Stephan Werner Koch

Versuche zu Reifungs- und Mineralisationsvorgängen mit anorganischen und organischen Kalziumphosphat-Lösungen an Zahnhartgeweben

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Zahnmedizin (Dr. med. dent.) vorgelegt an der Medizinischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 15.07.2003

Abstract
Um die Mineralisationsvorgänge an Zahnhartgeweben, insbesondere die posteruptive Schmelzreifung zu studieren, wurde im ersten Versuchsabschnitt ein pH-cycling-Experiment über 4 bzw. 8 Wochen durchgeführt. Im zweiten Versuchsabschnitt fand gepooltes menschliches Blutserum, als von organischen Verbindungen physiologischen Ursprungs dominierte Lösung, Verwendung.
An 55 Zähnen erfolgte im pH-cycling-System der Wechsel zwischen De- und Remineralisation. 40 Zähne dienten den Versuchen im zweiten Abschnitt, der sich in 4 Untergruppen zu jeweils 10 Zähnen mit verschiedenen Lösungsansätzen untergliederte. Die Versuchslösungen setzten sich aus menschlichem Serum, Natriumfluorid und einer synthetischen Kalziumphosphat-Lösung zusammen.
An den Schliffpräparaten der Versuchszähne erfolgten polarisationsmikroskopische und rasterelektronenmikroskopische Auswertungen. Die Mikrohärte der Zahnhartgewebe und die Tiefe der artifiziellen Läsionen wurden bestimmt. An ausgewählten Präparaten konnten das Ca/P-Verhältnis berechnet und die Raman-Spektren erfasst werden.
Die Bestimmung der Mikrohärteprofile erwies sich als sensitive Methode, um Veränderungen im Mineralgehalt der zuvor unbehandelten Versuchsareale festzustellen. Dabei zeigte sich, dass die Lösungsansätze mit Serum und Serum mit Natriumfluorid in der Lage sind, die Einlagerung von Mineralien in unreifen Schmelz zu fördern. Diese Einlagerung konnte im pH-cycling-Versuch nicht beobachtet werden. Daher ist davon auszugehen, dass auch im intraoralen Milieu die proteinogenen Verbindungen einen größeren Anteil an der Schmelzreifung haben, als bisher vermutet wurde.
Im Wurzelbereich konnte keine Reifung der Zahnhartgewebe erreicht werden. Des Weiteren zeigen die Ergebnisse, dass sowohl das pH-cycling als auch die 4 Lösungsansätze des zweiten Versuchsabschnittes die subfiziellen Läsionen zu remineralisieren vermögen. Es wurde jedoch kein Zusammenhang zwischen der Effektivität der Remineralisation und der Fähigkeit zu Mineraleinlagerungen in nicht demineralisierte Zahnhartgewebe deutlich.
Trotz des schwankenden Ca/P-Verhältnisses konnte eine durch Mineralisationsvorgänge hervorgerufene Umwandlung der Bindungsverhältnisse zwischen Kalzium- und Phosphationen mit Hilfe der Mikro-Raman-Spektroskopie nicht gefunden werden.

To study the posteruptive enamel maturation in particular, in a first experimental approach a pH-cycling-experiment was carried out in the period of 4 and 8 weeks. In the second experimental part human blood serum was used as a mineralizing agent of physiological origin.
Utilizing the pH-cycling-system 55 teeth underwent an alternating de- and remineralization. 40 teeth were used for the experiments in the second part itself to be subdivided in 4 subgroups to 10 teeth each with different solution ingredients. The experimental solutions consisted of human serum, sodium fluoride and synthetic calcium phosphate solution.
Longitudinal ground sections were prepared for imbibition studies in polarized light, for scanning electron microscopy and micro hardness testing. The depths of the artificial lesions were determined. Selected specimens have been investigated by energy dispersive X-ray analysis, determining the Ca/P-ratio, and micro-Raman spectroscopy.
Micro hardness testing proved as a sensitive method to ascertain changes in the mineral content of the before untreated test areas. It turned out that the solution trials containing serum only and containing serum and sodium fluoride were able to support the deposition of minerals into unripe enamel. This deposition could not be observed in the pH-cycling-experiment. Thus, it is to assume that proteins in the oral environment are much more involved in the posteruptive enamel maturation than was presumed till now.
In the root areas no maturation of sound dentin could be achieved. Furthermore the results show that both the pH-cycling and the 4 solution trials of the second experimental approach were able to remineralize artificial lesions. However, no correlation has been established between the effectiveness in remineralization and the ability to mineral deposition into not demineralized dental hard tissues.
In spite of the varying Ca/P-ratio a transformation of calcium phosphates from one phase to another could not be found by the use of micro-Raman spectroscopy.

Keywords:
Posteruptive Maturation, Remineralisation, pH-cycling, Blutserum, Zahnschmelz, Dentin, Mikrohärte, EDX, ESEM, Mikro-Raman-Spektroskopie

posteruptive maturation, remineralization, pH-cycling, blood serum, dental enamel, dentin, micro hardness, EDX, ESEM, micro-Raman spectroscopy

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Referat, Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis
1. Einleitung (1)
2. Zielstellung (2)
3. Grundlagen der Mineralisationsvorgänge an Zahnhartgeweben (3-18)
4. Material und Methode (19-26)
5. Ergebnisse (27-56)
6. Diskussion (57-64)
7. Schlussfolgerungen (65)
8. Zusammenfassung (66-67)
9. Literaturverzeichnis (68-76)
10. Thesen (77-78)