Wydawnictwo Medyczne Borgis
Czytelnia Medyczna » Nowa Stomatologia » 2/2010 » Ocena głębokości wnikania Sr uwalnianego z cementu szkło-jonomerowego Fuji VII w twarde tkanki zębów szczura – badanie doświadczalne
- reklama -
Fitomed
kosmetyki ziołowe
Mamy sprzęt do ręcznej obróbki krawędzi i ślizgów - serwis narciarski Warszawa
- reklama -
Zamów prenumeratę czasopisma!
© Borgis - Nowa Stomatologia 2/2010, s. 54-61
Iwona Prędecka, *Leopold Wagner

Ocena głębokości wnikania Sr uwalnianego z cementu szkło-jonomerowego Fuji VII w twarde tkanki zębów szczura – badanie doświadczalne

Evaluation of depth penetration of Sr released from glass – ionomer cement Fuji VII into hard tissues of rat teeth – experimental study
Zakład Propedeutyki i Profilaktyki Stomatologicznej Instytutu Stomatologii Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego
Kierownik Zakładu: dr. n. med. Leopold Wagner, prof. nadzw. WUM
Summary
A considerable achievement over the past few years has been the practice of enriching tooth fillings with strontium. These works led to a separation of a new group of materials, the so-called calcium-free glass ionomer cements (Ca-free GIC), termed also as strontium glass ionomer cements.
The purpose of this study was to evaluate the possibility to integrate and the penetration depth of strontium released from glass ionomer Fuji VII into the tooth hard tissue.
24 samples of rat molars with installed fillings from this substance were subjected to the qualitative microanalysis under scanning microscope using the EDS technique in experimental conditions.
The research results presented in this study indicate the possibility to discharge strontium ions from glass ionomer cements and to integrate them into the tooth hard tissue structure. Their amount depends on time and distance from the filling. It can be expected that introduction of strontium ions into filling materials can improve their cariostatic properties and contribute to effective prophylaxis of dental caries.
Key words: strontium, hard tissue, depth penetration, experimental studies, SEM analysis.
Polecane książki z księgarni medycznej BORGIS:
Biochemia jamy ustnej, Lachowicz Lilla, Turska Ewa
Biochemia jamy ustnej 		Podstawy mikrobiologii dla stomatologów, Samaranayake L.P.
Podstawy mikrobiologii dla stomatologów 		Stomatologia zachowawcza Zarys kliniczny,
Stomatologia zachowawcza Zarys kliniczny
WSTĘP
>W jamie ustnej człowieka znajdują się trzy znaczące i wzajemnie powiązane układy wymiany jonowej: wypełnienie-ślina, wypełnienie-ząb i ślina-ząb. Reakcje te możliwe są dzięki dyfuzyjnym właściwościom szkliwa i wpływają na wielkość kryształu apatytu, modyfikują rozpuszczalność szkliwa oraz są niezbędne do procesów remineralizacyjnych (1). Obecnie stosowane materiały stomatologiczne zawierają w swym składzie związki chemiczne, które uwalniają m.in. jony: F-, Ca2+, Ba2+, Sr2+, Na+, Al3+ i Si4+.Według wielu autorów może to prowadzić do uzyskania lepszej ochrony przed pojawieniem się objawów próchnicy wtórnej (2, 3, 4). Najbardziej „wzbogacone” w mikro- i makroelementy są cementy szkło-jonomerowe (5, 6).
>Jony fluorkowe jako dodatek do materiałów wypełniających odgrywają nadal kluczową rolę w profilaktyce próchnicy wtórnej. Jednak zastosowanie innych jonów o udowodnionym działaniu kariostatycznym może być szczególnie korzystne w przypadkach gdy profilaktyka fluorkowa wiązałaby się z zaburzeniami mineralizacji. Ponadto wyniki niektórych badań dostarczają dowodów odnośnie toksycznego działania fluoru, np. u szczurów zaobserwowano przejściowy wzrost jego stężenia we krwi, po zastosowaniu materiałów wypełniających, które uwalniają F-. Można zatem stwierdzić, że materiały wypełniające stanowią dodatkowe źródło jonów fluorkowych o działaniu ogólnoustrojowym (7). Wobec powyższego bardzo interesujący wydaje się być udział innych pierwiastków np. strontu w procesach kariostatycznych, co pozwoliłoby obniżyć dawkę terapeutyczną fluoru.
>Stront (Sr, łac. strontium) jest pierwiastkiem chemicznym z II grupy układu okresowego. Sąsiedztwo z wapniem determinuje podobieństwo obu jonów pod względem wielu cech fizycznych i chemicznych co implikuje podobną rolą biologiczną. Pierwiastek ten może być tak samo przyswajany jak wapń przez organizm i zastępować go we wszystkich funkcjach. Może uczestniczyć w tych samych procesach biologicznych i gromadzić się w tkankach tam gdzie Ca, a więc w kościach i zębach oraz może zastępować go w hydroksy-apatytach podczas mineralizacji (8).
> Pierwsze doniesienia o możliwości kariostatycznego działania strontu pojawiły się w piśmiennictwie już w latach 40. minionego stulecia, a mimo to nadal nie wyjaśniono mechanizmu jego działania. Prawdopodobnie oddziaływuje on na powierzchnię szkliwa i może reagować z apatytami tworząc strontoapatyt. Reakcja wymiany z jonami wapnia czyni apatyt mniej wrażliwym na czynniki demineralizacyjne, jakimi są kwasy. Nie wszystkie jony wapnia w apatytach mogą wejść w reakcję wymiany, część z nich jest trwale połączona i dlatego w wyniku oddziaływania strontu powstaje apatyt wapniowo-strontowy (9, 10, 11, 12) o wzorze:
>Ca6Sr4(PO4)6(OH)2
>który zmniejsza rozpuszczalność tkanek twardych zęba (10, 13, 14). Substytucja wapnia jonami strontu może dotyczyć tylko 4 miejsc w sieci, a pozostałe 6 są bardziej oporne na wymianę. Powyższe zależności warunkujące stan równowagi Driessens określił wzorem:
>Ca10-xSrx(PO4)6(OH)2, gdzie 0≤X≤10 (15)
>Proces ten przebiega wieloetapowo i może trwać nawet kilka miesięcy, ale ulega znacznemu przyspieszeniu w wyższym pH (15).
>Z analizy piśmiennictwa wynika, że dotychczasowe badania nad kariostatyczną rolą strontu dotyczyły warunków, w których donorem tych jonów były pasty do zębów (16, 17), żele (18, 19, 20) i płukanki (16). Osiągnięciem ostatnich lat jest wzbogacanie strontem materiałów wypełniających, co doprowadziło do wyodrębnienia bezwapniowych cementów szkło-jonomerowych (ang. Ca-free GIC), określanych też jako strontowe cementy szkło-jonomerowe. Dodatek strontu przyniósł wymierną, praktyczną korzyść w postaci zwiększonego kontrastu na zdjęciach rentgenowskich (21). Ponadto bierze on udział w wymianie jonowej (21) i pełni rolę w chemicznym łączeniu z apatytami szkliwa (22).
>Obecny stan wiedzy nie pozwala jednoznacznie określić roli strontu w stomatologii, jak również brak jest badań wyjaśniających mechanizm jego działania. Dla jednoznacznego określenia możliwości kariostatycznych istotne jest również zbadanie głębokości wnikania jonów strontowych w tkanki twarde zęba w funkcji czasu. Szczególnie interesująca i najmniej zbadana wydaje się być rola strontu jako dodatku do materiałów wypełniających.
>Celem pracy była ocena możliwości wbudowania oraz głębokości wnikania strontu pochodzącego z materiałów wypełniających w tkanki twarde zębów szczurów na podstawie analizy jakościowej próbek przy zastosowaniu techniki EDS w mikroskopie skaningowym.
MATERIAŁ I METODY
>Do badań wybrano cement szkło jonomerowy Fuji VII firmy GC, który w swoim składzie zawiera stront.
Ryc. 1. Materiał Fuji VII w postaci kapsułki.
>Badania doświadczalne przeprowadzono na 24 zębach trzonowych szczurów rasy Wistar Wag.
>Zwierzęta otrzymywały paszę Labofeed H, która wg danych producenta (Producent Pasz Morawski, Kcynia), nie zawierała istotnych dla wyników ilości strontu, a jego poziom kształtował się poniżej progu detekcji, zgodnie z obowiązującymi w tym zakresie normami. Według danych Państwowego Zakładu Higieny poziom strontu w wodzie przeznaczonej do spożycia (WPS) w czasie prowadzenia badań wynosił 0,05-2,00 mg/l.
>Zwierzętom założono w zębach trzonowych (pierwszym i drugim) wypełnienia z cementu szkło-jonomerowego Fuji VII o średnicy 1,9 mm2.
Ryc. 2. Przygotowany szczur na stoliku zabiegowym.
>W kolejnych okresach badawczych (2, 4 i 12 tyg.) usuwano 8 zębów z wypełnieniami celem przeprowadzenia analiz doświadczalnych, a zwierzęta poddawano eutanazji.
>Grupę kontrolną stanowiły zęby zwierząt bez założonych wypełnień.
>Ocenę głębokości wnikania strontu w tkanki twarde zęba dokonano na podstawie mikroanalizy jakościowej próbek w mikroskopie elektronowym. Badania wykonano na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej. Wykorzystano w nich Skaningowy Mikroskop Elektronowy (SEM), model S3500N, firmy Hitachi wyposażony w detektor spektroskopii energodyspersyjnej (EDS) firmy Thermo Noran. Próbki, które stanowiły część koronową zęba wraz z wypełnieniem zostały przygotowane w sposób standardowy, poprzez zatopienie w żywicy chemoutwardzalnej. Następnie w wyniku szlifowania (papiery ścierne o gradacji od 320# do 1200#) oraz polerowania (sukno i zawiesina proszku diamentowego o wielkości do 3 do 1 mikrometra) uzyskano zgłady (przekrój poprzeczny przez szkliwo i zębinę wraz z wypełnieniem), które poddano analizie w SEM. Obserwacje były wykonywane przy użyciu detektora BSE (zbierającego elektrony wstecznie rozproszone), w trybie niskiej próżni, co pozwoliło na obserwowanie powierzchni nie przewodzącej próbki, bez konieczności napylania warstwy przewodzącej.
Ryc. 3. Przykładowy, przygotowany zgład.
>Uzyskano wykresy liniowe ilości zliczeń odpowiadających zawartości danego pierwiastka (im więcej zliczeń tym większa zawartość). Na podstawie otrzymanych wyników określono głębokość wnikania strontu, którą odczytano z wykresu w punkcie, w którym linia określająca zawartość tego pierwiastka spadła do poziomu szumu wskazującego minimalną zawartość Sr, jaką w badanych próbkach metoda ta jest w stanie wychwycić. Wartość tę oszacowano na 0,4% wagowych.
Ryc. 4. Zdjęcie próbki wykonane w SEM – widoczna struktura materiał Fuji VII.
Accelerating Voltage: 25 KeVTake Off Angle: 35°
Live Time: 60 secondsDead Time: 22.667
PROZA Correction Acc.Volt.= 25 kV Take-off Angle=35.00 deg
Number of Iterations = 6

Element k-ratio ZAF Atom % Element Wt % Err.
(calc.) Wt % (1-Sigma)
C-Km 0.0352 5.027 30.07 17.70 +/- 0.42
F-Km 0.0004 10.801 0.46 0.43 +/- 0.32
Na-K 0.0014 4.015 0.50 0.56 +/- 0.08
Mg-K 0.0016 2.608 0.36 0.42 +/- 0.06
Al-K 0.0010 1.962 0.14 0.19 +/- 0.03
Si-K 0.0012 1.509 0.13 0.18 +/- 0.03
P -K
S -K
K -K
Ca -K
O -K
Sr -K
Total		 0.1104
0.0000
0.0011
0.2828
0.0329
0.0031
1.358
1.534
1.127
1.133
10.003
1.398
 9.88
0.00
0.06
16.32
41.99
0.10
100.00		 14.99
0.00
0.12
32.05
32.93
0.43
100.00 		+/- 0.14
+/- 0.00
+/- 0.02
+/- 0.15
+/- 0.83
+/- 0.46
Ryc. 5. Analiza widmowa badanych pierwiastków oraz określona wartość progowa (0,4%) detekcji strontu dla urządzenia zastosowanego w badaniach.
Ryc. 6. Zdjęcie próbki wykonane w SEM – widoczny „skok” zawartości Sr w cząstce szkła materiału Fuji VII.
Ryc. 7. Analiza liniowa uzyskanych wyników zawartości jonów F, Al, Si, K, Ca i Sr w zależności od głębokości.

Ryc. 8. Zdjęcie próbki wykonane w SEM (po 2 tyg.) i analiza liniowa zawartości jonów F, Al, Si, K, Ca i Sr w zależności od głębokości (oznaczalne ilości strontu na głębokości 27 ?m).

Ryc. 9. Zdjęcie próbki wykonane w SEM (po 4 tyg.) i analiza liniowa jonów F, Al, Si, K, Ca i Sr w zależności od głębokości – oznaczalne ilości strontu na głębokości 55 ?m.

Ryc. 10. Zdjęcie próbki wykonane w SEM (po 12 tyg.) i analiza liniowa jonów F, Al, Si, K, Ca i Sr w zależności od głębokości – oznaczalne ilości strontu na głębokości 140 ?m.
WYNIKI BADAŃ
>W pierwszym etapie badań określono wartość progową detekcji strontu i wynosiła ona 0,4%. Jest to wartość charakterystyczna dla danego urządzenia.
OMÓWIENIE WYNIKÓW I DYSKUSJA
>Pierwszym pierwiastkiem śladowym, któremu przypisano kariostatyczną rolę był fluor.
>W wielu publikacjach z ostatnich lat pojawiają się sugestie o konieczności rozważnego stosowania profilaktyki fluorkowej z uwagi na wzrost częstości występowania fluorozy jatrogennej (23, 24). Wobec powyższego istotne wydaje się być zagadnienie możliwości wykorzystania innych mikroelementów w profilaktyce próchnicy np. strontu.
>Badania będące przedmiotem niniejszej pracy przeprowadzono na modelu zwierzęcym, a założone w zębach szczurzych wypełnienia stanowiły jedyne istotne źródło strontu. Takie postępowanie pozwoliło uzyskać obiektywny wynik. U człowieka natomiast nie można wyeliminować dodatkowych źródeł tych jonów takich jak: produkty spożywcze, woda pitna.
>W toku prowadzonych badań potwierdzono, że stront uwalniany z cementów szkło-jonomerowych ulega wbudowaniu w tkanki twarde zęba. O możliwości zaistnienia tego procesu pisano już na początku lat 50. minionego stulecia, choć inne były źródła tego pierwiastka. W 1959 roku Pawłowska potwierdziła to badaniem spektrograficznym (25). Prowadzono także badania nad rozkładem ilościowym strontu w poszczególnych strukturach zęba, ale nie stosowano przy tym dodatkowych poza żywieniowych źródeł tego pierwiastka. Wykazano, że jest go więcej w szkliwie niż w zębinie (26) oraz więcej w powierzchownych warstwach szkliwa (27, 28) w porównaniu z całym szkliwem (29, 30). Część koronowa i korzeniowa zębiny zawierają taką samą ilość tego pierwiastka (26).
>Dla określenia możliwości kariostatycznych istotna jest głębokość wnikania jonów Sr. W przeprowadzonych badaniach zaobserwowano obecność strontu w odległości 27 ?m od krawędzi wypełnienia po 2 tygodniach, 55 ?m po 1 miesiącu i 140 ?m po 3 miesiącach. Uzyskane wyniki można porównać z badaniami przeprowadzonymi przez Surdacką, które dotyczyły głębokości wnikania strontu pochodzącego z past do zębów w sztucznie zdemineralizowane szkliwo. Jej trzymiesięczne obserwacje doprowadziły do uzyskania stabilnych wykrywalnych ilości tego pierwiastka w odległości 60 ?m od powierzchni zęba, a sześciomiesięczne na poziomie 100 ?m (31). Wyniki obu prac pokazują, że głębokość wnikania jonów Sr w tkanki twarde szkliwa rośnie w czasie, choć niewątpliwie jest to proces bardzo powolny (31). Niestety nie można dokonywać porównań ilościowych, gdyż w obu doświadczeniach był różny materiał badawczy oraz źródło jonów strontu. Prawdopodobnie zdemineralizowana tkanka może w sposób bardziej „chłonny” przyjmować jony, z drugiej zaś strony emisja jonów z wypełnienia będzie malała z upływem czasu. Przypuszczalnie stront ulega kumulacji w głębszych, podpowierzchniowych warstwach szkliwa (31) i ma to znaczenie kliniczne, gdyż tam rozpoczyna się proces próchnicowy. Inne badania prowadzone w warunkach, in vitro zaprzeczają tej tezie i wskazują na równomierny rozkład strontu w szkliwie (28). Surdacka sugeruje, że ta rozbieżność wyników może wynikać z faktu, że materiał badawczy wyżej wymienionych autorów wzbogacany był strontem tylko ze źródeł pokarmowych i to jest za mało by wzbogacić tym pierwiastkiem głębsze warstwy szkliwa. Reasumując, poziom strontu w wodzie pitnej i produktach spożywczych wystarcza by wzbogacić tym pierwiastkiem powierzchowne warstwy szkliwa, natomiast jest niewystarczający by dotrzeć do głębszych, podpowierzchniowych warstw. Potwierdzają to inni autorzy i sugerują możliwość wbudowania strontu pochodzącego z wody pitnej i produktów żywnościowych tylko na głębokość 15 ?m (31).
PODSUMOWANIE
>Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych stwierdzono możliwość uwalniania jonów strontu z cementów szkło-jonomerowych oraz ich wnikania w tkanki twarde zębów. Zawartość strontu zmienia się w funkcji czasu i odległości od wypełnienia. Mając na uwadze wcześniejsze doniesienia o kariostatycznym wpływie strontu na tkanki twarde można spodziewać się, że jego dodatek do materiałów wypełniających podniesie ich kariostatyczne właściwości i przyczyni się do zwiększenia efektywności profilaktyki próchnicy wtórnej.
Polecane książki z księgarni medycznej BORGIS:
Choroby przyzębia,
Choroby przyzębia 		Chirurgia ogólna dla stomatologów, Rowiński W, Kosieradzki M.
Chirurgia ogólna dla stomatologów 		Protetyka stomatologiczna podręcznik dla studentów, Spiechowicz Eugeniusz
Protetyka stomatologiczna podręcznik dla studentów
Piśmiennictwo
1. Anderson P, Davies GR, Ahluwalia MH: Monitoring de- and remineralization of enamel in vitro using an infrared meter. Caries Res 1996; 30, 6: 394-399. 2. Jodkowska E, Trykowski J, Wagner L: Materiały wypełniające zawierające związki fluoru oraz inne jony. Stom Wsp 1994; 2: 92-9. 3. Karlsson L, Angmar-Mansson B, Tranaeus S: Infrared fluorescence measurements-the influence of calibration frequency on longitudinal in vitro measurements with KaVo DIAGNOdent. Int J Dent Hygiene 2004; 2: 142-143. 4. Zhou M, Drummound JL, Hanley L: Barium and strontium leaching from aged glass particle/resin matrix dental composites. Dent Mater 2005; 21, 2: 145-55. 5. Davidson CL, Mjor IA: Advanced in glass-ionomer cements Quintessence Publishing Co Inc 1999 Warsaw. 6. McIntyre J, Cheetham J, Mulyani D: Ionic exchange between Riva Self Cure (r) GIC and demineralized dentine Adelaide University, Australia, 2SDI Limited, Victoria, Australia. 7. Wagner L: Badania przydatności niektórych materiałów do wypełnień w zapobieganiu o leczeniu próchnicy zębów mlecznych u dzieci. Rozprawa habilitacyjna, Warszawa 1999. 8. Pärko A: Has the increase of selenium intake LED to a decrease in caries among children and the young in Finland, Proc Finn Dent Soc 1992; 88 (1-2): 57-59. 9. Crawford AW, de Bruin HJ: Concentration changes in surface Ca, P, F, Zn, Fe and „Sr” during white spot formation. J Dent Res 1983; 62, 9: 964-968. 10. Dedhiya MG, Young E, Higuchi WI: Mechanism for the retardation of acid dissolution rate of hydroxyapatite by strontium. J Dent Res 1973; 52, 5: 1097-1109. 11. Dedhiya MG, Young E, Higuchi WL: Mechanism of hydroxyapatite dissolution. The synergistic effect of solution fluoride, strontium, and phosphate. J Phys Chem 1974; 78, 13: 1273-1279. 12. Fejerskov O, Ekstrand J, Burt BA: Fluoride In dentistry 2nd Edition Munksgoard Copenhagen 1996. 13. Featherstone JDB et al.: Acid reactivity of carbonated apatites with strontium and fluoride substitutions: J Dent Res 1983; 62, 10: 1049-1053. 14. Gedalia I, Almog D, Yariv S: Effects of strontium and fluoride uptakes on solubility of powdered enamel. Caries Res 1977; 11: 287-292. 15. Driessens FC: Mineral aspects of dentistry. Philadelphia 1982, Monogr Oral Sci 1982; 10: 1-215. 16. Bowman WD et al.: In situ fluoride uptake from 0,5% neutral NaF mounthrinse: effect of novel enhanced delivery system. Am J Dent 1988; 1: 113-117. 17. Zero DT, Curzon MEJ, Zander HA: Physical and chemical effects of toothpastes on dental enamel. J Dent Res 1982; 61: 451-455. 18. Angelillo IF, Arnese A, Manfredi C: Evaluation of the effectiveness of topical application in vivo of preparations consisting of fluoride and strontium in human teeth. Minerva Stomatol 1989; 38, 3: 335-9. 19. Luoma H et al.: Effect of chlorhexidine fluoride applications without and with Sr and Zn on caries, plaque and gingiva in rats. J Dent Res 1984; 63, 10: 1193-1196. 20. Spets-Happonen S et al.: Salivary Streptococcus mutans count and gingivitis in children after rinsing with a chlorhexidine-fluoride solution with and without strontium. Scand J Dent Res 1985; 93: 329-335. 21. Mount GJ, Ngo HC: Stomatologia mało interwencyjna. Med Tour Press International, Warszawa, 2006. 22. Ab-Ghani Z, Ngo H, Mc Intyre J: Effect of remineralization/demineralization cycles on mineral profiles of Fuji IX Fast in vitro using electron probe microanalysis. Aust Dent J 2007; 52, 4: 276-81. 23. Wochna-Sobańska M: Bezpieczeństwo fluoryzacji endo- i egzogennej. Stom Wsp 1994; 5: 374-376. 24. Woźniak K, Malinowska I: Zaburzenia mineralizacji twardych tkanek zęba u dzieci z rejonów o różnym stężeniu związków fluoru w powietrzu. Mag Stom 1997; 9: 22-26. 25. Pawłowska J: O przenikaniu chlorku strontu do twardych tkanek zęba na podstawie analizy widmowej. Czas Stomat 1959; XII, 6: 397-403. 26. Frank RM et al.: Zinc and strontium analyses by energy dispersive X-ray fluorescencie in human permanent teeth. Arch Oral Biol 1989; 34, 8: 593-7. 27. Athanassouli TM, Papastathopoulos DS, Apostolopoulos AX: Dental Caries and strontium concentrations in drinking water and surface enamel. J Dent Res 1983; 62: 989-991. 28. Little MP, Barrett K: Trace element content of surface and subsurface enamel relative to caries prevalence on the west coast of the United States of America. Arch Oral Biol 1976; 21: 651-657. 29. Curzon MEJ, Losee EL: Strontium content of enamel and dental caries. Caries Res 1977; 1: 321-326. 30. Verbic V, Stuper J: Dental caries and the concentration of aluminium and strontium in enamel. Caries Res 1980; 14: 141-147. 31. Surdacka A: Ocena możliwości wykorzystania jonów strontu do remineralizacji sztucznie odwapnionego szkliwa w warunkach doświadczalnego modelu zewnątrzustnego. Rozprawa habilitacyjna 2004; Poznań.
otrzymano: 2010-02-08
zaakceptowano do druku: 2010-02-26

Adres do korespondencji:
*Leopold Wagner
02-006 Warszawa, ul. Nowogrodzka 59
tel.: (22) 625 60 02
e-mail: zapips@o2.pl

Nowa Stomatologia 2/2010
Strona internetowa czasopisma Nowa Stomatologia
Powrót na górę strony

Pozostałe artykuły z numeru 2/2010:

- reklama -
Strona główna | Reklama | Kontakt
Wszelkie prawa zastrzeżone © 1990-2012 Wydawnictwo Medyczne Borgis Sp. z o.o.