Evaluation quantitativer Messmethoden zur Bestimmung erosiver Mineralverluste im Dentin : ein Vergleich von Longitudinaler Mikroradiographie und Kalziumanalyse

Abstract

Durch eine Säureeinwirkung werden im Dentin die mineralischen Bestandteileherausgelöst, während die organischen Strukturen zunehmend freigelegtwerden und auf der Oberfläche zurückbleiben. Durch diese organische Matrixwird die Quantifizierung von Mineralverlusten erschwert. Um einenMineralverlust im Dentin auf geeignete Weise zu erfassen, ist es bei einigenMessverfahren daher notwendig die organische Matrix zu entfernen. Da dieEntfernung der organischen Matrix mit Kollagenase sehr zeitaufwendig undzudem destruktiv ist, wäre ein Messverfahren wünschenswert, welches einesolche Behandlung nicht erforderlich macht. Sowohl die Kalziumanalyse alsauch die longitudinale Mikroradiographie stellen jeweils ein solchesTestverfahren dar.Ziel dieser in vitro Studie war es, den erosiven Mineralverlust von Dentin mitHilfe von longitudinaler Mikroradiographie (LMR) und Kalziumanalyse (KA)vergleichend zu quantifizieren. Die LMR wurde jeweils vor und nach derenzymatischen Entfernung der organischen Matrix eingesetzt. Die Ergebnissewurden hinsichtlich der Histologie von Dentinerosionen diskutiert.Aus menschlichen dritten Molaren wurden 800 mikrom dicke longitudinaleDentinschnitte hergestellt, die bis auf ein definiertes Versuchsfeld von2 mm × 2 mm mit lichthärtendem Kunststoff abgedeckt wurden. Die erosiveDemineralisation wurde mit 0,05 M Zitronensäure (pH 2,5) in Einzelgefäßendurchgeführt und erfolgte je nach Gruppe für 30, 60, 90 oder 120 Minuten. DerMineralverlust wurde zum einen als Kalziumkonzentration in der Erosionslösungmit der Atomabsorptionsspektroskopie bestimmt. Die Menge an gelöstemKalzium wurde als Zahnhartsubstanzverlust in mikrom umgerechnet. Zum anderenerfolgte die Bestimmung des Gesamtmineralgehaltes der Proben mit derlongitudinalen Mikroradiographie und wurde als Substanzverlust in mikromangegeben.Zu Beginn des Versuches wurden mikroradiographische Aufnahmen angefertigtum den Ausgangsmineralgehalt der jeweiligen Probe zu quantifizieren. Nachder erosiven Demineralisation sowie nach der abschließenden Behandlung mitKollagenase wurden weitere mikroradiographische Aufnahmen angefertigt. Eswurden jeweils die Veränderungen im Mineralgehalt bestimmt und als Differenzzum Ausgangswert in mikrom ausgedrückt. Zusätzlich wurdenrasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von zufällig ausgewählten Probenangefertigt.Bei dem Vergleich der Messmethoden wurden zum Teil erheblicheUnterschiede deutlich. Mit der Kalziumanalyse zeigte sich von Messzeitpunkt zuMesszeitpunkt ein deutlicher Anstieg im Mineralverlust. So betrug derdurchschnittliche Substanzverlust mit der Kalziumanalyse nach 30 MinutenErosion 15,9 ± 4,6 mikrom, nach 60 Minuten 30,3 ± 10,8 mikrom, nach 90 Minuten49,3 ± 13,7 mikrom und nach 120 Minuten 55,4 ± 11,5 mikrom.Im Gegensatz dazu zeigten die mit der longitudinalen Mikroradiographie (LMR)ermittelten Werte weder vor noch nach der enzymatischen Entfernung derorganischen Matrix einen Anstieg des Mineralverlustes. Die Werte lagen nach30 Minuten Erosion bei 29,8 ± 7,5 mikrom, nach 60 Minuten bei 27,0 ± 12,4 mikrom,nach 90 Minuten bei 26,8 ± 14,0 μm und nach 120 Minuten bei 38,4 ± 13,3 mikrom.Nach der Kollagenasebehandlung betrug der ermittelte Substanzverlust nach30 Minuten 27,8 ± 14,2 mikrom, nach 60 Minuten 31,0 ± 20,6 mikrom, nach 90 Minuten36,7 ± 15,2 mikrom und nach 120 Minuten 36,5 ± 12,2 mikrom.Die Ergebnisse machen deutlich, dass die Kalziumanalyse zur Bestimmung desMineralverlustes sensitiv genug war und somit ein geeignetes Verfahrenhinsichtlich dieser Fragestellung zu sein scheint.Im Gegensatz dazu stellte die longitudinale Mikroradiographie bezüglich derQuantifizierung von Mineralverlusten dieser Größenordnung kein zuverlässigesTestverfahren dar. Mit diesem Messverfahren war es nicht möglich,Veränderungen im Mineralgehalt zu erfassen. An acid impact on dentine leads to a dissolution of mineral and to an exposureof the organic fraction, which remains on the surface, whilst thedemineralisation progresses. The organic matrix can interfere with measuringmethods possibly influencing the quantification of tissue loss. To quantifymineral loss adequately, the removal of the organic fraction prior tomeasurement is required by some methods. The removal of the organic fractionby collagenase is quite time consuming and destructive, therefore, a methodwould be desirable that does not require such a pre-treatment. Both calciumanalysis and longitudinal microradiography, are methods, which fulfil thisrequirement.Aim of the present study was to compare two methods, longitudinalmicroradiography and calcium analysis, for the quantification of erosive mineralloss. Mineral loss was determined after various periods of erosivedemineralisation and additionally after enzymatic removal of the organic matrix.The results are discussed in the light of the histology of dentine erosion.From human third molars a total of 100 longitudinal coplanar dentine slices witha thickness of 800 microm were prepared. The specimens were covered with lightcuring acrylate except for a defined experimental area of 2 mm × 2 mm. Erosivedemineralization was performed with 0.05 M citric acid (pH 2.5) in scintillationvessels (10 ml each) for 30, 60, 90 and 120 minutes, respectively.Erosive mineral loss was firstly determined as calcium concentration in theerosion solution by atomic absorption spectroscopy. Spatial tissue loss wascalculated from the measured values of the dissolved calcium and expressed inmicrom. Total mineral content was also determined by longitudinal microradiographyat baseline, after erosive demineralisation and after enzymatic removal of theorganic surface layer. Mineral loss was calculated as the difference between themineral content at the various exposure time points and expressed in microm.Additionally, scanning electron microscopy was performed on randomlyselected specimens.The comparison of the measuring methods showed gross differences. Calciumanalysis revealed a considerable linear increase of mineral loss with increasingerosion time. The average mineral loss determined by calcium-analysis was15.9 ± 4.6 microm, 30.3 ± 10.8 microm, 49.3 ± 13.7 microm and 55.4 ± 11.5 microm at 30, 60, 90and 120 minutes erosion time.In contrast, mineral loss determined by longitudinal microradiography showedno increase, neither before nor after the enzymatic removal of the organicfraction. The average mineral loss prior to collagenase treatment was 29.8 ± 7.5microm, 27.0 ± 12.4 microm, 31.0 ± 20.6 microm and 38.4 ± 13.3 microm at 30, 60, 90 and 120minutes erosion time. After matrix digestion mineral loss was 27.8 ± 14.2 microm,31.0 ± 20.6 microm, 36.7 ± 15.2 microm and 36.5 ± 12.2 microm at 30, 60, 90 and 120minutes erosion time.The results indicate that the calcium-analysis is supposed to be a method,which is sensitive enough to determine the loss of mineral and which isapplicable regarding the question under study.Longitudinal microradiography, however, was not a reliable method regardingthe quantification of mineral loss in the dimension produced by the erosiveprotocol. This method was not able to detect changes in mineral content,neither before nor after collagenase treatment.