Katarzyna Łazarz-Bartyzel1*, Mariusz Młynarczuk2, Norbert Skoczylas2, Maria Chomyszyn-Gajewska1
1Katedra i Zakład Periodontologii i Klinicznej Patologii Jamy Ustnej Instytutu Stomatologii CM UJ w Krakowie
2Instytut Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk w Krakowie
Wstęp: Współczesna stomatologia podkreśla ogromne znaczenie zabiegów higienizacyjnych dla zdrowia przyzębia. Złogi nazębne można usuwać, używając do tego narzędzi ręcznych oraz urządzeń mechanicznych. Ważne jednak jest, aby podczas pracy tymi instrumentami, zachowywać podstawowe zasady oraz parametry warunkujące skuteczny, ale jednocześnie bezpieczny dla oczyszczanych tkanek zabieg. Celem pracy był pomiar siły zastosowanej podczas oczyszczania powierzchni zęba przy pomocy urządzenia Vector oraz skalera piezoelektrycznego Amdent oraz obserwacja jego powierzchni w wymiarze 3D.
Materiał i metody: Materiał do badań stanowiły zdrowe zęby trzonowe usunięte z przyczyn chirurgicznych i ortodontycznych pacjentom w przedziale wiekowym od 16. do 30. roku życia. Stan powierzchni zęba oceniano za pomocą profilomierza laserowego.
Do pomiaru siły zastosowanej podczas usuwania złogów wykorzystano dynamometr z siłownikiem magnetoelektrycznym, a zmiany na powierzchni zęba przedstawiono jako wykresy 3D, uzyskane za pomocą profilomierza laserowego.
Wnioski: Zachowanie odpowiednich parametrów pracy reguluje istotnie utratę twardych tkanek zęba i nie doprowadza do powstania poważnych uszkodzeń szkliwa i cementu.
WSTĘP
Współczesna stomatologia podkreśla ogromne znaczenie zabiegów higienizacyjnych dla zdrowia przyzębia. Systematyczne usuwanie płytki i kamienia nazębnego zapobiega powstawaniu stanów zapalnych tkanek przyzębia oraz jest podstawowym zabiegiem stosowanym w leczeniu periodontopatii. Zabieg ten można wykonać, używając narzędzi ręcznych oraz urządzeń mechanicznych. Ważne jest jednak, aby podczas pracy tymi instrumentami zachowywać podstawowe zasady oraz parametry warunkujące skuteczny, ale jednocześnie bezpieczny dla oczyszczanych tkanek zabieg. Użycie zbyt dużej siły nacisku lub przyjęcie nieprawidłowego kąta ustawienia instrumentu może doprowadzić do powstania poważnych uszkodzeń na powierzchni i utraty substancji twardych tkanek zęba [1, 2, 3].
Podczas pracy narzędziami ultradźwiękowymi należy przestrzegać odpowiednich parametrów technicznych. Są to: kąt przyłożenia końcówki do powierzchni zęba wynoszący od 0° do 15°, nacisk boczny nie większy niż 0,5 N oraz moc urządzenia ustawiona na przeciętną [4, 5, 6].
Celem pracy był pomiar siły zastosowanej podczas oczyszczania powierzchni zęba systemem Vector® oraz skalerem piezoelektrycznym Amdent® oraz obserwacja jego powierzchni w wymiarze 3D.
MATERIAŁ I METODY
Materiał do badań stanowiło 10 zdrowych zębów trzonowych, które zostały usunięte pacjentom w wieku od 16. do 30. roku życia z przyczyn chirurgicznych i ortodontycznych. Po ekstrakcji wypłukano je z krwi pod bieżącą wodą i zanurzono w 1% roztworze chloraminy. Po czasie nie dłuższym niż 7 dni poddano je dalszemu oczyszczaniu z pozostałości tkanek miękkich w myjce ultradźwiękowej firmy Sonica,
a następnie zatopiono w żywicy epoksydowej Epidian 450 tak, aby powierzchnia badana była wyeksponowana kilka milimetrów ponad warstwą spoiwa. W centrum powierzchni policzkowej zęba, w okolicy granicy szkliwno-cementowej, wiertłem diamentowym wykonano mały otwór dzielący powierzchnię na dwie części: prawą i lewą. Prawą oczyszczano skalerem piezoelektrycznym Amdent®, a lewą systemem Vector® z płynem polerującym zawierającym w swoim składzie hydroksyapatyt.
Do pomiaru siły zastosowanej podczas usuwania złogów wykorzystano dynamometr z siłownikiem magnetoelektrycznym, skonstruowanym na potrzeby tego badania w Pracowni Mikromerytyki Instytutu Mechaniki Górotworu PAN. Schemat urządzenia został przedstawiony na rycinie 1.
Siła zewnętrzna dynamometru przyłożona do trzpienia pomiarowego powodowała jego osiowe przemieszczenie. Było to rejestrowane przez detektor przemieszczenia, który poprzez układ sterowania generował siłę reakcji w siłowniku. Dzięki temu trzpień pomiarowy powracał do pozycji wyjściowej, a wartość siły rekcji siłownika była równa zastosowanej sile. Wykorzystany w badaniach przyrząd posiadał zakres pomiarowy rzędu kilku Newtonów, rozdzielczość pomiarową sięgającą setnych części Newtona oraz zdolność pomiaru sił zmiennych w czasie o częstotliwościach rzędu kilkudziesięciu Hz.
Dla potrzeb prowadzonego eksperymentu trzpień pomiarowy dynamometru przystosowano do zamocowania na nim zęba. Używany dynamometr mierzył tylko jedną składową siły (osiową do trzpienia dynamometru) i dlatego konieczne było wykonywanie dwóch niezależnych pomiarów dla każdego typu badanego narzędzia. W pierwszym z pomiarów dynamometr rejestrował składową równoległą siły względem kierunku przemieszczania aparatu – siła F1 (ryc. 2). Drugi pomiar służył rejestracji siły prostopadłej do kierunku przemieszczeń aparatu usuwającego kamień – siła F2 (ryc. 2).
WYNIKI
Wartości zastosowanych sił podczas oczyszczania zębów poszczególnymi narzędziami przedstawiono na rycinach 3-6. Każdy z pomiarów trwał około 35 s. Tabela I zawiera zestawienie maksymalnych wartości sił F1 oraz F2 dla używanych w badaniach aparatów.
Ryciny 3 i 4 przedstawiają wartości siły, jaką końcówki pracujące skalera piezoelektrycznego Amdent® oraz systemu Vector® (ryc. 5 i 6) wywierały na powierzchnię oczyszczanego zęba. Wartości te mierzone były przy pomocy dynamometru sprzężonego z siłownikiem magnetycznym. Wyznaczono także maksymalną możliwą siłę wypadkową Fmax (tab. I) przy założeniu, że maksimum składowej siły równoległej F1 (ryc. 3 i 5) pokrywa się z maksimum składowej siły prostopadłej F2 (ryc. 4 i 6). Wynika z nich, że użyte aparaty Amdent® i Vector® generowały siły znacznie niższe, niż jest to zalecane. Wynosiły one odpowiednio: 0,3 N podczas oczyszczania systemem Vector® oraz 0,41 N podczas skalingu skalerem piezoelektrycznym Amdent®.
Powierzchnia zęba po oczyszczaniu skalerem piezoelektrycznym Amdent® oraz systemem Vector® uległa niewielkim zmianom. Stan okolicy szkliwno-cementowej przed i po wykonaniu 20 ruchów oczyszczających z odpowiednią siłą podczas zabiegu przedstawiają mapy bitowe, uzyskane na podstawie analizy profilometrycznej (ryc. 7 i 8 ) [7]. Szkliwo zęba po działaniu użytych narzędzi uległo nieznacznemu wygładzeniu, natomiast w obrębie cementu zaobserwowano nieznaczne pogłębienie istniejących i powstanie nowych rys, zwłaszcza po stronie oczyszczanej za pomocą Amdentu®. Wynika to prawdopodobnie z zastosowania większej siły podczas oczyszczania skalerem Amdent® niż systemem Vector®. Efekt wygładzenia powierzchni po działaniu systemu Vector® może także wynikać z zastosowania do chłodzenia końcówki pracującej płynu polerującego „Fluid Polish” – zawierającego w swym składzie cząsteczki hydroksyapatytu.
DYSKUSJA
Na podstawie wyników badań własnych wnioskować można, że na morfologię powierzchni twardych tkanek zęba ogromny wpływ ma wartość zastosowanej siły. W piśmiennictwie problem zależności pomiędzy zastosowanymi parametrami (siłą, kątem ustawienia końcówki pracującej, mocą urządzenia, ilością ruchów oczyszczających) a stanem powierzchni zęba po oczyszczaniu poruszany był już przez wielu badaczy.
Zappa i wsp. wykonali pomiary kliniczne siły używanej przez lekarzy i higienistki podczas usuwania złogów. Stwierdzili, że wartości te mają bardzo duże wahania i mieszczą się w granicach od 1,01 N do 15,73 N podczas skalingu [8, 9].
Mając na uwadze te rozbieżności ci sami autorzy postanowili zbadać ilość usuwanej twardej tkanki zęba przy ustalonych wartościach sił i ilości ruchów oczyszczających. Przy sile wynoszącej 3,04 N ilość zebranej tkanki wzrastała wraz ze wzrostem ilości ruchów i tak: po 5 ruchach kiretą wynosiła 34 µm, po 10 wzrosła do 65 µm, po 20 do 110 µm, po 40 osiągnęła 149 µm. Po zwiększeniu wartości zastosowanej siły do 8,48 N ilość usuniętego cementu wyniosła odpowiednio: do 103 µm (po 5 ruchach kiretą), do 165 µm (po 10 ruchach kiretą), 245 µm (po 20 ruchach kiretą) i 343 µm (po 40 ruchach). Autorzy tych badań zauważyli, że są różnice w ilości usuwanej twardej tkanki podczas wykonywania pierwszych pięciu i ostatnich dziesięciu ruchów oczyszczających narzędziem. Stosując siłę wynoszącą 3,04 N, początkowo utrata ta wynosiła 6,8 µm na jeden ruch (przy pierwszych pięciu ruchach) i 2,3 µm (podczas ostatnich 10 ruchów narzędziem). Przy sile 8,40 N ilość ta wynosiła odpowiednio 20,6 µm i 5,6 µm. Powstała różnica wskazuje na efekt stopniowego tępienia się narzędzia w trakcie zabiegu, w związku z czym odnotowywano mniejsze ilości usuwanej tkanki twardej przy końcowych ruchach oczyszczających z 40 wykonanych [10].
Flemmig i wsp. także wykazali wpływ parametrów technicznych na utratę tkanek twardych zębów. Analizowali użytą siłę boczną, kąt przyłożenia końcówki pracującej do powierzchni, moc urządzenia oraz czas oczyszczania skalerem dźwiękowym [3] oraz ultradźwiękowym piezoelektrycznym [2] i magnetostrykcyjnym [1]. Stwierdzili, że każdy z parametrów ma ogromny wpływ na uszkodzenia powierzchni zęba. W przypadku skalerów ultradźwiękowych piezoelektrycznych wszelkie kombinacje parametrów z zastosowaniem kąta wynoszącego 0º okazały się być bezpieczne.
Największą utratę 226,8 µm +/- 63,2 µm zanotowano po 40 sekundach, przy sile 2N, 45º oraz wysokiej mocy urządzenia [2]. Ponadto, poważne uszkodzenia nie pojawiały się przy kącie 45º, sile 0,5 N albo 1 N i niskiej lub średniej mocy urządzenia oraz przy kącie wynoszącym 90º, sile 0,5 N i niskiej mocy [2]. Dlatego zalecane jest zastosowanie kąta jak najbliższego wartości 0º [1].
Kawashima i wsp. na podstawie badań wykonanych in vivo stwierdzili, że system Vector® pozostawia powierzchnię gładką, usuwając minimalną ilość substancji zęba. Wnioski powyższe wyciągnęli po pomiarach cementu pozostałego po oczyszczaniu powierzchni korzenia. I tak: znacząco więcej cementu pozostało po oczyszczaniu systemem Vector® (45 µm) w porównaniu ze skalerem ultradźwiękowym (30 µm) oraz kiretą Gracey (9 µm) [11].
Schwarz i wsp. potwierdzili, że Vector® wytwarza gładką i jednorodną powierzchnię korzenia, porównując go z terapią wykonywaną narzędziami ręcznymi, która prowadzi do powstania rys, szczelin i rowków (o głębokości od 6,8 do 51,6 µm) [12].
Powyższe badania oraz wyniki niniejszej pracy sugerują, że system Vector® oraz skaler piezoelektryczny Amdent® powodują powstanie gładkiej powierzchni przy minimalnej utracie substancji zęba po zastosowaniu zalecanych dla danej metody parametrów.
WNIOSKI
Zabieg usuwania złogów nazębnych można wykonać, używając do tego narzędzi ręcznych oraz urządzeń mechanicznych. Ważne jednak jest to, aby podczas pracy tymi instrumentami zachowywać podstawowe zasady oraz parametry pracy, warunkujące skuteczny, ale jednocześnie bezpieczny dla oczyszczanych tkanek zabieg. Użycie bowiem zbyt dużej siły nacisku lub przyjęcie nieprawidłowego kąta ustawienia instrumentu może doprowadzić do powstania poważnych uszkodzeń na powierzchni i utraty substancji twardych tkanek zęba. Zachowanie odpowiednich parametrów pracy istotnie reguluje utratę twardych tkanek zęba i zapobiega powstaniu poważnych uszkodzeń szkliwa i cementu.
…………………………………………………………………………………………………………………………………………..
TABELE I RYCINY
Tab. I. Maksymalne wartości sił F1 i F2 dla użytych przyrządów oraz maksymalna możliwa wartość siły wypadkowej Fmax dla tych narzędzi
Ryc. 1. Dynamometr z siłownikiem magnetoelektrycznym – schemat
Ryc. 2. Pomiar składowej równoległej (F1) i składowej prostopadłej (F2) siły użytej podczas usuwania kamienia nazębnego
Ryc. 3. Pomiar składowej siły F1 (równoległej do powierzchni zęba) zastosowanej podczas zabiegu usuwania kamienia nazębnego urządzeniem Amdent®
Ryc. 4. Pomiar składowej siły F2 (prostopadłej do powierzchni zęba) zastosowanej podczas zabiegu usuwania kamienia nazębnego urządzeniem Amdent®
Ryc. 5. Pomiar składowej siły F1 (równoległej do powierzchni zęba) zastosowanej podczas zabiegu usuwania kamienia nazębnego urządzeniem Vector®
Ryc. 6. Pomiar składowej siły F2 (prostopadłej do powierzchni zęba) zastosowanej podczas zabiegu usuwania kamienia nazębnego urządzeniem Vector®
Ryc. 7. Wykres 3D powierzchni zęba przed skalingiem. Obraz uzyskany po pomiarze za pomocą profilomierza laserowego. Kolor niebieski oznacza szkliwo, biały granicę szkliwno-cementową, żółty cement
Ryc. 8. Wykres 3D powierzchni zęba po skalingu. Obraz uzyskany po drugim pomiarze za pomocą profilomierza laserowego. Strona lewa oczyszczana systemem Vector® a prawa skalerem piezoelektrycznym Amdent®. Kolor niebieski oznacza szkliwo, biały granicę szkliwno-cementową, żółty cement
…………………………………………………………………………………………………………………………………………..
PIŚMIENNICTWO
1. Flemming T.F., Petersilka G.J., Mehl A., Hickel R., Klaiber B.: Working parameters of a magnetostrictive ultrasonic scaler influencing root substance removal in vitro. J Periodontol 1998a; 69: 547-553.
2. Flemming T.F., Petersilka G.J., Mehl A., Hickel R., Klaiber B.: The effect of working parameters on root substance removal using a piezoelectric ultrasonic scaler in vitro. J Clin Periodontol 1998b; 25: 158-163.
3. Flemming T.F., Petersilka G.J., Mehl A., Rüdiger S., Hickel R., Klaiber B.: Working parameters of a sonic scaler influencing roor substance removal in vitro. Clin Oral Invest 1997; 2: 55-60.
4. Folwaczny M., Thiele L., Mehl A., Hickel R.: The effect of working tip angulation on root substance removal using Er:YAG laser radiation: in vitro study. J Clin Periodontol 2001; 28: 220-226.
5. Folwaczny M., Merkel U., Mehl A., Hickel R.: Influence of parameters on root surface roughness following treatments with a magnetostrictive ultrasonic scalers: an in vitro study. J Periodontol 2004; 75 (9): 1221-1226.
6. Bernaciak M., Kiernicka M., Wysokińska-Miszczuk J.: Współczesne poglądy na skaling nad- i poddziąsłowy – przegląd piśmiennictwa. Poradnik Stomat 2007; 2: 74-79.
7. Młynarczuk M.: Możliwości wykorzystania analizy obrazu i morfologii matematycznej do analizy stereologicznej struktur skalnych. Archives of Mining Sciences, Special Issues 2004; 49: 117-140.
8. Zappa U., Cadosch J., Simona C., Graf H., Case D.:
In vivo scaling and root planing forces. J Periodontol 1991; 62: 335-340.
9. Zappa U., Röthlisberger J.P., Simona C., Case D.: In vivo scaling and root planing in molars. J Periodontol 1993; 64: 349-354.
10. Zappa U., Smith B., Simona C., Graf H., Case D., Kim W.: Root substance removal by scaling and root planing. J Periodontol 1991; 62: 750-754.
11. Kawashima H., Sato S., Kishida M., Ito K.: A comparison of root surface instrumentation using twop piezoelectric ultrasonic scalers and hand scalers in vivo. J Periodontol Res 2007a; 42 (1): 90-95.
12. Schwarz F., Bieling K., Venghaus S., Sculean A., Jepsen S., Becker J.: Influence of fluorescence-controlled Er: JAG laser radiation, the Vector system and hand instruments on periodontally diseased root surfaces in vivo. J Clin
Periodontol 2006a; 33: 200-208.