

Увеличение энергии в импульсе до 85 мДж при частоте 13 Гц (режим 5) хакже сопровождалось сохранением на поверхности коронковой части зуба пористой мембраны, но этот режим облучения приводил к формированию в эмали округлого углубления в форме воронки глубиной до

0.05 мм с обнажением эмалевых призм. Если диаметр воронки составлял около 0,7 мм, то частичное испарение зубного налета с формированием пористой мембраны происходило по периферии углубления в эмали, проявлялось образованием кольцевидной зоны со сглаженным рельефом, которое достигало 1,2 мм в диаметре. Кроме того, разрушению эмали сопутствовало формирование на ее поверхности многочисленных мелких глобул, диаметром 0,05-0,2 мкм, образование которых вероятно связано с действием высокой температуры и давления испаряемой воды на кристаллы гидроксиапатита эмали.

Таким образом, режимы облучения 1 (10 Гц / 28 мДж) и 3 (20 Гц / 25 мДж) с экспозицией 10 с не приводят к разрушению поверхности эмали, но достаточны для удаления с её поверхности неминерализованного зубного налета. Следует ожидать, что увеличение экспозиции лазерного воздействия при сохранении энергии в импульсе 28 мДж может привести к повреждению кристаллической структуры поверхностных слоев эмали. Это предположение подтверждается при увеличении работы в импульсе до 85 мДж и частоте 13 Гц (режим облучения 5), которое сопровождается формированием полости в эмали с обнажением эмалевых призм, но при этом по периферии воронки сохраняется частично испаренный зубной налет в виде пористой органической мембраны. Следовательно, режимы лазерного воздействия 1 и 3 могут быть признаны наименее агрессивными при воздействии ими на коронку неповрежденного зуба.

Воздействие на эмаль зуба лазерным излучением в режиме 2 (5 Гц /150 мДж) завершалось формированием округлой полости в виде воронки, максимальная глубина которой приближалась к 0,3 мм. Увеличение частоты облучения до 8 Гц при сохранении энергии в импульсе 150 мДж (режим 4) также приводило к образованию дефекта в эмали, глубина которого, измеренная на сколе образца, составляла около 0,15 мм. В обоих случаях дно сформированной воронки имело слоистый рельеф поверхности, но при обработке в режиме 2 эта слоистость была выражена в большей степени.

Вероятно, глубина образующихся воронок в эмали и особенности рельефа дна зависят от особенностей минерализации и ориентирования эмалевых призм в очаге воздействия, а разница избранных частот не сопровождается ожидаемым увеличением повреждающего действия эмали при использовании режима 4. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что профили воронок на сколах после воздействия лазера в режимах 2 и 4 имеют пологие скаты стенок, образованные эмалевыми призмами с не везде четко прослеживающимися очертаниями. Следует отметить, что воздействие на эмаль режимами 2 и 4 сопровождалось появлением в участках облучения многочисленных глобул, аналогичных тем, которые были отмечены при облучении эмали в режиме 5.

Таким образом, повреждающее действие лазерного облучения на поверхность эмали зуба наблюдается при воздействии режимов 2, 4, 5. Однако, несмотря на повышение мощности воздействия, увеличения повреждающего действия излучения на структуру эмали зуба не происходит, а максимальную глубину проникновения в эмаль мы наблюдали при воздействии режима 2, характеризующегося меньшей мощностью, чем режимы 4 и 5. Важно отметить, что разрушение твердых тканей зуба на уровне коронковой части происходит только в пределах эмали и не достигает эмгыево-дентинного с оединения.

Облучение поверхностей корней зубов приводит к образованию дефекта в форме воронки при всех режимах воздействия лазером Однако глубина образующейся воронки отличается в зависимости от примененного режима облучения. Так, минимальная глубина проникновения определялась при частоте 20 Гц и работе 25 мДж (режим 3), составляя не более 0,03 мм, а максимальное проникновение в твердые ткани корня зуба происходило при частоте 5 Гц и работе 150 мДж (режим 2), достигая 1,5 мм. Данные о глубине разрушения тканей корней зубов при различных режимах облучения представлены в таблице 2.

Таблица 2

ГЛУБИНА ДЕФЕКТОВ КОРНЯ ЗУБА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЬЖИМАХ ОБЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРОМ (мм)

Глубина воронки в твердых тканях корня зуба (мм)

Объект* Режим 1 Режим 2 Режим 3 Режим 4 Режим 5

воздействия (10 Гц / (5 Гц / (20 Гц/ (8 Гц/ (13 Гц/

28 мДж) 150 мДж) 25 мДж) 140мДж) 85 мДж)

1 0,04

2 1,5

3 0,03

4 1,3

5 0,4

экспозиция лазерного воздействия на поверхность образца 10 с

Как видно из данных, представленных на табл. 2, глубина воронки в корне зуба не зависит от суммарной мощности излучения, но в большей степени соответствует увеличению энергии в импульсе. При этом повышение частоты импульсов в режимах 3 и 4 не сопровождается увеличением максимальной глубины воронок, которая не превышает глубину воронок при режимах 1 и 2, соответственно. Отдельное положение занимает режим облучения 5, при котором глубина образованного дефекта в корне зуба занимает промежуточное положение и составляет 0,4 мм. Можно предположить, что увеличение частоты импульсов лазерного излучения в диапазоне от 5 до 20 Гц не приводит к значительному увеличению разрушающего действия лазера, которое вероятно находится в большей зависимости от энергии в отдельном импульсе. В связи с этим особый интерес представляют режимы 1 и 3, которые позволяют проводить удаление твердых тканей с поверхности корня только в пределах цемента Условия проведения эксперимента подразумевали воздействие на корень в верхней «пришеечной» трети, в области, где не определяются клеточные

структуры цемента, а поверхность корня покрыта относительно тонким (3040 мкм) слоем первичного (бесклеточного) цемента. В объектах корней зубов, обработанных режимами 1 и 3, дно и стенки воронок представлены слоистыми структурами, представляющими собой первичный цемент корня. Дефект в форме воронки на поверхности корня после обработки лазерным излучением в режиме 5 является полостью, стенки которой представлены расслоившимся первичным цементом, который переходит без отчетливой границы в дентин корня зуба с хорошо видимыми отверстиями дентинных трубочек в области дна воронки. Таким образом, режимы 1, 2 и 5 могут представлять интерес в пародонтологической практике для избирательного удаления инфицированного цемента с поверхности корня зуба.

Обработка корня режимами лазерного излучения 2 и 4, в которых энергия каждого импульса составляла 150 и 140 мДж соответственно, характеризуется глубоким проникновением в дентин, при этом возникали воронки в форме почти правильного конуса. Устье воронок представлено расслоившимся первичным цементом, который распространяется на глубину около 0,3 мм, ближе к вершинам воронок их стенки почти совпадают с ходом дентинных трубочек. Эти режимы воздействия незначительно отличаются по своим деструктивным характеристикам, но должны быть признаны, как наиболее агрессивные. Принимая во внимание глубину разрушения тканей корня (до 1,5 мм), целесообразно проведение дополнительных исследований для выяснения их повреждающего действия на пульпу зубов.

Высокая температура на поверхности корня, которая возникает во время обработки лазером, приводит к появлению множественных трещин по периферии сформированных воронок. Поэтому при проведении дальнейших исследований целесообразно уделить большее внимание режимам воздействия, подразумевающим водяное или воздушное охлаждение обрабатываемой поверхности для предупреждения дополнительного повреждения окружающих тканей.

Завершая обсуждение проведенных исследований по воздействию лазерного излучения на твердые ткани зубов человека и пульпу зубов постоянного прорезывания у крыс, следует отметить следующее.

Опытный образец лазера обеспечивает широкий диапазон режимов обработки поверхности твердых тканей зуба, позволяющий в ходе дальнейших исследований определить наиболее эффективные способы воздействия при выборе методов лечения кариеса (формирование полостей для пломбирования зубов, удаление некротизированных тканей, депротеинизация поверхностей твердых тканей зуба перед пломбированием и др). При формировании программы дальнейших исследований следует уделить особое внимание вопросам антисептического действия лазерного излучения на обрабатываемые поверхности и определению режимов воздействия, при которых повреждающее действие направленного излучения лазера не приведет к изменению химических и механических свойств поверхности зуба, не будет оказывать раздражающего и/или повреждающего действия на пульпу зубов.

ВЫВОДЫ

1. Экспозиция лазерного излучения (5 Гц / 28 мДж) в течение 5 с на эмаль коронки резца крысы вызывает реактивную гиперемию сосудов пульпы, активацию процессов обновления клеточных элементов, приводит к обратимым изменениям слоя одонтобластов в проекции воздействия.

2. Увеличение времени экспозиции лазерного воздействия частотой 5 Гц и энергией в импульсе 28 мДж до 10 с вызывает деструкцию стенок сосудов и очаговую гибель пульпы в сроки до 3-х суток, сохранением гиперемии пульпы до 15 суток и активацию клеток фибробластического ряда.

3. На поздних сроках наблюдения (15 суток) морфологические отличия в пульпе зубов крысы, которые облучали в режимах 5и10с(5Гц/28 мДж) нивелируются, что связано с особенностями функционирования и регенерации пульпы зубов постоянного прорезывания.

4. Лазерное излучение с частотой до 20 Гц и энергией в импульсе 28 мДж в течение 10 с не вызывает повреждение поверхности эмали, но является достаточным для удаления плотного неминерализованного зубного налета.

5. Повреждающее воздействие на эмаль удаленного зуба человека оказывают режимы лазерного излучения, характеризующиеся частотой 5 и 8 Гц при энергии 150 мДж в импульсе и 13 Гц при энергии 85 мДж, которые приводят к образованию полостей в форме воронки в течение Юс.

6. Глубина полостей в эмали, образованных при использовании режимов лазерного излучения с повреждающим эффектом, не достигает эмалево-дентинного соединения. Повышение частоты импульсов при использовании режимов повреждающего действия не сопровождается увеличением глубины дефекта в эмали зубов человека.

7. Повреждающее действие на поверхность корня зуба человека оказывают все режимы облучения с диапазоном энергии в импульсе от 28 до 150 мДж.

8. Опытный образец лазера нового типа с изменяющейся энергией в импульсе обеспечивает широкий диапазон режимов воздействия на твердые ткани зубов человека, что позволит в дальнейших исследованиях определить наиболее эффективные и безопасные способы их обработки.

Практические рекомендации

1. Новый тип лазера с изменяющейся энергией в импульсе позволяет, после проведения дополнительных доклинических исследований, рекомендовать к его использованию в стоматологической практике. Для удаления плотного неминерализованного зубного налета рекомендуются режимы воздействия лазера: частота до 20 Гц, энергия в импульсе 28 мДж в течение 10 с, которые не приводят к разрушению поверхности эмали.

2. Для дальнейших доклинических исследований возможностей применения этого типа лазера рекомендуется провести оценку его воздействия на постоянных зубах животных, например, собак.

Публикации по теме диссертации

1. Шимшелашвили Ш. Л. Воздействие излучения лазара нового типа с длиной волны 2,92 мкм и изменяющейся энергией в импульсе на эмаль зубов человека. В кн.: Биомедицинские технологии (Репродукция тканей и биопротезирование). Выпуск девятнадцатый. Москва, 2003.С. 55-63.

2. Шимшелашвили Ш. Л. Реакция твердых тканей корны зуба человека на воздействие излучения НО: УБ: У800 лазера с длиной волны 2,92 мкм. В кн.: Материалы П научно-практической конференции, посвященной памяти профессора Ефима Ефимовича Платонова. М., 2004. С 174-176.

3. Шимшелашвили Ш. Л. Особенности реакции эмали зубов человека на излучение лазера нового типа с длиной волны 2,92 мкм и изменяющейся энергией в импульсе. В кн.: Третий Российский конгресс по патофизиологии. Москва, 9-12 ноября 2004 г. М., 2004, С 261.

4. Шимшелашвили Ш. Л. Изменение в эмали зубов человека при воздействии лазерного излучения и изменяющейся энергией в импульсе. В кн.: Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины. Ш конференция молодых ученых России с международным участием. 20 - 24 января 2004 года. М. 2004, С 305.

Зак.475 Подп. к печати 21.12.2004 г. Печ.л.1 Тираж 100 экз. Бумага офсета. Формат 60x84 1/16 Типография ВИУ

3363

•'. y i

; л .

/

у

Актуальность

Поиск новых средств для препарирования твердых тканей зубов с целью восстановления утраченных в результате кариозного процесса структур представляет одну из актуальных проблем стоматологии. Обработка тканей зуба вращающимся режущим инструментом неизбежно связана с необходимостью удаления неизмененных эмали и дентина, формированием «смазанного» слоя на поверхности стенок и дна полостей, необходимостью применения дополнительных средств для проведения антисептической обработки и удаления органических остатков.

В настоящее время альтернативным способом обработки поверхностей зубов перед пломбированием стали лазерные системы с источником излучения на основе кристаллов, активированных полями Ег или Но. Преимущество лазерной подготовки зуба к пломбированию состоит в эффективном удалении деминерализованных эмали и дентина зуба, которое сопровождается максимальным сохранением неизмененных структур, испарением органических составляющих некротических масс и микроорганизмов. Излучение лазеров с длиной волны около 3-х мкм совпадает с пиком поглощения энергии молекулой воды. Благодаря высокой энергии и короткому времени импульса происходит испарение воды за счет огромного кинетического потенциала лазерного излучения, что сопровождается разрушением содержащих влагу тканей. Под воздействием лазерного излучения твердые ткани зуба не испаряются, но происходит их дробление на мельчайшие частицы, которые выбрасываются силой микровзрыва в результате поглощения свободной кинетической энергии молекул воды.

Существенным недостатком существующих лазерных систем для воздействия на поверхность зуба является высокая стоимость источников излучения. Поэтому представляется актуальным изучение свойств нового твердотельного источника лазерного излучения при облучении тканей и возможных изменений в пульпе зубов на экспериментальных животных и удаленных человеческих зубах.

Цель работы: исследовать в эксперименте возможности применения опытного образца нового источника лазерного излучения с изменяющейся энергией в импульсе для удаления твердых тканей зуба.

Для выполнения поставленной цели были определены следующие задачи исследования:

1. Определить режимы воздействия нового образца лазера на поверхность эмали и корень удаленного человеческого зуба, характеризующиеся минимальным повреждающим действием.

2. Оценить глубину деструкции твердых тканей человеческих зубов при различных режимах излучения.

3. Методом сканирующей электронной микроскопии оценить структуру поверхности и профиль полости, возникающей в результате действия лазерного излучения на ткани удаленных зубов человека.

4. В эксперименте на белых крысах определить повреждающее действие лазерного излучения на пульпу живых зубов при минимальном режиме воздействия.

5. Оценить целесообразность применения нового источника лазерного излучения в клинических условиях и определить вероятные направления его использования.

Научная новизна

1. Впервые проведены экспериментальные и лабораторные исследования лазера нового типа с длиной волны 2,92 мкм и изменяющейся энергией в импульсе, на твердые ткани и пульпу зубов. Установлено, что экспозиция лазерного излучения с режимами: частота 5 Гц, энергия в импульсе 28 мДж в течение 5 с на эмаль коронки резца крысы вызывает реактивную гиперемию сосудов пульпы и обратимые изменения в слое одонтобластов. Увеличение времени воздействия до 10 с приводит к очаговой гибели пульпы и активации клеток фибробластического ряда. Через 15 суток после воздействия состояние пульпы нормализуется в результате регенерации зубов постоянного прорезывания.

2. Научной новизной отличаются данные о том, что при воздействии лазерного излучения с частотой до 20 Гц и энергией в импульсе 28 мДж в течение 10 с на коронку удаленного зуба человека не происходит повреждения поверхности эмали. Воздействие на эмаль режимов лазерного излучения: частота 5 и 8 Гц при энергии 150 мДж, частота 13 Гц, при энергии 85 мДж в импульсе, в течение 10 с оказывает повреждающее действие. Все режимы облучения с диапазоном энергии в импульсе от 28 до 150 мДж вызывают повреждение корня зуба человека.

3. Глубина полостей в эмали, образованных при использовании режимов лазерного излучения с повреждающим эффектом, не достигает эмалево-дентинного соединения. Повышение частоты импульсов при использовании режимов повреждающего действия не сопровождается увеличением глубины дефекта в эмали удаленных зубов человека.

Практическое значение

1. Для практики имеют значение данные о том, что новый тип лазера с изменяющейся энергией в импульсе позволит в дальнейшем, после проведения дополнительных доклинических исследований, рекомендовать его к использованию в стоматологии. Режимы воздействия лазера для удаления плотного неминерализованного зубного налета (частота до 20 Гц, энергия в импульсе 28 мДж в течение 10 с) не приводят к разрушению поверхности эмали.

2. Практическое значение имеют данные о повреждающем действии на кристаллическую структуру поверхностных слоев эмали при увеличении экспозиции лазерного воздействия в импульсе 28 мДж. При действии лазера в импульсе до 85 мДж и частоте 13 Гц, в эмали формируется полость в виде воронки с обнажением эмалевых призм и пористой структурой ткани по периферии. Повреждающее действие на поверхность корня зуба человека оказывают все режимы облучения с диапазоном энергии в импульсе от 28 до 150 мДж. Лазер в испытанных режимах может быть применен для удаления твердых тканей депульпированных зубов.

Положения, выносимые на защиту

1. Экспозиция лазерного излучения (частота 5 Гц и энергия в импульсе 28 мДж) в течение 5 с на эмаль коронки резца крысы вызывает реактивную гиперемию сосудов пульпы и обратимые изменения слоя одоптобластов в области воздействия. Увеличение времени экспозиции лазерного воздействия до 10 с приводит к деструкции стенок сосудов, очаговой гибели пульпы и активации клеток фибробластического ряда.

2. Облучение зубов крысы в течение 5 и 10 с (5 Гц / 28 мДж) через 15 суток приводит к нормализации состояния пульпы резцов в результате регенерации этой ткани зубов постоянного прорезывания.

3. Влияние лазерного излучения на коронку удаленного зуба человека с частотой до 20 Гц и энергией в импульсе 28 мДж в течение 10 с не вызывает повреждения поверхности эмали. Повреждающее воздействие на эмаль оказывают режимы лазерного излучения: частота 5 и 8 Гц при энергии 150 мДж, а также частота 13 Гц, при энергии 85 мДж в импульсе, в течение 10 с. Повреждающее действие на поверхность корня зуба человека оказывают все режимы облучения с диапазоном энергии в импульсе от 28 до 150 мДж.

4. Глубина полостей в эмали, образованных при использовании режимов лазерного излучения с повреждающим эффектом, не достигает эмалево-дентинного соединения. Повышение частоты импульсов при использовании режимов повреждающего действия не сопровождается увеличением глубины дефекта в эмали удаленных зубов человека.

Объем и структура диссертации

Диссертация написана на 105 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы, в том числе 86 российских автора и 89 иностранных. В диссертации представлено 2 таблицы и 41 рисунком.

ВЫВОДЫ

1. Экспозиция лазерного излучения (5 Гц / 28 мДж) в течение 5 с на эмаль коронки резца крысы вызывает реактивную гиперемию сосудов пульпы, активацию процессов обновления клеточных элементов, приводит к обратимым изменениям слоя одонтобластов в проекции воздействия.

2. Увеличение времени экспозиции лазерного воздействия частотой 5 Гц и энергией в импульсе 28 мДж до 10 с вызывает деструкцию стенок сосудов и очаговой гибели пульпы в сроки до 3-х суток, сохранением гиперемии пульпы до 15 суток и активации клеток фибробластического ряда.

3. На поздних сроках наблюдения (15 суток) морфологические отличия в пульпе зубов крысы, которые облучали в режимах 5 и 10 с (5 Гц / 28 мДж) нивелируются, что связано с особенностями функционирования и регенерации пульпы зубов постоянного прорезывания.

4. Влияние лазерного излучения на коронку зубов с частотой до 20 Гц и энергией в импульсе 28 мДж в течение 10 с не вызывает повреждения поверхности эмали, но достаточно для удаления плотного неминерализованпого зубного налета.

5. Повреждающее воздействие на эмаль удаленного зуба человека оказывают режимы лазерного излучения, характеризующиеся частотой 5 и 8 Гц при энергии 150 мДж в импульсе и 13 Гц при энергии 85 мДж, которые приводят к образованию полостей в форме воронки в течение 10 с.

6. Глубина полостей в эмали, образованных при использовании режимов лазерного излучения с повреждающим эффектом, не достигает эмалево-дентинного соединения. Повышение частоты импульсов при использовании режимов повреждающего действия не сопровождается увеличением глубины дефекта в эмали зубов человека.

7. Повреждающее действие на поверхность корня зуба человека оказывают все режимы облучения с диапазоном энергии в импульсе от 28 до 150 мДж.

8. Опытный образец лазера нового типа с изменяющейся энергией в импульсе обеспечивает широкий диапазон режимов воздействия на твердые ткани зубов человека, позволяющий определить наиболее эффективные способы обработки в ходе дальнейших экспериментальных исследований.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Новый тип лазера с изменяющейся энергией в импульсе позволяет, после проведения дополнительных доклинических исследований, рекомендовать к его использованию в стоматологической практике. Для удаления плотного неминерализованного зубного налета рекомендуются режимы воздействия лазера: частота до 20 Гц, энергия в импульсе 28 мДж в течение 10 с, которые не приводят к разрушению поверхности эмали.

2. Увеличение экспозиции лазерного воздействия при сохранении энергии в импульсе 28 мДж приводит к повреждению кристаллической структуры поверхностных слоев эмали. При работе лазера в импульсе до 85 мДж и частоте 13 Гц, в эмали формируется полость с обнажением эмалевых призм и пористой структурой по периферии, образующейся воронки. Повреждающее действие на поверхность корня зуба человека оказывают все режимы облучения с диапазоном энергии в импульсе от 28 до 150 мДж. Лазер в повреждающих режимах может быть применен для удаления твердых тканей депульпированных зубов.

3. Для дальнейших доклинических исследований возможности применения этого типа лазера рекомендуется использование моделирования воздействия на постоянных зубах животных, например, у собак.