Оптические свойства тканей зуба

Еще одно оптическое свойство дентина — опаковость, то есть способность материала задерживать определенный участок спектра электромагнитного излучения, в том числе видимого света, или, другими словами, это непрозрачность. Дентин имеет опаковую структуру, и она колеблется от 40 до 75 единиц опаковости. Для того, чтобы стоматологу и зубному технику было легче разобраться со степенью опаковости дентина или эмали, производители стоматологических материалов выпускают специальные шкалы прозрачности или опаковости.

Флюоресценция

Последнее оптическое свойство дентина, о котором пойдет речь в нашей статье, — это флюоресценция. Эффект назван в честь природного минерала флюорит. Термин «флюоресценция» предложен Д. Стоксом. Чистые кристаллы флюорита обладают высокой прозрачностью в широком диапазоне: от вакуумного ультрафиолета до дальней инфракрасной области, ярко люминесцируют в катодных лучах и под действием ультрафиолетового излучения, обнаруживают свечение при нагревании (термолюминесценция). Флюорит является типичным флюоресцирующим минералом; при нагревании и после облучения ультрафиолетовым светом он фосфоресцирует.
Флюоресцентность — это свойство, благодаря которому тело сначала поглощает невидимую составляющую световой энергии с тем, чтобы потом выделить ее в виде света. Воссоздать флюоресценцию в реставрации, близкую к естественному зубу, очень важно, так как, во-первых, правильная воссозданная флюоресценция увеличивает яркость реставрации, во-вторых, снижает метамерию. Представьте, как будет выглядеть Ваш пациент, если у него будет неправильно сформирован эффект флюоресценции, или того хуже, будет изготовлена реставрация из нефлюоресцирующего материала, а такие присутствуют на рынке стоматологических материалов.

Я провел небольшой эксперимент. Взял четыре шприца с пломбировочными материалами различных производителей одного оттенка, насыщенности и опаковости и изготовил из них образцы. При нормальном освещении с температурой света 5500° К они выглядят одинаково, но при ультрафиолетовом свете у них проявляется различная флюоресценция.

Образец А имеет ярко выраженный эффект флюоресценции, гораздо выше, чем у естественных зубов. Такой материал необходимо использовать с осторожностью, так как если какая-то часть материала окажется не прикрыта слоем, подавляющим эффект флюоресценции, то при освещении такой реставрации ультрафиолетовым светом будут отчетливо видны границы материала.
Образцы В и С имеют степень флюоресценции, сопоставимую с натуральными тканями зубов, а вот образец D имеет очень низкую флюоресцентность. Реставрация, изготовленная из такого материала, будет «исчезать» при ультрафиолетовом свете.
Тесно связано с эффектом флюоресценции такое явление, как метамерия. Метамерия — свойство зрения, при котором свет различного спектрального состава может вызывать ощущение одинакового цвета. В более узком смысле метамерией называют явление, когда два образца цвета воспринимаются одинаковыми под одним источником освещения, но теряют сходство под другим (с другими спектральными характеристиками излучаемого света). Взгляните на те же образцы, как они выглядят при освещении источниками с различными спектральными составляющими.
Как видите, больше всего меняет цвет при освещении источниками света с различным спектральным составом образец D, который имеет самую низкую степень флюоресценции. Без сомнения можно сказать, что реставрация, сделанная из такого материала, доставит Вам и Вашему пациенту массу неприятностей. Пациент будет предъявлять жалобы на то, что реставрация «меняет цвет» при различном освещении, например, на улице в ясную погоду и в помещении, где горят лампы накаливания. Можно делать бесконечное количество коррекций этой реставрации, но пока Вы не избавитесь от эффекта метамерии или значительно не снизите его, хорошего результата не будет.
Таким образом, при выборе реставрационного материала необходимо руководствоваться не только его физическими свойствами, но и оптическими. Используя стоматологические материалы со сбалансированной флюоресценцией, вы избавите себя от борьбы с эффектом метамерии и повысите яркость реставраций.

Янушевич О. О., Сарычева И. Н., Минаков Д. А., Шульгин В. А.,

§ 3.4. Взаимное влияние тканей на общий сигнал флуоресценции

Анализ спектров флуоресценции твердых тканей зубов, а также сопоставление со спектрами свечения эндогенных флуорофоров показал, что происхождение флуоресценции твердых тканей зубов имеет различную природу и включает в себя влияние органической (прежде всего структурных элементов коллагена) и неорганической фазы (примесных ГАП кальция).

Вместе с тем, полученные в данной работе результаты, свидетельствуют о неоднородном свечении эмали в зависимости от анатомической зоны зуба, от типа зуба, как верхнего, так и нижнего ряда челюсти не только in vitro, но и in vivo. Подобное спектральное поведение может быть обусловлено влиянием на спектр флуоресценции эмали в различных анатомических зонах зубов соседних тканей, прежде всего дентина и ДЭГ.

Для проверки данной гипотезы был проведен анализ оптических свойств твердых тканей зуба, а также проведено сопоставление спектров флуоресценции эмали в различных анатомических зонах всех типов зубов верхнего и нижнего ряда челюсти с толщиной эмали в этих зонах.

Оптические свойства твердых тканей зуба

Оптические свойства эмали и дентина существенно различаются [138–149]. Эмаль и дентин способны пропускать, поглощать и рассеивать электромагнитное излучение. В спектре поглощения эмали можно выделить несколько характерных полос в области 200, 600, 700, 1064, 9320 и 9900 нм [138, 139]. В УФ области очень интенсивно поглощают вода и кристаллы гидроксилапатитов кальция [140]. В УФ области также очень интенсивно поглощает органическая фаза твердых тканей зубов.

Поглощение и рассеяние света в дентине значительно выше, чем в эмали. Действительно, если сравнивать, например, оптические характеристики эмали и дентина на длине волны 633 нм, то коэффициенты поглощения и рассеяния эмали равны 0,97 и 1,1 см−1, в то время как у дентина эти коэффициенты равны 6,0 и 1200 см−1 соответственно [141]. Для других длин волн видимого и ближнего ИК диапазона подобная тенденция сохраняется [142, 143]. При этом в среднем и для дентина, и для эмали коэффициент рассеяния существенно выше по сравнению с коэффициентом поглощения. Не смотря на такие сравнительно низкие значения поглощение света этими тканями относительно высоко (10–20 %). Это обусловлено высокой длиной свободного пробега фотонов перед поглощением в высоко рассеивающей среде [144].

Отметим, что обратно рассеянное излучение чрезвычайно чувствительно по отношению к состоянию поверхности эмали, например, к процессу деминерализации. Матовость (т.е. снижение блеска) связана с рассеивающими способностями микрошероховатостей на поверхности эмали и внутренних микропор, заполненных водой, органическими и минеральными компонентами.

В работе [145] также исследованы оптические свойства эмали и дентина. Изучение особенностей взаимодействия света с поверхностью шлифов эмали и дентина показало, что эмаль обладает более интенсивным диффузным отражением, чем дентин. Так, коэффициент диффузного отражения эмали в видимом диапазоне колебался от 20 до 42 %, в отличие от дентина, для которого коэффициент диффузного отражения менялся от 20 до 35 %. При этом эмаль и дентин «молодых» зубов имели более высокие показатели диффузного отражения света по сравнению с эмалью и дентином минерализованных «зрелых» зубов.

Обладая способностью диффузного отражения и рассеяния света, эмаль также характеризуется свойством пропускать световые лучи [145]. Так коэффициент диффузного пропускания света, изученный на шлифах эмали толщиной 1 мм, в видимом диапазоне колебался в среднем от 5 до 16 %, причем эмаль «молодого» зуба пропускает больше света, чем эмаль более минерализованного зуба. Свойство эмали частично пропускать, а частично рассеивать лучи света характеризует её светопропускание, которое зависит от состава и структуры ткани. Очевидно, существенное влияние на данную характеристику оказывает толщина слоя ткани. Коэффициент пропускания света дентином в любом возрасте всегда ниже, чем эмалью. Поэтому, учитывая этот фактор, а также высоко рассеивающие свойства дентина и его селективность отражения, цвет зуба определяется именно дентином.

Цвет дентина проявляется благодаря наличию пигментов. Селективность отражения дентина такова, что визуально определяются цвета преимущественно жёлтых оттенков. Опаковость (непрозрачность) дентина зависит от рассеяния им света и низкого светопропускания, которые определяются неоднородностью структуры и состава. Сравнительно высокое количество органических веществ и воды в дентине и выраженная неоднородность структуры объясняют низкое светопропускание и непрозрачность.

Наличие пигментов, обладающих свойством избирательного отражения лучей определённой длины волны, придаёт индивидуальные оттенки коронке зуба, особенно в пришеечной области, где слой эмали тоньше, а потому просвечиваются подлежащие ткани, в частности, непрозрачный дентин.

В работе [146] также указывается, что эмаль является сравнительно прозрачной тканью, поэтому оптические свойства зуба (поглощение, рассеяние, цвет) определяются, в основном, дентином. Основными поглотителями в дентине являются белковоподобные молекулы, а рассеивателями – кристаллы гидроксилапатита кальция.

Интересен волноводный механизм светопропускания. Свет, падая на поверхность эмали, рассеивается на неоднородностях и частично захватывается оптическими волноводами, роль которых в эмали выполняют эмалевые призмы, а в дентине – область дентина между канальцами. При этом извитая форма световодов определяет высокую эффективность освещения пульпы практически независимо от того, каким образом свет попадает на внешнюю поверхность зуба. Каждая точка поверхности эмали оказывается оптически связанной с вполне определенной точкой полости зуба. Волноводный эффект существенно более выражен в дентине, чем в эмали. Оптические характеристики зуба удовлетворительно описываются в рамках модели волноводно-рассеивающей среды [147, 148].

Влияние толщины эмали на интенсивность флуоресценции в различных анатомических зонах

Результаты, полученные для шлифов зубов, а также анализ оптических свойств твердых тканей зубов, крайне важны для исследования связи интенсивности флуоресценции эмали с ее толщиной в различных анатомических зонах зубов. Действительно, такая связь возможна, поскольку, с одной стороны, как было показано ранее в § 3.1, раковистые области эмали и дентина, прилегающие к ДЭГ, обладают существенно большим свечением, чем, например, эмаль. А с другой стороны, анализ результатов, полученных с помощью методов МСКТ и РЭМ (см. табл. 1 и 2), свидетельствуют о том, что толщина эмали неоднородна в зависимости как от анатомической зоны зуба, так и в зависимости от типа зуба. В среднем, она максимальна в области режущего края постоянных зубов, а минимальная в пришеечной области зубов.

Для определенной длины волны возбуждения существует определенная глубина ее проникновения внутрь зуба, что обусловлено оптическими свойствами твердых тканей зубов [138–149]. При исследовании эмали, дентина и ДЭГ на шлифах зубов толщина этих областей была одной и той же, в отличие от удаленных и интактных зубов, где первым слоем, взаимодействующим с излучением, была эмаль. Из всех использованных в работе источников возбуждения наименьшей глубиной проникновения внутрь твердых тканей зубов обладает излучение с длиной волны 405 нм. Вместе с тем, для данного излучения наблюдается и максимальное поглощение [141, 146]. Поэтому при исследовании, например, области режущего края зуба, обладающего наибольшей толщиной эмали (см. табл. 1 и 2), возбуждающее излучение в значительной степени затухает именно в области эмали, в то время как при исследовании пришеечной области излучение проникает в область ДЭГ и дентина, которые обладают большим свечением по сравнению с эмалью.

В результате можно сделать предположение о том, что чем меньше толщина эмали, тем меньше будет длина оптического пути для возбуждающего излучения по направлению к наиболее ярко люминесцирующей области и, следовательно, тем больше будет регистрируемая интенсивность флуоресценции. И действительно, для всех без исключения зубов, как удаленных, так и интактных наблюдается однозначная корреляция сигнала флуоресценции в зависимости от анатомической зоны зубов. Чем меньше толщина эмали, тем выше интенсивность флуоресценции эмали в пределах каждого зуба. Например, для интактных моляров и премоляров верхнего и нижнего ряда челюсти интегральная интенсивность флуоресценции эмали в пришеечной области более чем в два раза выше, чем интенсивность флуоресценции эмали в области экватора, и более чем в три раза выше, чем интенсивность флуоресценции эмали в области режущего края (см. рис. 5, а, б, в)). При этом в среднем толщина эмали моляров и премоляров в области режущего края более чем в пять раз выше, чем толщина эмали в пришеечной области, и более чем в 1,4 раза выше, чем толщина эмали в области экватора (см. табл. 1 и 2).

В пользу того, что свечение эмали в пришеечной области обусловлено свечением раковистой структуры эмали и дентина, прилегающих к ДЭГ, и дентина говорит также, то что небольшие колебания толщины эмали в пришеечной области приводили к существенным вариациям результирующего сигнала флуоресценции, в отличие от области экватора и режущего края, для которых колебания толщины эмали более существенны, но вариации результирующего сигнала флуоресценции менее значительны. Ключевую роль, вероятно, играет прежде всего раковистая структура эмали, поскольку с одной стороны эта область ДЭГ наиболее близка к зондирующему кончику волновода, а с другой, именно в этой области присутствуют участки эмалевых призм, оболочки которых испускают свечение не меньшее по интенсивности, чем прилегающая к ДЭГ область дентина [43].

Также из рис. 5, а видно, что суммарная интенсивность флуоресценции пришеечной области всех зубов нижнего ряда челюсти выше, чем верхнего, что коррелирует с тем фактом, что в среднем толщина нижнего ряда зубов меньше, чем верхнего (см. табл. 1 и 2).

Таким образом, в пределах каждого зуба именно толщиной эмали объясняется наблюдаемая разница в интенсивностях свечения эмали в различных анатомических зонах. Однако анализ всей совокупности данных показал, что связь сигнала флуоресценции с толщиной эмали оказалась не такой простой и однозначной, если проводить сравнение не в пределах каждого зуба в отдельности, а между зубами различных типов верхнего и нижнего ряда челюсти.

Так, например, для резцов однозначной зависимости сигнала флуоресценции эмали в пришеечной области от ее толщины (т.е. большего сигнала флуоресценции при меньшей толщине эмали) не обнаружено. Как видно из рис. 5, а наблюдается тенденция увеличения сигнала флуоресценции эмали в пришеечной области для резцов по мере увеличения порядкового номера зуба. Однако, толщина эмали у резца 2 в пришеечной области больше, чем у резца 1 (см. табл. 1 и 2).

С другой стороны, толщина эмали в пришеечной области моляра 1 нижнего ряда зубов выше, чем толщина эмали резца 2 того же ряда, однако, суммарная интенсивность флуоресценции этих зубов практически совпадает (см. рис. 5, а).

Подобное спектральное поведение может быть обусловлено несколькими факторами. Во–первых, зависимостью раковинообразных выемок эмали и дентина, прилегающих к ДЭГ от типа зуба. Действительно, средний размер углублений ДЭГ в резцах составлял 29,4 ± 5,5 мкм, а для моляров уже 42,3 ± 8,5 мкм [93]. Таким образом, для моляров ширина наиболее ярко люминесцирующей области ДЭГ ощутимо выше. Поэтому не смотря на большую величину толщины эмали и, следовательно, оптического пути для возбуждающего излучения в случае моляра по сравнению с резцом, интенсивность флуоресценции эмали в пришеечной области для этих зубов может быть сопоставимой. В некоторых работах даже показано, что концентрация выемок ДЭГ и их размер зависит от расположения внутри зуба [90–92]. Хотя, в работе [87] подобной зависимости не обнаружено. Большей шириной раковинообразных структур ДЭГ можно объяснить также и превышение интенсивности флуоресценции резца 2 по сравнению с резцом 1.

Во-вторых, как показали исследования, в химическом составе [76] и плотности [77] зубной эмали наблюдаются пространственные вариации, а также, вариации в слоях карбонатной составляющей [78] и в степени кристалличности [79] в эмали каждого зуба. Обнаружено, что химический состав зубной эмали в целом не остается постоянным [65]. Некоторые исследования описывают различные химические и физические характеристики, зависящие от типа зуба [80]. В работе [97] исследуя химическое строение ДЭГ было показано, что концентрация органической фазы зависит от анатомической области зуба. Действительно, оказалось, что ширина переходной зоны, в пределах которой отношение интенсивности полосы, соответствующей C–H колебаниям к полосе, соответствующей P–О колебаниям в пришеечной области зуба была более чем в два раза ниже, чем в окклюзионной области. Концентрация КГАП в пределах ДЭГ также зависела от анатомической зоны зубов.

В-третьих, зависимостью оптических свойств эмали как от типа зуба, так и от анатомической зоны зуба. Зубы каждого человека уникальны. Оптические свойства твердых тканей также, как и химический состав не остаются постоянными. Например, коэффициент диффузного пропускания «зрелой» более минерализованной эмали существенно меньше по сравнению с «молодой» эмалью. И напротив, коэффициент диффузного отражения «молодой» эмали выше, чем «зрелой» [145]. Эмаль в целом является более прозрачной тканью по сравнению с дентином [146]. Кроме того, в работе [149] отмечается рост оптической плотности твердых тканей зубов от жевательных к фронтальным, как на верхней челюсти, так и на нижней.

Указанные факторы позволяют прояснить ситуацию и с флуоресценцией эмали в области экватора и режущего края, для которых вклад ДЭГ и дентина менее ощутимый, по сравнению с пришеечной областью. Действительно, из рис. 5(б) и (в) видно, что интенсивность флуоресценции эмали, например, моляра 1 в области режущего края выше, чем интенсивность флуоресценции эмали резца 1 в области экватора нижнего ряда челюсти, хотя толщина в области режущего края моляра 1 выше, чем в области экватора резца 1 (см. табл. 1 и 2). В результате, очевидно, что сигнал флуоресценции зависит также от типа зуба.

Прежде всего подобная зависимость интенсивности флуоресценции эмали от типа зубов может быть обусловлена с одной стороны вариацией химического состава эмали (органической фазы и примесной минеральной фазы) как от анатомической зоны зуба, так и от типа зуба. А с другой стороны, вариацией оптических характеристик эмали для данных анатомических зон этих зубов.

Эстетическая функция зуба характеризуется определенными оптическими свойствами: оттенками, насыщенностью цвета, светлотой, а также «прозрачностью» эмали. Предметное рассмотрение зубного ряда и отдельных зубов позволяет выявить пусть неяркую, но все-таки свою радугу цветов от прозрачно-голубого, сероватого, белого до различных оттенков желтого, светло-коричневого.

Помимо индивидуального цвета интактным зубам присуще такое качество, как особый блеск эмали, опалесценция, способность флуоресцировать. Зубы могут различаться по цвету в зависимости от групповой принадлежности (рис. 1).

Рис. 1. Особенности оттенков цвета постоянных зубов.

Так, клыки обычно темнее (или желтее), чем резцы. При этом сохраняется одно из наиболее характерных качеств зубных дуг — симметричность, в данном случае сходство по оптическим свойствам зубов, расположенных справа и слева от сагиттальной плоскости. В то же время разнятся оттенки отдельных участков зуба: пришеечная область характеризуется желтизной, а режущий край бывает прозрачно-голубоватым.

Эстетические свойства, включающие цвет, блеск, опалесценцию, флуоресценцию, проявляются благодаря оптическим законам (рис. 2).

Рис. 2. Основные оптические законы: отражение и преломление лучей света (схема).

Ткани зуба способны отражать, пропускать, рассеивать свет, что и придает ему характерные визуальные черты.

Методы исследования

В настоящем исследовании оптические характеристики зуба изучали на односторонних или прозрачных шлифах эмали и дентина, а также интактных коронках.

Измерения спектров диффузно отраженного света осуществляли спектрометром AvaSpec-2048 (Avantes). Источником возбуждения являлась галогенная лампа AvaLight-HAL-S (Avantes). Свет через оптическое волокно проходил к оптоволоконному зонду FCR-7UV400 (Avantes). Для оптимального представления полученных данных вводилась коррекция спектральной чувствительности регистрирующей системы.

Измерение спектров флуоресцентных свойств проводили в Институте физики НАН Беларуси на автоматизированном спектрофлуориметре СДЛ-2, состоящем из монохроматора возбуждения МДР-12 и монохроматора регистрации МДР-23. В качестве источника возбуждения использовали ксеноновую лампу ДКсШ-120. Регистрацию светового сигнала после прохождения монохроматора осуществляли с помощью охлаждаемого фотоумножителя ФЭУ-100 (диапазон 230—800 нм) в режиме счета фотонов. Коррекция регистрирующей системы «монохроматор МДР-23 — ФЭУ».

Стационарные спектры флуоресценции измеряли также на спектрофлуориметре SFL-1211A (Solar) с передней поверхности образцов. Всего в исследовании использовано 95 шлифов, 67 удаленных и 120 витальных зубов.

Визуальная оценка цветовых характеристик зуба

Качественными характеристиками цвета зуба считали тон, светлоту, насыщенность. Воспринимаемые визуально тона, или оттенки, можно охарактеризовать как белые, желтые, серые, голубые, коричневые. По светлоте тона различаются следующим образом: желтые варьируются; серый, голубой бывают светлыми; коричневые — очень светлыми. По насыщенности можно выделить следующие градации: желтые тона варьируются; для серых, голубых характерна низкая насыщенность, для коричневых оттенков — очень низкая. Количественное, или буквенно-цифровое обозначение параметров в клинике позволяет определить шкала цветов VITA, VITA-3D-MASTER.

Анализ оптических свойств витальных зубов у пациентов младшей возрастной группы показал преобладание оттенка В2 — 36,7 %. Оттенок А2 выявлен в 13,3 %, тона А3 и С2 — по 3,3 %. Сочетание А2/А3 составило 20 %, А1/А2 — 10 %, В1/В2/В3 — 6,6 %.

У пациентов следующей возрастной группы среди витальных зубов в 76,6 % случаев были определены оттенки А3/А3,5 и в 23,4 % В2/В3, что соответствует средней интенсивности (и светлоте) цвета.

Цвет витальных зубов пациентов старшего возраста в 78 % случаев соответствовал оттенкам А3/А3,5 и в 22 % В2/В4, что характеризует среднюю интенсивность.

При визуальном определении исходного цвета 27 удаленных зубов с помощью шкалы VITAPAN 3D-MASTER установлено, что наиболее часто встречался цвет 2L2,5 (8 зубов), что составило 30 %. Чуть реже выявлен цвет на два условных тона темнее 2M3 (6 зубов). Оттенок 2М2 имели 4 зуба, 3М2 — 3 зуба, в единичных случаях встречались зубы светлее или темнее указанных оттенков (рис. 3).

Рис. 3. Определение оттенка цвета удаленного зуба.

На определяемый оттенок зуба существенное влияние оказывала толщина дентина под эмалевым слоем. После удаления тонкого слоя околопульпарного дентина в подавляющем большинстве случаев (21 зуб) оттенок зуба не изменялся, в трех случаях стал светлее на 2 условных номера, в двух — на 3, а в одном — на 5 условных единиц.

После удаления толстого слоя дентина в 3 случаях цвет был аналогичным первоначальному определению, у 4 зубов он стал светлее на полтона, у 8 — на один тон, у 8 — на два тона, у 1 — на 2—2,5 тона. Удаление основной массы дентина данных зубов вызвало повышение светлоты в подавляющем большинстве случаев на 2 и на 1 тон, редко на 3 тона и полутон, на 4 тона в одном случае (рис. 4).

Рис. 4. Повышение светлоты удаленного зуба после иссечения слоя дентина.

У одного зуба цвет остался таким же, как и до препарирования.

Оптические свойства тканей

Твердые ткани зуба отличаются способностью отражать весь спектр падающего света. При этом коэффициент диффузного отражения эмали и дентина представляет выраженные индивидуальные колебания.

Изучение отражающей способности интактных зубов показало, что коэффициент диффузного отражения света (R, %) от их поверхности колеблется от 12 до 17 в коротковолновой части спектра и от 18 до 28 в длинноволновой. При этом показатель молодых зубов на 6—10 % выше, чем зрелых. Снижение с возрастом диффузного отражения объясняется изменениями состава и структуры твердых тканей зуба. Включение пигментов повышает избирательное отражение цветовых лучей.

Поток рассеянного излучения (j) от поверхности интактных незрелых зубов значительно выше, чем от поверхности минерализованных. При величине угла регистрации излучения 60º интенсивность рассеянного излучения составляет 0,8 для молодого и 0,4 для зрелого зуба. Эти значения близки к показателям эталонов эмалевых и опаковых цветов фотополимера.

Светопропускающая способность зуба зависит от длины волны проходящего света. В спектре пропускания пучка света молодым зубом присутствуют лучи всех длин волн. Для зрелого зуба в коротковолновой части спектра (400 нм) коэффициент пропускания снижен до минимума, т. е. минерализованные и пигментированные ткани пропускают меньше «голубых» волн.

Светопроводимость молодых зубов по показателям коэффициента диффузного поглощения (Т, %) совпадает с эталонами композиционных материалов А10, А20, А30. Светопроницаемость зрелых аналогична фотополимерам — А35, С20, С40 (рис. 5).

Рис. 5. Оптические свойства эмали сопоставимы с фотополимером.

Оптические свойства зуба формируются сочетанием параметров твердых тканей и пульпы зуба. Изучение особенностей взаимодействия света с поверхностью шлифов эмали показало высокие отражающие способности этой ткани. Так, коэффициент диффузионного отражения эмали (R) колеблется от 20 до 42 %, характеризуя высокую яркость образца.

В спектре отраженного от поверхности эмали света содержатся лучи любой длины волны. Следовательно, эмаль обладает способностью отражать весь спектр цвета, что характерно для белой поверхности. Поэтому превалирующий оттенок эмали — белый (рис. 6).

Рис. 6. Выражена белизна центральной группы зубов.

При этом максимум отражения приходится на длину волны от 400 до 600 нм (чаще фиолетово-синяя область или желто-оранжевая). Самым низким процентом отражения лучей характеризуется красная часть спектра.

Для сравнения, отражающие способности фотополимера Charisma (по показателю диффузного отражения, R, %) колеблются от 5 до 32. Наиболее близки к показателю светоотражения эмали образцы А10, В10, В20.

Эмаль «молодого» зуба имеет более высокие показатели диффузного отражения света по сравнению с минерализованной, зрелой. Разница коэффициентов отражения минимальна в длинноволновой части спектра и достигает 10 % в области коротких волн. То есть молодая эмаль отражает больше сине-голубых волн, чем «зрелая». Диффузионное отражение света от поверхности эмали зубов в любой возрастной группе выше, чем у дентина.

Особенности строения эмали придают ей способность рассеивать лучи — отражать свет в различных направлениях. При падении луча под углом от 0 до 50º самый низкий поток рассеянного излучения регистрируется от поверхности эмали зрелого зуба. Самая высокая величина рассеянного излучения наблюдается в области эмалево-дентинного соединения. Для эмали незрелых зубов свойственны сравнительно высокие показатели рассеивания света, что способствует снижению блеска эмали и цветности, повышая тем самым белизну коронки зуба (рис. 7).

Внутреннее рассеивание света эмалью, кроме того, придает свойство опалесценции — внутренних переливов света и цвета. По аналогии с драгоценными камнями (опалами), содержащими 10 % воды, можно предположить, что свойство опалесцировать зависит от микропор и зубного ликвора. Высушивание эмали приводит к потере этого качества.

Голубые оттенки зуба частично также объясняются рассеивающими способностями эмали: преломление и отражение коротких волн создают сине-голубой цвет.

Обладая способностью диффузионного отражения и рассеивания света, эмаль, кроме того, характеризуется свойством пропускать световые лучи. Это явление носит название трансмиссии. Проникая в эмаль и проходя сквозь кристалл, луч света расщепляется на два пучка, каждый из которых имеет свой угол преломления. Показатель преломления для апатита (основной структурной единицы эмали зуба) составляет 1,63—1,64.

Свойство эмали частично пропускать, а частично рассеивать лучи света характеризует светопроводимость (рис. 8).

Рис. 8. Свойство светопроводимости придает объекту объемность и глубину восприятия.

Существенное влияние на светопроводимость эмали оказывает толщина слоя. Коэффициент диффузного пропускания света (Т, %), изученный на шлифах эмали толщиной 1 мм, колеблется от 3 до 18. В зависимости от длины волны Т, % составляет 10—18 для эмали молодого зуба и от 3 до 10 для минерализованного.

Присущее эмали свойство светопроницаемости позволяет лучам, избирательно отражающимся от пигментов дентина и эмалево-дентинного соединения, проходить через эмаль и восприниматься глазом, как цвет зуба.

На отдельных участках зуба эмаль не имеет подлежащего дентина и воспринимается как прозрачная: режущий край и проксимальные поверхности (рис. 9).

Истончение слоя эмали способствует просвечиванию дентина на других участках (рис. 10).

Рис. 10. Просвечивание дентина латерального резца через истонченную эмаль.

Дентин имеет меньшую величину коэффициента диффузного отражения, чем эмаль во всех возрастных группах. На образцах «зрелых» зубов повышается доля красного участка спектра (длина волны выше 600 нм). Данная картина объясняется накоплением с возрастом пигментов в дентине.

Коэффициент диффузного отражения «молодого» дентина (R, %) составляет 20—35. Причем для коротких волн этот показатель достигает 20—22 % и 30—36 % для длинных (оранжево-красных). Таким образом, коэффициент отражения в длинноволновой части спектра выше, чем для коротких волн. В зрелом дентине эта разница ниже, чем в молодом (до 15 %).

Благодаря свойству избирательного отражения (способности в большей степени отражать волны определенной длины) дентин формирует цвет зуба (рис. 11).

Рис. 11. Определяются индивидуальные оттенки центральных зубов.

Способность дентина к избирательному отражению зависит от содержащихся в нем пигментов, которые по-разному взаимодействуют со светом разной длины волны. В результате лучи разного цвета отражаются в большей или меньшей степени и суммируются, формируя желтоватый цвет дентина (рис. 12).

Рис. 12. Основные оттенки дентина — желтоватые, оранжевые, коричневые.

Поскольку основные цвета спектра представлены синим-желтым-зеленым-красным тонами, оттенки зуба являются вторичными, третичными от суммирования первичных (основных) цветов. Рассеивающие способности дентина значительно выше, чем у эмали зуба. Самый высокий показатель рассеянного излучения регистрируется от эмалево-дентинного соединения (ЭДС), имеющего более крупные и разнородные частицы вещества.

Поверхность молодого дентина имеет показатель рассеивания выше, чем дентин зрелый. Интенсивность потока рассеянного излучения при падении луча под углом 60º для ЭДС составляет 0,85, для дентина 0,7—0,8, для эмали — 0,2—0,5.

Коэффициент пропускания света дентином всегда ниже, чем эмали (в любом возрасте). Существенное влияние на проводимость света оказывает толщина слоя изучаемой ткани. Опаковость, непрозрачность дентина зависит от рассеивания света и низкой светопроводимости, связанных с неоднородностью структуры и состава.

Особое свойство, придающее зубу индивидуальность визуального восприятия, связано со способностью флуоресцировать (рис. 13).

Рис. 13. Отмечается флуоресценция интактных отделов резцов и гашение свечения в области реставрации.

Коротковолновые ультрафиолетовые (λ
Максимальное отражение всех цветных лучей поверхностью эмали обусловливает белый цвет. Склонность эмали к внутреннему рассеиванию света придает голубые оттенки цветовой гамме
Небольшая часть органических веществ и воды, имеющих иные оптические свойства, чем кристаллические неорганические компоненты, вызывает внутреннее рассеивание падающего света из-за различий в показателях преломления, что очень похоже на оптический эффект в опалах. Отсюда свойство зубов опалесцировать. Кроме того, зубы обладают способностью флуоресцировать. Благодаря свойству эмали частично пропускать, а частично рассеивать свет к цвету зуба примешивается видимость объема. Опаковость придает глубину восприятия.

Возрастные характеристики оптических свойств зуба в совокупности можно представить следующим образом. Молодой зуб своей поверхностью отражает больше света, чем зрелый, обладая при этом высокой рассеивающей способностью. Его дентин содержит меньше пигментов. В результате в спектре отражения превалирует белый цвет, а поверхность эмали отличается относительно низким уровнем блеска.

Для зрелого зуба характерна сниженная рассеивающая способность эмали, и одновременно имеет место повышение избирательного отражения дентина, что и придает зубу присущий ему оттенок. С возрастом цвет зуба меняется, однако оттенок может оставаться прежним, увеличивается его насыщенность и снижается светлота. Зрелые зубы соответствуют в расцветке VITA группам А и С. Интенсивность высокая: А30—35, С20—40.

Возрастные изменения оптических свойств зуба, а именно снижение белизны, повышение блеска, изменение цвета, связаны с возрастными преобразованиями структур эмали, дентина, пульпы. При этом чем выше степень минерализации эмали и дентина и больше размеры полости зуба, тем существеннее вклад, вносимый красным светом, отраженным от пульпы.

Список литературы находится в редакции.

К оптическим характеристикам зубов относятся оттенки цвета, блеск и прозрачность эмали зуба. Нормальные зубы могут быть желтого, желтовато-белого, белого и голубого цвета. Желтоватая эмаль считается более прочной, а голубоватая — более хрупкой. Кроме индивидуального цвета нормальные зубы должны иметь особый блеск эмали.

В зависимости от групповой принадлежности зубы могут отличаться по цвету. Клыки чаще бывают более темные или более желтые, чем резцы. Режущий край резцов также бывает более прозрачным и голубоватым, поскольку там нет дентина, а пришеечная часть, где через эмаль просвечивает дентин, имеет желтоватую окраску.

Эмаль покрывает всю поверхность коронки зуба. От свойств эмали зависит прозрачность зуба и его блеск. Наиболее тонкий слой эмали в пришеечной области (001 мм). На участках соприкосновения с другими зубами слой эмали утолщается до 1,5 мм. Жевательная поверхность зуба покрыта слоем эмали от 0,5 до 0,6 мм. На 96-97% эмаль состоит из неорганических веществ. В ней содержится до 3% воды. И остальные элементы от 0,5 до 2% — органические вещества. Химический состав эмали может несколько различаться и зависит от возраста зуба, от места проживания человека, т. е. от особенностей окружающей среды и условий питания и жизни человека. Главными элементами структуры эмали, как и всех костных тканей организма считаются кальций и фосфор и их химические соединения. Кальций составляет до 37% от массы всей эмали. 18% приходится на фосфор. Кроме них в свободном состоянии или в химических соединениях в эмали находится до 20 различных микроэлементов. Это железо, сера, цинк, селен, на долю которых приходится более 1,0 мг/кг. Несколько меньше марганец, медь, бром, свинец, рубидий, никель, магний, кадмий. И еще меньше до 0,1 мг/кг – титан, вольфрам, цезий, висмут. Соединения кальция и фосфора в основном находятся в виде кристаллических аппатитоподобных структур образованных из 1000 субъединиц. Молодые кристаллы представляют собой образование в виде ленты. Химически зрелые кристаллы представляют собой каналы из ионов кальция, в которых помещаются ОН-группы, называемые связанной водой. В эмали кристаллы имеют призматическую форму, реже форму иглы и плотно упакованы между собой, причем головки призм тесно вклиниваются между отростками соседних. Органические вещества содержатся в эмали в небольшом количестве и не оказывают большого влияния на свойства эмали. Свободная вода содержится в микроскопических промежутках между кристаллами и в местах скопления органических веществ. Плотно упакованная кристаллическая структура эмали обеспечивает равномерность и гомогенность ее структуры, результатом чего становится прозрачность эмали и ее блеск.

Основную массу коронки зуба составляет дентин, который находится под эмалью и покрыт ею. В зрелом дентине содержится до 75% неорганических веществ, около 18% органических компонентов и до 12% воды. Основными компонентами неорганической части дентина также являются кальций и фосфор. Кальций в дентине находят в количестве 26% а фосфор 14%. В золе после сжигания зуба обнаруживают магний, оксид углерода два, натрий, хлор. Часть минеральных веществ находится в связанном с органическими веществами состоянии. При исследовании под электронным микроскопом в дентине различают две главные структурные единицы: основное вещество и дентинные трубочки.

Дентинные трубочки – это образования, которые пронизывают всю толщину дентина: от пульпы до эмали. Возле пульпы они занимают 80% всего объема дентина, по направлению к эмали диаметр трубочек сужается и их доля в общем веществе уменьшается до 30%. Количество дентинных трубочек велико и составляет от 20 000 до 75 000 на 1 квадратный миллиметр площади. Трубочки могут иметь округлую или овальную форму. Края трубочек бывают гладкими или неровными. Заполнены трубочки жидкостью — зубным ликвором и в них расположены отростки клеток – одонтобластов. С возрастом постепенно появляются обтурированные (с закрытым просветом) трубочки и количество их постепенно увеличивается. В детстве просветы трубочек широкие и содержимое их органической природы. С возрастом просвет уменьшается и у обтурированных трубочек внутри содержится минеральное вещество – трубочковый дентин. Органические вещества представлены всеми компонентами, участвующими в обмене веществ в организме. В большей степени это белки, образующие в дентине коллагеновые волокна. Увеличенное количество органических веществ и воды в дентине по сравнению с эмалью, обусловливает его желтоватый цвет и непрозрачность.

Оптические характеристики зуба в большой степени завися и от пульпы, которая расположена внутри дентина. Пульпа состоит из четырех зон. Центральная зона пульпы представляет собой соединительную ткань с кровеносными сосудами и нервами, которые разветвляются по направлению к периферии. Периферическая зона называется зоной Вейля или бедная клетками зона. В ней расположены мелкие разветвления сосудов – капилляры и разветвления нервных волокон. В наружном слое пульпы находятся специализированные клетки – одонтобласты или дентинобласты. В молодой пульпе имеется от 6 до 8 слоев таких клеток. Их длинные отростки проникают в дентинные трубочки. В межклеточном веществе пульпы находится так называемая основная субстанция. Она имеет большую вязкость вследствие содержания мукополисахаридов (гиалуроновая и хондроитинсерная кислоты). Все компоненты пульпы омываются межклеточной жидкостью, за счет которой и проиходит питание и обмен в клетках.

Функция пульпы зуба – снабжение кислородом и питательными веществами одонтобластов и их отростков. Нарушение состава или структуры твердых тканей зуба – эмали и дентина или поражение пульпы приводят к изменению оптических свойств зуба – отсутствию блеска, тусклой поверхности эмали, изменению окраски зуба.

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭМАЛИ

Благодаря оптическим законам проявляются эстетические свойства зуба, включающие цвет, блеск, флюоресценцию, опалесценцию, «живой» вид. Ткани зуба способны отражать, пропускать, рассеивать свет, что и придает ему характерные визуальные черты (рис. 54).

Рис. 54. Отражение и рассеивание света поверхностью зуба

Коэффициент диффузного отражения поверхностью шлифа эмали колеблется от 20 до 42%, характеризуя высокую яркость и блёскость. Эмаль обладает способностью отражать весь спектр цвета.

Известно, что полное отражение света характерно для белой поверхности. Поэтому превалирующий оттенок эмали — белый. Натуральные зубы иногда бывают белее самого светлого эталона в наборе композитных материалов.

Для сравнения: отражающие способности фотополимера Charisma (по показателю диффузного отражения, R, %) колеблются от 5 до 32. Наибоее близки к показателю светоотражени: мали образцы А10, В10, В20 (рис. 55).

Рис. 55. Диффузное отражение света эмалью зуба и композитом

Эмаль «молодого»,зуба имеет более высокие показатели диффузного отражения света по сравнению с минерализованной «зрелой».

Разница коэффициентов отражения минимальна в длинноволновой части спектра и достигает 10% в области коротких волн, т.е. «молодая» эмаль отражает больше сине-голубых волн, чем «зрелая».

Диффузное отражение света от поверхности эмали зубов в любой возрастной группе выше, чем у дентина.

Отражающие свойства эмали не только объясняют ее цвет, блеск, но и характеризуют текстуру — небольшие различия в цвете и яркости поверхности, позволяющие опреде лить род материала. Так, по текстуре визуально отличаются эмаль, дентин и цемент зуба.

Особенности строения эмали придают ей способность рассеивать лучи — отражать свет в различных направлениях (рис. 56).

Рис. 56. Схема рассеивания лучей поверхностью зуба

Самый низкий поток рассеянного излучения регистрируется от поверхности эмали «зрелого» зуба. Самая высокая величина рассеянного излучения наблюдается в области эмалево-дентинного соединения.

Матовость — снижение блеска — также связана с рассеивающими способностями микрошероховатостей на поверхности эмали, в первую очередь, перикиматиями (рис. 57).

Рис. 57. Микрошероховатость перикиматиями (СЭМ. Ув. 300) эмали, образованная

Рассеивание лучей света внутренними микропорами, заполненными водой, органическими и минеральными компонентами снижает блеск эмали и цветность, повышает тем самым белизну коронки зуба, характерную для молодых людей.

Внутреннее рассеивание света эмалью, кроме того, придает свойство опалесценции — внутренних переливов света и цвета (рис. 58).

Рис. 58. Опалесценция эмали — внутреннее рассеивание света микропорами, содержащими воду

По мнению некоторых авторов, оно связано с наличием органических компонентов.

Явление опалесценции можно понять на примере драгоценных камней. Например, опал обыкновенный бывает молочный, восковой, полупрозрачный, что напоминает оптические характеристики эмали (рис. 59).

Рис. 59. Колье с опалом. (Явление опалесценции)

Прихотливое мерцание образцов опала объясняют его строением.

Глобулы кремнезема размерами 150-400нм — плотноупакованные сферолиты.

Промежутки между ними заполнены мелкими частицами и водой. Проникающий в камень свет рассеивается, отражаясь поверхностью пор, и камень «играет». Так, гидрофан («водяной» опал) в сухом виде молочно-белый, мутный, в воде становится прозрачным.

По аналогии с драгоценными камнями (опалами), содержащими 10% воды, можно предположить, что свойство эмали опалесцировать зависит от микропор и зубного ликвора.

Высушивание приводит к потере этого качества. Голубые оттенки зуба могут также объясняться свойствами эмали: рассеивание коротких волн создает сине-голубой цвет.

Обладая способностью диффузного отражения и рассеивания света, эмаль, кроме того, характеризуется свойством пропускать световые лучи. Это явление носит название трансмиссии. Проникая в эмаль и проходя сквозь кристалл, луч света замедляет скорость и рас-

щепляется на два пучка, каждый из которых имеет свой угол преломления. Показатель преломления является одной из характеристик кристалла; в частности, для апатита (основной структурной единицы эмали зуба) он составляет 1,63-1,64.

Для сравнения: обычное стекло (полностью прозрачное) имеет коэффициент преломления близкий к 1,5.

В практике стоматолога преломление света при прохождении границы пломба-зуб может привести к тому, что эта граница станет заметной для глаза, если не выполняется скос эмали, и в результате имеется резкий переход от зуба к конструкции (рис. 60).

Рис. 60. Определяется граница пломбы на 21 зубе в результате преломления света на границе зуб-пломба

Свойство эмали частично пропускать, а частично рассеивать лучи света характеризует ее светопроводимость (рис. 61). Последняя зависит от состава и структуры ткани.

Рис. 61. Светопроводимость эмали. (В области режущего края просвечивается темная полость рта)

Существенное влияние на светопроводимость оказывает толщина слоя эмали. Коэффициент диффузного пропускания света Т, изученный на шлифах эмали толщиной 1мм колеблется от 3 до 18%, причем незрелая эмаль пропускает больше света, чем зрелая.

Так, в зависимости от длины волны Т составляет 10-18% для эмали молодого зуба и от 3 до 10% для минерализованного.

Присущее эмали свойство светопроницаемости позволяет лучам, избирательно отражающимся от пигментов дентина и эмалево-дентинного соединения, проходить через эмаль и восприниматься глазом, как цвет зуба.

На отдельных участках зуба эмаль не имеет подлежащего дентина и воспринимается как прозрачная. Речь идет о режущем крае и проксимальных поверхностях.

Различают несколько типов прозрачности (рис. 62).

Рис. 62. Типы прозрачности эмали: 1 — зубы с прозрачным слоем по всей поверхности; 2 — зубы с прозрачным слоем в области режущего края; 3 — зубы с прозрачным слоем в области режущего края и проксимальной стенки

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭМАЛИ обусловлены ее топографией и морфологическими особенностями. Рельеф и структура поверхности зуба также оказывают существенное влияние на эти свойства, отражая, пропуская и рассеивая световые лучи.

Рис. 63. Шлиф зуба вдоль эмалевых призм. ОМ. Ув. 1200. (Плотная упаковка призм обеспечивает оптическую однородность эмали)

Высокое содержание минеральных компонентов, представленных плотно упакованными кристаллами в эмалевыхлризмах, которые, в свою очередь, тесно прилежат друг к другу, обеспечивает гомогенность структуры (рис. 63).

В результате лучи света, проникая через эмаль, придают светопроводимость, а отражаясь от поверхности — своеобразный блеск. Внешнее рассеивание света, усиливающее белизну и матовость, связано с микрорельефом поверхности и органическими покровами зуба.

Читайте также:

  
• Направление на рентген зуба
  
• Глюконат кальция для зубов
  
• Сломал зуб о камень в продуктах питания
  
• Особенности строения зубов приматов
  
• Зуб шатается и щелкает