正畸釉質(zhì)脫礦的FTIR研究

[摘要]目的：探討青少年固定正畸治療后牙面脫礦與唾液之間的關(guān)聯(lián)，為牙面脫礦的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)及揭示脫礦原因提供參考。方法：選取符合條件的30名實(shí)驗(yàn)對(duì)象（矯治中15名出現(xiàn)脫礦，15名未脫礦），使用傅立葉紅外檢測(cè)方法檢測(cè)其治療前、治療結(jié)束時(shí)的唾液樣本并獲得光譜。選取光譜圖中具有代表意義的V1～V1010個(gè)位點(diǎn)，利用Logistic統(tǒng)計(jì)學(xué)分析牙面脫礦現(xiàn)象與10個(gè)位點(diǎn)的相對(duì)吸收度及相應(yīng)化學(xué)鍵。結(jié)果：建立了回歸方程， V1、V2、V4、V7與脫礦呈正相關(guān)，V3、V5、V6、V8、V9、V10與脫礦呈負(fù)相關(guān)。結(jié)論：所建回歸方程可用于脫礦風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，正畸后發(fā)生的牙面脫礦與患者唾液內(nèi)10種化學(xué)官能團(tuán)存在線性相關(guān)。

[關(guān)鍵詞]牙釉質(zhì)脫礦；唾液；FTIR；Logistic線性回歸分析

[中圖分類號(hào)]R783.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1008-6455（2012）02-0261-03

Study on the fourier transform infrared detection of saliva of orthodontic patients

XU Yi-fei1，QI Kun2，LIU Zheng3，ZOU Min1

（1.Department of Orthodontics， Stomatology Hospital，Xi`an Jiaotong University，Xi'an 710004，Shaanxi，China;2.Department of Orthodontics Tianjin Stomatology Hospital;3. Department of Oral Medicine，Stomatology Hospital，Xi'an Jiaotong University）

Abstract: Objective To predict risk of orthodontic tooth surface demineralization and reveal the cause of demineralization，saliva correlation between Fourier transform infrared spectroscopy was study. Methods Selected the 30 subjects， in which 15 patients occurred enamel decalcification and 15 didn't occur enamel decalcification，and obtain Fourier transform infrared spectroscopy. Then we selected 10 sites which is significant of the spectrum represented. Studying Forrier transform of the patients before treatment and after treatment and then using the method of Logestic Statistics to analyse the relationship between the enamel decalcification and saliva composition. Results Regression equation was established，in the ten sites，V1，V2，V4，V7 were positively correlated to demineralization， and V3、V5、V6、V8、V9、V10 were a negative correlation to demineralization. Conclusions The main component of saliva has a linear correlation with enamel demineralization，regression equation can predict the risk of demineralization reference.

Key words:Enamel decalcification; Saliva; FTIR; Logistic Linear regression

錯(cuò)頜畸形患病率67.82%[1]，多使用固定矯治技術(shù)進(jìn)行治療，而固定矯治后的牙面脫礦發(fā)生率20%～60%，是臨床上最常見的并發(fā)癥之一。脫礦表現(xiàn)為釉質(zhì)表面呈現(xiàn)白堊色，甚至釉質(zhì)缺損，對(duì)患者牙面的美觀和健康造成了一定的影響[2-3]，目前主要是依靠患者自身唾液的再礦化改善癥狀，而正畸醫(yī)生主要依賴于矯治期間使用含氟制劑進(jìn)行預(yù)防[4]，總之，無(wú)良好的治療方法。有關(guān)唾液與脫礦病因的研究較多，但主要基于唾液某種單一成分與脫礦之間的關(guān)系而展開的[5-6]。唾液是混合體，單因素的作用并不能完全反映唾液的效應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)從分析化學(xué)的角度出發(fā)，利用傅立葉變換紅外光譜(FTIR)的方法，把唾液作為一個(gè)整體進(jìn)行分析，以期建立脫礦風(fēng)險(xiǎn)模型，為脫礦的預(yù)防工作提供一條新的途徑和思路。

1 材料和方法

1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料：溴化鉀塊狀結(jié)晶（日本島津公司）。2.5ml試劑瓶。-20℃冰箱。低溫高速離心機(jī)（3K18、Sigma，德國(guó)）。佳能A720相機(jī)。冷凍干燥儀。純鈦藥匙。日本島津FTIR-8400S型傅立葉紅外光度計(jì)。電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）。電子天平（Sartorius公司產(chǎn)）。FTIR-8400S分析儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)對(duì)象：選取西安地區(qū)30位實(shí)驗(yàn)對(duì)象，滿足以下條件：自愿，12～16歲漢族學(xué)生，恒牙列，矯治前無(wú)齲壞，釉質(zhì)光滑無(wú)脫礦，無(wú)牙周病。矯治期間日刷牙3次。矯治時(shí)間1.5～2年。矯治后有15位患者發(fā)生了牙面脫礦，記錄其脫礦指數(shù)。

牙釉質(zhì)光滑、透明，沒有病損，記錄為無(wú)脫礦；如2顆牙的牙冠唇面--齦、牙合、近、遠(yuǎn)中面其中一區(qū)存在白堊色斑塊面積大于其所在牙齒分區(qū)面積的50%，記錄為脫礦。

1.2.2 唾液樣本的采集和處理：①取實(shí)驗(yàn)對(duì)象14時(shí)自然狀態(tài)下分泌的全唾液樣本2ml裝入已干燥消毒的試劑瓶中，封口膜密封，-20℃保存并標(biāo)記；②將樣本低溫離心（3000r/min×15min，4℃），將上清液通過(guò)濾膜（0.45μm），置入冷凍干燥儀內(nèi)干燥至粉末狀態(tài)，純鈦藥匙刮取置于EP管中，低溫（-20°C）備用；③取200目光譜純、干燥的溴化鉀粉末200mg和樣品1～2mg，在瑪瑙乳缽中研勻（在紅外燈下操作），裝入壓片模具，邊抽氣邊加壓，至壓強(qiáng)18MPa時(shí)，維持壓力10min，獲厚約1mm的透明溴化鉀樣品片。

1.2.3 傅立葉紅外檢測(cè)：根據(jù)孫毓慶[7]《分析化學(xué)》中所述方法進(jìn)行檢測(cè)，以空氣做空白對(duì)照。

在對(duì)儀器的分辨率及波數(shù)準(zhǔn)確度檢測(cè)后，對(duì)實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行傅立葉紅外檢測(cè)，可得到400～4000cm-1范圍內(nèi)的唾液紅外光譜圖。所有實(shí)驗(yàn)樣本的制備及檢測(cè)均有同一人完成。其中V1-V10代表在10段波長(zhǎng)下的相對(duì)吸收度(見表1)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：利用SPSS13.0對(duì)30名實(shí)驗(yàn)對(duì)象治療前的傅立葉紅外光譜10個(gè)位點(diǎn)的相對(duì)吸收度進(jìn)行Logistic線性回歸分析[8]。

2 結(jié)果

典型固定矯治后脫礦者、未脫礦者唾液的傅立葉紅外圖譜見圖1、圖2。脫礦與未脫礦患者10個(gè)位點(diǎn)的相對(duì)吸收度及各個(gè)峰值代表的主要官能團(tuán)見表1。

獲得Logistic線性回歸方程：

Y=15.832×V1+20.625×V2+(-34.363)×V3+10.794×V4+(-9.275)×V5+(-31.097)∑V6+11.518×V7+(-11.215)×V8+(-19.426)×V9+(-20.828)×V10+35.591

0＜Y＜1，Y值越接近1，則脫礦的可能性愈大，反之亦然。脫礦與未脫礦患者10個(gè)位點(diǎn)的相對(duì)吸收度明顯不同。其中，V1、V2、V4、V7與脫礦現(xiàn)象呈正相關(guān)，V3、V5、V6、V8、V9、V10呈負(fù)相關(guān)。

3 討論

3.1 唾液的檢測(cè)方法：正畸中出現(xiàn)的脫礦現(xiàn)象與許多因素有關(guān)，如口腔衛(wèi)生狀況、操作技術(shù)、粘接劑、正畸附件的材質(zhì)與工藝等。唾液是口腔中的一種混合物，是牙體的外環(huán)境，對(duì)牙的代謝有著重要影響，一直是脫礦病因研究的熱點(diǎn)。以往的相關(guān)研究主要是探討唾液內(nèi)某一成分與牙釉質(zhì)脫礦之間的關(guān)聯(lián)[5-6]，而單因素的作用并不能完全反映唾液的效應(yīng)。本研究將唾液當(dāng)做一個(gè)大分子來(lái)研究。

以往研究全唾液的方法通常需要樣本量較大，而且對(duì)檢測(cè)儀器的水平要求很高，不利于臨床檢測(cè)。傅里葉紅外光譜（FTIR）是一種分析化學(xué)檢測(cè)方法，目前廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、法庭科學(xué)、氣象科學(xué)等方面的研究[9-10]。傅立葉紅外光譜法作為一種快速、簡(jiǎn)便、價(jià)廉的方法，不僅儀器要求低，更重要的是只需要極微量的樣品就可以進(jìn)行分析，非常適用于臨床。亓坤[8]等利用FTIR檢測(cè)了72名正畸患者治療結(jié)束后的唾液，發(fā)現(xiàn)牙面脫礦患者與未脫礦患者的傅里葉紅外光譜之間存在差異，并認(rèn)為FTIR可以較真實(shí)的反映唾液的整體。

3.2 研究對(duì)象的選取：年齡是影響唾液內(nèi)主要成分的重要因素。隨年齡增長(zhǎng)，機(jī)體的許多生理狀態(tài)也在發(fā)生變化，這些變化從不同角度，以不同程度影響著唾液成分的變化。本實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象均為12～16歲，以消除年齡帶來(lái)的影響。同時(shí)，12～16歲是固定正畸治療的常見年齡。不同種族間存在遺傳學(xué)的差異，因此其唾液的生理狀態(tài)也各不相同。為排除種族差異帶來(lái)的影響，本實(shí)驗(yàn)所選取的實(shí)驗(yàn)對(duì)象均為漢族。開始矯正刷牙習(xí)慣為3次/日，在一定程度上消除了個(gè)體之間的差異，樣本的選擇有一定代表性。本研究取樣時(shí)間選擇在14時(shí)，原因有二，其一本研究前期實(shí)驗(yàn)證實(shí)一定條件下正常人唾液的傅立葉紅外光譜在一日內(nèi)和多日內(nèi)的同一時(shí)刻變化不明顯[8]；其二正畸患者多是青少年，在就診時(shí)間上以此時(shí)間段居多，臨床取樣較為容易，因此本研究選取14時(shí)作為取樣時(shí)間。

3.3 回歸方程的應(yīng)用：本研究建立了預(yù)測(cè)牙面脫礦風(fēng)險(xiǎn)的回歸方程。在臨床工作中，對(duì)于初診患者，我們可以收集他們的唾液樣本進(jìn)行傅立葉紅外檢測(cè)，將光譜圖中的10個(gè)位點(diǎn)的相對(duì)吸收度帶入此回歸方程得到Y(jié)值，0＜Y＜1，若Y值越接近1，則脫礦風(fēng)險(xiǎn)越大，反之亦然。通過(guò)此方程，我們可以對(duì)患者是否容易脫礦提前預(yù)測(cè)，從而在矯治前以及矯治中采取預(yù)防措施，將牙面脫礦的危害降至最低。

3.4 唾液的無(wú)機(jī)成分與脫礦之間的關(guān)聯(lián)：唾液的無(wú)機(jī)成分主要是鉀、鈣、鈉、氯化物、重碳酸鹽和無(wú)機(jī)磷酸鹽。鈣、磷酸鹽和其它的無(wú)機(jī)離子，具有重要的生理意義，由于這些離子以及其鹽類的存在，使唾液能維持牙體組織的完整性；促進(jìn)萌出后釉質(zhì)的成熟；富含鈣和磷酸鹽的環(huán)境也能促進(jìn)早期齲損害和脫礦釉質(zhì)的再礦化。

Binder研究認(rèn)為：患齲兒童的唾液比無(wú)齲兒童唾液中磷的含量高。在唾液中磷酸鹽中含有的化學(xué)鍵主要是P=O鍵，P-OH鍵，P-O-C鍵。在本實(shí)驗(yàn)中，代表磷酸鹽的V1、V2、V4與脫礦程度呈正相關(guān)，可能是由于磷酸鹽的存在打破了唾液的飽和平衡狀態(tài)，從而導(dǎo)致了牙面脫礦的發(fā)生。這與Binder的研究結(jié)果是一致的。

唾液緩沖作用的強(qiáng)弱取決于重碳酸鹽的含量，若含量高則緩沖能力強(qiáng)，患齲力低，反之亦然。碳酸鹽中含有的化學(xué)鍵主要是C-O鍵、C=O鍵。本實(shí)驗(yàn)中代表碳酸鹽的C=O鍵與牙面脫礦成正相關(guān)，而另外一個(gè)代表碳酸鹽的C-O鍵與牙面脫礦成負(fù)相關(guān)。可能的原因是由于下面所述的唾液內(nèi)的各種有機(jī)成分也同樣含有C-O鍵、C=O鍵，導(dǎo)致二者出現(xiàn)了協(xié)同作用。具體的原因仍需進(jìn)一步分析。

3.5 唾液的有機(jī)成分與脫礦之間的關(guān)聯(lián)：唾液的有機(jī)成分包括各種蛋白質(zhì)，少量脂肪和痕量碳水化合物。蛋白質(zhì)是唾液中最有意義的成分，與齲病發(fā)病有密切關(guān)系。唾液中與脫礦有關(guān)聯(lián)的蛋白質(zhì)主要是富脯蛋白、富酪蛋白、富組蛋白、粘蛋白、分泌型IgA等等。不同齲敏感人群唾液蛋白的種類和數(shù)量存在不同[4-5]。

本實(shí)驗(yàn)所得的傅里葉紅外光譜，代表唾液內(nèi)的富組蛋白、富酪蛋白、富脯蛋白的化學(xué)鍵主要為C=O、C-H、N-H、OH、C=C、C-OH、-C-O鍵。而本實(shí)驗(yàn)中未脫礦者的傅立葉紅外光譜中代表這些官能團(tuán)位點(diǎn)的吸收峰值均與脫礦者有顯著差別（見表2），說(shuō)明未脫礦組與脫礦組這些官能團(tuán)的量有差別，間接反應(yīng)了未脫礦與脫礦組這些蛋白質(zhì)的量是有差異的。本實(shí)驗(yàn)所得的回歸方程中，其中的V3、V5、V6、V8、V9、V10即C-H、N-H、OH、C=C、C-OH、-C-O鍵與牙面脫礦成負(fù)相關(guān)，說(shuō)明唾液內(nèi)含有的這幾種蛋白的含量越高，則發(fā)生脫礦的可能性越低，這也與其他一些研究結(jié)論基本一致[6]。說(shuō)明應(yīng)用分析化學(xué)的方法研究唾液是可行的，其方法更簡(jiǎn)便。同時(shí)，可以推測(cè)，代表以上幾種蛋白的化學(xué)鍵之一C=O鍵與牙面脫礦成正相關(guān)，可能也是由于與無(wú)機(jī)成分里面的含有的C=O出現(xiàn)了協(xié)同作用所導(dǎo)致。

4 結(jié)論

正畸治療后發(fā)生的牙面脫礦與患者唾液內(nèi)10種化學(xué)官能團(tuán)存在線性相關(guān)。臨床工作中，可以利用患者唾液的傅里葉紅外光譜以及本實(shí)驗(yàn)所獲得的線性回歸方程對(duì)患者的脫礦風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)。但這10種化學(xué)官能團(tuán)在牙面脫礦中所起的確切作用還需進(jìn)一步研究。

[參考文獻(xiàn)]

[1]傅民魁.口腔正畸學(xué)[M]，5版. 北京:人民衛(wèi)生出版社，2007:5-6.

[2]Arhun N，ArmanA. Effects of orthodontic mechanics on tooth enamel: A review[J].Semin Orthod， 2007，13:281-291.

[3]龔昕，陳蔚，宮耀，等. 固定矯治患者菌斑指數(shù)、牙齦指數(shù)、齦溝出血指數(shù)的臨床分析[J].上海口腔醫(yī)學(xué)，2006，15(4):367-369.

[4] Mattousch TJH， van der Veen MH， Zentner A . Caries lesions after orthodontic treatment followed by quantitative light-induced fl uorescence: a 2-year follow-up[J]. Eur J Orthodon，2007，29:294-298.

[5]張曉燕.氟保護(hù)漆在正畸防脫礦中的應(yīng)用研究[J].口腔醫(yī)學(xué)，2003， 23(3):155-156.

[6]侯建霞.不同齲敏感人群唾液富酪蛋自對(duì)致齲細(xì)菌粘附影響的比較[J]. 現(xiàn)代口腔醫(yī)學(xué)雜志， 2005， 19(2):155-157.

[7]孫毓慶.分析化學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社，2003:231-232.

[8]亓坤，鄒敏，劉蒸. 唾液傅立葉紅外檢測(cè)在青少年正畸牙面脫礦的初步研究[J].上海口腔醫(yī)學(xué)，2009，18(2):136-141.

[9]劉養(yǎng)清，苑戎，趙慧輝. 雞膽汁與常見動(dòng)物膽汁的紅外吸收特性比較[J].中草藥，2002，33(3): 264-266.

[10]王冰冰，俞光巖，潘慶華.傅里葉紅外光譜法用于體表檢測(cè)涎腺多形性腺瘤的研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析，2007，27(12):2427-2431.

[收稿日期]2011-08-09 [修回日期]2011-11-12

編輯/張惠娟