ПОЛОСЫ ГУНТЕРА — ШРЕГЕРА: архитектоника эмали и закон сохранения энергии

Аннотация:

Резюме. Проведено исследован нераспространения света в эмали зуба. Показано, что проявление оптического эффекта в виде полос Гунтера — Шрегера на шлифах зуба обусловлено волноводным распространением света в эмалевых призмах. На основе волноводной модели распространения света можно объяснить происхождение и форму полос в отраженном и проходящем свете, а также при падении лазерного пучка в направлении призм от поверхности эмали к дентиноэмалевому соединению. На основе волноводной модели можно объяснить условия отсутствия рисунка полос Гунтера — Шрегера в проходящем и в отраженном свете. Ключевые слова: полосы Гунтера — Шрегера, волноводное распространение света в эмалевых призмах. Введение. Известно, что выявляемые на шлифах интактных зубов оптические эффекты в виде полос Гунтера — Шрегера и линий Ретциуса связаны со строением эмали. Линии Ретциуса складываются из поперечной исчерченности эмалевых призм. Последняя обусловлена чередованием участков с разной степенью минерализации, образующейся в процессе гистогенеза эмали. Участки с пониженной минерализацией обладают большей оптической неоднородностью, а значит, большей рассеивающей способностью. Поэтому они выглядят более светлыми в отраженном свете и более темными в проходящем свете при падении света перпендикулярно плоскости шлифа. При этом принято считать, что интактная эмаль не поглощает свет видимого диапазона. Выражаясь физическим языком, в линиях Ретциуса соблюдается закон сохранения энергии: чем больше объект отражает света, тем меньше он его пропускает. Между тем светлые и темные полосы Гунтера — Шрегера (так называемые паразоны и диазоны), видимые на продольных шлифах в отраженном естественном свете, могут быть не видны в проходящем свете. Поэтому создается впечатление, что при аналогичных условиях наблюдения действие закона сохранения энергии относительно полос Гунтера — Шрегера не выполняется. В научной и учебной литературе по морфологии эмали давно признано, что проявление полос Гунтера — Шрегера в отраженном свете на продольных шлифах зубов обусловлено изгибами эмалевых призм. Однако механизм наличия или отсутствия данного оптического феномена с исчерпывающей аргументацией обычно не рассматривается. Цель данной статьи — показать механизм образования полос Гунтера — Шрегера на основе волноводной модели распространения света в эмалевых призмах. Материалы и методы. Исследование проводилось на премолярах верхней челюсти. Из удаленных зубов готовились плоскопараллельные шлифы толщиной 120 мкм, которые хранились в 4% формалине при комнатной температуре. Плоскость шлифа соответствовала вестибулооральному вертикальному сечению и проходила через середину коронки. Механическая обработка поверхностей шлифа абразивами (шлифовка и полировка) проводилась на твердой основе, что исключало образование какого-либо микрорельефа на поверхностях. Для исследования использовалась экспериментальная установка, представленная на рис. 1. Шлиф зуба помещался в стеклянную цилиндрическую кювету, заполненную водой. Пучок света от лазерного полупроводникового модуля падал на поверхность эмали, пройдя через щелевую диафрагму. Использовались модули с длиной волны 532 nm (зеленый свет) и с длиной волны 650 nm (красный свет). Кювета и диафрагма на рис. 1 не показаны. Под кюветой помещалась поворотная призма. Свет от источника 7 или 8 падал на горизонтальную поверхность шлифа под углом от 60° до 70°. При положении фотоаппарата 1 проводилось фотографирование поверхности шлифа, обращенной вверх. При положении фотоаппарата 2 за счет поворотной призмы проводилось фотографирование поверхности шлифа, обращенной вниз. Обязательным условием фотографирования была параллельность горизонтального перемещения фотоаппарата лазерному лучу и треугольным граням призмы. Для получения изображений одинакового размера при изменении положения фотоаппарата (1 2) его перемещали не только в горизонтальной плоскости, но и по оптической оси, приближая к горизонтальной поверхности призмы и не меняя фокусировку объектива. Проводилось фотографирование шлифа при следующих ситуациях: — при падении лазерного пучка на небную поверхность эмали и одновременной подсветке от источника 7 при положении фотоаппарата 1; — при падении лазерного пучка на небную поверхность эмали и одновременной подсветке от источника 7 при положении фотоаппарата 2; — при падении лазерного пучка на небную поверхность эмали и одновременной подсветке от источника 8 при положении фотоаппарата 1; — при падении лазерного пучка на небную поверхность эмали и одновременной подсветке от источника 8 при положении фотоаппарата 2. Для сравнительного анализа изображений верхней и нижней поверхностей шлифа в области вхождения лазерного пучка использовался графический редактор Paint Shop Pro Х6. С помощью команды "Перевернуть по горизонтали" из действительного изображения нижней поверхности получали ее зеркальное изображение. Затем из действительного изображения верхней поверхности и зеркального изображения нижней поверхности выделялся один и тот же участок. Для выделения идентичных участков их координаты "привязывались" к реперным точкам, в качестве которых было удобно использовать, например, трещины шлифа. Результаты исследования И их ОБСУЖДЕНИЕ. Результаты исследования представлены на рис. 2-5. Из всех представленных фотографий (рис. 2-5) видно, что при подсветке шлифа лучом лазера картина бокового рассеяния лазерного света во внутренней половине слоя эмали соответствует рисунку полос Гунтера — Шрегера. При косом падении света на поверхность плоскости шлифа со стороны небной поверхности эмали картина бокового рассеяния лазерного света своими максимумами совпадает со светлыми полосами, которые обусловлены светом источника 7 (рис. 2, 3). При косом падении света на поверхность плоскости шлифа от вестибулярной поверхности эмали (источник 8) картина бокового рассеяния лазерного света своими максимумами совпадает с темными полосами (рис. 4, 5). Сравнение фотографий первой пары (рис. 2 и 3) показывает полное несовпадение проекции распределения светлых и темных полос как от лазера, так и от источника 7. Проекциям светлых полос верхней поверхности шлифа соответствуют темные полосы нижней поверхности шлифа. Аналогичная ситуация у второй пары фотографий (рис. 4 и 5): полное несовпадение проекции распределения светлых и темных полос как от лазера, так и от источника 8. Представленные оптические эффекты можно объяснить волноводным характером распространения света в эмалевых призмах. Известно, что в зонах контакта соседних призм (межпризменное вещество) уровень минерализации ниже, чем внутри призмы, в связи с чем значение показателя преломления у призм (1,62) больше, чем у межпризменного вещества (1,57). Из этого следует, что свет может распространяться внутри призмы, испытывая полное внутреннее отражение на ее границах, как это происходит внутри оптического волновода (световода). Также известно, что максимальный угол отклонения изгиба призмы от ее общего направления составляет порядка 20°. Если считать, что поверхность шлифа параллельна общему ходу призмы, то она пересекает изгибы пучка призм под тем же углом 20° (рис. 6). При этом торцы пересеченных призм должны быть ориентированы к поверхности эмали под такими же углами в двух противоположных направлениях. Если свет, падающий под углом на поверхность шлифа, попадает на торец призмы, обращенный к источнику (2, рис. 6), то он входит в эмаль в пределах апертурного угла призмы (световода) и распространяется внутри нее. В таких областях поверхности эмали образуются темные полосы. Если тот же свет падает на торец призмы, обращенный от источника (1, рис. 6), то он входит в призму вне апертурного угла и после преломления на поверхности шлифа попадает на ее внутреннюю поверхность под углом меньше предельного угла полного внутреннего отражения. В данном случае свет должен выйти в соседнюю призму, что приведет к увеличению диффузно отраженного светового потока, образуемого боковыми поверхностями в пучке соседних призм и к образованию светлой полосы. При противоположном направлении косо падающего света на поверхность шлифа пучки призм будут меняться ролями, "работая" точно так же. Поэтому с изменением направления светового потока на поверхность шлифа будет происходить инверсия светлоты полос в отраженном свете. Такой механизм проявления полос Гунтера — Шрегера подтверждается характером распространения лазерного света внутри эмали. Учитывая угол падения лазерного пучка на поверхность эмали (рис. 1), свет лазера должен входить в призму внутри ее апертурного угла и преимущественно распространяться внутри призмы как по световоду. В месте выхода торца призмы на поверхность выходит и свет от лазера (рис. 6). Поэтому в данном случае картина бокового рассеяния лазерного света своим максимумом совпадает со светлой полосой, образованной светом, падающим на поверхность шлифа со стороны небной поверхности (источник 7, рис. 1). При изменении направления светового потока на поверхность шлифа (источник 8, рис 1) максимумы бокового рассеяния лазерного света совпадают с темными полосами (рис. 7). Проявление данных эффектов на верхней поверхности шлифа представлено на рис. 2 и рис. 4. Учитывая, что свет распространяется не только вдоль эмалевых призм, но и пересекает их границы, значительная часть (если не основная) лазерного света проходит через эмаль от ее поверхности к дентину соответственно направлению падающего пучка (пунктирные стрелки на рис. 8). Согласно модели, описанной выше (рис. 6), свет должен выходить из шлифа, преодолевая его поверхность через апертурные углы призм. Если апертурные углы открываются вверх, то свет выходит вверх; если апертурные углы открываются вниз, то свет выходит вниз. При этом, если учитывать толщину шлифа (120 мкм), углы отклонения призм и их поперечный размер, то проекции апертурных углов, открывающихся вверх, не должны совпадать становыми, открывающимися вниз (рис. 8). При косом падении света на поверхность шлифа вне апертурных углов эмалевых призм после его преломления на поверхности шлифа он проходит внутрь. При этом происходит многократное френелевское отражение на каждой границе "тело призмы — межпризменное вещество" из-за разности показателей преломления. Прошедший таким образом световой поток на выходе через нижнюю поверхность шлифа должен быть ослаблен. Если свет падает внутри апертурных углов, световой поток проходит вдоль эмалевых призм, не испытывая вышеназванного френелевского отражения. Поэтому он меньше ослаблен и с большей интенсивностью выходит через апертурные углы нижней поверхности. В результате в проекциях светлых полос на верхней поверхности находятся темные полосы на нижней поверхности и, соответственно, в проекциях темных полос на верхней поверхности находятся светлые полосы на нижней поверхности (рис. 9). Исходя из взаимодействия света с апертурными углами призм, можно объяснить, почему в подавляющем большинстве публикаций сообщается о том, что полосы Гунтера — Шрегера видны в отраженном естественном свете и не видны в проходящем. При этом будем считать, что изгибы призм симметрично отклоняются относительно его плоскости. Если свет падает под неким углом в той же азимутальной плоскости, в которой синусоидально изгибаются призмы исследуемого участка эмали, полосы Гунтера — Шрегера видны из-за разной ориентации апертурных углов относительно падающего света. Если свет падает под неким углом в плоскости, перпендикулярной плоскости изгибов призм, или по нормали к плоскости шлифа (угол падения 0"), полосы не видны из-за одинакового направления падающего света по отношению ко всем апертурным углам. В проходящем свете полосы не видны по той же причине, так как световой поток из-за нормального падения также одинаково ориентирован по отношению к апертурным углам эмалевых призм (рис. 10). На основе волноводной модели можно объяснить серповидную форму полос Гунтера — Шрегера. Вероятно, это связано со смещением точек перекреста пучков эмалевых призм относительно дентиноэмалевого соединения (ДЭС) как в направлении "ДЭС — поверхность эмали", так и в направлении "вершина бугра (режущий край) — шейка зуба". В литературе по морфологии эмали, начиная с 30-х годов XIX века по настоящее время, имеются многочисленные источники с указанием на перекрещивание соседних пучков эмалевых призм за счет разнонаправленности изгибов. Заинтересованный читатель может найти эти источники с помощью Интернета. Обобщая данные морфологов, можно сказать, что если расположения изгибов призм одного пучка напоминают график тригонометрической функции вида у = sin х, то прилегающий к нему пучок со стороны шейки зуба или вершины бугра напоминает график функции у = -sin х (рис. 11). Выражаясь математическим языком, разность фаз этих функций составляет л. Если допустить, что каждая точка перекреста соседних пучков призм постепенно смещается в направлении от дентиноэмалевого соединения к поверхности эмали в зависимости от расстояния между шейкой и вершиной бугра, то вполне возможно выстраивание апертурных углов разнонаправленных изгибов эмалевых призм на поверхности шлифа в полосы (зоны), имеющие серповидную форму. Следует отметить, что линии Ретциуса в условиях вышеописанного эксперимента проявляются своей повышенной светлотой в любой точке эмали, что подтверждает их свойство изотропно рассеивать свет. Если линия Ретциуса пересекает светлую полосу Гунтера — Шрегера, то в данном месте усиливается светлота как при подсветке лазером, так и при подсветке источниками 7 или 8. При этом, в отличие от полос Гунтера — Шрегера, светлые линии Ретциуса находятся в одних и тех же координатах действительного изображения верхней поверхности и соответствующего зеркального изображения нижней поверхности шлифа. Заключение. Представленная волноводная модель распространения света в эмалевых призмах объясняет происхождение и форму полос на шлифах как в отраженном, так и в проходящем свете, а также объясняет происхождение полос при падении лазерного пучка в направлении призм от поверхности эмали к дентиноэмалевому соединению. Таким образом, действие закона сохранения энергии относительно феномена полос Гунтера — Шрегера полностью выполняется, а волноводная модель распространения света соответствует оптико-морфологическим особенностям эмали зуба. В свою очередь, факт преимущественного распространения света от поверхности эмали к полости зуба за счет волноводных эффектов в эмали и дентине является благоприятной основой для разработки оптических методов оценки состояния пульпы зуба.

Авторы:

Издание: Институт стоматологии
Год издания: 2018
Объем: 3с.
Дополнительная информация: 2018.-N 1.-С.101-103. Библ. 5 назв.
Просмотров: 847