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Theory for the sequence of human and rat enamel dissolution by acid and by EDTA: A correlated scanning and transmission electron microscope study

1974; Elsevier BV; Volume: 19; Issue: 2 Linguagem: Inglês

10.1016/0003-9969(74)90213-1

1879-1506

J.W. Simmelink, V.K. Nygaard, David B. Scott,

Fluoride Effects and Removal

Prepared human enamel surfaces were treated with either EDTA or dilute HCl and viewed in the SEM. After re-embedment, the samples were thin sectioned and examined in the TEM. The results indicate that individual enamel crystals are attacked in the same fashion by both EDTA and HCl: the core of the crystal is dissolved from the ends followed by a shortening of the remaining crystal shell along its c-axis. At the prism level, however, the effects of EDTA and acid differ strikingly. The attack of EDTA depended on the size of the spaces between crystals and, therefore, was most pronounced at the periphery of the prism head. The EDTA created an arcuate cleft which widened with time and eventually presented a topography of isolated prism cores as seen in the SEM. In the TEM, it became evident that the crystals in these resistant cores were tightly packed and unaffected, except for a very thin layer of crystals along the outside which were partially dissolved. The acid-etch pattern depended primarily on crystal orientation. The crystals arranged parallel to the attack were the most vulnerable due to a weaker core along the entire c-axis. Therefore, surfaces presenting prisms in cross section showed preferential dissolution of prism cores. This resulted in a honeycomb topography as seen in the SEM. In the TEM, it was observed that nearly all crystals for some distance beneath the surface were attacked. A double row of crystals bordering a narrow cleft along the arcuate prism periphery presented an exception. These crystals appeared larger, more hexagonal and more acid resistant than the others. The observed effects of the acid led to a theory which allows for partial depletion of mineral content while the enamel maintains its gross structure. Although the effect of EDTA also fits into this system, it is limited to only a few layers of crystals at a time. Des surfaces d'émail humain sont traitées par l'EDTA ou l'HCl dilué et étudiées à l'aide du MEB. Après réinclusion, les échantillons sont préparés en coupes fines et examinés au microscope électronique par transmission. Les résultats indiquent que les cristaux d'émail individuels sont attaqués de façon identique par l'EDTA ou l'HCl. Le centre du cristal est dissout'à partir des extrémités, suivies par un raccourcissement de la coquille cristalline qui subsiste, le long de son axe c. A l'échelon du prisme, cependant, les effets de l'EDTA et de l'acide diffèrent nettement. L'attaque par EDTA dépend de la dimension des espaces entre les cristaux et, par conséquent, est plus prononcée autour des têtes des prismes. L'EDTA provoque la formation d'espaces “en arcade” qui s'élargissent avec le temps pour aboutir à des prismes isolés en MEB. Sous le MET, il apparait que les cristaux de ces prismes sont groupés de façon dense et ne sont pas attaqués, sauf au niveau d'une couche mince périphérique, où ils sont partiellement dissouts. Le type d'attaque acide dépend surtout de l'orientation cristalline. Les cristaux orientés parallèlement à l'attaque sont les plus vulnérables par suite d'une partie centrale plus faible, située le long de l'axe c. Par suite, des surfaces présentant des prismes, en coupe transversale, montrent une dissolution préférentielle du centre des prismes. Ceci donne une image en “nids d'abeille” sous le MEB. Au MET, presque tous les cristaux à quelque distance de la surface sont attaqués. Une double rangée de cristaux, bordant les pertes de substance “en arcades” à la périphérie des prismes, paraissent plus larges, plus hexagonaux et plus résistants aux acides. Les effets observés par action de l'acide conduisent à l'élaboration d'une théorie qui explique la perte partielle du contenu minéral, alors que la structure de l'émail est maintenue. Bien que l'effet de l'EDTA soit compatible avec ce système, il n'est limité qu'à quelques couches de cristaux à la fois. Schmelzoberflächen menschlicher Zähne wurden entweder mit EDTA oder mit verdünnter HCl behandelt und im Rasterelek tronenmikroskop (SEM) betrachtet. Nach erneuter Einbettung wurden die Proben dünn geschnitten und im Elektronenmikroskop (TEM) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, daβ einzelne Schmelzkristalle durch EDTA und HCl in derselben Weise angegriffen werden: Der Kristallkern wird von den Enden her aufgelöst, worauf eine Kürzung des restlichen Kristalls entlang seiner c-Achse folgt. Nur auf die Schmelzprismen bezogen unterscheiden sich jedoch die Wirkungen von EDTA und Säure grundlegend. Der Angriff von EDTA hing von der Gröβe und den Spalten zwischen Kristallen ab und war deshalb an der Peripherie des Prismenendes am stärksten ausgeprägt. Wie sich im SEM darstellte, verursachte EDTA einen bogenförmigen Spalt, der sich mit der Zeit so erweiterte und gelegentlich eine Topographie isolierter Prismenkerne darbot. Im TEM zeigte ich, daβ die Kristalle in diesen resistenten Kernen eng aneinandergelagert und unzerstört waren mit Ausnahme einer sehr dünnen Lage Kristalle entlang der Auβenseite, welche teilweise aufgelöst waren. Das Bild der Säureätzung hing vorwiegend von der Kristallorientierung ab. Wegen eines weicheren Kerns entlang der gesamten c-Achse waren die parallel zur Angriffsrichtung angeordneten Kristalle die am meisten verletzlichen. Deshalb zeigten Oberflächen mit Prismenquerschnitten vorwiegend die Auflösung der Prismenkerne. Dies führte bei Betrachtung im SEM zu einem Honigwabenbild. Im TEM lieβ sich beobachten, daβ nahezu alle Kristalle in derselben Distanz unter der Oberfläche angegriffen waren. Eine Doppelreihe von Kristallen am Rande einer schmalen Spalte entlang der bogenförmigen Prismenperipherie stellte eine Ausnahme dar. Diese Kristalle erschienen gröβer, mehr hexagonal und säureresistenter als die anderen. Die beobachteten Wirkungen der Säure führten zu einer Theorie, welche den teilweisen Mineralverlust unter Erhaltung der Grobstruktur erklärt. Obwohl die EDTA-Wirkung ebenfalls in dieses System paβt, ist es zu einem Zeitpunkt auf nur wenige Kristallschichten begrenzt.