氟中毒对牙齿微结构中氟的含量分布与赋存状态影响研究

Guizhou province is among the most pervasive areas of coal-burning fluorosis in China. Previously, our group developed a mice dental fluorosis model to investigate the influence of fluoride on ameloblasts and the antagonistic effects of trace elements on fluoride. In the meantime, we collect and categorize hundreds of samples of fluorosis (FL) teeth and normal control (NC) teeth. In order to explore the dependence of fluorine exposure, fluorine deposit, and fluorine damage on the FL and NC teeth, we experimentally measure the abundance of fluorine in the enamel, dentin, and cementum of both FL and NC teeth. We also investigate the coupling and occurrence of fluorine in representative FL and NC teeth by observing the distribution of fluorine in the enamel, dentin, and cementum via time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), electron probe and scanning electron microscope (SEM). Moreover, the specific methods and experimental conditions for detailed in situ analysis on dental fluorosis are tested. Atomic force microscopy (AFM) is used to quantify the surface roughness of the enamel, dentin, and cementum to evaluate the effects of fluorine on the hydroxyapatite crystal density. Finally, through above experiments, we discuss the effect of excessive fluorine on dental microstructure.

贵州省是中国燃煤型氟中毒最严重的地区。本课题组前期对氟中毒鼠模型建立，氟对成釉细胞的影响及微量元素对氟的拮抗作用等进行了系列研究，同时搜集了数以百计的氟中毒牙齿和健康牙齿样品，并分类存档。本次实验选择代表性氟中毒牙齿和健康牙齿，使用TOF-SIMS观察氟在牙釉质、牙本质、牙骨质微结构中的分布状况，结合电子探针、扫描电镜的观察与测定，探讨氟含量与氟暴露、氟蓄积、氟损害的关系，了解氟的结合与赋存状态；探讨TOF-SIMS对牙体内氟的原位分析的具体方法和实验条件。使用原子力显微镜观察氟中毒牙齿和健康牙齿牙釉质牙本质牙骨质的粗糙度，研究氟对羟磷灰石晶体大小致密程度的影响；综合上述研究，探讨过量氟对牙体微观结构的影响。

本实验对人离体中度氟斑牙、正常牙、人工涂氟牙和氟中毒鼠牙的牙釉质和牙本质采用扫描电镜（SEM）观察微观形貌的区别,原子力显微镜（AFM）观察纳米级别的形貌及表面粗糙度，采用电子探针（EPMA）对元素种类及质量进行定量分析，以及使用飞行时间二次离子质谱仪（TOF-SIMS）对其中的氟的分布及和其他元素的共生结合状况进行分析。取得以下研究成果：.1. 中度氟斑牙和正常牙比较，SEM发现氟斑牙的釉质釉柱方向排列不规则，正常结构区和破坏区共同存在，牙本质小管分布紊乱，小管开口大小不一，部分小管口塌陷变形甚至堵塞。而AFM则从纳米级别证实这种不同。同时AFM测定氟斑牙釉质的粗糙度明显高于正常牙釉质的粗糙度，但在牙本质则无统计学意义。EPMA检测显示釉质中氟跟正常牙比均值增加，两者牙本质中氟都是由牙髓腔向牙本质外层逐渐减少。使用TOF-SIMS对氟斑牙和正常牙釉质及本质中氟的存在状态进行分析，质谱图显示氟、钙所成图像类似，提示两者分布一致。.2. 氟中毒鼠牙SEM显示釉柱结构瓦解，晶体弯曲折断。AFM显示两者平均粗糙度差异明显。高氟造成大鼠发育中的牙釉质的釉柱晶体正常结构丧失。.3．0.15%含氟牙膏和氟液作用于健康离体牙后，SEM和AFM未发现有意义的改变，提示可能小剂量的含氟制剂直接作用于釉质表面未能对正常牙釉质造成明显质的影响。.4. TOF-SIMS的图像与既往文献报道有所不同，原因可能是为尽量减少制样过程对牙体组织的损伤，未对样本进行酸蚀。由于图像不准确，无法准确分析氟与其它元素的共生及结合关系，因此未能说明氟的赋存状态。拟在下一步实验补充这一处理环节。.5.本课题培养了3名研究生，2名已毕业，1人在读。发表省级刊物2篇，投稿核心刊物1篇（审理中）。参加第九次全国牙体牙髓病学学术会议进行学术交流。