Medycyna Wet. 2006, 62 (5) 570
Praca oryginalna Original paper
Szkliwo jest wysoce zmineralizowan¹ struktur¹, syntetyzowane przez wyspecjalizowane komórki na-rz¹du szkliwotwórczego. Ameloblasty i wydzielana macierz organiczna pozakomórkowa stanowi¹ rodo-wisko dla prawid³owego przebiegu mineralizacji i wzrostu kryszta³ów szkliwa. Poza substancj¹ mine-raln¹ wystêpuj¹ w nim pewne sk³adowe organiczne (14, 20). Drobne elementy organiczne w szkliwie, okrelane tak¿e jako zmiany rozwojowe, s¹ niemo¿li-we do stwierdzenia badaniem klinicznym i najczêciej rozpoznaje siê je w badaniach in vitro.
Badania laboratoryjne zwi¹zane z zagadnieniem morfologii i fizjologii w obrêbie struktur zêbów ludz-kich podejmowane by³y stosunkowo czêsto w oparciu o ekstrahowane ludzkie zêby przedtrzonowe, jak i zê-bowy materia³ zwierzêcy (4). Z danych pimiennic-twa wynika, ¿e z uzêbienia ró¿nych gatunków byd³a rodziny Bovidae wykorzystywano czêsto grupê zêbów siecznych do celów badawczych, takich jak: ocena i porównanie materia³ów dentystycznych oraz
syste-mów wi¹¿¹cych, ocena utraty minera³ów, a tak¿e g³ê-bokoci uszkodzeñ w wyniku sterylizacji, uznaj¹c te zêby za podobne budow¹ do ludzkich (1, 18, 21).
Celem pracy by³o okrelenie liczebnoci i lokaliza-cji wybranych elementów organicznych oraz ocena przydatnoci bydlêcych zêbów sta³ych w badaniach stomatologicznych jako substytutu ludzkich zêbów sta³ych.
Materia³ i metody
Sta³e zêby bydlêce pochodzi³y z uzêbionych szczêk i ¿uchw 15 g³ów bydlêcych (rasa nizinna czarno-bia³a). G³o-wy zdroG³o-wych zwierz¹t od 2,5- do 4,5-letnich otrzymano od s³u¿b weterynaryjnych Zak³adów Miêsnych Pozmeat S.A. w Poznaniu oraz Zak³adów Miêsnych w Lesznie. Sporz¹-dzano im metryczkê i diagram, uwzglêdniaj¹c wyrzynanie i stan kliniczny koron zêbów. Badanie powierzchni koron zêbów przeprowadzano wizualnie.
Wybrano 205 wyrzniêtych sta³ych zêbów bydlêcych z ró¿nych grup czynnociowych (zêby sieczne,
przedtrzo-Obraz i umiejscowienie wybranych elementów
organicznych w szkliwie zêbów byd³a
BOGDAN MIKOWIAK, KATARZYNA MEHR*, PAWE£ PIOTROWSKI*,TERESA MATTHEWS-BRZOZOWSKA**
Katedra Histologii i Embriologii Wydzia³u II Lekarskiego AM, ul. wiêcickiego 6, 60-781 Poznañ
oraz Katedra Optometrii i Biologii Uk³adu Wzrokowego Wydzia³u II Lekarskiego AM, ul. Rokietnicka 5D, 60-806 Poznañ *Klinika Rehabilitacji Narz¹du ¯ucia Katedry Protetyki Stomatologicznej Wydzia³u II Lekarskiego AM,
ul. Bukowska 70, 60-567 Poznañ
**Katedra i Klinika Stomatologii Zachowawczej i Periodontologii Wydzia³u II Lekarskiego AM, ul. Bukowska 70, 60-567 Poznañ oraz Katedra Ortopedii Szczêkowej i Ortodoncji Wydzia³u Lekarsko-Stomatologicznego AM, ul. Krakowska 26, Wroc³aw
Mikowiak B., Mehr K., Piotrowski P., Matthews-Brzozowska T. Pattern and location of selected organic elements in bovine teeth enamel
Summary
Dental enamel exhibits a highly mineralised structure and contains not only mineral substances but also organic components. The fine organic elements in the enamel cannot be detected by clinical examinations and most frequently are recognised by in vitro studies. The aim of the present study was to assess selected organic elements of enamel: lamellae, tufts, spindles, bulbs and spheroids and to appraise the suitability of permanent bovine teeth as substitutes of permanent human teeth in dental studies. Examinations were performed on 205 permanent bovine teeth obtained from healthy 2.5- to 4.5-year-old individuals (of black-white lowland race). Tooth sections were obtained by cutting crowns, using a slow revolving diamond disc saw, cooled with distilled water. Following preliminary appraisal and within 24 hours, the sections were stained with various tech-niques, including azane, picric acid, hematoxylin + picric acid, hematoxylin, eosin, fuchsin, H+E according to Mallory and were then analysed under a Nikon Optiphot-2 light microscope. Variable distributions of the evaluated organic elements of enamel were noted but most of them were located in the projection of smooth surfaces, compared to their location in the projections of incisal margins or masticator surfaces in bovine teeth. Bovine permanent frontal teeth may provide a substitute for human teeth but bovine lateral teeth, however, seem to be of limited use in dental studies.
Medycyna Wet. 2006, 62 (5) 571
nowe i trzonowe). Po fotograficznym udokumentowaniu powierzchni korony zêba, przeprowadzono ciêcia wzd³u¿ d³ugiej osi zêba przez powierzchnie styczne b¹d w p³asz-czynie jêzykowo-podniebienno/policzkowej. Zêby ciêto przy u¿yciu wolnoobrotowej pi³y Isomet firmy Buehler z tarcz¹ diamentow¹ o gruboci 0,1 mm ch³odzon¹ wod¹ destylowan¹. Z ka¿dego zêba uzyskiwano 4-15 skrawków, ka¿dy o gruboci ok. 0,4 mm (ryc. 1). Nastêpnie obie stro-ny uzyskastro-nych przekrojów szlifowano, wyg³adzaj¹c papie-rem ciernym. Skrawki zêba pojedynczo umieszczano w wodzie destylowanej, w oznaczonych sterylnych pojem-nikach, które przez 1 min. poddawano wytrz¹saniu w p³ucz-ce ultradwiekowej. £¹cznie otrzymano 1405 skrawków zêbów bydlêcych. Uzyskane z koron zêbów skrawki nie-barwione najpierw obserwowano i rejestrowano, a nastêp-nie barwiono wybranymi technikami: azanem, kwasem pi-krynowym, hematoksylin¹ + kwasem pipi-krynowym, hema-toksylin¹, eozyn¹, fuksyn¹, H+E oraz wed³ug Malloryego. Preparaty histologiczne przygotowywano w okresie nie przekraczaj¹cym 24 godzin od uboju. Obie strony przekro-jów obserwowano w mikroskopie optycznym Nikon Opti-phot-2 i dokumentowano przy u¿yciu oprogramowania Micro Image v.4.0. Dane dotycz¹ce liczebnoci i lokaliza-cji rozpatrywanych elementów organicznych szkliwa zê-bów poddano analizie statystycznej (miary po³o¿enia i zmiennoci, test H Kruskala-Wallisa oraz U Manna-Whit-neya).
Wyniki i omówienie
Przyk³adowe obrazy pêczków, wrzecion i blaszek szkliwa sta³ych zêbów byd³a, niebarwionych i barwio-nych ró¿nymi technikami przedsta-wiono na ryc. 2-4. Stwierdzono za-le¿noæ widocznoci badanych ele-mentów organicznych szkliwa od techniki barwienia. Obserwacje pod ró¿nymi powiêkszeniami sugerowa-³y, ¿e nie wszystkie z tych elementów by³y wystarczaj¹co widoczne w pre-paratach barwionych azanem, kwa-sem pikrynowym, fuksyn¹. Natomiast pozosta³e barwienia umo¿liwia³y jednoczesn¹ obser-wacjê pêczków, wrzecion, jak i blaszek szkliwa.
Na podstawie badañ preparatów histologicznych, potwierdzono falisty i spiralny przebieg u³o¿enia pryz-matów szkliwa. Rzadziej obserwowany by³ uk³ad pryzmatów zbli¿ony do prostolinijnego, postrzegany w warstwie podpowierzchniowej szkliwa. Stwierdzo-no ró¿ne kszta³ty przekrojów pryzmatów, co wskazy-wa³o na ich z³o¿one utkanie. W wewnêtrznych warst-wach szkliwa najczêciej wystêpowa³y parazonie i dia-zonie, czasem widoczne przez ca³¹ gruboæ szkliwa.
W obrêbie ka¿dego skrawka w szkliwie strefy po³¹-czenia szkliwno-zêbinowego (DEJ) stwierdzano pêcz-ki i wrzeciona szkliwa o trójwymiarowej strukturze. Kszta³t pêczków szkliwa wykazywa³ pewn¹, okrelo-n¹ zmiennoæ. Zbli¿one by³y one budow¹ do lici lub ³odygi licia i pozostawa³y w kontakcie z os³onkami przylegaj¹cych pryzmatów. Obserwacja w mikrosko-pie nie wykaza³a okrelonych lokalizacji, do których ogranicza³o siê wystêpowanie pêczków szkliwa, jed-nak wiêcej by³o pêczków szkliwa na powierzchniach g³adkich ni¿ na brzegu siecznym czy powierzchni tr¹cej.
Wrzeciona szkliwa wystêpowa³y w strefie DEJ, wykazuj¹c ró¿noraki przebieg, prostolinijny b¹d spi-ralny pod ró¿nym k¹tem w stosunku do granicy DEJ. Obrazy wskazywa³y, ¿e wrzecio-na szkliwa stanowi¹ kontynuacjê kanalika lub kilku kanalików zê-binowych w obszarze szkliwa strefy DEJ. Wrzeciona najlicz-niej obserwowane by³y w szkli-wie w rzucie poszkli-wierzchni g³ad-kich.
Na preparatach zêbów ze wszystkich badanych grup czyn-nociowych wystêpowa³y blasz-ki szkliwa. Struktury te rozpo-znawano jako rozpoczynaj¹ce siê od powierzchni szkliwa, a koñ-cz¹ce przebieg na ró¿nej g³êbo-koci szkliwa strefy DEJ, spora-dycznie zag³êbiaj¹ce siê w zêbi-Ryc. 1. Zdjêcie powierzchni tr¹cej i skrawków z wyrzniêtego drugiego zêba
trzo-nowego
Objanienia: WZS wyrzniête zêby sieczne, WZP wyrzniête zêby przedtrzonowe, WZT wyrzniête zêby trzonowe
Tab. 1. Zestawienie wartoci charakterystyk odnosz¹cych siê do liczebnoci wybra-nych elementów organiczwybra-nych szkliwa, przypadaj¹cych na przekrój przez koronê zêba, w badanych grupach sta³ych zêbów bydlêcych
i k y t s y r e t k a r a h C Pêczkiszkilwa Wrzecionaszkilwa Blaszkiszkilwa S Z W WZP WZT WZS WZP WZT WZS WZP WZT m u m i n i M 13,90 13,10 11,90 26,40 11,90 18,30 14,00 11,60 13,00 m u m i s k a M 18,90 11,60 13,80 91,50 164,501 168,401 10,30 18,80 13,30 a i n d e r a n z c y t e m t y r a 16,10 16,00 17,80 62,40 76,80 98,40 15,60 15,20 17,80 e i n e l y h c d O e w o d r a d n a t s 11,32 11,83 12,83 18,37 39,97 47,56 11,42 11,70 12,58 k i n n y z c ³ ó p s W ) % ( i c o n n e i m z 21,84 30,69 36,45 29,64 52,03 48,32 25,56 32,97 33,14
Medycyna Wet. 2006, 62 (5) 572
nê. Niektóre obrazy sugerowa³y mo¿liwoæ istnienia ci¹g³oci struktur blaszki i pêczka szkliwa.
Porównuj¹c poszczególne badane grupy czynnocio-we zêbów pod wzglêdem liczebnoci pêczków, wrze-cion i blaszek szkliwa, stwierdzono znaczne zró¿ni-cowanie ich liczebnoci zarówno w obrêbie grup, jak i skrawków badanych zêbów. W zêbach trzonowych stwierdzono najwiêksze rednie liczebnoci w odnie-sieniu do rozpatrywanych elementów organicznych szkliwa, przypadaj¹cych na przekrój przez koronê zêba (tab. 1).
Istotnym zagadnieniem dla przeprowadzenia badañ histologicznych zêbów bydlêcych by³o odpowiednie przygotowanie skrawków. W tej pracy uwzglêdniono dowiadczenia innych autorów i analizowano prepa-raty przygotowane ex temporae. Wykorzystanie innej techniki ni¿ ciêcie zêbów na wie¿o mog³o wp³y-waæ, zdaniem autorów, niekorzystnie na wynik
bada-nia poprzez destrukcyjne dzia³anie substancji chemicz-nych na próbki zêbów, utlenienie macierzy organicz-nej szkliwa, kryszta³ów karboksy-hydroksyapatytów, jak i kolagenu zêbiny (5).
Z dostêpnego pimiennictwa dotycz¹cego struktury szkliwa wynika, ¿e stosowano ró¿ne techniki barwie-nia, g³ównie jednak zêbów ludzkich. By³y to ró¿ne techniki barwienia: wed³ug von Kossa (dla wykazania wapnia), b³êkitem toluidyny albo b³êkitem toluidyny i fuksyn¹ zasadow¹ (dla substancji organicznej), we-d³ug Massona i van Gieson (dla w³ókien kolageno-wych), b³êkitem alcjanu (dla kwanych glukozamino-glikanów) i PAS dla glikoprotein i glukozaminogli-kanów obojêtnych (16). W pimiennictwie nie znale-ziono jednoznacznej sugestii co do techniki barwienia przydatnej w badaniach stomatologicznych, a raczej w zale¿noci od celu i materia³u badañ stosowano ró¿-ne techniki barwienia. St¹d na podstawie porównania Ryc. 2. Obrazy pêczków szkliwa pod ró¿nymi powiêkszeniami po barwieniu: a) eozyn¹ × 40; b) fuksyn¹ × 100; c) wed³ug Malloryego × 200
Ryc. 3. Obrazy wrzecion szkliwa pod ró¿nymi powiêkszeniami po barwieniu: a) azanem × 40; b) hematoksylin¹ × 100; c) hematoksylin¹ i kwasem pikrynowym × 200
Ryc. 4. Obrazy blaszek szkliwa pod ró¿nymi powiêkszeniami: a) po barwieniu kwasem pikrynowym × 40; b) bez barwienia × 100; c) po barwieniu H+E × 200
Medycyna Wet. 2006, 62 (5) 573
obrazów stwierdzono, ¿e sporód kilku technik bar-wienia ukazywa³y one ró¿norodnoæ w zakresie inten-sywnoci i kontracie barw ocenianych elementów or-ganicznych szkliwa. Ponadto dawa³y mo¿liwoæ po-równania z obrazami histologicznymi zêbów, wcze-niejszych badañ prowadzonych w Akademii Medycz-nej w Poznaniu. Badania te dotyczy³y ró¿nych aspek-tów, m.in. szczelnoci wype³nieñ i laków (6, 9-12).
Obserwacje wybarwionych preparatów z zêbów bydlêcych sugeruj¹ podobieñstwo pêczków, wrzecion i blaszek szkliwa do tych elementów wystêpuj¹cych w zêbach ludzkich (2, 13, 15). Wystêpuj¹ce, udoku-mentowane du¿e zró¿nicowanie zêbów, a szczególnie w sposobie rozmieszczenia pryzmatów szkliwa w ob-rêbie 14 gatunków Bovidae, np. Chiroptra, Sirena, Cetacea itd., zarówno sta³ych, jak i mlecznych powin-no sugerowaæ konieczpowin-noæ sprecyzowania rasy byd³a w wykorzystywanym materiale zêbowym w badaniach dowiadczalnych. Dot¹d opisano tylko ogóln¹ charak-terystykê struktur organicznych w szkliwie (8, 17, 19). Sta³e zêby byd³a, u¿yte do tych badañ, zaliczane do typu selenodontycznego (szkliwno-listewkowatego) pochodzi³y od jednego gatunku byd³a. Na przekroju poprzecznym skrawków charakteryzowa³o siê to pó³-ksiê¿ycowatym u³o¿eniem wokó³ lejka zêba listewki szkliwnej i otaczaj¹cej je zêbiny. Szkliwo zêbów bocz-nych wpukla³o siê lejkowato od strony powierzchni tr¹cej w zêbinê. Nale¿a³oby przyj¹æ, ¿e uzêbienie ludz-kie i byd³a cechuje odmienna budowa zêbów (mniej-sza gruboæ szkliwa u byd³a), jak i funkcja zwi¹zana z odmiennym typem prze¿uwania pokarmu, co po-twierdzi³o czêsto wystêpuj¹ce starcie powierzchni tr¹-cych. Powierzchnie tr¹ce zêbów przedtrzonowych i trzonowych in situ by³y ustawione skonie, opadaj¹c w dó³ od strony jêzyka ku policzkowi (3, 7).
Podsumowanie
Dolne sta³e zêby sieczne pochodz¹ce od byd³a sto-sunkowo czêsto stanowi¹ substytut zêbów ludzkich w badaniach laboratoryjnych w stomatologii (1, 18, 21). Niestety, brak jest w wymienionym pimiennic-twie badañ przeprowadzonych na bocznych zêbach byd³a. Niniejsze badania, mimo i¿ dostarczy³y wiele informacji poznawczych, potwierdzaj¹ jednak ma³¹ przydatnoæ zêbów bocznych byd³a w stomatologicz-nych badaniach laboratoryjstomatologicz-nych.
Pimiennictwo
1.Amaecha B. T., Higham S. M., Edgar W. M.: Effect of sterilisation methods on the structural integrity of artificial enamel caries for intra-oral cariogeni-city tests. J. Dent. 1999, 27, 313-316.
2.Amizuka N., Uchida T., Fukae M., Yamada M., Ozawa H.: Ultrastructural and immunocytochemical studies of enamel tufts in human permanent teeth. Arch. Histol. Cytol. 1992, 55, 179-190.
3.Andrews A. H.: Anatomy of the oral cavity, eruption, and developmental ab-normalities in ruminants, [w:] Harvey C. E. (wyd.): Veterinary Dentistry. Saunders W. B. Co, Philadelphia 1985, 235-255.
4.Arsenault A. L., Robinson B. W.: The dentino-enamel junction: a structural and microanalytical study of early mineralization. Calcif. Tissue Int. 1989, 45, 111-121.
5.Block M., Cowell C. R.: The interpretation of scratches acquired on an ena-mel surface in vivo. Br. Dent. J. 1974, 136, 197-198.
6.Czarnecka B., Mikowiak B., Limanowska-Shaw H., Stopa J., Matthews--Brzozowska T.: Histological study on the effect of air inclusions on the bon-ding of dental biomaterials. J. Dent. Res. 2003, 82, 578.
7.Emily P., Orsini P. G., Lobprise H. B., Wiggs R. B.: Oral and dental disease in large animals, [w:] Wiggs R. B., Lobprise H. B. (wyd.): Veterinary Dentistry. Principles&Practice. Lippincott-Raven Publishers, Philadelphia 1997, 576--578.
8.Glimcher M. J., Bonar L. C., Daniel E. J.: The molecular structure the prote-in matrix of bovprote-ine dental enamel. J. Mol. Biol. 1961, 3, 541-546. 9.Kaczmarek E., Matthews-Brzozowska T., Mikowiak B.: Digital image
ana-lysis in dental research applied for treatment of fissures on oclusal surfaces of premolars. Ann. Biomed. Eng. 2003, 31, 931-936.
10.Matthews-Brzozowska T., Mikowiak B., Mehr K.: Stan szkliwa i zêbiny bruzd powierzchni ¿uj¹cej zêbów przedtrzonowych badania histomorfometrycz-ne. Czas. Stomatol. 2000, 53, 148-153.
11.Matthews-Brzozowska T., Przyby³ J.: System ³¹cz¹cy Prompt po³¹czenie z materia³em wype³niaj¹cym i strukturami zêba. Dent. Med. Probl. 2002, 39, 2, 223-226.
12.Matthews-Brzozowska T., Stopa J.: Po³¹czenie miêdzyfazowe tkanki zêba i materia³u z³o¿onego po zastosowaniu systemu ³¹cz¹cego nowej generacji. Czas. Stomatol. 2002, 55, 335-339.
13.Mehr K.: Computer-assisted analysis in histomorphometric studies of third molar teeth. 3rd International Conference of PhD Students, 13-19 August 2001, University of Miscolc, Hungary, Medical Science, Innovation and Technolo-gy Transfer Centre 2001, s. 125-130.
14.Nywad B., Fejerskov O., Josephsen K.: Organic structures of developmental origin in human surface enamel. Scand. J. Res. 1988, 96, 288-292. 15.Piattelli A., Trisi P.: Morphodifferentiation and histodifferentiation of the
dental hard tissues in compound odontoma: a study of undemineralized ma-terial. J. Oral Pathol. Med. 1992, 21, 340-342.
16.Ragazzoni E., Martignoni M., Cocchia D.: Caratteristiche morfologiche ed istochimiche delle strutture interprismatiche dello smalto umano. Studio al microscopio ottico. Minerva Stomatol. 1994, 43, 493-499.
17.Sato I., Sunohara M., Mikami A., Yoshida S., Sato T.: Comparison between decidous and permanent incisor teeth in morphology of bovine enamel. Oka-jimas Folia Anat. Jpn 1999, 76, 131-136.
18.Stopa J., Kurhañska-Filsykowska A., Chmielnik M., Surdacka A., Matthews--Brzozowska T., W¹sik A.: Wykorzystanie zêbów bydlêcych w badaniach sto-matologicznych. Prz. Stomatol. Wieku Rozw. 1997, 18, 22-26.
19.Travis D. F., Glimcher M. J.: The structure and organization of, and the rela-tionship between the organic matrix and the inorganic crystals of embryonic bovine enamel. J. Cell Biol. 1964, 23, 447-497.
20.Walker B. N., Makinson O. F., Peters M. C.: Enamel cracks. The role of enamel lamellae in caries initiation. Aust. Dent. J. 1998, 43, 110-116. 21.W¹sik A.: Badania dowiadczalne nad szczelnoci¹ brze¿n¹ materia³ów
sto-sowanych jako podk³ady izolacyjne. Czas. Stomatol. 1975, 28, 601-607.
Adres autora: prof. dr hab. Bogdan Mikowiak, ul. wiêcickiego 6, 60-781 Poznañ; e-mail: bmiskow@mail.am.poznan.pl
