正畸釉质脱矿的FTIR研究

[摘要]目的：探讨青少年固定正畸治疗后牙面脱矿与唾液之间的关联，为牙面脱矿的风险预测及揭示脱矿原因提供参考。方法：选取符合条件的30名实验对象（矫治中15名出现脱矿，15名未脱矿），使用傅立叶红外检测方法检测其治疗前、治疗结束时的唾液样本并获得光谱。选取光谱图中具有代表意义的V1～V1010个位点，利用Logistic统计学分析牙面脱矿现象与10个位点的相对吸收度及相应化学键。结果：建立了回归方程， V1、V2、V4、V7与脱矿呈正相关，V3、V5、V6、V8、V9、V10与脱矿呈负相关。结论：所建回归方程可用于脱矿风险预测，正畸后发生的牙面脱矿与患者唾液内10种化学官能团存在线性相关。

[关键词]牙釉质脱矿；唾液；FTIR；Logistic线性回归分析

[中图分类号]R783.5 [文献标识码]A [文章编号]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

错颌畸形患病率67.82%[1]，多使用固定矫治技术进行治疗，而固定矫治后的牙面脱矿发生率20%～60%，是临床上最常见的并发症之一。脱矿表现为釉质表面呈现白垩色，甚至釉质缺损，对患者牙面的美观和健康造成了一定的影响[2-3]，目前主要是依靠患者自身唾液的再矿化改善症状，而正畸医生主要依赖于矫治期间使用含氟制剂进行预防[4]，总之，无良好的治疗方法。有关唾液与脱矿病因的研究较多，但主要基于唾液某种单一成分与脱矿之间的关系而展开的[5-6]。唾液是混合体，单因素的作用并不能完全反映唾液的效应。本实验从分析化学的角度出发，利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)的方法，把唾液作为一个整体进行分析，以期建立脱矿风险模型，为脱矿的预防工作提供一条新的途径和思路。

1 材料和方法

1.1实验设备及材料：溴化钾块状结晶（日本岛津公司）。2.5ml试剂瓶。-20℃冰箱。低温高速离心机（3K18、Sigma,德国）。佳能A720相机。冷冻干燥仪。纯钛药匙。日本岛津FTIR-8400S型傅立叶红外光度计。电热鼓风干燥箱（上海实验仪器有限公司）。电子天平（Sartorius公司产）。FTIR-8400S分析仪。

1.2 实验方法

1.2.1 试验对象：选取西安地区30位实验对象，满足以下条件：自愿，12～16岁汉族学生，恒牙列，矫治前无龋坏，釉质光滑无脱矿，无牙周病。矫治期间日刷牙3次。矫治时间1.5～2年。矫治后有15位患者发生了牙面脱矿，记录其脱矿指数。

牙釉质光滑、透明，没有病损，记录为无脱矿；如2颗牙的牙冠唇面--龈、牙合、近、远中面其中一区存在白垩色斑块面积大于其所在牙齿分区面积的50%，记录为脱矿。

1.2.2 唾液样本的采集和处理：①取实验对象14时自然状态下分泌的全唾液样本2ml装入已干燥消毒的试剂瓶中，封口膜密封，-20℃保存并标记；②将样本低温离心（3000r/min×15min，4℃），将上清液通过滤膜（0.45μm），置入冷冻干燥仪内干燥至粉末状态，纯钛药匙刮取置于EP管中，低温（-20°C）备用；③取200目光谱纯、干燥的溴化钾粉末200mg和样品1～2mg，在玛瑙乳钵中研匀（在红外灯下操作），装入压片模具，边抽气边加压，至压强18MPa时，维持压力10min，获厚约1mm的透明溴化钾样品片。

1.2.3 傅立叶红外检测：根据孙毓庆[7]《分析化学》中所述方法进行检测，以空气做空白对照。

在对仪器的分辨率及波数准确度检测后，对实验样本进行傅立叶红外检测，可得到400～4000cm-1范围内的唾液红外光谱图。所有实验样本的制备及检测均有同一人完成。其中V1-V10代表在10段波长下的相对吸收度(见表1)。

1.3 统计学分析：利用SPSS13.0对30名实验对象治疗前的傅立叶红外光谱10个位点的相对吸收度进行Logistic线性回归分析[8]。

2结果

典型固定矫治后脱矿者、未脱矿者唾液的傅立叶红外图谱见图1、图2。脱矿与未脱矿患者10个位点的相对吸收度及各个峰值代表的主要官能团见表1。

获得Logistic线性回归方程：

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,则脱矿的可能性愈大，反之亦然。脱矿与未脱矿患者10个位点的相对吸收度明显不同。其中，V1、V2、V4、V7与脱矿现象呈正相关，V3、V5、V6、V8、V9、V10呈负相关。

3 讨论

3.1 唾液的检测方法：正畸中出现的脱矿现象与许多因素有关，如口腔卫生状况、操作技术、粘接剂、正畸附件的材质与工艺等。唾液是口腔中的一种混合物，是牙体的外环境，对牙的代谢有着重要影响，一直是脱矿病因研究的热点。以往的相关研究主要是探讨唾液内某一成分与牙釉质脱矿之间的关联[5-6]，而单因素的作用并不能完全反映唾液的效应。本研究将唾液当做一个大分子来研究。

以往研究全唾液的方法通常需要样本量较大，而且对检测仪器的水平要求很高，不利于临床检测。傅里叶红外光谱（FTIR）是一种分析化学检测方法，目前广泛应用于农业生物学、医学、法庭科学、气象科学等方面的研究[9-10]。傅立叶红外光谱法作为一种快速、简便、价廉的方法，不仅仪器要求低，更重要的是只需要极微量的样品就可以进行分析，非常适用于临床。亓坤[8]等利用FTIR检测了72名正畸患者治疗结束后的唾液，发现牙面脱矿患者与未脱矿患者的傅里叶红外光谱之间存在差异，并认为FTIR可以较真实的反映唾液的整体。

3.2 研究对象的选取：年龄是影响唾液内主要成分的重要因素。随年龄增长，机体的许多生理状态也在发生变化，这些变化从不同角度，以不同程度影响着唾液成分的变化。本实验的研究对象均为12～16岁，以消除年龄带来的影响。同时，12～16岁是固定正畸治疗的常见年龄。不同种族间存在遗传学的差异，因此其唾液的生理状态也各不相同。为排除种族差异带来的影响，本实验所选取的实验对象均为汉族。开始矫正刷牙习惯为3次/日，在一定程度上消除了个体之间的差异，样本的选择有一定代表性。本研究取样时间选择在14时，原因有二，其一本研究前期实验证实一定条件下正常人唾液的傅立叶红外光谱在一日内和多日内的同一时刻变化不明显[8]；其二正畸患者多是青少年，在就诊时间上以此时间段居多，临床取样较为容易，因此本研究选取14时作为取样时间。

3.3 回归方程的应用：本研究建立了预测牙面脱矿风险的回归方程。在临床工作中，对于初诊患者，我们可以收集他们的唾液样本进行傅立叶红外检测，将光谱图中的10个位点的相对吸收度带入此回归方程得到Y值，0＜Y＜1，若Y值越接近1,则脱矿风险越大，反之亦然。通过此方程，我们可以对患者是否容易脱矿提前预测，从而在矫治前以及矫治中采取预防措施，将牙面脱矿的危害降至最低。

3.4 唾液的无机成分与脱矿之间的关联：唾液的无机成分主要是钾、钙、钠、氯化物、重碳酸盐和无机磷酸盐。钙、磷酸盐和其它的无机离子，具有重要的生理意义，由于这些离子以及其盐类的存在，使唾液能维持牙体组织的完整性；促进萌出后釉质的成熟；富含钙和磷酸盐的环境也能促进早期龋损害和脱矿釉质的再矿化。

Binder研究认为：患龋儿童的唾液比无龋儿童唾液中磷的含量高。在唾液中磷酸盐中含有的化学键主要是P=O键，P-OH键，P-O-C键。在本实验中，代表磷酸盐的V1、V2、V4与脱矿程度呈正相关，可能是由于磷酸盐的存在打破了唾液的饱和平衡状态，从而导致了牙面脱矿的发生。这与Binder的研究结果是一致的。

唾液缓冲作用的强弱取决于重碳酸盐的含量，若含量高则缓冲能力强，患龋力低，反之亦然。碳酸盐中含有的化学键主要是C-O键、C=O键。本实验中代表碳酸盐的C=O键与牙面脱矿成正相关，而另外一个代表碳酸盐的C-O键与牙面脱矿成负相关。可能的原因是由于下面所述的唾液内的各种有机成分也同样含有C-O键、C=O键，导致二者出现了协同作用。具体的原因仍需进一步分析。

3.5 唾液的有机成分与脱矿之间的关联：唾液的有机成分包括各种蛋白质，少量脂肪和痕量碳水化合物。蛋白质是唾液中最有意义的成分，与龋病发病有密切关系。唾液中与脱矿有关联的蛋白质主要是富脯蛋白、富酪蛋白、富组蛋白、粘蛋白、分泌型IgA等等。不同龋敏感人群唾液蛋白的种类和数量存在不同[4-5]。

本实验所得的傅里叶红外光谱，代表唾液内的富组蛋白、富酪蛋白、富脯蛋白的化学键主要为C=O、C-H、N-H、OH、C=C、C-OH、-C-O键。而本实验中未脱矿者的傅立叶红外光谱中代表这些官能团位点的吸收峰值均与脱矿者有显著差别（见表2），说明未脱矿组与脱矿组这些官能团的量有差别，间接反应了未脱矿与脱矿组这些蛋白质的量是有差异的。本实验所得的回归方程中，其中的V3、V5、V6、V8、V9、V10即C-H、N-H、OH、C=C、C-OH、-C-O键与牙面脱矿成负相关，说明唾液内含有的这几种蛋白的含量越高，则发生脱矿的可能性越低，这也与其他一些研究结论基本一致[6]。说明应用分析化学的方法研究唾液是可行的，其方法更简便。同时，可以推测，代表以上几种蛋白的化学键之一C=O键与牙面脱矿成正相关，可能也是由于与无机成分里面的含有的C=O出现了协同作用所导致。

4 结论

正畸治疗后发生的牙面脱矿与患者唾液内10种化学官能团存在线性相关。临床工作中，可以利用患者唾液的傅里叶红外光谱以及本实验所获得的线性回归方程对患者的脱矿风险进行预测。但这10种化学官能团在牙面脱矿中所起的确切作用还需进一步研究。

[参考文献]

[1]傅民魁.口腔正畸学[M],5版. 北京:人民卫生出版社,2007:5-6.

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

[3]龚昕,陈蔚,宫耀,等. 固定矫治患者菌斑指数、牙龈指数、龈沟出血指数的临床分析[J].上海口腔医学，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]张晓燕.氟保护漆在正畸防脱矿中的应用研究[J].口腔医学,2003, 23(3):155-156.

[6]侯建霞.不同龋敏感人群唾液富酪蛋自对致龋细菌粘附影响的比较[J]. 现代口腔医学杂志, 2005, 19(2):155-157.

[7]孙毓庆.分析化学[M].北京:科学出版社,2003:231-232.

[8]亓坤,邹敏,刘蒸. 唾液傅立叶红外检测在青少年正畸牙面脱矿的初步研究[J].上海口腔医学,2009,18(2):136-141.

[9]刘养清，苑戎，赵慧辉. 鸡胆汁与常见动物胆汁的红外吸收特性比较[J].中草药,2002,33(3): 264-266.

[10]王冰冰,俞光岩,潘庆华.傅里叶红外光谱法用于体表检测涎腺多形性腺瘤的研究[J]. 光谱学与光谱分析,2007,27(12):2427-2431.

[收稿日期]2011-08-09 [修回日期]2011-11-12

编辑/张惠娟