In-vitro-Fluoridierung von Zahnschmelz und der Einfluss der Pellikel - Untersuchung der Reinstoffe Olaflur und Zinnfluorid

Abstract

Background: Fluorides are commonly used for caries prevention in everyday life. Although the exact mode of action has not been clarified until now. Question: In the context of this study, it was examined to what extent under different conditions a homogeneous, stable fluoride layer can be generated on enamel. In addition the influence of the pellicle on the fluoridation was investigated. Methods: For the fluoridation, 1,000 ppm and 10,000 ppm solutions were made of the pure substances olaflur or stannous fluoride. The generated fluoride layers and their distribution were visualized using scanning electron microscopy and the fluoride content was measured using energy-dispersive X-ray spectroscopy. The 5-minute incubation of the enamel specimens with the respective fluoride solution was always carried out in-vitro. The persistence of the generated fluoride layer was investigated using in-vitro as well as a combination of in-vitro and in-situ experiments. As part of the in-vitro test series, after fluoridation, the enamel specimens were exposed to different intensive in-vitro cleaning protocols with distilled water (5 s, 6 x 5 min, 1 h, 5 min ultrasonic bath, 24 h) and compared with each other. Within the combined in-vitro and in-situ experiments, the influence of the pellicle was examined with the 10,000 ppm olaflur solution. Here the enamel specimens were either first incubated in-vitro with the olaflur solution and then exposed intraorally for 3 min or 2 h – or vice versa, the specimens were first exposed intraorally and afterwards in-vitro incubated with the olaflur solution. In order to avoid swallowing an excess amount of fluoride, the specimens were cleaned in distilled water for 5 s prior to intraoral exposure. Results: Under in vitro conditions, the 1,000 ppm olaflur solution or stannous fluoride solution did not produce a satisfactory, persistent fluoride layer on the pellicle-free tooth enamel. Using a 10,000 ppm concentration of fluoride in the olaflur solution a stable and homogeneous fluoride layer was generated on the tooth enamel. Only after being stored in distilled water for 24 hours the fluoride content was below the detection limit. As part of the blockface imaging it was shown that the generated fluoride cover layer consisted of calcium fluoride globules. Since the stannous fluoride solution could not generate a homogeneous fluoride layer in either a concentration of 1,000 ppm or 10,000 ppm, and because of the precipitation of the stannous fluoride, the stannous fluoride solution was excluded from the combined in-vitro and in-situ experiments. In the combined in-vitro and in-situ series of experiments, the scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) analysis of the specimens, which were first incubated and then exposed intraorally, showed a homogenous cover layer of globules with a high fluoride content. However, if the intraoral exposure was carried out first and then the incubation with the olaflur solution, only the fluoridation of the specimens with the 3 min pellicle was successful. No fluoride could be detected on the 2 h-pellicle-covered tooth enamel. Conclusions: It was only possible to establish with the 10,000 ppm olaflur solution stable fluoride layers on the pellicle-free enamel as well as on the pellicle-covered tooth enamel. The 2 h pellicle layer, on the other hand, represented a barrier to the generation of a calcium fluoride layer. The study results show that the concentration, the frequency and the time of the fluoridation play an essential role for the fluoridation’s success. The study results show that regarding to the fluoridation success the olaflur solution was superior compared to the stannous fluoride solution.

Hintergrund: Die Anwendung von Fluoriden im Alltag gilt als gängige Maßnahme der Kariesprävention. Allerdings ist die genaue Wirkungsweise der Fluoride bis heute noch nicht gänzlich aufgeklärt. Fragestellung: Im Rahmen der vorliegenden Studie wurde untersucht, inwieweit sich unter verschiedenen Bedingungen eine homogene, stabile Fluoriddeckschicht auf dem Zahnschmelz generieren lässt und welchen Einfluss die Pellikel auf die Fluoridierung hat. Methoden: Zur Fluoridierung wurden jeweils 1.000 ppm- und 10.000 ppm-haltige Lösungen aus den Reinstoffen Olaflur bzw. Zinnfluorid hergestellt. Die Visualisierung der generierten Fluoriddeckschichten sowie deren Verteilung erfolgte mittels Rasterelektronenmikroskopie und die Messung des Fluoridgehaltes mittels Energiedispersiver Röntgenspektroskopie. Die 5-minütige Inkubation der bovinen Schmelzprüfkörper mit der jeweiligen Fluoridlösung erfolgte in-vitro. Die Untersuchung der Persistenz der generierten Fluoriddeckschicht erfolgte sowohl mittels in-vitro- als auch mittels kombinierten in-vitro- und in-situ-Experimenten. Im Rahmen der in-vitro-Versuchsreihe wurden die Schmelzprüfkörper nach der Fluoridierung unterschiedlich intensiven in-vitro-Reinigungsprotokollen mit destilliertem Wasser (5 s, 6 x 5 min, 1 h, 5 min Ultraschallbad, 24 h) unterzogen und miteinander verglichen. Im Zuge der kombinierten in-vitro- und in-situ-Experimente wurde mit der 10.000 ppm-haltigen Olaflurlösung der Einfluss der Pellikel auf die Fluoridierung untersucht. Hierbei wurden die Prüfkörper entweder zuerst mit der Olaflurlösung in-vitro inkubiert und anschließend für 3 min bzw. 2 h intraoral exponiert oder umgekehrt – zuerst intraoral exponiert und anschließend in-vitro mit der Olaflurlösung inkubiert. Um ein Verschlucken überschüssiger Fluoridmengen zu vermeiden, wurden die Prüfkörper vor der intraoralen Exposition 5 s in destilliertem Wasser gereinigt. Ergebnisse: Unter in-vitro-Bedingungen ließ sich mit der 1.000 ppm-haltigen Olaflurlösung bzw. mit der Zinnfluoridlösung keine zufriedenstellende, persistente Fluoriddeckschicht auf dem pellikelfreien Zahnschmelz generieren. Daher wurde die Konzentration auf 10.000 ppm erhöht. Mit dieser Konzentration konnte mit der Olaflurlösung eine stabile und homogene Fluoriddeckschicht auf dem Zahnschmelz etabliert werden. Lediglich nach der 24-stündigen Lagerung in destilliertem Wasser befand sich der Fluoridgehalt unter der Nachweisgrenze. Im Rahmen der Blockface-Imaging-Untersuchung wurde gezeigt, dass es sich bei der generierten Fluoriddeckschicht um Calciumfluoridglobuli handelte. Da bei der Zinnfluoridlösung sowohl mit 1.000 ppm- als auch mit 10.000 ppm-haltiger Lösung keine homogene Fluoriddeckschicht generiert werden konnte und es zudem zu Präzipitationen des Zinnfluorids kam, wurde die Zinnfluoridlösung für weitere Experimente ausgeschlossen. Bei der kombinierten in-vitro- und in-situ-Experimentreihe zeigten die Rasterelektronenmikroskopie- und die Energiedispersive Röntgenspektroskopie-Analyse der Prüfkörper, welche erst inkubiert und anschließend intraoral exponiert wurden, eine homogene Calciumfluoridglobuli-Deckschicht mit hohem Fluoridgehalt. Erfolgte allerdings zunächst die intraorale Exposition und anschließend die Inkubation mit der Olaflurlösung, war lediglich die Fluoridierung der Prüfkörper mit der 3 min-Pellikel erfolgreich. Auf dem 2 h-Pellikel-bedeckten Zahnschmelz ließ sich kein Fluorid nachweisen. Schlussfolgerungen: Es gelang lediglich mit der 10.000 ppm-haltigen Olaflurlösung stabile Calciumfluoriddeckschichten auf dem pellikelfreien sowie auf dem pellikelbedeckten Zahnschmelz zu etablieren. Die 2 h-Pellikel stellte hingegen eine Barriere für die Generierung einer Calciumfluoriddeckschicht dar. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Konzentration, die Frequenz und der Zeitpunkt der Fluoridierung eine wesentliche Rolle für den Fluoridierungserfolg spielen. Die Studienergebnisse zeigen, dass die Olaflurlösung gegenüber der Zinnfluoridlösung im Hinblick auf die Etablierung einer Fluoriddeckschicht deutlich überlegen war.