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Messprobleme bei der profilometrischen Quantifizierung von erosiv bedingten Zahnhartsubstanzverlusten an humanem Dentin : Eine systematische Methodenevaluation

Schulze, Katja


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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-98167
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2013/9816/

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Profilometrie , Dentin
Freie Schlagwörter (Englisch): profilometry , dentine
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Medizinisches Zentrum für Zahn-, Mund-, und Kieferheilkunde, Poliklinik für Zahnerhaltungskunde und Präventive Zahnheilkunde
Fachgebiet: Zahnmedizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 24.06.2013
Erstellungsjahr: 2013
Publikationsdatum: 03.07.2013
Kurzfassung auf Deutsch: Die Profilometrie ist eine etablierte Messmethode in der Erosionsforschung. Sie ist für Schmelz validiert, wird aber auch für Dentin angewendet. Doch im Gegensatz zu Schmelz weist Dentin eine komplexe Histologie auf. So wird nach einer Demineralisation ein Kollagengeflecht freigelegt, das innerhalb kurzer Zeit bei Dehydrierung an der Raumluft zusammenfällt. Zudem ist mineralisiertes Dentin im Gegensatz zu Schmelz ein wasserreiches Gewebe. Beide Aspekte führen dazu, dass die Profilometrie nicht einfach von Schmelz auf Dentin übertragbar ist, sondern besonderer Anpassungen bedarf.
Ziel dieser in vitro Studie war es, den Einfluss der Dehydrierung von Proben auf die profilometrischen Messergebnisse vor und nach Entfernung der organischen Matrix sowie den Einfluss der verwendeten Tasterart zu untersuchen.
Dazu wurden Dentinproben (je n=15) mit einer definierten Dicke in Zitronensäure (0,05 molar, pH 2,6) für 5, 10, 15, 20, 30, 60, 90 und 120 Minuten demineralisiert. Anschließend wurde die Stufenhöhe zwischen einer Referenz- und einer Versuchsfläche unter verschiedenen Messbedingungen untersucht.
Die Messungen wurden sowohl vor als auch nach Entfernung der organischen Matrix mit einem mechanischen Taster und einem optischen Sensor durchgeführt. Vor Entfernung der organischen Matrix wurden die Proben unter standardisierten feuchten Messbedingungen und nach 2- und 10-minütiger Dehydrierung der Probe an der Raumluft profilometrisch vermessen. Nach Entfernung der organischen Matrix mit einer Kollagenaselösung wurde die Stufenhöhe unter standardisierten feuchten Messbedingungen und ausschließlich nach 10-minütiger Dehydrierung der Probe an der Raumluft ermittelt. Zusätzlich wurden vor und nach Entfernung der organischen Matrix mit beiden Tasterarten Trocknungseffekte über die Zeit beobachtet. Um die Messergebnisse zu visualisieren, wurden 3D-Scans und rasterelektronenmikroskopische Strukturaufnahmen sowie EDX-Linescans angefertigt.
Vor Entfernung der organischen Matrix konnte im feuchten Zustand der Probe aufgrund der vollständigen Hydrierung der organischen Matrix durch den optischen Sensor kaum eine Stufenhöhe ermittelt werden. Die Werte lagen nach 5, 10, 15, 20, 30, 60, 90 und 120 Minuten bei 0,3 ± 0,7; 0,4 ± 1,2; 0,5 ± 1,3; 0,8 ± 1,7; 1,0 ± 1,1; 1,9 ± 1,5; 3,1 ± 1,5 und 3,4 ± 1,5. Im Gegensatz dazu gräbt sich der mechanische Taster in die organische Matrix ein und erzielt dadurch höhere Werte (Werte für 5, 10, 15, 20, 30, 60, 90, 120 Minuten lagen bei 2,9 ± 1,1; 4,9 ± 1,3; 6,9 ± 1,6; 9,0 ± 1,7; 12,1 ± 1,7; 17,9 ± 1,9; 24,8 ± 4,2; 30,6 ± 5,8). Eine 2- und 10-minütige Dehydrierung der Probe an der Raumluft führte aufgrund des Zusammenfalls der organischen Matrix bei beiden Tasterarten zu einer signifikanten Erhöhung der Werte. Dennoch konnte vor Entfernung der organischen Matrix die Mineralisationsfront durch beide Tasterarten nicht dargestellt werden. Dies bestätigte sich bei dem Vergleich der einzelnen Messbedingungen durch Bland-Altman-Plots, bei denen sich sowohl signifikante systematische als auch proportionale Fehler zeigten.
Nach Entfernung der organischen Matrix haben sich die Werte bei beiden Tasterarten erhöht. Die Trocknung der Proben führte jedoch über eine Wölbung der Probe, die durch 3D-Scans visualisiert werden konnte, zu einer Verkleinerung der Werte um 2-4 µm.
Die rasterelektronenmikroskopischen Strukturaufnahmen vor Entfernung der organischen Matrix zeigten eine mit zunehmender Demineralisationszeit dicker werdende, entmineralisierte organische Matrix. Die vollständige Demineralisation des Kollagengeflechts konnte durch die EDX-Linescans bestätigt werden. Nach Entfernung der organischen Matrix wurde auf den Strukturaufnahmen ein mit zunehmender Demineralisationszeit wachsender Substanzverlust erkennbar.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass der Mineralverlust erst nach Entfernung der organischen Matrix unter feuchten Messbedingungen adäquat quantifiziert werden kann. Die Werte, die sowohl vor als auch nach Entfernung der organischen Matrix unter unterschiedlichen Messbedingungen erhoben wurden, sind nicht proportional zueinander, da eine Dehydrierung der Probe zu einer raschen Veränderung der Messwerte führt.
Diese Studie betont somit die Wichtigkeit eines entsprechenden Studiendesigns, um adäquat den Mineralverlust messen zu können. Dazu zählen sowohl die dem Zielkriterium entsprechende Auswahl des Tasters und die entsprechende Probenvorbereitung, als auch die Einhaltung einer standardisierten Feuchtigkeitskontrolle.

Kurzfassung auf Englisch: Profilometry is a well-established method in erosion research. It has been validated for enamel but is also applied to dentine. However, the histology of dentine is much more complex than that of enamel. After demineralisation, organic structures remain on the surface of the dentine. These are susceptible to dimensional change within a short period of time when exposed to ambient air. Moreover, mineralised dentine, in contrast to enamel, is a physiologically moist tissue. Both aspects lead to the conclusion that established methods of profilometry as applied to enamel are not simply transferable to dentine but require specific adjustments.
The study at hand seeks to evaluate the impact of dehydration prior to and after the removal of the organic structures of the dentine specimens as well as the impact of the applied type of measuring method on the results.
For the profilometric measurement dentine specimens with a defined thickness were eroded with citric acid (0,05 molar, ph 2.6) for 5, 10, 15, 20, 30, 60, 90 and 120 minutes respectively (each n=15). After the demineralisation period, step height was determined between a reference and an experimental area under various conditions.
The measurements were conducted prior to and after the removal of the demineralised surface material using a non-contact, optical measuring device and a contact stylus. Prior to the removal of the demineralised surface material, step height was measured first under standardised moist conditions and also after exposure to ambient air for 2 and 10 minutes respectively. After removing the demineralised surface material with a collagenase solution, step height was again determined under standardised moist conditions as well as after a standardised
10 minute exposure to ambient air. In addition, measurements over the time of
30 minutes prior to and after the removal of the organic structures were made using both non-contact and contact measuring devices. To visualise the results, 3D scans, scanning electron microscopy images and EDX linescans were made.
In the presence of the demineralised surface material and under moist conditions, the non-contact measuring device revealed almost no step height. Values
(µm, mean ± SD) after 5, 10, 15, 20, 30, 60, 90, 120 minutes were 0.3 ± 0.7, 0.4 ± 1.2, 0.5 ± 1.3, 0.8 ± 1.7, 1.0 ± 1.1, 1.9 ± 1.5, 3.1 ± 1.5, 3.4 ± 1.5, caused by the fully hydrated organic structures. In contrast, the contact stylus partly penetrated the surface which revealed significantly higher results than the non-contact measuring device (values for 5, 10, 15, 20, 30, 60, 90, 120 minutes were 2.9 ± 1.1, 4.9 ± 1.3, 6.9 ± 1.6, 9.0 ± 1.7, 12.1 ± 1.7, 17.9 ± 1.9, 24.8 ± 4.2, 30.6 ± 5.8 respectively). Higher measurement results were revealed after exposure to ambient air for 2 and 10 minutes due to shrinkage of the organic structures caused by dehydration. Nevertheless, prior to the removal of the organic structures neither measuring device was able to picture the mineralisation of organic structures. This has been confirmed by Bland-Altman comparison of the results which revealed distinct significant proportional and relative biases.
After the removal of the demineralised surface material the measurement results were distinctly higher. Dehydration in ambient air resulted in about 2-4 µm warping of the specimens, which reduced the measurement results and could be visualised in a 3D scan.
Scanning electron microscopy images taken before the enzymatic removal of organic structures revealed that the demineralised surface layer increased in thickness depending on the time spans of demineralisation. The fully demineralised organic structure could be pictured by EDX linescans. After the enzymatic removal of the demineralised surface material the loss of mineralisation could be pictured as a loss of tissue which was also dependent on the time spans of demineralisation.
In conclusion, the loss of mineralised tissue cannot be adequately quantified unless demineralised surface material is removed and samples are kept moist. Most importantly, results obtained in the presence or absence of demineralised surface material were not proportional. Exposure to ambient air rapidly altered the measuring results. The study emphasises the necessity of adequate sample preparation, the careful choice of measuring method with regard to the parameter under study, and of meticulous standardisation of the measuring procedures.
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