Декабрь 17th, 2012 
{LOGIN}
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.
Опубликовано в рубрике 
Метки: