Оценка органического и минерального состава эмали зубов методом рамановской спектроскопии: экспериментальное нерандомизированное исследование

Введение. Современная диагностика стоматологических заболеваний должна включать в себя помимо клинического обследования пациента дополнительные методы исследования с использованием диагностических аппаратов. В настоящее время широкое распространение получила рамановская спектроскопия благодаря высокому пространственному разрешению, неинвазивности вмешательства, отсутствию высоких требований к образцу, а также простоте пробоподготовки.
Цель работы — качественная оценка изменений минерального и органического состава эмали с помощью рамановской спектроскопии.
Методы. В качестве основного метода исследований был использован метод рамановской спектроскопии, который был реализован с помощью стенда, включающего в себя высокоразрешающий цифровой спектрометр ShamrockSR-303i со встроенной охлаждаемой камерой DV420A-OE (спектральный диапазон 200–1200 нм), волоконно-оптический зонд RPB-785 для спектроскопии КР, совмещенный с лазерным модулем LuxxMasterLML-785.0RB-04 с длиной волны лазерного излучения 785 нм.
Обработка полученных спектров КР была выполнена в программе Wolfram Mathematica 9. Исследуемый спектр при обработке очищали от шумов сглаживающим медианным фильтром (5 точек), определяли на выбранном интервале 700–2200 cm-1 при помощи итерационного алгоритма аппроксимирующую линию (полином пятой степени) автофлуоресцентной составляющей, а затем вычитали эту составляющую, в результате получали выделенный рамановский спектр.
Дальнейший анализ полученных данных произведен в программной среде IBM SPSS Statistics методом линейного дискриминантного анализа (LDA).
Результаты. Для исследования были использованы 28 зубов, из которых 14 зубов были удалены по ортодонтическим показаниям, а другие 14 зубов удалены у пациентов с хроническим пародонтитом. В результате исследований были установлены спектральные особенности изменения эмали зубов при заболеваниях тканей пародонта и после процедуры офисного отбеливания. Полученные данные впоследствии могут быть использованы в стоматологической практике для верифицирования пациентов с риском возникновения пародонтита по изменению спектральных свойств эмали зубов, а также перед проведением процедуры офисного отбеливания.
Заключение. В результате исследований подтверждена высокая эффективность рамановской спектроскопии для качественной оценки изменений минерального и органического состава эмали при различных состояниях. Показано, что с помощью метода рамановской спектроскопии можно диагностировать пародонтит по изменению органического и минерального состава эмали и проводить оценку эмали после процедуры офисного отбеливания, что подтверждает высокую диагностическую эффективность метода при состояниях различной этиологии.

1. Зюлькина Л.А., Фролова К.Е., Ефремова А.В., Акимова С.А. Современное состояние вопроса диагностики основных стоматологических заболеваний. Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: естественные и технические науки. 2020; 6: 188–193. DOI: 10.37882/2223-2966.2020.06.13

2. Магсумова О.А., Ткач Т.М., Постников М.А., Рыскина Е.А., Корчагина М.С., Дудина С.Е., Полканова В.А., Однолеткова И.И. Этиопатогенетические аспекты возникновения дисколорита зубов. Клиническая стоматология. 2021; 1(97): 22–29. DOI: 10.37988/1811-153X_2021_1_22

3. Gonchukov S., Sukhinina A., Bakhmutov D., Minaeva S. Raman spectroscopy of saliva as a perspective method for periodontitis diagnostics. Laser Physics Letters. 2012; 9(1): 73–77. DOI: 10.1002/lapl.201110095

4. Минаева С.А., Михайловский А.А., Бухарова Т.Б., Антонов Е.Н., Гольдштейон Д.В., Попов В.К., Волков А.В. Морфологическое исследование твердых тканей лицевого скелета с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния. Российская стоматология. 2015; 8(1): 3–10. DOI: 10.17116/rosstomat2015813-10

5. Gatin E., Nagy P., Paun I., Dubok O., Bucur V., Windisch P. Raman Spectroscopy: Application in Periodontal and Oral Regenerative Surgery for Bone Evaluation. IRBM. 2019; 40(5): 279–285. DOI: 10.1016/j.irbm.2019.05.002

6. Ramakrishnaiah R., ur Rehman G., Basavarajappa S., Al Khuraif A.A., Durgesh B.H., Khan A.S., Rehman I. Applications of Raman Spectroscopy in Dentistry: Analysis of Tooth Structure. Applied Spectroscopy Reviews. 2014; 50(4): 332–350. DOI: 10.1080/05704928.2014.986734

7. Camerlingo C., d’Apuzzo F., Grassia V., Perillo L., Lepore M. Micro-Raman spectroscopy for monitoring changes in periodontal ligaments and gingival crevicular fluid. Sensors (Basel). 2014; 14(12): 22552– 22563. DOI: 10.3390/s141222552

8. Timchenko E., Timchenko P., Volova L., Frolov O., Zibin M., Bazhutova I. Raman Spectroscopy of Changes in the Tissues of Teeth with Periodontitis. Diagnostics (Basel). 2020; 10(11): 876. DOI: 10.3390/diagnostics10110876

9. Ярова С.П., Заболотная И.И. Анализ показателей микротвердости эмали при различном состоянии твердых тканей и глубины микротрещин. Запорожский медицинский журнал. 2013; 4(79): 117–120. DOI: 10.14739/2310-1210.2013.4.16916

10. Григорьев С.С., Кудинов П.Н., Бисярина Л.И. Оценка влияния отбеливающей внутрикоронковой системы на физико-химические свойства дентина. Журнал научных статей Здоровье и Образование в XXI веке. 2017; 19(10): 76–80. DOI: 10.26787/nydha-2226-7425-2017-19-10-76-80

11. Perillo L, d’Apuzzo F, Illario M, Laino L, Spigna GD, Lepore M, Camerlingo C. Monitoring Biochemical and Structural Changes in Human Periodontal Ligaments during Orthodontic Treatment by Means of Micro-Raman Spectroscopy. Sensors (Basel). 2020; 20(2): 497. DOI: 10.3390/s20020497

12. Сувырина М.Б., Юркевич А.В. Оценка распространенности некариозных поражений твердых тканей зубов у взрослого населения (на примере Амурской области). Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. 2017; 64(4): 96–98. DOI: 10.19163/1994-9480-2017-4(64)-96-98

13. Shah F.A. Micro-Raman Spectroscopy Reveals the Presence of Octacalcium Phosphate and Whitlockite in Association with Bacteria-Free Zones Within the Mineralized Dental Biofilm. Microsc. Microanal. 2019; 25(1): 129–134. DOI: 10.1017/S1431927618015659

14. Sa Y., Feng X., Lei C., Yu Y., Jiang T., Wang Y. Evaluation of the effectiveness of micro-Raman spectroscopy in monitoring the mineral contents change of human enamel in vitro. Lasers. Med. Sci. 2017; 32(5): 985–991. DOI: 10.1007/s10103-017-2197-7

15. Shah F.A., Ruscsák K., Palmquist A. Mapping Bone Surface Composition Using Real-Time Surface Tracked Micro-Raman Spectroscopy. Cells Tissues Organs. 2020; 209(4–6): 266–275. DOI: 10.1159/000511079