XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Химия улыбки:как состав зубной пасты влияет на здоровье зубов
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Зубы — один из самых прочных, но при этом уязвимых органов человеческого тела. Несмотря на то что эмаль, покрывающая зуб, является самой твёрдой тканью организма, она не способна к самовосстановлению и требует постоянной заботы. Сегодня рынок средств гигиены пестрит разнообразием: от классических фторидных паст до инновационных отбеливающих полосок, обещающих «голливудскую улыбку» за несколько дней.
Цель данного проекта — разобраться, что именно мы защищаем, когда чистим зубы, как устроена зубная эмаль, почему она разрушается под действием кислот, и какие компоненты в составе зубных паст способны реально помочь в её сохранении. Мы проследим историю развития средств гигиены — от древних зубных порошков до современных многофункциональных паст, проанализируем механизм действия фторидов и выясним, оправданы ли их преимущества. Отдельное внимание будет уделено популярным методам отбеливания: что на самом деле происходит с эмалью под воздействием кислотных составов, и стоит ли жертвовать здоровьем ради белизны.
Задачи моего проекта будут представляю собой комплекс действий. Проведение опроса, изучение литературы, проведение эксперимента, а после анализ и подведение итогов. После проверка гипотезы «Влияют ли ионы фтора на защиту зубов».
Этот проект объединяет анатомию, химию и повседневную практику, чтобы помочь сделать осознанный выбор в пользу настоящего здоровья зубов — а не только их внешнего вида.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 СТРОЕНИЕ ЗУБА
1.1.1 Гистологическое строение зуба
С точки зрения гистологии – внутренняя анатомия зуба имеет 4 части: зубная эмаль, дентин, пульпа, цемент.
Зубная эмаль – наружная оболочка зуба, самая твердая ткань организмачеловека (т.к. состоит почти на 100% из неорганических элементов), она является защитой коронковой части зуба, обеспечивая его сохранность.
Дентин – зубная основа, находиться под эмалью. Дентин намного мягче эмали (т.к. в его составе около 20% органических веществ). Именно поэтому дентин больше подвержен разрушению при кариозных процессах, нежели эмаль. Дентин напрямую просвечивается сквозь эмаль, что напрямую определяет цвет зубов.
Пульпа – соединительная ткань, в которой находиться множество нервных окончаний и сосудов.
Цемент – костная ткань, покрывающая тонким слоем зубной корень. Цемент крепит зубную единицу в альвеолярной лунке [10].
1.1.2 Защитник зубов
Зубная эмаль — это внешнее покрытие зуба, выполняющее функцию основной защиты от различных воздействий. Без эмали зубы были бы подвержены быстрому разрушению под влиянием механических нагрузок (жевание, давление), биологических факторов (бактерии, кариес) и химических воздействий (кислоты из пищи и напитков).
Эмаль — самая твердая ткань в человеческом организме. Она состоит в основном из минералов, что обеспечивает высокую прочность и устойчивость к износу. Однако, несмотря на твердость, эмаль обладает и значительной хрупкостью. Это значит, что она может трескаться или крошиться под воздействием сильных механических ударов или кислотной среды.
Таким образом можем сказать, что зубная эмаль является главным защитником наших зубов, играющая ключевую роль в их здоровье и долговечности. Несмотря на свою твердость, она требует бережного отношения и правильного ухода, чтобы избежать повреждений и сохранить зубы здоровыми на долгие годы [6].
1.1.3 Как защитить эмаль?
Если хорошо соблюдать гигиену зубов, чистить зубы зубной пастой с наиболее подходящим составом для укрепления эмали, избегать вредных привычек есть кальцийсодержащих продуктов, то можете не переживать за ее сохранность.
Чек-лист по правильному уходу за зубами включает в себя:
1. Регулярная чистка зубов не менее двух раз в день с использованием зубной пасты, содержащей фтор, помогает укреплять эмаль и предотвращать развитие кариеса. Дополнительно следует использовать зубную нить и ополаскиватели для полости рта, чтобы удалять налёт из труднодоступных мест.
2. Избегайте чрезмерного употребления кислых и сладких продуктов и напитков, которые могут разрушать эмаль. Полезны продукты, богатые кальцием и витаминами D и C, укрепляющие зубы.
3. Снижайте механические нагрузки — избегайте скрежета зубами (бруксизма), не грызите твердые предметы (лед, орехи). При необходимости используйте защитные каппы.
4. Регулярное посещение стоматолога. Профессиональная чистка зубов и осмотры помогут выявить проблемы на ранних стадиях и предотвратить повреждение эмали.
5. Таким образом, комплексный подход — правильная гигиена, правильное питание, снижение нагрузки на эмаль и регулярный контроль у стоматолога — является оптимальным способом надежно защитить зубную эмаль.
Надо помнить, что эмаль не лечиться и не восстанавливается до исходного состояния после любых повреждений, ее можно только укрепить на ранних стадиях деминерализации. Даже при идеальной гигиене, без регулярных осмотров у стоматолога можно упустить начальные признаки эрозии или кариеса.
Комплексный подход — правильная гигиена, правильное питание, снижение нагрузки на эмаль и регулярный контроль у стоматолога — является оптимальным способом надежно защитить зубную эмаль [4].
1.1.4 Химический состав эмали
Твердость зубной эмали определяется высоким содержанием неорганических веществ в ней (до97%), главным образом кристаллов апатитов: гидроксиапатита (до 75%) карбонатапатита, фторапатита, хлорапатита, а также модифицированным наличием магния, фосфора, углерода, еще около 40 различных минералов. Здоровая эмаль содержит 0,8-1,5% свободной воды и 1-2% органических соединений. Органические соединения представлены белками, липидами и углеводами. Углеводы эмали в основном представлены глюкозой, маннозой и галактозой. Вода занимает свободное пространство в кристаллической решетке апатитов и в органической основе, так же располагается между кристаллами [7].
Кристаллы апатитов очень восприимчивы к кислотам и начинают заметно разрушаться при рН < 4,5 (слюна обладает рН от 5,6 до 7,6). При уменьшении рН среды, происходит растворение кристаллов апатитов эмали, что приводит к деминерализации эмали. Но этот процесс обратим, при достаточной концентрации кальция и фосфатов в слюне. При рН слюны близкой к нейтральной, возникают условия для формирования кристаллов – реминерализация эмали[7].
-
-
ЗУБНЫЕ ПАСТЫ
-
1.2.1 Пасты и их многообразие
Все зубные пасты можно разделить на гигиенические и лечебно-профилактические. Гигиенические пасты становятся выбором тех, кто не страдает никакими заболеваниями полости рта: нет кариеса, воспалительных или дистрофических заболеваний пародонта. Среди взрослого населения России таких людей нет. Поэтому в аптеках (именно там и надо покупать зубную пасту) есть гигиенические пасты только для детей. Такая паста практически не содержит лечебных компонентов и предназначена лишь для механического удаления зубного налёта.
К лечебно-профилактическим зубным пастам относятся противовоспалительные, противокариозные, солевые, отбеливающие, для чувствительных зубов, с биологически-активными добавками.
Противовоспалительные - содержат экстракты растений (шалфей, зверобой, мята, мирра, зелёный чай) и гидроксид алюминия. Рекомендуются при кровоточивости дёсен и галитозе воспалительного характера.
Противокариозные - содержат фтор или кальций/фосфор. Эффективны для профилактики кариеса, в т.ч. у детей. Важно: не использовать при уже имеющемся кариесе — фтор может замаскировать его прогрессирование.
Солевые - включают минеральные соли, улучшающие кровообращение в дёснах. Рекомендуются при пародонтите и пародонтозе. Имеют специфический вкус.
Отбеливающие – высокоабразивны, повреждают эмаль. Не заменяют профессиональное отбеливание, а после применения усиливают проявление пигментации от кофе, вина и курения.
Для чувствительных зубов – с низкой абразивностью и десенситайзерами, образующими защитную плёнку на эмали. Снижают гиперчувствительность [8].
1.2.2 Преимущество пользования зубными пастами
Сегодня зубные пасты значительно популярнее зубных порошков, и на это есть несколько объективных причин. Главным преимуществом пастообразного состава является его способность равномерно распределяться по поверхности зубов, что обеспечивает качественную и бережную очистку. Большинство современных зубных паст не содержат абразивных веществ, которые могут повреждать эмаль, что делает их более безопасными для ежедневного использования.
Также важны удобство и гигиеничность упаковки зубных паст — тюбики позволяют легко дозировать средство, избегая загрязнения. Ассортимент паст очень разнообразный, что удовлетворяет любые потребности пользователей.
Зубные порошки, хоть и хорошо справляются с очисткой зубной поверхности, зачастую содержат грубые абразивы, которые могут значительно повреждать эмаль, а при неправильном использовании — даже десны. Из-за этого риск травмирования тканей полости рта у порошков выше, чем у паст.
Зубные пасты стали предпочтительным средством гигиены благодаря своей безопасности, удобству и эффективности. Зубные порошки уступают по популярности из-за более высокого риска повреждения зубной эмали и мягких тканей, а также меньшей комфортности использования [2].
1.2.3 Действительно ли фторидные пасты хорошо защищают?
Более 80 лет фториды исследуют, изучают их влияние на организм человека и эффективность в профилактике кариеса. Пользу зубных паст с фтором подтвердили в ходе более 370 клинических испытаний, в которых участвовало порядка 130 000 человек. Все они показали, что фториды в зубной пасте дают хороший результат в профилактике кариеса зубов. Это утверждение подтверждает тот факт, что осенью 2021 года ВОЗ добавила в перечень основных лекарственных средств новую стоматологическую группу, в которую входят фториды.
Перечень решает глобальные задачи здравоохранения и включает наиболее эффективные и безопасные препараты, которые должны быть доступны для всех категорий населения. Каждое средство из перечня ВОЗ проходит проверку эффективности и безопасности [3].
1.3 ОТБЕЛИВАЮЩИЕ ПОЛОСКИ
1.3.1 Состав отбеливающих полосок
Отбеливающие полоски представляют собой тонкие и гибкие полоски, покрытые плотным гелем, который чаще всего сделан на глицериновой основе. Главный активный компонент — перекись водорода, её концентрация обычно невысока и варьируется от 4% (для полосок, предназначенных для чувствительных зубов) до 6%.
В одной упаковке обычно находится две полоски: одна большая — для верхней челюсти, и одна поменьше — для нижней. Перед применением зубы необходимо тщательно высушить, затем полоски накладываются на поверхность зубов, при этом важно, чтобы полоска не доходила 1–2 мм до линии десен, чтобы избежать раздражения. Полоски прижимаются плотно к зубам и выдерживаются в зоне улыбки в течение 30–60 минут [1].
1.3.2 Как отбеливают зуб?
Пероксид водорода (H₂O₂) начинает свое действие сразу при контакте с зубами, обеспечивая быстрый и заметный эффект отбеливания. Молекулы пероксида проникают через эмаль внутрь зуба, где происходит выделение активного кислорода. Этот активный кислород разрушает пигменты, которые находятся в дентине — внутреннем слое зуба, ответственном за оттенок зубов.
Благодаря этому процессу зубы становятся существенно светлее и приобретают более белый оттенок. Такой механизм действия делает пероксид водорода одним из самых эффективных ингредиентов для профессионального и домашнего отбеливания зубов [1].
1.3.3 Добро или зло – отбеливающие полоски
Отбеливающие полоски с рН > 4,5 считаются безопасными для зубов, но их эффект заметен с трудом. Активное вещество плохо проникает через кристаллы апатита в эмали, поэтому отбеливание происходит медленно и не сильно выражено.
Полоски с рН < 4,5 создают сильно кислую среду, которая разрушает кристаллы апатита – основной компонент эмали. Несмотря на то, что процесс разрушения частично обратим, эмаль теряет прочность, остаются микроповреждения, которые повышают чувствительность зубов. Такие полоски могут нанести долговременный вред, ухудшая состояние зубов.
Отбеливающие полоски с нейтральным или слабощелочным рН безопаснее, но менее эффективны, тогда как кислые полоски (рН < 4,5) могут быстро отбеливать, но существенно вредят эмали и увеличивают чувствительность зубов. При выборе стоит отдавать предпочтение средствам с рН выше 4,5 для сохранения здоровья зубов [1].
1.4 ВЛИЯНИЕ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ НА КАРБОНАТ КАЛЬЦИЯ.
CaCO3 + 2HCL⇌ CaCl2+ H2O+ CO2
Механизм реакции:
1)Диссоциация кислоты. Соляная кислота в водном растворе диссоциирует на ионы: HCl ⇌ H+ +Cl−
2)Взаимодействие ионов. Ионы водорода ( H+) взаимодействуют с карбонат-ионом ( CO32-) из карбоната кальция: 2H+ +СO32 − →H2CO3
3)Разложение угольной кислоты. Образовавшаяся угольная кислота ( H2CO3) нестабильна и сразу же разлагается на воду и углекислый газ: H2CO3→ H2O +CО2 ↑
4)Образование продуктов. Ионы кальция ( Ca2+ ) соединяются с хлорид-ионами ( Cl− ) с образованием растворимого хлорида кальция:
Ca2+ +2Cl− → CaCl2 [10]
В ходе данной реакции наблюдается характерное «вскипание», что связано с выделением углекислого газа (CO₂). Одновременно карбонат кальция (CaCO₃) постепенно растворяется, что свидетельствует о химическом взаимодействии вещества с кислотой или другим реагентом.
Этот процесс широко используется в различных сферах. В химической промышленности реакция важна для производства и очистки материалов. В лабораторной практике она служит для изучения свойств веществ и контроля качества. В быту подобная реакция применяется для очистки поверхностей от известкового налёта — накопившегося карбоната кальция, который растворяется и удаляется во время обработки.
«Вскипание» и растворение карбоната кальция — это ключевые признаки протекания реакции с выделением CO₂, которые находят применение как в профессиональной, так и в повседневной практике [5], [9].
2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Что бы подтвердить свою гипотезу, а именно то, что ионы фтора влияют на качество защиты зубов, мне необходимо произвести практическую часть. Теоретические данные показывают, что фториды участвуют в профилактике кариеса. Однако после эксперимента я смогу выяснить как ионы фтора влияют на качество защиты зубов.
Задачи практической части:
-
Собрать пробы различных зубных паст для эксперимента.
Образцы:
№1 ЗДОРОВЫЕ ДЕСНА
№2 ПАСТА НА ОСНОВЕ ФТОРИДОВ
№3 СВЕЖЕЕ ДЫХАНИЕ
№4 ТРОЙНОЕ ВОЗДЕЙСВИЕ, на основе Ca2CO3
№5 ОТБЕЛИВАЮЩАЯ ПАСТА
2. Нанести образцы зубных паст на поверхность скорлупы яиц и оставить их на 14 часов для взаимодействия.
3. Через 14 часов тщательно смыть зубные пасты с яиц сильной струей воды и дать высохнуть.
4. Взвесить каждое яйцо трижды для определения точной начальной массы скорлупы до обработки кислотой.
5. Рассчитать необходимую массу 14% соляной кислоты для приготовления 1% раствора массой 1,5 кг.
6. Разместить взвешенные яйца в чашах и залить их 1%-ным раствором соляной кислоты так, чтобы яйца были полностью погружены.
7. Засечь время выдержки яиц в кислоте на 10, 20, 30 и 40 минут.
8. По окончании каждого промежутка времени извлечь яйца из раствора, промыть струей воды и просушить.
9. Взвесить каждое яйцо три раза для определения конечной массы и зафиксировать изменения массы.
10. Провести расчёты изменения массы, оценить степень растворения скорлупы под воздействием кислоты после обработки зубными пастами.
11. Выполнить анализ полученных результатов, сравнить влияние разных зубных паст на защиту скорлупы.
13. Измерить уровень pH среды на отбеливающих полосках для оценки кислотности раствора и влияния паст.
14. Сделать выводы о том, какие зубные пасты лучше защищают от разрушения кислотой и как это отражается на сохранности скорлупы.
3. ВЫВОДЫ
Исследование строения зуба и средств его защиты позволяет сделать вывод о важности сохранения здоровья эмали и правильном уходе за полостью рта. Гистологическое строение и химический состав эмали показывают её хрупкость и уязвимость к воздействию кислот и механическим повреждениям. Эмаль представляет собой защитный барьер, который требует бережного обращения.
Зубные пасты бывают с очень разнообразным составом и ценовой категорией, каждая паста имеет свое предназначение, следовательно нельзя пользоваться одной и той же пастой на постоянной основе. В результате эксперимента было выявлено, что обыкновенная паста с наипростейшим составом защищает ваши зубы лучше всего.
Отбеливающие полоски рассматриваются с двух сторон: безопасные при pH > 4,5 они обеспечивают умеренный эффект отбеливания без вреда эмали, тогда как кислые полоски pH < 4,5 разрушают кристаллы апатиты, вызывая микроповреждения и повышенную чувствительность зубов. Это ставит вопрос об осторожности выбора и использования данных средств.
Влияние соляной кислоты на карбонат кальция отражает механизм кислотного разрушения зубной эмали, подтверждая необходимость избегать агрессивных сред и поддерживать нейтральный или слабощелочной баланс в полости рта.
В целом, здоровая эмаль – основа крепких зубов, и её сохранение возможно только при грамотном сочетании знаний о строении зуба, использовании правильных средств и контроле агрессивных факторов. Только комплексный подход обеспечит долговременную красоту и здоровье зубов без вреда.
4. Список литературы
1.doctorslon.ru
2.https://atribeautekids.ru/articles/poroshok_ili_zubnaya_pasta_plyusy_i_minusy/?special_version=Y
3.https://doctorslon.ru/company/articles/ftor-v-zubnoy-paste-za-i-protiv/?ysclid=ml35rqxght60423361
4.https://doctorslon.ru/company/articles/chek-list-po-gigiene-polosti-rta/?yclid=9796054727777845247
5.https://elib.usma.ru/bitstream/usma/6061/1/USMU_Sbornik_statei_2021_2_253.pdf
6.https://linesmile.ru/info/poleznoe/zashchita-emali-zubov/
7.https://ru.wikipedia.org/wiki/Зубная_эмаль
8.https://school-science.ru/5/1/34688
9.https://maoush12.gosuslugi.ru/roditelyam-i-uchenikam/poleznaya-informatsiya/obespechenie-uchaschegosya-uchebnikami/dokumenty_951.html?ysclid=mlfdyauc5s634952739
.https://vasilenko.clinic/anatomiya-zubov-cheloveka/