Эмаль и дентин зубов человека. Усталостная прочность

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В статье представлен краткий обзор исследований, касающихся изменений структуры и состава зубов после прорезывания. Проанализированы факторы дегенеративных изменений в структурах зуба и их взаимосвязь с возникновением некариозных поражений. В исследованиях сделан акцент на долговечность зуба и изучены факторы, влияющие на усталость тканей, что, в свою очередь, объясняет усиление износа тканей под влиянием местных факторов. В понимании механизмов метаболизма твердых тканей зубов кроется ответ на вопросы стабильности результатов реставрационного лечения и возникновения некариозных поражений зубов. Обращает на себя внимание эволюция взглядов на эту проблему. При анализе литературы очевидно первоначальное преобладание концепций механических воздействий, абразии и минерализации, позднее дополненных детальным анализом влияния разрушающих напряжений и деформации под действием механических факторов. Все передовые работы 2000-х годов посвящены анализу ультраструктурных особенностей эмали, влияющих на ее механические характеристики, и способны объяснить как особенности формы и интенсивности механического износа зуба при функционировании зубно-челюстного аппарата, так и долговечность выполненных реставраций. Обзор литературы проведен по 74 источникам за последние 15 лет.

Об авторах

Алексей Викторович Силин

Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова

Email: silin@me.com
ORCID iD: 0000-0002-3533-5615
SPIN-код: 4956-6941

доктор мед. наук, профессор

Россия, 191015, Санкт-Петербург, Кирочная ул., д. 41

Елена Александровна Сатыго

Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова

Автор, ответственный за переписку.
Email: stom9@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9801-503X
SPIN-код: 8776-0513

доктор мед. наук, профессор

Россия, 191015, Санкт-Петербург, Кирочная ул., д. 41

Александр Тимурович Марьянович

Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова

Email: atm52@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7482-3403
SPIN-код: 5957-2347

доктор биол. наук, профессор

Россия, 191015, Санкт-Петербург, Кирочная ул., д. 41

Список литературы

  1. Kinney J.H., Marshall S.J., Marshall G.W. The mechanical properties of human dentin: a critical review and re-evaluation of the dental literature // Crit. Rev. Oral. Biol. Med. 2003. Vol. 14, No. 1. P. 13–29. doi: 10.1177/154411130301400103
  2. Pashley D.H. Dentin: a dynamic substrate-a review // Scanning Microsc. 1989. Vol. 3, No. 1. P. 161–174; discussion 174–176.
  3. Marshall G.W.Jr., Marshall S.J., Kinney J.H., Balooch M. The dentin substrate: structure and properties related to bonding // J. Dent. 1997. Vol. 25, No. 6. P. 441–458. doi: 10.1016/s0300-5712(96)00065-6
  4. Shahmoradi M., Bertassoni L.E., Elfallah H.M., Swain M. Fundamental structure and properties of enamel, dentin and cementum // Advances in Calcium Phosphate Biomaterials. 2014. Chapter 17. P. 511–547. doi: 10.1007/978-3-642-53980-0_17
  5. Nanci A. Ten Cate’s Oral Histology: Development, Structure, and function.7th ed. Mosby-Year Book Inc, 2008.
  6. Garberoglio R., Brännström M. Scanning electron microscopic investigation of human dentinal tubules // Arch. Oral Biol. 1976. Vol. 21, No. 6. P. 355–362. doi: 10.1016/s0003-9969(76)80003-9
  7. Schilke R., Lisson J.A., Bauss O., Geurtsen W. Comparison of the number and diameter of dentinal tubules in human and bovine dentine by scanning electron microscopic investigation // Arch. Oral Biol. 2000. Vol. 45, No. 5. P. 355–361. doi: 10.1016/s0003-9969(00)00006-6
  8. Coutinho E.T., Moraes d’Almeida J.R., Paciornik S. Evaluation of microstructural parameters of human dentin by digital image analysis // Mater Res. 2007. Vol. 10, No. 2. P. 153–159. doi: 10.1590/S1516-14392007000200010
  9. Carvalho R.M., Fernandes C.A., Villanueva R. et al. Tensile strength of human dentin as a function of tubule orientation and density // J. Adhes. Dent. 2001. Vol. 3, No. 4. P. 309–314.
  10. Giannini M., Carvalho R.M., Martins L.R. et al. The influence of tubule density and area of solid dentin on bond strength of two adhesive systems to dentin // J. Adhes. Dent. 2001. Vol. 3, No. 4. P. 315–324.
  11. Mannocci F., Pilecki P., Bertelli E., Watson T.F. Density of dentinal tubules affects the tensile strength of root dentin // Dent. Mater. 2004. Vol. 20, No. 3. P. 293–296. doi: 10.1016/S0109-5641(03)00106-4
  12. Arola D., Ivancik J., Majd H. et al. Microstructure and mechanical behavior of radicular and coronal dentin // Endodontic Topics. 2012. Vol. 20. P. 30–51.
  13. Montoya C., Arango-Santander S., Peláez-Vargas A. et al. Effect of aging on the microstructure, hardness and chemical composition of dentin // Arch. Oral Biol. 2015. Vol. 60, No. 12. P. 1811–1820. doi: 10.1016/j.archoralbio.2015.10.002
  14. Ivancik J., Naranjo M., Correa S. et al. Differences in the microstructure and fatigue properties of dentine between residents of North and South America // Arch. Oral Biol. 2014. Vol. 59, No. 10. P. 1001–1012. doi: 10.1016/j.archoralbio.2014.05.028
  15. Widbiller M., Schweikl H., Bruckmann A. et al. Shotgun proteomics of human dentin with different prefractionation methods // Sci. Rep. 2019. Vol. 9, No. 1. P. 4457. doi: 10.1038/s41598-019-41144-x
  16. Robinson C., Kirkham J., Shore R. Dental enamel: formation to destruction. Boca Raton, FL: CRC Press, 1995. P. 151–152.
  17. He L.H., Swain M.V. Understanding the mechanical behaviour of human enamel from its structural and compositional characteristics // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2008. Vol. 1, No. 1. P. 18–29. doi: 10.1016/j.jmbbm.2007.05.001
  18. An B., Wang R., Zhang D. Role of crystal arrangement on the mechanical performance of enamel // Acta Biomater. 2012. Vol. 8, No. 10. P. 3784–3793. doi: 10.1016/j.actbio.2012.06.026
  19. Macho G.A., Jiang Y., Spears I.R. Enamel microstructure – a truly three-dimensional structure // J. Hum. Evol. 2003. Vol. 45, No. 1. P. 81–90. doi: 10.1016/s0047-2484(03)00083-6
  20. Lynch C.D., O’Sullivan V.R., Dockery P. et al. Hunter-Schreger Band patterns in human tooth enamel // J. Anat. 2010. Vol. 217, No. 2. P. 106–115. doi: 10.1111/j.1469-7580.2010.01255.x
  21. Bajaj D., Nazari A., Eidelman N., Arola D.D. A comparison of fatigue crack growth in human enamel and hydroxyapatite // Biomaterials. 2008. Vol. 29, No. 36. P. 4847–4854. doi: 10.1016/j.biomaterials.2008.08.019
  22. Bajaj D., Arola D. Role of prism decussation on fatigue crack growth and fracture of human enamel // Acta Biomater. 2009. Vol. 5, No. 8. P. 3045–3056. doi: 10.1016/j.actbio.2009.04.013
  23. Bechtle S., Habelitz S., Klocke A. et al. The fracture behaviour of dental enamel // Biomaterials. 2010. Vol. 31, No. 2. P. 375–384. doi: 10.1016/j.biomaterials.2009.09.050
  24. Yahyazadehfar M., Bajaj D., Arola D.D. Hidden contributions of the enamel rods on the fracture resistance of human teeth // Acta Biomater. 2013. Vol. 9, No. 1. P. 4806–4814. doi: 10.1016/j.actbio.2012.09.020
  25. Bertassoni L.E., Orgel J.P., Antipova O., Swain M.V. The dentin organic matrix–limitations of restorative dentistry hidden on the nanometer scale // Acta Biomater. 2012. Vol. 8, No. 7. P. 2419–2433. doi: 10.1016/j.actbio.2012.02.022
  26. Bertassoni L.E., Swain M.V. The contribution of proteoglycans to the mechanical behavior of mineralized tissues // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2014. Vol. 38. P. 91–104. doi: 10.1016/j.jmbbm.2014.06.008
  27. Bertassoni L.E., Kury M., Rathsam C. et al. The role of proteoglycans in the nanoindentation creep behavior of human dentin // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2015. Vol. 55. P. 264–270. doi: 10.1016/j.jmbbm.2015.10.018
  28. Goldberg M., Takagi M. Dentine proteoglycans: composition, ultrastructure and functions // Histochem. J. 1993. Vol. 25, No. 11. P. 781–806.
  29. Ji B., Gao H. Mechanical properties of nanostructure of biological materials // J. Mech. Phys. Solids. 2004. Vol. 52, No. 9. P. 1963–1990. doi: 10.1016/j.jmps.2004.03.006
  30. Elfallah H.M., Bertassoni L.E., Charadram N. et al. Effect of tooth bleaching agents on protein content and mechanical properties of dental enamel // Acta Biomater. 2015. Vol. 20. P. 120–128. doi: 10.1016/j.actbio.2015.03.035
  31. Elfallah H.M., Swain M.V. A review of the effect of vital teeth bleaching on the mechanical properties of tooth enamel // N. Z. Dent. J. 2013. Vol. 109, No. 3. P. 87–96.
  32. Yahyazadehfar M., Arola D. The role of organic proteins on the crack growth resistance of human enamel // Acta Biomater. 2015. Vol. 19. P. 33–45. doi: 10.1016/j.actbio.2015.03.011
  33. Arola D., Huang M.P., Sultan M.B. The failure of amalgam dental restorations due to cyclic fatigue crack growth // J. Mater. Sci. Mater. Med. 1999. Vol. 10, No. 6. P. 319–327. doi: 10.1023/a:1026435821960
  34. Lubisich E.B., Hilton T.J., Ferracane J. Cracked teeth: a review of the literature // J. Esthet. Restor. Dent. 2010. Vol. 22, No. 3. P. 158–167. doi: 10.1111/j.1708-8240.2010.00330.x
  35. Shemesh H., Bier C.A., Wu M.K. et al. The effects of canal preparation and filling on the incidence of dentinal defects // Int. Endod. J. 2009. Vol. 42, No. 3. P. 208–213. doi: 10.1111/j.1365-2591.2008.01502.x
  36. Adorno C.G., Yoshioka T., Jindan P. et al. The effect of endodontic procedures on apical crack initiation and propagation ex vivo // Int. Endod. J. 2013. Vol. 46. P. 763–768. doi: 10.1111/iej.12056
  37. Bürklein S., Tsotsis P., Schäfer E. Incidence of dentinal defects after root canal preparation: reciprocating versus rotary instrumentation // J. Endod. 2013. Vol. 39, No. 4. P. 501–504. doi: 10.1016/j.joen.2012.11.045
  38. Arias A., Lee Y.H., Peters C.I. et al. Comparison of 2 canal preparation techniques in the induction of microcracks: A pilot study with cadaver mandibles // J. Endod. 2014. Vol. 40, No. 7. P. 982–985. doi: 10.1016/j.joen.2013.12.003
  39. De-Deus G., Silva E.J., Marins J. et al. Lack of causal relationship between dentinal microcracks and root canal preparation with reciprocation systems // J. Endod. 2014. Vol. 40, No. 9. P. 1447–1450. doi: 10.1016/j.joen.2014.02.019
  40. De-Deus G., Belladonna F.G., Souza E.M. et al. Micro-computed tomographic assessment on the effect of proTaper next and twisted file adaptive systems on dentinal cracks // J. Endod. 2015. Vol. 41, No. 7. P. 1116–1119. doi: 10.1016/j.joen.2015.02.012
  41. Sehy C., Drummond J.L. Micro-cracking of tooth structure // Am. J. Dent. 2004. Vol. 17, No. 5. P. 378–380.
  42. Majd H., Viray J., Porter J.A. et al. Degradation in the fatigue resistance of dentin by bur and abrasive air-jet preparations // J. Dent. Res. 2012. Vol. 91, No. 9. P. 894–899. doi: 10.1177/0022034512455800
  43. Majd B., Majd H., Porter J.A. et al. Degradation in the fatigue strength of dentin by diamond bur preparations: Importance of cutting direction // J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater. 2016. Vol. 104, No. 1. P. 39–49. doi: 10.1002/jbm.b.33348
  44. Arola D. Fatigue testing of biomaterials and their interfaces // Dent. Mater. 2017. Vol. 33, No. 4. P. 367–381. doi: 10.1016/j.dental.2017.01.012
  45. Ivancik J., Majd H., Bajaj D. et al. Contributions of aging to the fatigue crack growth resistance of human dentin // Acta Biomater. 2012. Vol. 8, No. 7. P. 2737–2746. doi: 10.1016/j.actbio.2012.03.046
  46. Lee H.H., Majd H., Orrego S. et al. Degradation in the fatigue strength of dentin by cutting, etching and adhesive bonding // Dent. Mater. 2014. Vol. 30, No. 9. P. 1061–1072. doi: 10.1016/j.dental.2014.06.005
  47. Ivancik J., Arola D.D. The importance of microstructural variations on the fracture toughness of human dentin // Biomaterials. 2013. Vol. 34, No. 4. P. 864–874. doi: 10.1016/j.biomaterials.2012.10.032
  48. Montoya C., Arola D., Ossa E.A. Importance of tubule density to the fracture toughness of dentin // Arch. Oral Biol. 2016. Vol. 67. P. 9–14. doi: 10.1016/j.archoralbio.2016.03.003
  49. Arola D. Fracture and aging in dentin // Dental Biomaterials: Imaging, Testing and Modeling. Ed. by R. Curtis, T. Watson. Woodhead Publishing; Cambridge, UK, 2007.
  50. Kruzic J.J., Ritchie R.O. Fatigue of mineralized tissues: cortical bone and dentin // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2008. Vol. 1. P. 3–17. doi: 10.1016/j.jmbbm.2007.04.002
  51. Gao S.S., An B.B., Yahyazadehfar M. et al. Contact fatigue of human enamel: Experiments, mechanisms and modeling // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2016. Vol. 60. P. 438–450. doi: 10.1016/j.jmbbm.2016.02.030
  52. Yahyazadehfar M., Mutluay M.M., Majd H. et al. Fatigue of the resin-enamel bonded interface and the mechanisms of failure // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2013. Vol. 21. P. 121–132. doi: 10.1016/j.jmbbm.2013.02.017
  53. Arola D., Reprogel R.K. Effects of aging on the mechanical behavior of human dentin // Biomaterials. 2005. Vol. 26, No. 18. P. 4051–4061. doi: 10.1016/j.biomaterials.2004.10.029
  54. Chai H. On the mechanical properties of tooth enamel under spherical indentation // Acta Biomater. 2014. Vol. 10, No. 11. P. 4852–4860. doi: 10.1016/j.actbio.2014.07.003
  55. Yilmaz E.D., Schneider G.A., Swain M.V. Influence of structural hierarchy on the fracture behaviour of tooth enamel // Philos. Trans. A Math. Phys. Eng. Sci. 2015. Vol. 373, No. 2038. P. 20140130. doi: 10.1098/rsta.2014.0130
  56. Yahyazadehfar M., Ivancik J., Majd H. et al. On the mechanics of fatigue and fracture in teeth // Appl. Mech. Rev. 2014. Vol. 66, No. 3. P. 0308031–3080319. doi: 10.1115/1.4027431
  57. Rivera C., Arola D., Ossa A. Indentation damage and crack repair in human enamel // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2013. Vol. 21. P. 178–184. doi: 10.1016/j.jmbbm.2013.02.020
  58. Chai H., Lee J.J., Constantino P.J. et al. Remarkable resilience of teeth // Proc. Natl. Acad. Sci. 2009. Vol. 106, No. 18. P. 7289–7293. doi: 10.1073/pnas.0902466106
  59. Myoung S., Lee J., Constantino P. et al. Morphology and fracture of enamel // J. Biomech. 2009. Vol. 42, No. 12. P. 1947–1951. doi: 10.1016/j.jbiomech.2009.05.013
  60. Imbeni V., Kruzic J.J., Marshall G.W. et al. The dentin-enamel junction and the fracture of human teeth // Nat. Mater. 2005. Vol. 4, No. 3. P. 229–232. doi: 10.1038/nmat1323
  61. Porter A.E., Nalla R.K., Minor A. et al. A transmission electron microscopy study of mineralization in age-induced transparent dentin // Biomaterials. 2005. Vol. 26, No. 36. P. 7650–7660. doi: 10.1016/j.biomaterials.2005.05.059
  62. Kinney J.H., Nalla R.K., Pople J.A. et al. Age-related transparent root dentin: mineral concentration, crystallite size, and mechanical properties // Biomaterials. 2005. Vol. 26, No. 16. P. 3363–3376. doi: 10.1016/j.biomaterials.2004.09.004
  63. Bajaj D., Sundaram N., Nazari A. et al. Age, dehydration and fatigue crack growth in dentin // Biomaterials. 2006. Vol. 27, No. 11. P. 2507–2517. doi: 10.1016/j.biomaterials.2005.11.035
  64. Nazari A., Bajaj D., Zhang D. et al. Aging and the reduction in fracture toughness of human dentin // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2009. Vol. 2, No. 5. P. 550–559. doi: 10.1016/j.jmbbm.2009.01.008
  65. Shinno Y., Ishimoto T., Saito M. et al. Comprehensive analyses of how tubule occlusion and advanced glycation end-products diminish strength of aged dentin // Sci. Rep. 2016. Vol. 6. P. 19849. doi: 10.1038/srep19849
  66. Bailey A.J. Molecular mechanisms of ageing in connective tissues // Mech. Ageing Dev. 2001. Vol. 122. P. 735–755. doi: 10.1016/s0047-6374(01)00225-1
  67. Park S., Wang D.H., Dongsheng Z. et al. Mechanical properties of human enamel as a function of age and location in the tooth // J. Mater. Sci. Mater. Med. 2008. Vol. 19, No. 6. P. 2317–2324. doi: 10.1007/s10856-007-3340-y
  68. Zheng Q., Xu H., Song F. et al. Spatial distribution of the human enamel fracture toughness with aging // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2013. Vol. 26. P. 148–154. doi: 10.1016/j.jmbbm.2013.04.025
  69. Park S., Quinn J.B., Romberg E., Arola D. On the brittleness of enamel and selected dental materials // Dent. Mater. 2008. Vol. 24, No. 11. P. 1477–1485. doi: 10.1016/j.dental.2008.03.007
  70. Bertacci A., Chersoni S., Davidson C.L., Prati C. In vivo enamel fluid movement // Eur. J. Oral Sci. 2007. Vol. 115, No. 3. P. 169–173. doi: 10.1111/j.1600-0722.2007.00445.x
  71. He B., Huang S., Zhang C. et al. Mineral densities and elemental content in different layers of healthy human enamel with varying teeth age // Arch. Oral Biol. 2011. Vol. 56, No. 10. P. 997–1004. doi: 10.1016/j.archoralbio.2011.02.015
  72. Efeoglu N., Wood D., Efeoglu C. Microcomputerised tomography evaluation of 10% carbamide peroxide applied to enamel // J. Dent. 2005. Vol. 33, No. 7. P. 561–567. doi: 10.1016/j.jdent.2004.12.001
  73. Wang X., Mihailova B., Klocke A. et al. Side effects of a non-peroxide-based home bleaching agent on dental enamel // J. Biomed. Mater. Res. A. 2009. Vol. 88, No. 1. P. 195–204. doi: 10.1002/jbm.a.31843
  74. Kelly A.M., Kallistova A., Küchler E.C. et al. Measuring the microscopic structures of human dental enamel can predict caries experience // J. Pers. Med. 2020. Vol. 10, No. 1. P. 5. doi: 10.3390/jpm10010005

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор, 2023



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».