Wpływ nadtlenku karbamidu na powierzchnię szkliwa ludzkiego badania w skaningowym mikroskopie elektronowym doniesienie wstępne

Transkrypt

1 Czas. Stomat., 2005, LVIII, 3 Wpływ nadtlenku karbamidu na powierzchnię szkliwa ludzkiego badania w skaningowym mikroskopie elektronowym doniesienie wstępne The effect of carbamide peroxide on the surface of human enamel scanning electron microscope study a preliminary report Małgorzata Petrasz, Krystyna Lisiecka Zakład Stomatologii Dziecięcej Katedry Stomatologii Zachowawczej i Periodontologii PAM w Szczecinie Kierownik: dr hab. n. med. K. Lisiecka Streszczenie Celem pracy było zbadanie wpływu preparatów wybielających, zawierających nadtlenek karbamidu, na powierzchnię szkliwa zębów. 30 usuniętych zębów stałych, podzielono losowo na trzy grupy po 10 zębów. Szkliwo grup I i II wybielono roztworem nadtlenku karbamidu o stężeniu 10% lub 35%. Próbki grupy III stanowiły grupę kontrolną. W badaniach wykorzystano skaningowy mikroskop elektronowy. Porównanie z grupą kontrolną wykazało, że morfologia szkliwa poddanego działaniu związków wybielających uległa uszkodzeniu. Zmiany miały wyraźny charakter chemiczny. Summary The aim of the study was to investigate the effect of bleaching agents containing carbamide peroxide on the surface of dental enamel. Thirty extracted permanent teeth were randomly divided into three groups of 10 teeth. In groups I and II the enamel was bleached using carbamide peroxide solution at a concentration of 10% or 35%. Samples from group III served as controls. A scanning electron microscope was used for evaluation. Comparison with the control group showed that the morphology of enamel subjected to the action of whitening agents had been damaged. Changes were evidently of a chemical nature. HASŁA INDEKSOWE: wybielanie zębów, nadtlenek karbamidu, morfologia szkliwa KEYWORDS: bleaching teeth, carbamide peroxide, enamel morphology Preparaty wybielające, zawierające w swoim składzie nadtlenek karbamidu, stały się najczęściej stosowanymi związkami wybielającymi zęby (8). Są one wykorzystywane w metodzie wybielania nakładkowego (ang. dentist-prescribed, home-applied), w metodzie profesjonalnego wybielania w gabinecie (in office bleaching), a ostatnio stały się dostępne w wolnej sprzedaży do zastosowania bez nadzoru lekarza (over-the counter home bleaching systems). Nadtlenek karbamidu już w latach sześćdziesiątych XX wieku był stosowany jako dodatek do środków czyszczących i antyseptyk w higienie jamy ustnej. Został również zatwierdzony w USA przez FDA (Food and Drug Administration) jako bezpieczny w użytku. Wybielanie jest reakcją utleniania, w której związek wybielający przekazuje elektron związkom redukującym, które są wybielane. Nadtlenek karbamidu wykorzystuje się jako związek dostarczający nadtlenek wodoru (10% nadtlenek karbamidu w obecności wody lub śliny uwalnia 3,5% nadtlenku wodoru), który jest niestabilny i łatwo 176

2 2005, LVIII, 3 Wpływ nadtlenku karbamidu na szkliwo zębów rozpada się na wodę i tlen (7). Podczas wybielania nadtlenek wodoru przenika przez matrycę szkliwa i zębiny, a wolne rodniki reagują ze związkami organicznymi, dążąc do przejścia w formę trwałą. Rozrywają formy pierścieniowe związków organicznych oraz wiązania podwójne, wysycając je grupami hydroksylowymi (5). Prawidłowo prowadzone wybielanie powinno zakończyć się na tym etapie, czyli nie powinno przekroczyć punktu saturacyjnego. Przekroczenie tego punktu oznacza degradację substratu i jego przemianę w wodę i dwutlenek węgla. W efekcie szkliwo staje się kruche i porowate. Cel pracy Celem pracy było zbadanie wpływu różnych stężeń nadtlenku karbamidu na powierzchnię szkliwa. W doświadczeniu zastosowano skaningowy mikroskop elektronowy. Uzyskane obrazy powierzchni szkliwa wybielonego porównano z obrazami próbek nie poddanych procesowi wybielania. Materiał i metody Materiał badawczy stanowiło 30 zębów stałych: zęby sieczne, przedtrzonowe i trzonowe. Zęby zostały usunięte z przyczyn periodontologicznych osobom dorosłym obu płci w wieku od 37 lat do 69 lat. Po usunięciu natychmiast umieszczono je w roztworze soli fizjologicznej w temperaturze pokojowej. Wszystkie powierzchnie zębów były wolne od próchnicy. Do badania wybrano gładkie i czyste powierzchnie wargowe zębów siecznych i policzkowe zębów bocznych, na których nie stwierdzono uszkodzeń widocznych gołym okiem. Próbki szkliwa badano pod mikroskopem zawsze w centralnym punkcie powierzchni wargowej lub policzkowej. Próbki szkliwa przygotowano do badania poprzez odcięcie części korzenia w odległości 2 mm od połączenia szkliwno-cementowego. Z zębów przedtrzonowych i trzonowych usunięto również odpowiednie powierzchnie językowe i podniebienne o grubości od 2 do 3 mm, aby uzyskać płaską i stabilną podstawę zapobiegającą przesuwaniu się próbki podczas wybielania. Wszystkie te czynności wykonano za pomocą chłodzonego wodą separatora diamentowego osadzonego na końcówce wolnoobrotowej. Powierzchnie przeznaczone do wybielania dodatkowo delikatnie oczyszczano przez minutę gładkim gumowym płomykiem i wodą destylowaną. Przygotowane próbki zębów podzielono w sposób losowy na trzy grupy po dziesięć zębów, tak aby w każdej grupie znalazły się zęby sieczne oraz zęby boczne. Do wybielania użyto preparatów Opalescence firmy Ultradent. Próbki z grupy pierwszej (grupa I) poddano działaniu preparatu wybielającego zawierającego nadtlenek karbamidu w stężeniu 10%. Kolejne dziesięć zębów (grupa II), wybielono preparatem z 35% zawartością nadtlenku karbamidu. Grupę trzecią kontrolną stanowiły zęby, które nie zostały poddane wybielaniu, a przez cały okres były przetrzymywane w roztworze soli fizjologicznej zmienianej raz na dobę (grupa III). Proces wybielania przebiegał cyklicznie. Próbki poddawano wybielaniu przez 2 godziny jeden raz na dobę przez 5 dni. Po wybielaniu zęby dokładnie oczyszczano w wodzie destylowanej. W okresach między wybielaniem umieszczano je w roztworze soli fizjologicznej. W sumie, każdą próbkę z grupy pierwszej i drugiej wybielano przez 10 godzin, czyli zabieg przeprowadzono w pięciu cyklach po 2 godziny. Po całkowicie zakończonym cyklu wybielania, wszystkie zęby poddano suszeniu, czego wymaga procedura badania mikroskopowego. Czas suszenia trwał 24 godziny. Próbki po osuszeniu przyklejono do podstaw w kształcie walca, a następnie pokryto metodą napylania cienką warstwą stopu Pt Pd. Do badań użyto skaningowy mikroskop elektronowy firmy JEOL, model JSM Uzyskano i zgromadzono obrazy SEI (Secondary Elektron Image) w powiększeniach x500, x1000, x2500, x5000 i x

3 M. Petrasz, K. Lisiecka Czas. Stomat., Wyniki badań W rezultacie tak wykonanego doświadczenia uzyskano 150 obrazów mikroskopowych SEI (Secondary Electron Image). Porównując obrazy zębów wybielonych 10% lub 35% nadtlenkiem karbamidu i niewybielonych, stwierdzono różnice w wyglądzie powierzchni szkliwa. Powierzchnia szkliwa zębów z grupy kontrolnej, czyli nie poddanych procesowi wybielania (ryc. 1, 2), poza pewnymi mechanicznymi uszkodzeniami, nie wydaje się być zniszczona. W porównaniu z zębami wybielonymi jest gładka, a na jej powierzchni można znaleźć formy przypominające swym kształtem bakterie. Uszkodzenia mechaniczne mają wygląd prostych rys o gładkich i w miarę równych brzegach. Ryc. 1. Powierzchnia szkliwa nie poddana działaniu preparatów wybielających (pow. x 1000). Ryc. 2. Powierzchnia szkliwa nie poddana działaniu preparatów wybielających (pow. 2500). Mikroskopowe obrazy próbek wybielanych wykazują różnego stopnia uszkodzenia. Ich wygląd jest odmienny od zmian obserwowanych w grupie kontrolnej. Oprócz zniszczeń mechanicznych, na powierzchni obecne są również uszkodzenia pochodzenia chemicznego. Wspólnymi cechami tych zniszczeń jest nieregularne rozmieszczenie i zagęszczenie oraz różna głębokość. Ich brzegi są nierówne, a czasem chropowate. Nie stwierdzono obecności form podobnych do bakterii. Na powierzchni szkliwa, wybielonego preparatem z 10% zawartością nadtlenku karbamidu (ryc. 3, 4), w porównaniu z grupą kontrolną, stwierdzono wzrost porowatości oraz płytkie zagłębienia, dołki i rowki. Uszkodzenia te mają jednakże mniejsze zagęszczenie i łagodniejszy charakter, niż po zastosowaniu 35% nadtlenku karbamidu. Powierzchnia tylko jednej próbki wykazała głębokie uszkodzenia, wyglądem swym przypominające powierzchnię poddaną wytrawieniu kwasem (ryc. 4). Niektóre próbki wykazują znikomą liczbę zmian lub ich brak. Wygląd szkliwa poddanego działaniu 35% nadtlenku karbamidu (ryc. 5, 6) ujawnia największe zniszczenia, o najbardziej istotnych cechach destrukcji. Obraz uszkodzeń jest wyraźnie Ryc. 3. Powierzchnia szkliwa poddana działaniu 10% nadtlenku karbamidu (pow. x 1000). 178

4 2005, LVIII, 3 Wpływ nadtlenku karbamidu na szkliwo zębów zróżnicowany. Stwierdzono liczne dołki, bruzdy, pęknięcia oraz uszkodzenia o charakterze nadżerek. Ich brzegi są gładkie, ostre lub chropowate. Zagęszczenie tych zmian jest duże. Mają one znaczną głębokość i nieregularny kształt. Szkliwo jest wyraźnie chropowate. Nie stwierdzono uszkodzeń szkliwa o cechach charakterystycznych dla działania danego stężenia nadtlenku karbamidu. W grupie I i II wygląd uszkodzeń był różnorodny. Różnice dotyczą zagęszczenia i głębokości zmian. Ryc. 4. Powierzchnia szkliwa poddana działaniu 10% nadtlenku karbamidu (pow. x 2500). Ryc. 5. Powierzchnia szkliwa poddana działaniu 35% nadtlenku karbamidu (pow. x 1000). Ryc. 6. Powierzchnia szkliwa nie poddana działaniu 35% nadtlenku karbamidu (pow. x 2500). Omówienie wyników i dyskusja Uważa się, że zabiegi wybielania zębów za pomocą nakładki (dentist-home bleaching), jak i wybielanie profesjonalne w gabinecie (in-office bleaching), pozwalają osiągnąć zadowalające rezultaty estetyczne (1, 13, 14). Wydaje się, że powierzchniowa aplikacja preparatów wybielających nie uszkadza zewnętrznej warstwy szkliwa zębów ludzkich, ale w tej kwestii zdania są podzielone (5). Wielu badaczy starało się wyjaśnić problem zmian morfologicznych zachodzących na powierzchni szkliwa ludzkiego, jak i w innych tkankach zęba, w wyniku działania preparatów wybielających. Jednym z możliwych efektów ubocznych działania preparatów wybielających jest możliwość osłabiania struktury szkliwa w wyniku utleniania jej elementów organicznych i nieorganicznych. Takie zmiany w szkliwie mogą się ujawniać jako wzrost porowatości lub podziurkowanie powierzchni oraz jako zmiany wartości mikrotwardości (9). Lee i wsp. (8) obserwowali w mikroskopie skaningowym zmiany, powstałe na powierzchni szkliwa, po zastosowaniu 50% roztworu nadtlenku wodoru. Stwierdzili pojawienie się na powierzchni zniszczeń o wyglądzie bruzd i dołków, o znacznych rozmiarach. Powierzchnia próbek wybielonych 35% roztworem wody utlenionej również ujawniła znaczne zniszczenia powierzchni. Były one jednak mniejsze niż w przy- 179

5 M. Petrasz, K. Lisiecka Czas. Stomat., padku działania 50% nadtlenku wodoru, mimo że czas działania czynników wybielających był ten sam. Ernst i wsp. (5) za pomocą SEM, poddali badaniu próbki szkliwa wybielone 10% nadtlenkiem karbamidu (Opalescence ), 30% i 35% roztworem nadtlenku wodoru oraz 30% roztworem nadtlenku wodoru zmieszanym z nadboranem sodu. Wyniki porównali z obrazami szkliwa wytrawionego 37% roztworem kwasu fosforowego oraz z próbkami szkliwa nie poddanego wybielaniu, a pochodzącego z tych samych zębów. Stwierdzili, że preparaty wybielające, w porównaniu z próbkami niewybielanymi, nie powodowały uszkodzeń, lub uszkodzenia były płytkie i małe. Największe zmiany obserwowali na powierzchni próbek wytrawianych wspomnianym kwasem, pomimo że czas jego działania wynosił tylko 30 sekund. Spośród preparatów wybielających, najmniejsze zniszczenia stwierdzono w przypadku preparatu Opalescence, zawierającego 10% roztwór nadtlenku karbamidu (ph =6) oraz 30% nadtlenku wodoru w połączeniu z nadboranem sodu (ph=8). Dla porównania ph 30% roztworu nadtlenku wodoru wynosi 2, zaś kwasu fosforowego 1. Shannon i wsp. (11), badając wybielane próbki szkliwa również stwierdzili, że większe zniszczenia powierzchni występują w przypadku zastosowania preparatów o niższym ph. Większość badań wybielonego szkliwa dowodzi zatem, że nadtlenek karbamidu w stężeniu stosowanym w metodzie dentist-home nie powoduje żadnych lub może powodować małe uszkodzenia jego powierzchni (3, 7, 10, 15). Najczęściej spotykane uszkodzenia to płytkie zagłębienia, wzrost porowatości i/lub nieliczne nadżerki (3, 5, 10, 11). Jedynie Bitter (4) donosi o powstaniu istotnych uszkodzeń powierzchni szkliwa, polegających na utracie warstwy apryzmatycznej, odsłonięciu i demineralizacji pryzmatów oraz mnogich podziurkowaniach powierzchni. W swym badaniu wykorzystał 16% i 35% nadtlenek karbamidu. W naszych badaniach uzyskano 150 obrazów. W grupie kontrolnej, stwierdzono brak zmian, poza nielicznymi uszkodzeniami o charakterze mechanicznym. Mogą być one wynikiem procesów zużywania zębów w jamie ustnej lub, co mniej prawdopodobne, następstwem mechanicznego oczyszczania wykonanego przed rozpoczęciem tego doświadczenia. Próbki wybielone ukazały natomiast różnego stopnia zniszczenia powierzchni, różniące się jednak od siebie w zależności od stężenia nadtlenku karbamidu. Największe zmiany powstały na powierzchniach wybielanych 35% roztworem nadtlenku karbamidu (ryc. 5 i 6). Nie stwierdzono uszkodzeń szkliwa o cechach charakterystycznych dla działania danego stężenia nadtlenku karbamidu. W grupie I i II wygląd zniszczeń był różnorodny. Różnice dotyczą jednak zagęszczenia i głębokości zmian. Z uwagi na różnorodność obserwowanych zmian można stwierdzić, że aktywne cząstki wybielacza szybciej i łatwiej zadziałały na matrycę organiczną szkliwa oraz powierzchniowe związki mineralne w obrębie miejsc o słabszej mineralizacji szkliwa. Zatem, po wybielaniu, uzyskany obraz topograficzny powierzchni szkliwa może zależeć od takich czynników, jak dojrzałość lub stopień mineralizacji szkliwa oraz zawartość jonów fluoru. Poza tym, z powodu naturalnych, osobniczych różnic w morfologii i budowie szkliwa, trudno jest odnieść niniejsze zmiany występujące na wybielonej powierzchni do odpowiedniego preparatu wybielającego. Dotyczy to próbek wybielanych niskimi stężeniami nadtlenku karbamidu, a w tym przypadku preparatów 10%. Oceniając wyniki dotyczące zmian na powierzchni szkliwa, należy uwzględniać możliwość zachodzenia remineralizacji w jamie ustnej, co może spowodować regenerację powstałych uszkodzeń. Takie warunki nie zostały uwzględnione w wykonanym doświadczeniu. Kolejne spostrzeżenie dotyczy obecności wysuszonych form przypominających bakterie na powierzchniach szkliwa, nie poddanych procesowi wybielania. Oceniane próbki przebywały w roztworze soli fizjologicznej, która była zmieniana co 24 godziny. Na powierzchniach próbek wy- 180

6 2005, LVIII, 3 Wpływ nadtlenku karbamidu na szkliwo zębów bielanych w żadnym przypadku nie spotkano takich form. Należy podkreślić, że związki nadtlenku karbamidu były stosowane w leczeniu lekkich zapaleń dziąseł oraz jako dodatek do preparatów antyseptycznych zalecanych do higieny jamy ustnej (6, 12, 16). Ponadto z doświadczeń Bentley i wsp. (2) wiadomo, że 1% nadtlenek karbamidu po dwugodzinnym zadziałaniu na bakterie kariogenne (Streptococcus i Lactobacillus) spowodował brak wzrostu tych bakterii. Podsumowując warto zauważyć, że zastosowany model badania w warunkach in vitro pozwolił ocenić jedynie wpływ preparatów o określonych stężeniach na powierzchnię szkliwa ludzkiego. Nie uwzględniono roli możliwych czynników remineralizacyjnych ważnych w procesach chemicznych szkliwa. Jest to wyzwanie do dalszych doświadczeń. Wnioski 1. Zabiegi wybielania zębów preparatami Opalescence z 10% i 35% zawartością nadtlenku karbamidu mogą zmieniać morfologię powierzchni szkliwa usuniętych zębów stałych, proporcjonalnie do zastosowanego stężenia preparatu; 2. Zmiany na powierzchniach wybielonych, obserwowane w mikroskopie skaningowym i zarejestrowane w postaci obrazów SEI (Secondary Elektron Image) mogą mieć charakter uszkodzeń pochodzenia chemicznego i postać zagłębień, dołków, rowków oraz pęknięć i nadżerek. Piśmiennictwo 1. Anderson M. H.: Dental bleaching. Curr. Opin. Dent., 1991, 1, Bentley C. D., Leonard R. H., Crawford J. J.: Effect of whitening agents containing carbamide peroxide on cariogenic bacteria. J. Esthet. Dent., 2000, 12, 1, BitterN. C., Sanders J. L.: The effect of bleaching agents on the enamel surface: a scanning electron microscopy study. Quint. Int., 1993, 24, Bitter N. C.: A scanning electron microscopy study of the longterm effect of bleachging agents on the enamel surface in vivo. Gen. Dent., 1998, 46, Ernst C. P., Marroquin B. B., Willershausen-Zonnchen B.: Effects of hydrogen peroxide containing bleaching agents on the morphology of human enamel. Quint. Int., 1996, 27, 1, Haywood V. B., Heymann H. O.: Nightguard vital bleaching: how safe is it? Quint. Int., 1991, 22, Haywood V. B., Leech T., Heymann H. O.: Nightguard vital bleaching: effects on enamel surface texture and diffusion. Quint. Int., 1990, 21, Lee C. Q., Cobb C. M., Zargartalebi F., Hu N.: Effect of bleaching on microhardness, morphology and color of enamel. Gen. Dent., 1995, 43, 2, , McEvoy S. A.: Chemical agents for removing intrinsic stains from vital teeth. II. Current techniques and their clinical application. Quint. Int., 1989, 20, McGuckin R. S., Babin J. F., Meyer B. J.: Alterations in human enamel surface morphology following vital bleaching. J. Prosthet. Dent., 1992, 68, Shannon H., Spencer P., Gross K., Tira D.: Characterization of enamel exposed to 10% carbamide bleaching agents. Quint. Int., 1993, 24, Tartakow D. J., Smith R. S., Spinelli J. A.: Urea peroxide solution in the treatment of gingivitis in orthodontics. Am. J. Orthod., 1978, 73, Van Waes H., Elzer A., Lutz F.: Vitalbleichungein verfahren fur die praxis? Schweiz. Monatsschr. Zahnmed., 1991, 101, Wong M., Schmidt J. C.: Vital bleaching of hemorrhagic discoloration. J. Endod., 1991, 17, Zalkind M., Arwaz J. R., Goldman A., Rotstein I.: Surface morphology changes in human enamel, dentin and cementum following bleaching: a scanning electron microscopy study. Endod. Dent. Traumatol., 1996, 12, Zinner D. D., Duany L. F., Chiliton N. W.: Controlled study of the clinical effectiveness of a new oxygen gel on plaque, oral debris and gingival inflammation. Pharmacol. Ther. Dent., 1970, 1, Otrzymano: dnia 19.V.2004 r. Adres autorek: Szczecin, Al. Powstańców Wlkp. 72, bl. B. 181