Evaluation of the effectiveness of vitamin D and remineralizing paste on the structure of tooth enamel in young people with vitamin D receptor (VDR) gene polymorphism

Full Text

Обоснование

Согласно результатам исследования стоматологического здоровья, распространенность и интенсивность кариозного процесса остается высокой, несмотря на современные меры профилактики [1].

Предрасположенность эмали зубов к действию кариесогенных факторов во многом определяется ее структурными особенностями, на которые влияют генетические параметры [2]. Результаты ранее проведенных немногочисленных исследований, выявили, что низкий уровень витамина D в крови и полиморфизм гена рецепторов витамина D (VDR Bsml1544410) [3, 4] оказывают воздействие на показатели интенсивности кариеса [5].

Общеизвестно, что реминерализующая терапия позволяет значительно повысить уровень минерализации твердых тканей зубов [6]. Согласно современной концепции ВОЗ, одной из самых эффективных стратегий профилактики кариеса, является использование фторидов [7, 8]. Наряду со фтором, важное значение имеет практика использования кальцийсодержащих препаратов, фосфора, цинка. Профилактическое и лечебное влияние этих минеральных элементов определяется включением в кристаллическую решетку апатитов эмали [9, 10].

Имеются данные об эффективной эндогенной профилактике в виде дополнительного приема витамина D, влияющего на метаболизм кальций-фосфорного обмена [11, 12]. Однако, прямое, непосредственное влияние холекальциферола на структуру эмали зуба, остается неизученным.

У пациентов при гомозиготном генотипе А/А отмечается выраженное изменение активности гена VDR, что проявляется значительным снижением уровня витамина D в крови и высоким риском нарушения метаболизма кальция [13].

Одним из вариантов изучения структуры эмали зуба, является конфокальная оптическая профилометрия [14]. Исследование с помощью данного метода дает возможность оценить поверхность эмали с применением цифровых показателей и провести статистический анализ результатов.

Цель исследования: изучить влияние витамина D и зубной пасты с реминерализирующим составом на структуру поверхности эмали удаленных ретинированных зубов у лиц молодого возраста с гомозиготным полиморфизмом
гена VDR.

Методы

Дизайн исследования

Проведенное исследование относится к экспериментальному многоцентровому проспективному сплошному контролируемому, рандомизированному (рис. 1).

Критерии соответствия

На стоматологическом приеме было обследовано 200 пациентов в возрасте 22-25 лет (68 мужчин и 132 женщин), которым проведен генетический тест на определение полиморфизма гена VDR (Bsml1544410). В группу с гомозиготным аллелем А/А вошли 36 человек (16 мужчин, 20 женщин). Из данной группы выделено 18 (7 мужчин, 11 женщин) человек, находящихся на ортодонтическом лечении и нуждающихся в удалении ретинированных зубов.

Критерий включения в исследование лица, имеющие:

- гомозиготный полиморфизм гена VDR;

- ретинированные нижние моляры, подлежащие удалению по ортодонтическим показаниям;

- принимающие ежедневно витамина D в дозировке 1000 МЕ.

Критерии невключения:

- лица, имеющие заболевания желудочно-кишечного тракта; почечную патологию; онкологические, аутоиммунные, эндокринные заболевания;

- беременные и кормящие.

Условия проведения

Клиническое обследование, забор генетического материала, удаление ретинированных моляров нижней челюсти проводили на кафедре стоматологии «Центральной государственной медицинской академии» (г. Москва). Генетический тест на полиморфизм рецептора витамина D выполняли в Национальном Центре генетических исследований «MyGenetics» (г. Новосибирск). Исследование поверхности эмали, измерение параметров шероховатости эмали осуществляли при помощи конфокального оптического профилометра Sensofar S Neox (Испания) в ФГБНУ Троицком Технологическом институте сверхтвердых и новых углеродных материалов.

Продолжительность исследования

Исследование проведено в период с 2022 по 2025 год.

 

 

Описание медицинского вмешательства

У 18 пациентов с гомозиготным полиморфизмом гена VDR по ортодонтическим показаниям под проводниковой и инфильтрационной анестезией удалили 24 ретинированных нижних третьих моляров, имевших сформированную анатомическую структуру, которые тщательно очищали от биологических тканей.

Исходы исследования

Основной исход исследования: удаленные зубы помещали в колбы с искусственной слюной (структурированная вода; электролиты: Na⁺ - 0,3 г/л; К⁺ - 1 г/л; Са²⁺ - 0,05 г/л; Mg²⁺ - 0,01 г/л; Сl^- - 0,1 г/л; (РO)₄ ^3- - 0,1 г/л; органические вещества: 0,5%-ные карбоксиметилцеллюлоза и альгиновая кислота, мочевина). Образцы зубов по 6 штук распределяли в 4 колбы соответственно группам:

первая – содержала только раствор искусственной слюны;

вторая – добавлен холекальциферол 1000МЕ на 100 мл;

третья – эмаль удаленных зубов с помощью электрической зубной щетки дважды в день, при соблюдении интервала в 10 часов, в течение 2 мин обрабатывали зубной пастой, в состав которой входили микрокристаллы microRepair;

четвертая – удаленные зубы, обработанные зубной пастой по протоколу третьей группы, помещались в колбу, содержащую искусственную слюну с холекальциферолом 1000МЕ на 100 мл.

Колбы с образцами зубов каждой группы хранили в термостате при температуре
37 градусов в течение 72 часов. Зубы извлекали и промывали водой в течение 60 секунд.

Методы регистрации исходов

Исследование измерения параметров шероховатости эмали выполняли на контактной поверхности моляров на уровне экватора зуба в диагональном и горизонтальном профилях при помощи конфокального оптического профилометра Sensofar S Neox. Трехмерные изображения поверхности получали при использовании объектива x50 (размер видимого поля— 351x264 мкм, разрешение – 0,13 мкм). Максимальное разрешение по оси Z — 0,1 нм. Использовался источник света с длиной волны 530 нм.

Цифровую обработку полученных сканов осуществляли при помощи программных обеспечений Senso SCAN и Gwyddion.

Параметры шероховатости поверхности эмали, получаемые при профилометрии соответстовали стандарту ГОСТ Р ИСО 25178-2-2014 (геометрические характеристики изделий (GPS), регламентируемый ГОСТ 2789-73). Автоматический расчет данных производили при помощи программного обеспечения Sensofar (в соответствии с ISO 4287).

Рассматривали следующие параметры в пределах базовой длины, позволяющие интерпретировать изменение шероховатости поверхности эмали на этапах эксперимента:

Ra – среднее арифметическое отклонение оцениваемого профиля;

Rp – максимальная высота пика профиля.

Этическая экспертиза

• Все пациенты, включенные в исследование, перед удалением ретинированных третьих моляров подписывали добровольное согласие на проведение медицинского вмешательства, согласно приказу Минздравсоцразвития РФ №390н от 23.04.2012, в соответствии со статьей 20 Федерального закона №323 от 21.11.2011. Протокол исследования одобрен независимым комитетом по этике при ФГБУ ДПО «ЦГМА», выписка из протокола заседания № 1 от 002.2023.

Статистический анализ

Методы статистического анализа данных: для представления результатов и статистической обработки данных использовалось программное обеспечение Statistica 13.3 (StatSoft Inc.), GraphPadPrism 9 version 9.4.1Средние значения показателей приводятся в виде M±m, где М – среднее, m– ошибка среднего. Статистически значимыми приняты различия по величине уровня значимости (р), не превышающие 0,05.

 

Результаты

Основные результаты исследования

• Микроструктура образцов эмали зубов первой группы, находившихся в растворе искусственной слюны, исследованных методом конфокальной оптической профилометрии, имела измененный структурный рельеф. Трехмерное изображение поверхности образцов, визуализированных на рисунке 2, характеризовалось множеством пикообразных возвышений относительно базовой поверхности, представляющей собой неоднородную плоскость преимущественно красного цвета. На рисунок 3 изображен графический профиль данной поверхности, имеющий высокую частоту чередования пиков и впадин. При цифровой обработке полученных данных определены показатели Ra, которые составили в измерениях по диагонали 0,436±0,052, по горизонтали - 0,308±0,172 (рис. 4), значения максимального перепада высот Rp - 1,421±0,16 и
  1,440 ± 0,46 соответственно (рис. 5).
• Поверхность эмали образцов удаленных ретинированных зубов во второй группе, с добавлением к раствору искусственной слюны 1000 МЕ холекальциферола, имела следующие изменения. Увеличение участков зеленого и синего цвета при трехмерном изображении (рис. 6), свидетельствовали о сглаженной поверхности, за счет формирования зон минерализации эмали в присутствии витамина D. Графическое отображение пиков высоты приобретало умеренный перепад между самой высокой и низкой точкой графика линии шероховатости (рис. 7).
• При цифровой оценке профиля поверхности во второй группе, параметр Ra по диагональному измерению равен 0,840±0,119, по горизонтальному измерению - 0,855±0,147 (рис. 4), критерий «Rр» соответствовал значению 1,95±0,04 и 2,45±0,04
  (рис. 5).
• Рельеф поверхности образцов зубов после использования зубной пасты с реминерализирующим комплексом в третьей группе отмечался при трехмерном изображении как преобладание цветовых полей зеленого и синего спектра по отношению к умеренно выраженным участкам красного цвета (рис. 8). Распределение цветов имело четкие визуальные границы. Графическое отражение поверхности эмали, обработанной зубной пастой, визуализировалось как волнообразная линия, на протяженности которой чередовались участки сглаженного и пикообразного вида высот (рис.9). Значения шероховатости Ra составили 0,966±0,256 (диагональное измерение) и 1,281±0,586 (горизонтальное измерение) (рис. 4), установили перепад высот Rр 2,21±0,86 (диагональ) и 2,49 ±0,41 (горизонталь) (рис. 5).
• В четвертой группе, при обработке зубной пастой с реминерализирующим эффектом и добавлении витамина D (1000 МЕ на 100 мл), при трехмерном изображении, поверхность выглядела структурированно, без резко выраженных пиков и впадин, имела четкую геометрию цветовых зон (рис. 10). На графике профиля отсутствовал пикообразный перепад графической высоты, что характеризовало поверхность эмали без признаков выраженной пористой структуры (рис. 11). Показатель шероховатости
  Ra соответствовал значениям по диагональному измерению 3,482±0,158 и по горизонтальному - 3,568±0,476, Rр - 4,67±0,74 и 4,87±0,98 соответственно (рис. 4, 5).

Обсуждение

• При оценке результатов измерений во всех группах в горизонтальном и диагональном направлении, получали показатели без значимой разницы, что свидетельствовало о достоверности данных, фиксированных с поверхности, имеющей объёмную нелинейную форму объекта - экватор контактной поверхности зуба.
• У лиц с гомозиготным полиморфизмом гена VDR, сравнивая между собой результаты конфокальной профилометрии, отмечали, что в первых двух группах – в растворе искусственной слюны и после добавления витамина D, происходило изменение шероховатости поверхности эмали удаленных зубов о чем свидетельствует увеличение параметров Ra в 1,4 раз (р=0,01), Rр в 2 раза (р=0,01) (рис. 4, 5). На поверхности эмали образовывались зоны минерализации, за счет выпадения кальций - фосфатных соединений, находившихся в составе искусственной слюны в присутствии витамина D.
• Результаты, полученные при отдельном введении холекальциферола к раствору искусственной слюны и при обработке эмали удаленных зубов реминерализирующей пастой, имели значимое изменение параметров шероховатости в сравнении с первой группой. Проводя сравнение цифровых показателей, Ra и Rp второй и третьей групп установили статистически недостоверны различия. Присутствие холекальциферола в искусственной слюне и обработка реминерализирующей пастой приводили к одинаковым цифровым значениям шероховатости.
• У образцов удаленных зубов, обработанных реминерализирующей пастой, находившихся в растворе искусственной слюны с холекальциферолом (1000 МЕ на 100 мл) (четвертая группа), выявили значительное изменение шероховатости поверхности эмали, что подтверждали параметры Rа (р=0,000001) и Rр (р=0,00005), в сравнении с первой группой (рис. 4, 5), следовательно цифровые показатели: Ra увеличился в 8 раз, Rр – в 3 раза. Полученные результаты можно обосновать синергическим эффектом витамина D и действия микрокристаллов microRepair, входящих в состав зубной пасты.

Заключение

Таким образом, у лиц с гомозиготным полиморфизмом гена VDR установлено, что комплексное использование холекальциферола и реминерализирующей зубной пасты оказывало достоверное влияние на изменение параметра Ra и Rр, характеризующих критерии шероховатости эмали удаленных зубов. Увеличение данных показателей можно объяснить образованием гомогенного слоя, состоящего из микрокристаллов microRepair, равномерно распределенного на поверхности эмали.

Полученные в ходе экспериментальной работы результаты следует учитывать при формирования программы профилактики кариеса зубов у лиц молодого возраста
с гомозиготным полиморфизмом гена VDR.

 

Дополнительная информация

Вклад авторов. Тихонова С.Н.— сбор, анализ литературных источников, проведение экспериментальной части исследования, подготовка и написание текста статьи; Козлова М.В. — идея и дизайн исследования, хирургическое лечение пациентов, участвующих в исследовании, редактирование текста статьи; Горбатова Е.А.— анализ литературных источников, редактирование текста статьи. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Author contribution. Tikhonova S.N. — collection and analysis of literary sources, conducting the experimental part of the study, preparing and writing the text of the article; Kozlova M.V. — idea and design of the study, surgical treatment of patients participating in the study, editing the text of the article; Gorbatova E.A.— analysis of literary sources, editing the text of the article. All authors confirm that their authorship meets the international ICMJE criteria (all authors have made significant contributions to the development of the concept, research and preparation of the article, read and approved the final version before publication).

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

 

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Competing  interests. The authors declare that they have no competing interests.

Выражение признательности

Благодарность за проведение генетических тестов ООО «Национальный Центр Генетических исследований» MyGenetics,  г. Новосибирск, Россия.

Благодарность за предоставление оборудования и проведение лабораторной части исследования Федеральному государственному бюджетному научному учреждению «Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов» г. Москва, Россия.

Acknowledgments for carrying out genetic tests of LLC "National Center for Genetic Research" MyGenetics, Novosibirsk, Russia.

For providing equipment and conducting the laboratory part of the study to the Federal State Budgetary Scientific Institution "Technological Institute of Superhard and New Carbon Materials" Moscow Russia.

About the authors

Svetlana N. Tikhonova

Central State Medical Academy of the Presidential Administration of the Russian Federation, Moscow

Email: tixonovalana@gmail.com
ORCID iD: 0009-0004-7372-8833
SPIN-code: 6610-7509
Russian Federation, 121359, Moscow, Marshal Timoshenko str., 19, p. 1A

Marina V. Kozlova

Central State Medical Academy of the Presidential Administration of the Russian Federation, Moscow

Author for correspondence.
Email: profkoz@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3066-206X
SPIN-code: 5546-2489
https://cgma.su/department/kafedra-stomatologii-i-organizatsii-stomatologicheskoy-pomoshchi

Dr. Sci. (Med.), Professor, Head of Department of Dentistry

Russian Federation, 121359, Moscow, Marshal Timoshenko str., 19, p. 1A

Ekaterina A. Gorbatova

Central State Medical Academy of the Presidential Administration of the Russian Federation, Moscow

Email: gorbatova_k@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7729-7979
SPIN-code: 5836-2399

Dr. Sci. (Med.), Associate Professor (docent), professor of the Department of Dentistry

Russian Federation, 121359, Moscow, Marshal Timoshenko str., 19, p. 1A

References

Supplementary files