Оптические характеристики эмали

Оптические характеристики эмали

Эстетические свойства зуба, включающие блеск, цвет, опалесценцию, натуральный вид, проявляются благодаря оптическим и физическим законам. Ткани зуба способны пропускать, отражать, рассеивать свет, что и придает зубу характерные визуальные очертания. Оптиче­ские характеристики зуба исследуются на односторонних или прозрачных шлифах эмали и дентина, интактных коронках.

Изучение особенностей взаимодействия света с поверхностью шлифов эмали показало высокие отражающие способности этой ткани. Так, коэффициент диффузионного отражения эмали ко­леблется от 20 до 42%, характеризуя высокую яркость и блеск образца.

В спектре отраженного от поверхности эмали света содержат­ся лучи любой длины волны, т. е. все основные цвета. Следова­тельно, эмаль обладает способностью отражать весь спектр цве­та. Известно, что полное отражение света характерно для белой поверхности. Поэтому превалирующий оттенок эмали, отражаю­щей лучи всех цветов, — 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. Наиболее близки к показателю светоотражения эмали образцы А10, BIO, 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, 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 определить 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. При этом способности тканей зависят от структуры: рассеивание света тем меньше, чем меньше размеры частиц. Рассеивание света поверхностью, кроме того, зависит от направления светового по­тока. Если луч падает под углом 50 — 90°, рассеивающие свойства снижаются. При падении луча под углом от 0 до 5О3 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. Более того, поверхность эмали «молодого» зуба может иметь рассеивающие способности, близкие к показателям зрелого дентина.

Таким образом, основной цвет эмали — белый, поскольку она не содержит пигментов, отражает весь спектр цвета и диффузно рассеивает лучи.

Матовость — снижение блеска — связана- с рассеивающими способностями микрошероховатостей на поверхности эмали, а также внутренних микропор, заполненных водой, органически­ми и минеральными компонентами.

Рассеивание лучей света снижает блеск эмали и цветность, повышая тем самым белизну коронки зуба, характерную для мо­лодых людей. Внутреннее рассеивание света эмалью, кроме того, придает свойство опалесценции — внутренних переливов света и цвета.

По мнению некоторых авторов, такое свойство, как опалесценция, эмали придают органические компоненты. 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 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 расщепляется 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.

Свойство эмали частично пропускать, частично рассеивать лу­чи света характеризует ее светопроводимость. Последняя зависит от состава и структуры ткани. Существенное влияние на светопроводимость оказывает толщина слоя эмали. Коэффициент диффузного пропускания света Т, изученный на шлифах эмали толщиной 1 мм, 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.

В отличие от дентина и пульпы в интактной эмали пигменты отсутствуют, однако она может влиять на цвет зуба, например, по­средством изменения степени светопроводимости. Так, истонче­ние слоя эмали способствует просвечиванию дентина.

Оптические свойства эмали обусловлены ее топографией и морфологическими особенностями. Рельеф и структура (текстура) поверхности зуба также оказывают существенное влияние на эти свойства, отражая, пропуская либо рассеивая световые лучи. Эмаль занимает всю поверхность коронки зуба, вплоть до анатомиче­ской шейки. Толщина ее колеблется от 0,01 мм в пришеечной области до 3,5 мм на окклюзионных участках; в складках и бо­роздках жевательной поверхности эмаль составляет 0,5 — 0,6 мм.

Эмаль постоянных зубов содержит от 95 до 97 мас.% неоргани­ческих элементов, 0,5 — 2 мас.% органических веществ, до 3 мас.% воды. Рассчитанные теоретически (на основе удельного веса ком­понентов) и определенные методом микрорадиографического ис­следования объемные соотношения составляющих следующие: в среднем 86 — 87% минеральных веществ, 2% органических и 6 — 12% воды. Химический состав (соотношение элементов в эмали) зависит прежде всего от степени зрелости зуба, а также от гео­физических и других условий проживания человека.

Издавна предполагалось, что главным элементом структуры минерализованных тканей является кальциево-фосфорное соедине­ние. Основанием для этого заключения послужили данные о про­центном содержании различных компонентов. Большую часть — 37% массы всей эмали составляет кальций, 18% — фосфор.

В сухой эмали постоянных зубов кальций занимает около 35 мас.%, а фосфор — 17 мас.%. Величины Са и Р, рассчитанные по массе золы, колеблются около 39 и 18-19 мас.% соответст­венно. В эмали, кроме того, содержится около 20 микроэлемен­тов, которые могут находиться в межкристаллических простран­ствах либо в соединении с органическими веществами. Более 1,0 мг/кг сухой массы занимают F, S, Zn, Sn; от 0,1 до 1,0 мг/кг — Са, Zi, Mn, Си, Se, Br, Sb, Ru, Ni, Mg, Cd; менее 0,1 мг/кг — Ti, V, Cs, Bi.

Основные минеральные компоненты эмали (кальций и фос­фор) содержатся в виде кристаллических апатитоподобных струк­тур, которые относят к гексагональной системе кристаллов с ше­стью симметричными осями с и тремя эквивалентными осями а.

 Один кристалл образован примерно 1000 субъединицами. Еди­ничные клетки имеют три оси: а — b = 9,4 нм, они располагаются под углом 120°. Перпендикулярно оси а идет ось с размером 6,9 нм. Длинная ось кристалла соответствует оси с единичной клетки (субъединицы).

Химический анализ показывает, что основные кристаллы зуб­ной эмали — частично замещенные гидроксилапатиты, свойства которых в значительной степени зависят от ОН-группы. Струк­турно она помещается в каналы, образованные Са-ионами, обра­зуя так называемую связанную воду.

Молодые кристаллы апатитов эмали представлены чаще всего в форме ленты толщиной 15 нм. Зрелые кристаллы гидроксилапатита имеют размеры в среднем 160 нм в длину и 20 нм в ши­рину и образуют гексагонально-призматические структуры. При этом в эмали объем кристалла в 200 раз больше, чем в дентине. Кроме кристаллов призматической формы описаны кристаллы в форме иглы, ланцета, балки, штанги.

Плотноупакованные кристаллы образуют эмалевые призмы диаметром 2 — 10 мкм, причем на срезе эмали отчетливо видно, что головка (тело) каждой предыдущей призмы вклинивается ме­жду отростками соседних. В телах эмалевых призм кристаллы расположены почти параллельно длинной оси. Угол наклона может колебаться от 5 до 40°, он увеличивается по на­правлению к периферии призмы. В межпризменном пространст­ве этот угол приближается к  90°. Различия в расположении крис­таллов формируют межпризменные промежутки, границы призм, отличающиеся более высокой пористостью.

Органическое вещество встречается в эмали в небольшом ко­личестве в виде скоплений (ламелы, веретена, пластинки), не ока­зывая существенного влияния на ее оптические свойства. Сво­бодная вода (эмалевый ликвор) содержится в органических обра­зованиях и микропространствах между кристаллами и призмами.

В целом максимально высокое содержание минеральных компонентов, представленных плотноупакованными кристаллически­ми структурами в эмалевых призмах, которые в свою очередь тес­но прилежат друг к другу, обеспечивает гомогенность структуры. В результате лучи света, легко проникая через эмаль, придают ей прозрачность, вернее, светопроводимость, а отражаясь от поверх­ности, — своеобразный блеск.

Внешнее рассеивание света, усиливающее белизну и мато­вость, связано с микрорельефом поверхности и органическими покровами зуба. Последние представлены зубным налетом и пелликулой — безмикробной органической оболочкой зуба, толщина которой колеблется от 1 до 10 мкм (в среднем 2- 4 мкм). Образуется пелликула только при контакте зуба со слю­ной и прочно соединяется с эмалью, проникая в ее кристалличе­ский слой на глубину 0,1 — 0,2 мкм. Она устойчива к действию кислот, однако подвержена механическому разрушению. Под слоем зубного налета пелликула утолщается.

Для зубов детей и подростков характерна регулярная волни­стость эмали, образуемая перикиматиями. В первые годы после прорезывания зуба они постоянно встречаются на вестибуляр­ной поверхности, особенно в пришеечной области, сглаживаясь по направлению к жевательной поверхности (режущему краю). В проходящем свете волнистость видна невооруженным глазом. Равномерное расположение перикиматий встречается в 70% случаев, расстояние между гребнями составляет 28-100 мкм.

Реже бывают варианты поверхности, когда волнистость слабо выражена или вовсе отсутствует. Это наиболее характер­но для клыков, поверхность которых бугристая. Выпуклые участки зубов в области бугров и экватора обычно гладкие. Ярче выражена рельефность проксимальной поверхности и пришеечной области.

Как показывают результаты исследования зуба методами опти­ческой и электронной микроскопии, пористость на его поверх­ности появляется за счет множественных углублений на месте го­ловок призм, образовавшихся на скате и дне перикиматий в про­цессе формирования эмали. Кроме того, описаны темные отверстия диаметром до 2 мкм в области беспризменных зон и микропоры на поверхности непрорезавшихся зубов.

Относительно крупные поры бывают сопоставимы по размерам с поперечником эмалевой призмы. Их форма округлая, края дос­таточно ровные. В одних случаях они уходят вглубь отвесно, в дру­гих — полого в виде ступеней. Расположение этих крупных пор по поверхности неравномерно, чаще такие образования одиночны и расположены на большом расстоянии друг от друга.

Микроскопические трещины, имеющие неравномерный угловато-изломанный вид, выявляются при помощи сканирующего микроскопа (СЭМ) на протравленных препаратах поверхности эмали. Ширина трещин измеряется долями микрометра. Они окаймляют группу в 20-30 призм, образующих так называемые пучки призм. Совокупность этих трещин формирует сеть, напо­минающую рисунок неправильных сот — границы пучков призм.

 Наиболее крупные из микропространств — трещины — со­поставимы по ширине с основной структурной единицей эмали. Трещины могут составлять по ширине от 1 до 3-5 диаметров призмы, а по длине — несколько десятков микрометров. Они образуются в процессе жизнедеятельности зуба и повышают проницаемость твердых тканей для пигментов.

Внутреннее рассеивание лучей обусловлено наличием орга­нических компонентов, микропористости и зубной жидкости.

Микропоры глубоких слоев эмали формируются межкрис­таллическими и межпризменными пространствами. Участками пониженной минерализации являются линии Ретциуса. Встречаются также крупные магистральные по­ры. Микропоры, заполненные ликвором, формируют такие оптические свойства, как голубизна и опалесценция.

Явление опалесценции можно понять на примере драгоцен­ных камней. Например, опал обыкновенный бывает молочный, восковой, полупрозрачный, что напоминает оптические характе­ристики эмали. Прихотливое мерцание образцов опала объясняют его строением. Глобулы кремнезема размерами 150 — 400 нм — плотноупакованные сферолиты. Промежутки между ними запол­нены мелкими частицами и водой. Проникающий свет рассеи­вается, отражаясь поверхностью пор, и камень «играет». Так, гид­рофан («водяной» опал) в сухом виде молочно-белый, мутный, а в воде становится прозрачным.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

WP-SpamFree by Pole Position Marketing