Summary
The Rub & Roll peuvent imiter le cycle de mastication, permettant la variation de la force de mastication, distance de glissement, mâcher vitesse, nombre de cycles et la fréquence et avec une combinaison de défis érosives et abrasifs peut se traduire par une simulation complexe du vieillissement par voie orale.
Abstract
Mâcher, de boire et de grincement de dents occasionnel seront traduira par l’usure des dents physiologiques au cours de sa vie. Défis extrêmes, tels que le bruxisme ou mâcher habituelle sur des objets étrangers, peuvent conduire à une usure excessive. Récemment, le rôle de l’érosion pour accélérer l’usure des dents mécanique a été reconnu, mais l’interaction entre les processus d’usure chimique et mécanique n’a pas été étudiée. Notre laboratoire a récemment introduit un appareil de simulation de roman usure orale, le Rub & Roll, qui permet à l’utilisateur d’effectuer l’usure et chargement des études séparément ou simultanément dans un environnement érosif et/ou abrasif. Ce manuscrit décrit une application du dispositif : le chargement mécanique et érosif combiné des molaires de l’homme extrait (GER) dans un mouvement de mastication simulé, avec une application contrôlée de force, vitesse, fluide et l’heure et l’application des profilométrie sans contact dans la visualisation et le patron d’usure résultant de la mesure. La morphologie occlusale qui a été créée dans l’expérience avec le plus haut niveau de chargement est très similaire à la présentation clinique d’usure érosive.
Introduction
La cavité buccale pourrait être considéré comme un environnement hostile : l’humidité, les changements de température due à l’absorption de nourriture chaude et froide et une charge mécanique avec certains des plus puissants muscles dans le corps humain. Dents, cependant, sont éminemment équipés pour affronter ces défis. L’émail est très dur, et la dentine sous empêche l’émail relativement fragile de fracturation. La composante minérale des deux matériaux, hydroxyapatite est de très faible solubilité et en équilibre avec la salive sursaturée. Mâcher, de boire et la rectification à dent occasionnel seront traduira par usure des dents physiologiques pendant une durée de vie1,2,3. Défis extrêmes, tels que le bruxisme ou mâcher habituelle sur des objets étrangers, peuvent conduire à une usure excessive. Récemment, le rôle de l’érosion pour accélérer l’usure des dents mécanique a été reconnu. Erosion dentaire a été étudiée in vitro, mais les modèles utilisés ont été généralement simples, et des facteurs mécaniques ont été largement ignorés. L’interaction clinique entre le processus d’usure chimique et mécanique n’est donc pas entièrement compris4.
Beaucoup de in vitro de l’érosion et d’usure érosive études ont utilisé simple immersion acide d’émail brillant plat ou échantillons de dentine, à l’aide de perte de dureté ou de profilométrie comme mesure approchent5. L’introduction d’un élément abrasif participe habituellement les dents brossage, ou parfois la langue ou d’un émail cusp coulissant contacts6. Ces études ont montré que l’émail des résultats de l’érosion dans une couche de surface adoucie, qui est facilement abrasée. Surfaces planes sont habituellement nécessaires parce que le dispositif de chargement mécanique ne peut pas gérer les surfaces inégales et les techniques de mesure pour surfaces inégales sont aussi plus compliqués. Cependant, plus usure érosive des dents chez les adolescents est vu sur les cuspides occlusales et l’abrasion par la mastication des aliments devrait être le facteur mécanique plus pertinent en occlusion usure érosive. La machine idéale usure orale qui imite l’environnement buccal dans tous les détails n’existe pas, et la plupart des modèles in vitro ne permettent pas pour des surfaces occlusales des dents d’être soit exposée ou mesurée7,8.
Notre laboratoire a récemment introduit un dispositif novateur, qui est conforme à beaucoup de7 spécifications de Heintze et tolérances des modèles de simulation d’usure orale, et qui permet à l’utilisateur d’effectuer des études d’usure et de chargement séparément ou simultanément dans un environnement érosive et/ou abrasive. Le nouveau dispositif (Rub & Roll) se compose d’une machine en remuant et un conteneur (Figure 1 a). Dans le conteneur, un cylindre avec des spécimens peut être monté. Entre le cylindre et la paroi intérieure du conteneur une des tiges plus sont placés (Figure 1 b). En démarrant le moteur vibrant, la tige tourne sur les spécimens dans le cylindre (Figure 1C). À l’aide de cales, les différentes forces peuvent être appliqués sur les spécimens. Pour une description complète de la conception, construction, mécanisme de fonctionnement et caractéristiques de l’appareil voir le document présentant et en discutant le dispositif9. L’appareil est robuste, pas techniquement difficile et peut appliquer des charges de 32 spécimens simultanément. La force antagoniste se déplace sur la surface de l’échantillon, tout en maintenant le contact fluide et continu, ce qui est comparable à la mastication normale10. Nous présentons une application à l’usure érosive modèle des surfaces occlusales des dents naturelles, et nous démontrons la pertinence clinique et la polyvalence de la méthode.
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Protocol
Collection des dents utilisé dans cette expérience a été réalisée conformément aux directives du Comité d’éthique médicale régionale.
1. prélèvement et préparation des échantillons
- Recueillir 24 molaires humaines extraits sonores (GER) de cabinets dentaires et badigeonner de pierre ponce dans une pièce à main basse vitesse à un endroit propre (aucun débris, aucun restes gingivales) et dent lisse la surface et enfin rincer pendant 15 s sous l’eau courante.
- Incorporer les échantillons pour les faire se dans les encoches (12 x 15 x 27,5 mm) du cylindre de l’appareil.
- Faire fondre le composé d’impression (un bâton de 113 g) sur une plaque chauffante (50 ° C) pendant environ 10 min et tremper la partie occlusale de la molaire dans la matière fondue, couvrant la surface occlusale. Retournez la molaire sur une lame de microscope et presser jusqu'à ce que tous les trucs de coupe touchent le verre et attendent ± 30 s jusqu'à ce que le composé d’impression a refroidi et ensemble, fixation de la dent.
- Utiliser une seringue à verser 10 mL du mélange de polyméthacrylate de méthyle (PMMA) dans un moule en silicone avec à l’intérieur des dimensions de 12 mm x 15 mm x 27,5 mm. Mix PMMA dans une hotte aspirante (polymère de 13 g ratio : monomère de 10 mL) pour environ 25 s à l’aide d’une spatule. Laisser reposer pendant 15 s afin que les bulles d’air peuvent s’échapper avant d’utiliser.
- Retournez la lame de microscope et suspendre la molaire dans le moule silicone rempli de PMMA. Enfoncez la lame jusqu'à ce qu’il touche le moule. La phase de coulage dure environ 1,5 min à température ambiante.
- Après le réglage du PMMA à température ambiante et de 1 000 hPa pendant 20 min, retirer la lame de microscope et enlever la dent embarquée du Moule silicone.
- Mesurer la hauteur totale de la molaire embarquée et régler la hauteur à 27,3 mm exactement en retirant progressivement le PMMA durci par le bas avec une fraiseuse équipée d’une fraise de 16 mm.
2. préparer la Solution de déminéralisation
- Ajouter 0,1 M acide lactique (50 g), 1,5 mM CaCl2 1,103 g, 0,9 mM KH2PO4 (0,612 g), chloramine de 1 % de 10 mL, 0,5 ppm F (2,5 mL de 1 000 ppm solution Fluorid Standard) à 4 900 mL d’eau désionisée sur une plaque en remuant.
- Titrer avec 10 M KOH (± 50 mL) à un pH de 4,8 avec électrode de verre étalonné.
3. montage de l’échantillon et des paramètres de la Rub Machine & Roll (Figure 1)
- Retirez le cylindre et placer 24 spécimens dans les évidements dans le cylindre du Rub & Roll.
- Pour ajuster la force de chargement, régler la partie saillante de l’échantillon de la bouteille en plaçant une cale dans la tablette sous le spécimen. Car aucune charge (0, N) 8 spécimens, n’utiliser aucune cale et pour 30 N (8 spécimens) et 50 N (8 spécimens), utiliser une cale de 1 mm et 1,5 mm, respectivement.
- Monter les 2 parties du cylindre et fixer avec une vis M6 et placer la bouteille dans le bac.
- Remplissez le réservoir avec 500 mL de solution de déminéralisation.
- Placer la tige de chargement : un tube de PVC (dureté Shore de 73 A) avec un diamètre extérieur de 14 mm et d’un diamètre de 9 mm de diamètre intérieur 10 mm avec un insert d’un acier inoxydable 316 tige (130-150 de dureté HB).
- Régler la vitesse de rotation à 20 tr/min, pour simuler la clinique fréquence mastication et laissez l’appareil fonctionner sans interruption.
- Pendant l’expérience, remplacez la solution anticalcaire et le tube de PVC et vérifier le pH avec une électrode de verre gradué, deux fois par semaine.
- Après 3 mois (correspondant à environ 1 500 000 cycles) Débrancher le cylindre du conteneur et retirer l’échantillon en démontant les 2 parties de la bouteille et conserver l’échantillon dans l’eau désionisée.
Remarque : Tous les échantillons sont analysés avant et après le chargement dans la Rub & Roll, à l’aide d’un profilomètre sans contact.
4. profilométriques balayage, analyse et la soustraction
- Générer une mesure topographique de l’échantillon à l’aide d’un profilomètre.
- Mettre en marche le matériel : ordinateur, module de bloc d’alimentation et contrôleur de capteur. Placer le capteur approprié et fixer avec les vis de serrage. Ensuite, insérez avec précaution la fibre optique dans le contrôleur de capteur.
- Sélectionnez le capteur sur le contrôleur de capteur. Le contrôleur capteur affichera 4 options (F1 - F4). Appuyez sur F4 deux fois et le menu capteur confocal est affiché.
- Appuyez sur F3 (choix de capteur) et placez-vous sur 2-10 000 µm. Select (10 mm) et appuyez sur F4. Appuyez sur F1 et choisissez F4 (oui) pour enregistrer les paramètres de l’EEPROM. Sélectionner l’intensité des LED et tourner en position « ± 09:00 » et appuyez sur F4 - F2 - F4 prenant une référence « sombre » du capteur.
- Ouvrez le logiciel et choisissez l’option « se connecter » à l’appareil. Sachez que la table de mesure passeront automatiquement à la recherche de la « position de base ». L’écran d’accueil apparaît à l’écran. Appuyez sur outils dans la barre de menu, suivie par la sélection du capteur et choisissez capteur S29 | 10 - 10 000 µm.
- Appuyez sur outils dans la barre de menus, suivie de la fréquence d’échantillonnage et de choisir 300 Hz. Appuyez sur outils dans la barre de menu, suivie par le capteur de vitesse et de choisir 0 - 100 %.
- Dans la barre de menus, sélectionnez Scan. Puis sélectionnez clé déplacer scène. Appuyez sur la zone jaune au milieu de l’écran pour déplacer la table de mesure vers le centre.
- Positionner l’échantillon au centre de la table de mesure, puis en définissant la bonne hauteur dans la portée du capteur. Placez la sonde au-dessus de la zone d’intérêt du spécimen et ajustez la distance de la sonde de telle sorte que la zone de prélèvement complet à analyser se trouve dans la plage focale du capteur. Le contrôleur capteur indique si la hauteur est dans la portée du capteur montrant une zone verte dans la hauteur des données en temps réel.
- Choisissez paramètres. La moyenne de la valeur 2, pour chaque point de données enregistrées soit la moyenne des 2 mesures. Cela va ralentir la vitesse de balayage, mais augmenter la qualité de numérisation. Après avoir terminé les réglages, appuyez sur OK pour revenir à l’installation principale de balayage.
- Positionner le faisceau du capteur sur le coin supérieur gauche de l’échantillon. Définissez la zone de numérisation totale sur 15 mm x 12 mm avec une taille d’étape en X et l’axe des ordonnées de 40 µm (0,04 mm), numéro d’étapes en X = 375 et Y = 300. Encore une fois, les petites étapes augmentera résolution de numérisation, mais aussi les temps de numérisation. Appuyez sur Scan maintenant pour lancer le balayage.
- Lorsque l’analyse est terminée après environ 10 min, sélectionnez le fichier dans la barre de menus, puis en choisissant enregistrer sous. Les scans sont normalisées de telle manière que les échelles sont toujours sur les mêmes niveaux.
- Sélectionnez le fichier dans la barre de menu, puis en choisissant ouvrir le fichier. Dans la barre de menus, sélectionnez gauchissement. Appliquer un filtre de déformation de 1 pour éliminer les interférences de la numérisation table et capteur. Sélectionnez Highest point dans la barre de menu et trouver le point le plus élevé sur la molaire.
- Sélectionnez outils dans la barre de menu, puis en choisissant l’option échelle à la configuration de numérisation. Dans la configuration de la numérisation, définir le décalage en mm calculé par point culminant de Z valeur (mesurée en 4.10) - 3500. Définissez la plage à manuel, de 0 à 3.6 mm, puis appuyez sur OK.
- Sélectionnez espace de chargement dans la barre de menu pour remettre la balance. Sélectionnez le fichier dans la barre de menu, puis en choisissant enregistrer sous.
- Soustraire des scans prises à deux moments différents dans le temps.
- Sélectionnez ouvrir dans le menu du logiciel. Localiser le scan original et le fichier d’analyse mis à jour le dans le répertoire, sélectionnez fichiers et appuyez sur OK. L’écran d’Options s’affiche, choisissez l’option mise à niveau : Manuel de mise à niveau option ; et dans la compensation compenser les options respectivement, s’appliquent à l’original et à mis à jour le.
- Sélectionnez fenêtre dans la barre de menu, suivie de l’option créer la vue et, enfin, l’option Croix vue en coupe.
- Sélectionnez la surface modifiée et déplacez la surface modifiée sur la surface initiale en horizontal, vertical et direction Z (hauteur) en maintenant la touche CTRL enfoncée et appuyez sur la touche de direction gauche et droite pour la direction horizontale ; tenant la touche Ctrl et appuyez sur haut et bas flèche de direction verticale ; tenant la touche Maj enfoncée et appuyez sur haut et bas flèche clé pour la direction de Z de telle sorte que le volume soustraite et affiché dans la vue de la différence de hauteur sont aussi bas que possible.
- Sélectionnez le fichier dans la barre de menu, puis en choisissant enregistrer sous sortie est lue comme la perte de volume moyen et la hauteur moyenne.
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Representative Results
Nous avons exposé les dents molaires humaines (n = 8 par groupe) à une solution aqueuse acide à pH 4,8 dans la Rub & Roll, pendant 3 mois. Cela correspond à un temps de fonctionnement clinique d’environ 6 ans. La charge mécanique appliquée était : sans charge (0, N), 30 N ou 50 N.
Moyenne était de la perte de hauteur surface occlusale pour les trois groupes : 76 ± 20 µm pour 0 N ; 161 ± 40 µm pour 30 N ; et 266 µm ± 101 pour 50 N (Figure 2). L’usure érosive avec le chargement mécanique entraîné soucoupe en forme de lésions sur les conseils de cuspide occlusale ressemblant étroitement le phénomène clinique associé à usure érosive dent appelé « ventouses » (Figure 3 et Figure 4).
Figure 1. Présentation schématique du Rub & Roll. (a) vue d’ensemble de l’appareil : 1. en brassant moteur, 2. conteneur. vue intérieure (b) du conteneur : 3. rod, 4. cylindre. (c), la tige en communiquant avec le spécimen et l’extérieur du conteneur : 3. 5, rod. Shim, 6. Embedded molaire. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2. Graphique à barres montrant la perte de hauteur moyenne de surface occlusale des dents molaires humaines truffé de 0, 30 ou 50 N dans une solution à un pH de 4,8 à l’aide de l’appareil Rub & Roll de déminéralisation. Barres d’erreur indiquent SD. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3. Exemple typique de dents molaires après 3 mois dans la Rub & Roll dans une solution de déminéralisation avec pH 4,8. De gauche à droite, la dent a été mécaniquement chargée avec 0 N-30 N, ou une rangée de N. Top 50 montre des photographies de lumière (grossissement 10 X), et la rangée du bas montre les images de soustraction correspondantes. Les couleurs dans les images de soustraction indiquent la perte d’altitude d’aucune perte (rouge) à 1 500 µm perte (bleu). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 4. Exemples d’analyses profilométrique des échantillons choisis, avant (rangée du haut) et après l’exposition de 3 mois (rangée du milieu). La rangée du bas montre la ligne coupes des deux scans superposées (rouges avant et noirs après l’exposition). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 5. Un exemple clinique d’usure des dents érosive occlusale. Notez les ventouses des points de rebroussement (gracieuseté de Dr R. Kuijs). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
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Discussion
L’application présentée ici donne une bonne impression de la pertinence clinique de la Rub & Roll. La morphologie occlusale qui a été créée dans l’expérience avec le plus haut niveau de chargement est très similaire à la présentation clinique dent érosive usure (Figure 5)11,12.
La polyvalence de la mise en place se trouve d’abord avec les solutions utilisées. Dans le modèle le plus simple, l’eau peut être utilisé. Chargement des échantillons dans un milieu d’eau peuvent être utilisées pour l’échantillon, par exemple le vieillissement de l’adhésif de la résine composite restauration collage, devant la force de liaison stable13. Dans un modèle plus cliniquement pertinent, l’eau peut être remplacée par la salive artificielle. Les composants abrasifs tels que les fibres peuvent être ajoutées pour simuler la mastication des aliments abrasifs. Denrées alimentaires même entiers peuvent être utilisés dans des situations où une usure masticatoire est le résultat incriminés. Pour une usure érosive pure, la solution peut être formulée pour imiter des jus ou des boissons gazeuses.
Deuxièmement, comme illustré dans l’exemple, le chargement peut être ajusté en changeant la position des échantillons. Le chargement est limité à environ 75 N, mais cela se trouve bien dans le secteur de forces de mastication normale14. En choisissant physiologique de niveaux, de chargement, la vitesse du processus de vieillissement est cliniquement pertinente. Total temps expérimental est encore réduite, en raison de l’exposition continue dans l’unité de rotation et le nombre élevé d’échantillons qui peuvent être exposés en même temps.
Plus de modification de l’appareil peut-être être envisagées. En ajoutant une unité de contrôle thermique, l’aspect de cyclage thermique pourrait être introduite, un autre aspect important du vieillissement intra-buccale. En changeant le milieu cycliquement, pH-cyclisme pourrait être introduite, pour la simulation d’un processus de caries (dé - et reminéralisation) de l’émail. La surface de la tige peut être modifiée pour simuler des situations différentes antagoniste, tels que la porcelaine ou les restaurations en composite. En plaçant un matériau visco-élastique sous les échantillons, l’action du ligament parodontal peut être simulée. L’appareil est relativement simple et peut facilement être personnalisé par l’utilisateur, comme vous le souhaitez.
Il y a quelques détails qui doivent être considérés lors de l’utilisation de l’appareil. Lors de l’utilisation des surfaces de contact inégales, échantillon de positionnement est compliquée, comme le mouvement de la tige sur toute la surface peut être entravé par des formes en saillie. Cela peut provoquer le glissement de la tige et les vibrations indésirables. Au début de chaque expérience, il est donc nécessaire de suivre de près le fonctionnement de l’appareil. Après environ 8 heures il habituellement se déroulera sans heurts. Il est recommandé de remplacer la tige après cette période et de ce point, le remplacer deux fois par semaine.
Avant les dents sont intégrés pour le chargement de l’occlusion, le positionnement doit être examiné attentivement afin que la direction du mouvement de la tige simule le mouvement d’articulation ou chewing gum aussi près que possible. La force sur la surface occlusale peut conduire à le pour usure, qui à son tour va diminuer la charge. Un suivi régulier de la saillie de l’échantillon est recommandé afin de maintenir la charge au sein de la plage. En milieu acide, des expériences pour l’érosion ou la modélisation de la carie, la valeur du pH doit également être surveillée. Cela peut changer au cours d’expériences plus longtemps à la suite de la dissolution de l’émail.
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Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Les auteurs n’ont aucun remerciements.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Low speed handpiece | KAVO, Leutkirch imm Allgau, Germany | Dental equipment | |
| Brush for handpiece | KAVO, Leutkirch imm Allgau, Germany | Dental equipment | |
| Pumish | Dental equipment | ||
| Human third molars | |||
| Impression compound green | Kerr, Bioggio, Switzerland | Art.nr. 00444 | |
| Microscope slide | Menzel, Braunschweig, Germany | 76 x 26 mm | |
| Autoplast Cold curing denture base material | Candulor, Wangen, Switzerland | ||
| Silicone mold with inside dimensions of 12 x 15 x 27.5 | 3M Espe Neuss, Germany | Express STD | |
| Pressure vessel | Al Dente, Meckenbeuren, Germany | 581-009-024/25 | |
| Milling cutter ø16mm | Format, Germany | HSSCo8 nr. 21691600 | |
| Milling machine | Weiss Machine Tools | WMD 20 LV | |
| Rub&Roll | UMCN , Nijmegen The Netherlands | Technical workshop | |
| Rub&Roll container | UMCN , Nijmegen The Netherlands | Technical workshop | |
| Rub&Roll cylinder sample holder | UMCN , Nijmegen The Netherlands | Technical workshop | |
| Rub&Roll motor | UMCN , Nijmegen The Netherlands | Technical workshop | |
| Shim: Silicone plate massive 1 mm/ 1,5mm, 60 ± 5° Shore A, red | Peter van den Berg afdichtingstechniek, Barendrecht | ||
| Lactid acid extra pure 88% | Boom, The Netherlands | CAS nummer: 79-33-4 | |
| Calcium Chloride dihydrate CaCL2 .2H2O | Merck, Darmstadt, Germany | CAS nummer: 10043-52-4 | |
| Pottassium dihydrogen Phosphate KH2PO4 | Merck, Darmstadt, Germany | CAS nummer: 7778-77-0 | |
| Chloramine T (sodium salt) trihydrate for synthesis CH3C6H4SO2NClNa·3H2O | Merck, Darmstadt, Germany | CAS nummer: 7080-50-4 | |
| Natriumfluoride standard solution 1000mg/L F Certipur | Merck, Darmstadt, Germany | CAS nummer: 7681-49-4 | |
| Deionized water | |||
| Kaliumhydroxide, pellets EMSURE analytical reagent KOH | Merck, Darmstadt, Germany | CAS nummer: 1310-58-3 | |
| PVC tube(Hardness73 Shore A)outer diameter 14mm inner diameter 10mm | DEUTSCH & NEUMANN, Germany | Art.nr. 3501014 | |
| Insert of a stainless steel 316 (Hardness 130–150 HB) diameter 9mm | UMCN , Nijmegen The Netherlands | Technical workshop | |
| pH glass electrode | WTW, Weilheim, Germany | Sentix 61 103640 | |
| Non contact Profilometer Proscan 2100 | Scantron Industrial Products Ltd, Taunton, UK | http://www.scantronltd.co.uk | |
| Software version Proscan 2100 2.1.1.15A+ Sensor S29 / 10-10000 microns | Scantron Industrial Products Ltd, Taunton, UK | ||
| Software version Proform | Scantron Industrial Products Ltd, Taunton, UK | ||
| Stereomicroscope Leica | www.leica-microsystems.com | M50 | |
| Photocamera Canon | Canon Japan | EOS 50D | |
| Syringe | BD Plastipak, Spain | 20 ml. | |
| Hotplate | Schott instruments Mainz | SLK1 | |
| Silone impression material (Vinyl Polysiloxane Expres) | 3M Espe , USA | Regular | |
| Stirring Plate | IKA Werke, Germany | KMO2 Basic |
References
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