Выявление раннего кариеса по параметрам инфракрасных спектров ротовой жидкости и кристаллохимического состава тканей зуба

Для своевременного выявления и предупреждения развития кариеса, наиболее распространенного заболевания человечества [1, 2], необходим комплекс эффективных диагностических методов, позволяющих обнаружить заболевание на начальных стадиях и минимизировать его влияние на организм [3].

В практической стоматологии существует значительное количество методов диагностики кариеса, основанных на визуальном определении дефекта эмали, использовании волоконной оптики в виде направленного пучка света, проходящего под углом к поверхности зуба, а также рентгенологический метод оценки объема поражения [4, 5]. Задачи современной медицины — создание способов диагностики, снижающих травматичность воздействия на пациента, упрощающих процедуру обследования и повышающих точность постановки диагноза. В настоящее время достаточно хорошо изучено морфологическое и кристаллохимическое строение зуба [6, 7]. Установлено, что в эмали, построенной из апатитопроизводных и незначительного количества органических веществ, на уровне элементарных ячеек кристаллов осуществляются интенсивные ионные замещения составляющих их минеральных компонентов [8, 9]. Элементы кристаллической решетки апатитов способны обмениваться с ионами раствора, окружающего кристалл, и изменяться за счет ионов, находящихся в этом растворе. Это свойство апатитов делает их высокочувст­вительными к ионному составу ротовой жидкости, крови и межклеточной жидкости [9, 10]. Сам процесс обмена элементов кристаллической решетки протекает в несколько этапов с разной скоростью.

Нормальное строение и функционирование эмали поддерживается за счет динамического равновесия процессов деминерализации и реминерализации, непрерывно происходящих между тканями зуба и ротовой жидкостью. При возникновении условий для нарушения этого равновесия превалирует процесс деминерализации [10], что, по современным представлениям, лежит в основе возникновения и развития кариозного процесса [6–8]. Симптомом раннего кариеса является очаговая деминерализация эмали [3, 6, 10]. Однако наряду с процессами деминерализации в пораженных тканях в поверхностном слое активно идут процессы реминерализации, протекающие с разной интенсивностью. Знание этих процессов позволяет использовать для диагностики кариеса новые неинвазивные методы.

Последние десятилетия характеризуются интенсивным внедрением в практику новейших физико-химических методов анализа, в первую очередь — спектральных. Успешно применяются методы атомно-адсорбционной спектроскопии, плазменной фотометрии, спектроскопии в инфракрасной и ультрафиолетовой областях электромагнитного спектра. Люминесцентная и рамановская спектроскопия, рентгеноспектральный анализ, метод ядерного магнитного резонанса и некоторые другие находятся на стадии практического освоения [4, 11–13].

Одной из задач медико-биологических исследований, решаемых с помощью инфракрасной спектрофотометрии, является установление эмпирической взаимосвязи между характерными особенностями спектров (положение и интенсивность полос поглощения) биологических объектов и патологическими процессами, происходящими в организме или отдельных органах.

Исследованию ИК-спектров биологических жидкостей и тканей посвящено немало работ [11–15]. Спектрофотометрическое изучение секрета слюнных желез при кариесе зубов мы встретили лишь в одной работе [16], что обусловливает необходимость дальнейших исследований в этой области.

Цель исследования — оценка возможностей изучения изменений показателей кристаллохимического состава тканей зубов, пораженных кариесом (некоторых фосфорсодержащих метаболитов, карбонатов и белков), по данным инфракрасных спектров ротовой жидкости.

Материалы и методы. Исследованию подверглись 60 человек: 30 пациентов с интактными зубными рядами (1-группа, контрольная) и 30 пациентов с различными формами кариеса зубов (2-я группа, сравнения). Диагноз был установлен клинически.

Исследование проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией (принятой в июне 1964 г. (Хельсинки, Финляндия) и пересмотренной в октябре 2000 г. (Эдинбург, Шотландия)) и одобрено Этическим комитетом НижГМА. От каждого пациента получено информированное согласие.

Исследование выполняли с помощью метода ИК-спектро­скопии ротовой жидкости [10]. Забор материала осуществляли путем сбора нестимулированной слюны в пробирку в количестве 2–3 мл утром натощак. Далее ротовую жидкость высушивали в течение двух дней при комнатной температуре. Образец готовили в виде суспензии в вазелиновом масле. Регистрацию спектров поглощения выполняли на спектрофотометре Carl Zeiss Jena SPECORD IR-75 (Германия) в диапазоне волновых чисел 1100–800 см^–1. В качестве расчетных ИК-спектроскопических величин выбраны 4 параметра, являющихся частными от деления высот пиков аналитических полос поглощения фосфатов, карбонатов и белков смешанной слюны друг на друга [9, 11, 12]: П1 — 1070/1017; П2 — 1070/960; П3 — 1070/860; П4 — 1017/860.

Полученные данные были обработаны с помощью пакетов прикладных программ Statistica 6.0 и Microsoft Excel с использованием методов одномерной статистики. Результаты представлены в виде М±m, где М — среднее арифметическое, m — стандартное отклонение. Достоверность различий средних значений определяли по t-критерию Стьюдента, используя поправку Бонферонни. Парные внутригрупповые и межгрупповые сравнения средних определяли также по критериям Вилкоксона и Манна–Уитни. Выборки считались принадлежащими к разным генеральным совокупностям при p≤0,05.

Результаты и обсуждение. На основании рассчитанных параметров ИК-спектров ротовой жидкости пациентов группы контроля и группы сравнения построены дифференциально-диагностические профили «нормы» и «кариеса» (см. рисунок).

Дифференциально-диагностические профили: а — «нормы» (контрольная группа) и б — «кариеса» (группа сравнения)

Рисунок отчетливо демонстрирует, как при заболевании кариесом изменяются очертания профиля, увеличивается его площадь, особенно в направлении параметра П3, изменяются углы сторон периметра. Причем эти изменения напрямую зависят от степени тяжести кариозного процесса: они наиболее выражены у пациентов с тяжелыми формами кариеса. Эти и другие изменения легко фиксируются специальными компьютерными программами, с помощью которых делается объективный вывод о состоянии пациента.

В работах [9, 11, 12] показано, что полосы поглощения 1070 см^–1 соответствуют колебаниям карбонат-иона, 1017 см^–1 — колебаниям незамещенного фосфат-иона, 960 см^–1 — колебаниям разупорядоченного фосфат-иона, 860 см^–1 — колебаниям коллагена (органической составляющей тканей зуба).

В настоящем исследовании в группе пациентов с кариесом зубов отмечено увеличение значений параметров П1 и П2 ИК-спектров слюны, т.е. частное от деления высоты пика поглощения 1070 см^–1 на высоты пиков поглощения 1017 и 960 см^–1 увеличивается, а значит, в ротовой жидкости этих пациентов уменьшается содержание фосфатов и увеличивается содержание карбонатов (р≤0,05). Эти результаты согласуются с данными исследований о биохимических превращениях кристаллов гидроксиапатита в тканях зуба при кариозном процессе [13], в которых отмечено уменьшение структурной упорядоченности, кристалличности гидроксиапатита в тканях зуба, концентрации ионов кальция и содержания фосфора, а также выявлены обратные взаимосвязи между содержанием фосфат-ионов и карбонат-ионов.

Установлено также увеличение значений параметров П3 и П4 ИК-спектров слюны пациентов группы сравнения, т.е. отмечается снижение белковой составляющей ротовой жидкости по сравнению с фосфатами и карбонатами (р≤0,05), что находит подтверждение в работах [9, 11], в которых на основе рассчитанных характеристик рамановских спектров зубной ткани отмечено снижение органической составляющей по сравнению с минеральной фазой.

Полученные данные свидетельствуют о том, что возникновение кариозного процесса в зубе приводит к изменению количественного состава компонентов ротовой жидкости, а именно меняется соотношение фосфатов, карбонатов и белков. Причем характер этого изменения соответствует степени тяжести кариозного процесса. Интересно отметить, что получение дифференциально-диагностического профиля «кариеса» позволяет диагностировать болезнь в более ранние сроки, нежели при визуальном обследовании.

Заключение. Метод ИК-спектроскопии ротовой жидкости позволяет осуществлять раннюю диагностику кариеса у пациентов и потому может быть использован с целью выявления заболевания как на начальных, так и на поздних стадиях развития для объективизации диагноза, планирования объема стоматологического вмешательства и последующей оценки эффективности лечения.

Финансирование исследования и конфликт интересов. Исследование не финансировалось какими-либо источниками, и конфликты интересов, связанные с данным исследованием, отсутствуют.