Современная стоматология располагает достаточно большим арсеналов методов и средств, позволяющих обеспечить долгосрочное и качественное восстановление разрушенных патологическими процессами твердых тканей зубов. Наиболее широкое распространение в клинической практике для выполнения этой задачи получили композитные материалы. В настоящее время они представляют собой сложные химические соединения, по своим физико-механическим свойствам аналогичные или превосходящие природу естественных тканей зуба. Механическое и химическое удержание композитных материалов на поверхности твердых тканей зуба обеспечивает адгезивная система, являющаяся, как правило, продуктом высоких технологий. Постоянное совершенствование адгезивов сделало их многофункциональным инструментом, позволяющим изменять структуру дентина и эмали зубов для создания длительного и эффективного соединения различных искусственных материалов и твердых тканей зубов. Все это, с одной стороны, обеспечивает желаемый клинический результат, с другой — делает адгезивы весьма чувствительным продуктом для различного рода инородных включений, способных нарушить процессы их проникновения и полимеризации в тканях зуба [1—3].

Общеизвестно, что пульпа зуба продуцирует дентинную жидкость, главной задачей которой является трофика твердых тканей зуба. Пульпарная жидкость является биологическим продуктом, близким к плазме крови, что делает ее достаточно опасной средой для взаимодействия с мономерами адгезива. Глубокое продвижение адгезивной системы в дентинные канальцы через деминерализованную зону, образовавшуюся в результате кислотного травления, неизбежно приводит к попаданию дентинного ликвора в ее структуру. В свою очередь, это является причиной нарушения химических процессов полимеризации адгезива и снижения силы адгезионного прикрепления композита к дентину зуба [4—6].

Анализ отечественной и зарубежной литературы, посвященный этой проблеме, не позволил убедиться в том, что она полностью изучена и найдены пути ее решения. В частности, не удалось обнаружить: клинических методов, позволяющих определять объем продуцируемой дентинной жидкости на поверхности сформированной полости; данных, характеризующих ее влияние на силу адгезии и формирование гибридного слоя; методов, позволяющих устранить или в значительной мере уменьшить влияние этого негативного фактора на долговечность и качество восстановления зубов композитными материалами.

Таким образом, изучение процессов естественного увлажнения дентина, их влияния на взаимодействие твердых тканей зуба и композитных материалов; поиск методов, позволяющих количественно оценивать эти явления, остается актуальной проблемой стоматологии.

Материал и методы

Для решения поставленных задач была использована лицензионная версия компьютерной программы ANSYS/FLOTRAN. Это программное средство для решения разнообразных задач гидродинамики, включая ламинарное и турбулентное течение несжимаемой или сжимаемой жидкости.

Ламинарное течение характеризуется полем скоростей, которое является плавным и упорядоченным. Такое течение характерно для очень вязких, медленных потоков. Ламинарный поток считается несжимаемым, если плотность среды постоянна или если для ее сжатия требуется сравнительно мало энергии.

Турбулентное течение, характеризуется достаточно высокими скоростями и сравнительно малой вязкостью среды, что приводит к возникновению быстрых флуктуаций скорости потока. Влияние этих флуктуаций на основной объем потока учитывается с помощью модели турбулентности, при этом граничные условия турбулентного потока удовлетворяются автоматически. Поток считается несжимаемым, если плотность постоянна или почти постоянна, а также если для сжатия среды требуется сравнительно мало энергии. Гидродинамический анализ используется для определения параметров движения жидкой среды, таких как перепад давления, распределение скоростей, направление течения, подъемная сила и лобовое сопротивление, влияние нагрева и охлаждения.

Компьютерная программа ANSYS/FLOTRAN была использована для расчета количества и скорости выделения жидкости из дентинных канальцев после их открытия в результате механического или химического воздействия на твердые ткани зуба. Для предварительного моделирования геометрической и пространственной модели дентинного канальца зуба были использованы следующие исходные данные: дентинный каналец имеет S-образную форму; угол его изгиба не превышает 20°; средний диаметр начала канальца 4 мкм, диаметр середины 2 мкм, диаметр конечной части 0,5 мкм; максимальная длина дентинного канальца составляет 6 мм; давление внутри пульпарной полости и на начальном участке дентинного канальца составляет 30 мм рт.ст.; ¹/₃ объема просвета дентинного канальца на всем его протяжении занимает отросток одонтобласта.

В соответствии с дизайном исследования прежде всего была построена схема, характеризующая геометрию дентинного канальца зуба — объемная сетка, позволяющая задавать исходные данные, характеризующие особенности строения объекта для последующего компьютерного моделирования (рис. 1). При этом были приняты во внимание следующие параметры исходной ситуации: дентинный каналец полностью заполнен дентинной жидкостью и при достижении выхода из канальца она полностью испаряется. Это позволяет не моделировать свободную поверхность между дентинной жидкостью и воздухом. Соответственно, движение жидкости в канальце будет обеспечиваться разностью давления между входом и выходом, с учетом влияния атмосферного давления. В связи с тем, что дентинный каналец вытянут в длину, а имеющиеся изгибы очень плавные (угол изгиба около 20°), то влияние изгибов на гидравлическое сопротивление канальца и на распределение скоростей внутри него будет минимальным и ими можно пренебречь. Тип течения дентинной жидкости в дентинном канальце можно признать ламинарным.

На входной и выходной границах канальца задавалось условие постоянного избыточного давления 4000 и 0,0 Па соответственно. На стенках канальца задавалось условие отсутствия проскальзывания жидкости. Анализ создаваемого расхода жидкости проводили из расчета различной длины канальца.

Результаты и обсуждение

Задачами данного исследования явились определение скорости движения дентинной жидкости по дентинному канальцу, а также определение количества дентинной жидкости, продуцируемой пульпой зуба и выделяющейся через один дентинный каналец в единицу времени. Анализ этих данных был необходим для объективной количественной оценки степени влажности дентина обработанной кариозной полости в конкретной клинической ситуации и оценки эффективности просушивания коронкового дентина перед его восстановлением композитным материалом.

В процессе выполнения исследования получены результаты, характеризующие поле скоростей движения дентинной жидкости в начале, середине и в конце пространства дентинного канальца. Как видно из рис. 2, характеризующего гидродинамику дентинной жидкости на начальном отрезке дентинного канальца (т.е. вблизи полости зуба), скорость ее движения у стенок объекта соответствует 0,1 мм/ч, а в середине приближается к 0,3 мм/ч.

На рис. 3 представлена компьютерная модель гидродинамики дентинной жидкости в среднем отрезке дентинного канальца. Скорость ее движения у стенок соответствует 0,9 мм/ч, а в просвете приближается к 1,2 мм/ч, что свидетельствует о увеличении скорости движения жидкости на этом отрезке по сравнению с началом канальца: у стенок в 9 раз, в центре в 4 раза.

На рис. 4 показана компьютерная модель гидродинамики дентинной жидкости на конечном отрезке дентинного канальца. Скорость ее движения у стенок объекта соответствует 9,0 мм/ч, а в просвете приближается к 16,0 мм/час. Соответственно, увеличение скорости движения жидкости по сравнению с начальным отрезком канальца возрастает: у стенок в 90 раз, в центре в 53 раза.

Даже если не учитывать сужение проходного сечения канальца к его концу, время его заполнения можно оценить, с учетом линейного роста скорости, следующим образом: 50 мкм канальца будут заполнены за 84 мкс при средней скорости движения жидкости 0,595 м/с, а 6 мм при приросте скорости 0,4 м/с на каждые 100 мкм — за 1,5 мс (рис. 5).

Также в процессе компьютерного моделирования получены результаты, характеризующие скорость заполнения пустого дентинного канальца дентинным ликвором с учетом его физическо-химических параметров и условий внешней среды (рис. 6).

На основании полученных данных, характеризующих скорость и характер движения дентинной жидкости, были проведены расчеты по оценке ее выхода на поверхность дентинного канальца за единицу времени. Как показывают результаты исследования, представленные на рис. 7, масса дентинной жидкости, выделяющейся из одного дентинного канальца, колеблется в пределах от 0,22728·10^–15 до 2,0707533·10^–15 кг/с. Это зависит от длины дентинного канальца, оставшейся после обработки кариозной полости (1—6 мм). При этом масса дентинной жидкости, выделяющейся из дентинного канальца, расположенного в пределах парапульпарного дентина, в 10 раз больше, чем масса такого же ликвора, выделяющегося из канальца на уровне эмалево-дентинной границы.

Заключение

Как показывают результаты компьютерного моделирования, через 1,5 мс после полного просушивания дентинного канальца длиной 6 мм он вновь заполняется дентинной жидкостью, которая далее начинает скапливаться на обработанной поверхности твердых тканей зуба. Можно утверждать, что в клинических условиях полностью отсутствует возможность длительного высушивания открытого дентина витального зуба, а уменьшение длины дентинного канальца в результате механической обработки зуба приводит к увеличению скорости и массы выделяющейся через него пульпарной жидкости.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.