Effect of tumor therapeutic irradiation on the mechanical properties of teeth tissue

Tumor irradiation of the head-neck area is accompanied by the development of a so-called radiation caries in the treated patients. In spite of conservative therapeutic measures, the process results in tooth destruction. The present study investigated the effects of irradiation on the demineralization and remineralization of the dental tissue. For this purpose, retained third molars were prepared and assigned either to a test group, which was exposed to fractional irradiation up to 60 Gy, or to a non-irradiated control group. Irradiated and non-irradiated teeth were then demineralized using acidic hydroxyl-cellulose gel; afterwards the teeth were remineralized using either Bifluorid12® or elmex gelee®. The nanoindentation technique was used to measure the mechanical properties, hardness and elasticity, of the teeth in each of the conditions. The values were compared to the non-irradiated control group. Irradiation decreased dramatically the mechanical parameters of enamel and dentine. In non-irradiated teeth, demineralization had nearly the same effects of irradiation on the mechanical properties. In irradiated teeth, the effects of demineralization were negligible in comparison to non-irradiated teeth. Remineralization with Bifluorid12® or elmex gelee® led to a partial improvement of the mechanical properties of the teeth. The enamel was more positively affected by remineralization than the dentine.

ZusammenfassungInfolge einer tumortherapeutischen Bestrahlung der Kopf-Nacken-Region ist eine so genannte Strahlungskaries am Patienten festzustellen, die trotz gezielter zahnerhaltender Maßnahmen zur Zerstörung der Zähne führt. Die vorliegende Studie untersucht die Wirkung dieser Bestrahlung auf das De- und Remineralisationsverhalten des Zahngewebes. Dazu wurden nicht durchgebrochene Weisheitszähne präpariert und in eine Testgruppe, die fraktional bis 60 Gy bestrahlt wurde, und in eine nicht bestrahlte Kontrollgruppe eingeteilt. Die bestrahlten und nicht bestrahlten Zähne wurden mit einem angesäuerten Hydroxycellulosegel demineralisiert. Diese Zähne wurden anschließend remineralisiert, ein Teil mit Bifluorid12®, der andere mit elmex gelee®. Die mechanischen Eigenschaften, Härte und Elastizitätsmodul, wurden für jeden Zustand der Zähne mit Hilfe der Nanoindentierung ermittelt und mit denen der nicht bestrahlten Zähne verglichen. Das Ergebnis zeigt, dass die Bestrahlung die mechanischen Kennwerte von Schmelz und Dentin dramatisch verringert. Die Demineralisierung von nicht bestrahlten Zahngeweben hat etwa die gleiche Wirkung auf die mechanischen Eigenschaften wie eine Bestrahlung. Die Demineralisierungswirkung auf bestrahlte Zähne ist im Vergleich zu nicht bestrahlten vernachlässigbar. Die Remineralisation mit Bifluorid12® oder elmex gelee® führt zu einer teilweisen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, wobei die Remineralisation des Schmelzes wirksamer als die des Dentins ist.