Comparison of Calcium Analysis, Longitudinal Microradiography and Profilometry for the Quantitative Assessment of Erosion in Dentine

Durch eine Säureeinwirkung werden im Dentin die mineralischen Bestandteile herausgelöst, während die organischen Strukturen zunehmend freigelegt werden und auf der Oberfläche zurückbleiben. Durch diese organische Matrix wird die Quantifizierung von Mineralverlusten erschwert. Um einen Mineralverlust im Dentin auf geeignete Weise zu erfassen, ist es bei einigen Messverfahren daher notwendig die organische Matrix zu entfernen. Da die Entfernung der organischen Matrix mit Kollagenase sehr zeitaufwendig und zudem destruktiv ist, wäre ein Messverfahren wünschenswert, welches eine solche Behandlung nicht erforderlich macht. Sowohl die Kalziumanalyse als auch die longitudinale Mikroradiographie stellen jeweils ein solches Testverfahren dar. Ziel dieser in vitro Studie war es, den erosiven Mineralverlust von Dentin mit Hilfe von longitudinaler Mikroradiographie (LMR) und Kalziumanalyse (KA) vergleichend zu quantifizieren. Die LMR wurde jeweils vor und nach der enzymatischen Entfernung der organischen Matrix eingesetzt. Die Ergebnisse wurden hinsichtlich der Histologie von Dentinerosionen diskutiert. Aus menschlichen dritten Molaren wurden 800 mikrom dicke longitudinale Dentinschnitte hergestellt, die bis auf ein definiertes Versuchsfeld von 2 mm × 2 mm mit lichthärtendem Kunststoff abgedeckt wurden. Die erosive Demineralisation wurde mit 0,05 M Zitronensäure (pH 2,5) in Einzelgefäßen durchgeführt und erfolgte je nach Gruppe für 30, 60, 90 oder 120 Minuten. Der Mineralverlust wurde zum einen als Kalziumkonzentration in der Erosionslösung mit der Atomabsorptionsspektroskopie bestimmt. Die Menge an gelöstem Kalzium wurde als Zahnhartsubstanzverlust in mikrom umgerechnet. Zum anderen erfolgte die Bestimmung des Gesamtmineralgehaltes der Proben mit der longitudinalen Mikroradiographie und wurde als Substanzverlust in mikrom angegeben. Zu Beginn des Versuches wurden mikroradiographische Aufnahmen angefertigt um den Ausgangsmineralgehalt der jeweiligen Probe zu quantifizieren. Nach der erosiven Demineralisation sowie nach der abschließenden Behandlung mit Kollagenase wurden weitere mikroradiographische Aufnahmen angefertigt. Es wurden jeweils die Veränderungen im Mineralgehalt bestimmt und als Differenz zum Ausgangswert in mikrom ausgedrückt. Zusätzlich wurden rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von zufällig ausgewählten Proben angefertigt. Bei dem Vergleich der Messmethoden wurden zum Teil erhebliche Unterschiede deutlich. Mit der Kalziumanalyse zeigte sich von Messzeitpunkt zu Messzeitpunkt ein deutlicher Anstieg im Mineralverlust. So betrug der durchschnittliche Substanzverlust mit der Kalziumanalyse nach 30 Minuten Erosion 15,9 ± 4,6 mikrom, nach 60 Minuten 30,3 ± 10,8 mikrom, nach 90 Minuten 49,3 ± 13,7 mikrom und nach 120 Minuten 55,4 ± 11,5 mikrom. Im Gegensatz dazu zeigten die mit der longitudinalen Mikroradiographie (LMR) ermittelten Werte weder vor noch nach der enzymatischen Entfernung der organischen Matrix einen Anstieg des Mineralverlustes. Die Werte lagen nach 30 Minuten Erosion bei 29,8 ± 7,5 mikrom, nach 60 Minuten bei 27,0 ± 12,4 mikrom, nach 90 Minuten bei 26,8 ± 14,0 μm und nach 120 Minuten bei 38,4 ± 13,3 mikrom. Nach der Kollagenasebehandlung betrug der ermittelte Substanzverlust nach 30 Minuten 27,8 ± 14,2 mikrom, nach 60 Minuten 31,0 ± 20,6 mikrom, nach 90 Minuten 36,7 ± 15,2 mikrom und nach 120 Minuten 36,5 ± 12,2 mikrom. Die Ergebnisse machen deutlich, dass die Kalziumanalyse zur Bestimmung des Mineralverlustes sensitiv genug war und somit ein geeignetes Verfahren hinsichtlich dieser Fragestellung zu sein scheint. Im Gegensatz dazu stellte die longitudinale Mikroradiographie bezüglich der Quantifizierung von Mineralverlusten dieser Größenordnung kein zuverlässiges Testverfahren dar. Mit diesem Messverfahren war es nicht möglich, Veränderungen im Mineralgehalt zu erfassen.An acid impact on dentine leads to a dissolution of mineral and to an exposure of the organic fraction, which remains on the surface, whilst the demineralisation progresses. The organic matrix can interfere with measuring methods possibly influencing the quantification of tissue loss. To quantify mineral loss adequately, the removal of the organic fraction prior to measurement is required by some methods. The removal of the organic fraction by collagenase is quite time consuming and destructive, therefore, a method would be desirable that does not require such a pre-treatment. Both calcium analysis and longitudinal microradiography, are methods, which fulfil this requirement. Aim of the present study was to compare two methods, longitudinal microradiography and calcium analysis, for the quantification of erosive mineral loss. Mineral loss was determined after various periods of erosive demineralisation and additionally after enzymatic removal of the organic matrix. The results are discussed in the light of the histology of dentine erosion. From human third molars a total of 100 longitudinal coplanar dentine slices with a thickness of 800 microm were prepared. The specimens were covered with light curing acrylate except for a defined experimental area of 2 mm × 2 mm. Erosive demineralization was performed with 0.05 M citric acid (pH 2.5) in scintillation vessels (10 ml each) for 30, 60, 90 and 120 minutes, respectively. Erosive mineral loss was firstly determined as calcium concentration in the erosion solution by atomic absorption spectroscopy. Spatial tissue loss was calculated from the measured values of the dissolved calcium and expressed in microm. Total mineral content was also determined by longitudinal microradiography at baseline, after erosive demineralisation and after enzymatic removal of the organic surface layer. Mineral loss was calculated as the difference between the mineral content at the various exposure time points and expressed in microm. Additionally, scanning electron microscopy was performed on randomly selected specimens. The comparison of the measuring methods showed gross differences. Calcium analysis revealed a considerable linear increase of mineral loss with increasing erosion time. The average mineral loss determined by calcium-analysis was 15.9 ± 4.6 microm, 30.3 ± 10.8 microm, 49.3 ± 13.7 microm and 55.4 ± 11.5 microm at 30, 60, 90 and 120 minutes erosion time. In contrast, mineral loss determined by longitudinal microradiography showed no increase, neither before nor after the enzymatic removal of the organic fraction. The average mineral loss prior to collagenase treatment was 29.8 ± 7.5 microm, 27.0 ± 12.4 microm, 31.0 ± 20.6 microm and 38.4 ± 13.3 microm at 30, 60, 90 and 120 minutes erosion time. After matrix digestion mineral loss was 27.8 ± 14.2 microm, 31.0 ± 20.6 microm, 36.7 ± 15.2 microm and 36.5 ± 12.2 microm at 30, 60, 90 and 120 minutes erosion time. The results indicate that the calcium-analysis is supposed to be a method, which is sensitive enough to determine the loss of mineral and which is applicable regarding the question under study. Longitudinal microradiography, however, was not a reliable method regarding the quantification of mineral loss in the dimension produced by the erosive protocol. This method was not able to detect changes in mineral content, neither before nor after collagenase treatment