background image

1

 

 

Development of dental caries 

Lec.2                                                         Dr. Jihan  Abdulhussein 

Theories  of dental caries 

Early  theories of caries etiology 

The legend of the worm: ancient Sumerian text known as “the legend of 
worm” found 5000 BC  

Endogenous theories 

1)  Humoral  theory:  according  to  which  an  imbalance  between  the 

humors of body caused tooth decay. (ancient creeks) 

2)  Vital  theory,  a  theory  that  postulated  that  inflammation  arising  from 
within  a  defective  tooth  itself  caused  a  surface  lesion.  Like  a  bone 
gangrene  (18

th

 century). 

Exogenous theories:  

Chemical  acid  theory  On  the  basis  of  Robertson  in  1835,  this  theory 
proposed  that  tooth  decay  was  caused  by fermentation of food particles 

around the teeth.  

Parasitic (septic) theory

This  was  the  first  theory  that  related  the  micro-organisms  with  caries 
on  a  causative  basis(Dubos,  1854).  Accordingly,  It  was  proposed  that 
even  though  caries  starts  purely  as  a  chemical  process,  but  the  micro 

organisms continued the disintegration  in both enamel and dentin. 

Modern theories

Chemico-parasitic theory: (1890): (Acidogenic theory) 

Microbiological  basis  of  dental  caries,  proposed  by  W.D.  Miller  in  his 
book  "the  microorganisms  of  human  mouth"  based  on  work  done  in 
Robert Koch’s laboratory in berlin. 

According  to  MILLER  dental  decay  is a chemo-parasitic process. It is a 

two stage process:  


background image

2

 

 

1-  Decalcification  of  the  enamel  which  also  results  in  the  destruction  of 

the dentin  by acid attack. 

2-  then  in  2nd  stage:  there  is  dissolution  of  the softened residue of (E & 
D) by proteolytic action of bacteria. 

(acid  and  parasite)  showed  that  the  degradation  of  carbohydrate-
containing  foods  resulted  in  acid  formation  and  was  able to demonstrate 

this process in vitro with isolated oral bacteria and extracted tooth.  

Hence  Miller  advocated  an  essential  role  of  3  factors  in  the  caries 
process: 

The  oral  microorganisms,  the  carbohydrate  substrate,  and  the  acid,  this 
theory  is  still  considered  the  backbone  of  current  knowledge  and 

understanding of etiology  of dental caries. 

Proteolytic theory: by Gottlieb and Gottlieb (1944) 

In  this  theory,  the  organic  or  protein elements of tooth (not the inorganic 
constituents  of  enamel)  are  essential  pathways  of  invasion  by 
microorganisms;  and,  caries  is  essentially  a proteolytic process, in which 
the  microorganisms  invade  the  organic  pathways  and  destroy them while 

advancing through them by forming acids. 

So  certain  structures  of  enamel  having  high  (protein)  organic  material 
composition,  like  enamel  lamellae  could  serve  as  a  pathway  for 

microorganism  invasion  through the enamel. 

      The  acidogenic  and  the  proteolytic  theory  were  addressed  in  the 
proteolysis  chelation  theory.  This  theory  was  put  forward  by  Schwartz 
and his co-workers 1955 
 

Chelation:  It  is  a  process  in  which  there  is  complexing  of  the  metal  ions 
to  form  complex  substance  through  coordinate  covalent  bond  which 

results in:                   

                   1- poorly dissociated /or 

                  2- weakly ionized compound 

 


background image

3

 

 

Dental caries definition: 

It  is  a  multifactorial  disease  mainly  bacterial  etiology,  characterized  by 
demineralization  of  the  inorganic  portion  and  destruction  of  the  organic 
substance of the tooth. 

The  carious  process  affects  the  mineralized  tissues  of  teeth  (enamel, 
dentine,  and  cementum)  and  caused  by  action  of  m.o.  on  fermentable 
carbohydrates in the diet. The disease is often described to be progressive 
and  if  not  treated  may  expand  in  size  and  progress  to  the  pulp  leading 
pulp  inflammation  thus  pain  and  discomfort  and  the  end  result  will  be 

loss of vitality  then loss of tooth. 

Carious  process  is  complicated;  there should be an  interaction of several 
etiological  and  predisposing  factors  for  caries  to  occur,  and  this  may 
explain  the variation  in the susceptibility  of individuals  to caries process. 

There  is  either  mild  or  moderate  challenge  to  caries  attack,  usually 

affecting  deep pits and fissures and approximal surfaces. 

Rampant caries on the other hand is a sudden rapid destruction of many 

teeth affecting  surfaces that relatively  immune  to caries attack. 

Other terms are also present as: 

Nursing  caries  caused  by  prolonged  breast or bottle feeding, especially 
during night. 

Recurrent  or  secondary  caries:  seen  in  the  margins of an old restored 

area. 

Arrested caries: re mineralized  caries lesion.   

Dental  caries  is  a  multifactorial  disease;  it  is  the  result  of  complex 

interaction  between host, plaque, diet, and time  

1- Host factors: 

Involves  susceptible  tooth  and  saliva, in addition to the subject him/her 
self. 

Teeth  vary in their susceptibility from one surface to other and from one 
subject to other. 


background image

4

 

 

There are several factors affecting tooth susceptibility: 

a)  Morphology of teeth: susceptible sites  

Sites on the tooth which favors plaque retention are prone to decay. 

These are  

1- Enamel  pits and fissures.  

2- Approximal  enamel  smooth surfaces.  

3- Cervical  margin  of teeth.  

4- Exposed root surfaces because of gingival recession.  

5- Deficient  or over hang restoration (recurrent caries).  

6- Tooth surfaces adjacent to denture and bridges.  

 

b)  Positions of teeth: posterior teeth are labial to be affected by caries 

compared to anterior.  

c)  Composition  of  teeth,  teeth composed of inorganic elements (96% 

in  enamel,  70%  in  dentin),  organic  elements  and  water. 
Composition  of  teeth  is  effected  by  environmental  factors  (water, 

diet and nutrition).   

Inorganic  components:  involve  major  elements  as  calcium,  phosphate, 
hydroxyl  group  these  are  the  constituents  of  hydroxy  apatite  crystals 

Ca10(PO4)6(OH)2 .  

The  Ca/P  ratio  is  2.15.  Any  change  in  this  ratio  is  an  indication  of 

presence of other types of crystals.  

There  are  minor  elements  in  teeth  as  Zinc,  copper,  magnesium,  fluoride 
etc.  These  elements  may  incorporate  the  enamel  crystal  in  substitutions 
with  one  if  its  major  elements  as  for  example  substitution  of  Ca  ions  by 

Mg,  

Ca9 Mg (PO4)6(OH)2  

Or  substitution  of  the  OH by Fluoride ions Ca10(PO4)6F2. These minor 

or trace elements may also be adsorbed on the surface of the crystals.  


background image

5

 

 

This  incorporation  may  take  place  either  in  the  pre  eruptive  stage 
including  all  layers  of  enamel  and  dentin,  or  in  the  post  eruptive  stage 
involving  the outer enamel  surface only.  

Some of these elements when incorporated may increase the resistance of 
teeth  to  dental  caries  as  fluoride  ions,  tin  ions,  zinc,  strontium,  and 
molybdenum.  While  other  elements,  may  increase  the  susceptibility  to 
dental  caries  as magnesium. However, the role of other elements may not 

well  understood as K, Mn, and Al.  

Saliva  affects  caries  etiology  through  the  rate  of  secretion  and 

composition.  Saliva  affects  the  integrity  of  teeth  by  the  composition  of 
(buffer  system, calcium and phosphate). By the cleansing action of saliva 
(oral  clearance),  it  can  affect  the  number  of  oral  micro-organisms  and 
food  debris  from  the  mouth. The oral  immune system (specific and non-

specific) affect to a large degree the cariogenic  bacteria. 

Subject:  The  behavior,  attitude  and  dental  knowledge  affect  the  caries 
etiology. These can influence the oral hygiene of the person as well as his 

dietary  habits.  

2- Dental plaque:  

Plaque  quantity  and  quality  greatly  influence  caries  etiology.  Bacteria 
adhere  to  tooth  surface and ferment carbohydrate causing release of acid 
thus  demineralization  of  tooth  surfaces.  Cariogenic  bacteria  involve 

mutans streptococci, lactobacilli and others.  

3- Diet:  

Sweet  consumption  especially  between  meals  may  lead  to  continuous 
drop  of  pH  and  not  allowing  the  enough  (time)  for  the  pH  to  return  to 
normal, thus de mineralization  of teeth. 

 

Structure of enamel 

  Enamel  most highly mineralized tissue in the body 

  stronger than bone 

  Consists  of  microscopic  crystals  of  hydroxyapatite  arranged  in 

structural layers or rods, also known as prisms


background image

6

 

 

  The enamel  crystals are surrounded by water. 

The water and protein components in the tooth are important  for the acid 
travel  in  to  tooth  and  the  minerals  travel  out  and  the  tooth  structure 

dissolved. 

  enamel  is  approximately  95%  inorganic,  and  5%  organic  material 

and water. 

  there  are  morphologic  structures  in  the  enamel  with  a  high  protein 

content,  such  as  (the  striae  of  Retzius,  enamel  lamellae,  enamel 
tufts, and pores etc .). 

  These  diffusion  channels  probably  serve  two  very  important 

purposes in preserving the teeth: 
1) permit  physiological  re mineralization  throughout life  . 
2)  the  voids  and  protein  content  in  the  enamel  probably  cushion 

intense  biting  pressures to help prevent fractures. 

Stages of caries development

The development of a carious lesion occurs in three distinct stages: 

ž   The  earliest  stage  is  (the  incipient  lesion), which is accompanied 

by histologic changes of the enamel. 

ž   The  second  stage  includes  the  progress  of  the  demineralization 

toward the dentino-enamel  junction  (DEJ) and/or into the dentin. 

ž   Final stage is the development of the frank lesion (cavitation) 

 

The speed of progression of caries depend on:  

o  Ion concentration. 

o  Ph of saliva. 

o  Buffering  actions. 

o  Salivary  flow. All  continually  changing. 

The  initial  acid  attack  dissolve  Mg.  and  carbonate  ions  and  later  less 
soluble Ca ion and Ph and other ions that part of crystal. 


background image

7

 

 

 

Caries zone in incipient lesion: 

The  zones  seen  before  complete  disintegration  of  enamel  are:  10-  100 

micron 

 

 

Zone1: The translucent zone  

o  the  deepest  zone  is  seen  in  approximately  50%  of  the  carious 

lesions examined.  

o  Lies at the advancing  front of the lesion,  

o  Slightly  more porous than sound enamel about  1%. 

o  It is not always occur. 

Zone2: The dark zone 

o  pore volume ranges from approximately  5% -25%. 

o  Found  between  the surface and dark zone, it is the area of greatest 

demineralization. 

Zone3: The main body of the lesion

o  pore volume ranges from approximately  5% -25%. 


background image

8

 

 

o  Found  between  the surface and dark zone, it is the area of greatest 

demineralization 

Zone4: the surface zone 

o   Near-normal  pore space of approximately 1%.  

o  Relatively  unaffected  area,  greater  resistant  due  to  greater  degree 

of mineralization  and greater degree of F concentration 

 

Caries of enamel 

Smooth surface Caries

Due  to  plaque  formation  on  enamel.  The  earliest  manifestation  of 
incipient  caries  (early  caries)  of  enamel  is  usually  seen  beneath  dental 

plaque as areas of decalcification  (white  spots). 

The  first  change  seen  histologically  is  the  loss  of  inter-rod  substance  of 
enamel with increased prominence of the rods, this is followed by the loss 
of  mucopolysaccharides  in the organic substance. presence of transverse 
striations  of  the  enamel  rods,  as  it  goes  deeper,  the  caries  forms  a 
triangular  pattern  or  cone  shaped  lesion  with  the  apex  towards  DEJ  and 
base  towards  the  tooth  surface.  Finally  there  is  loss  of  enamel structure, 
which  gets  roughened  due  to  demineralization,  and  disintegration  of 

enamel  prisms. 

Once  cavitation  occur the zones of incipient lesion become not clear less 
defined because of : 

a. Mineral  loss 

b. Presence of bacteria 

c. Bacterial end product, plaque, residual substrate, which support further 

lesion development 

Pit and Fissure Caries: 

-lesion begins beneath plaque, with  decalcification  of enamel 

-pit and fissures are often deep, so may lead to food stagnation 


background image

9

 

 

-enamel  in  the  bottom  of  pit  or  fissure  is  very  thin,  so  early  dentin 

involvement  frequently  occurs. 

- Here the caries follows the direction of the enamel  rods. 

-  It  is  triangular  with  the  apex  facing  the  surface  of  tooth  and  the  base 
towards the DEJ. 

- When reaches DEJ, greater  number of dentinal  tubules are involved. 

-  it  produces  greater  cavitations  than the smooth surface caries and there 

is more undermining  of enamel. 

CARIES OF DENTIN 

Begins  with  the  natural  spread  of  the  process  along  the  DEJ  and  rapid 

involvement  of the dentinal  tubules which act as: 

o  Tracts  leading  to  the  pulp,  during  caries  infection  more  fluid  is 

forced into tubule. 

o  Also act as a path for micro-organisms. 

Early Dentinal Changes

-Initial  penetration  of  the  dentin  by  caries.  dentinal  Sclerosis  (because 

odontoblast loss their vitality  and became dead tract and began to calcify) 

-Calcification  of  dentinal  tubules  and  sealing  off  from  further  penetration 
by  micro-organisms,  (protective  barrier)  more  prominent  in slow chronic 
caries. 

-The  pulp  begin  to  form  amorphous  reparative  dentin  for  further 

protection of the pulp. 

-If surface intact in slow caries theoretically  can be remineralized. 

-Shape  of  the  lesion  is  triangular  with  the  apex  towards  the  pulp and the 

base towards the enamel 

Advanced Dentinal Changes

a-  Decalcification  of  walls,  confluence  of  the  dentinal  tubules,  tiny 

“liquefaction  foci”  described  by  Miller  are  formed  by  the  focal 
coalescing and breakdown of dentinal  tubules. 


background image

11

 

 

These  are  ovoid  areas  of  destruction  parallel  to  the  course  of  tubules 
which  filled  with  necrotic  debris  and  increase  in  size  by  expanding.  The 
adjacent  tubules  are  distorted  and  their  course  is  bent  due  to  this 

expansion. 

b-  The  destruction  of  dentin  by  decalcification  and  then  proteolysis 

occurs in numerous focal areas leading to a necrotic mass dentin of 
a leathery  consistency.  

c-  Clefts  present  in  the  carious  dentin  that  extends  at  right  angles  to 

the  dentinal  tubules,  accounts  for  the  peeling  off  from  dentin  in 
layers while  excavating.   

The appearance of lesion  

Shape  of  the  lesion  is  triangular  with  the  apex  towards  the  pulp  and 
the base towards the enamel.  

Zone 1; Zone of Fatty Degeneration  of Tome’s Fibers,(next to pulp)  

-due to degeneration of the odontoblastic process. This occurs before 

sclerotic dentin is formed and makes the tubules impermeable.   

Zone  2;  Zone  of  dentinal  sclerosis,  deposition  of  Ca  salts  in  the 

tubules. 

Zone 3; Zone of decalcification  of dentin   

Zone 4; Zone of bacterial invasion

   

Zone 5; Zone of decomposed dentin due to acids and enzymes. 

 

Root Caries 

Root caries defined : is a soft, progressive lesion that is found anywhere 
on the root surface that has lost its connective tissue attachment  and is 

exposed to the oral environment. 

-prevalence  in men 1.1-2.5 more than women 

-the root surface must be exposed to the oral environment  before caries 

can develop here 


background image

11

 

 

-Katz found that in age 30s 1/1000,  in 50s 1/5 may have dental caries. 

-Plaque and micro-organisms  are essential  for the cause and progression 

of the lesion, mostly Actinomyces, 

-micro-organisms invade  the cementum  either  along the Sharpey’s fibers 
or between the bundles of fibers. 

-spread laterally,  since cementum  is formed in  concentric layers. 

-after decalcification  of cementum, destruction of matrix  occurs similar  to 

dentin with  ultimate  softening and destruction of this tissue. 

-invasion  of micro-organisms  into the dentinal  tubules, finally  leading  to 
pulp involvement.  The rate is slower due to fewer  dentinal  tubules than 

crown area. 

The root caries appears clinically  as yellowish  –brown coloration, non 
cavitated, soft ,may assume any out line  ,depth 0.5-1 mm ,complete loss 
of cementum.Expose the dentine ,it may undergo remineralization  or 

arrest. 

Arrested root caries

Its demonstrate 3 physical characteristics: 

1-outer barrier layer  of hypermineralized  dentin 

2- sclerotic inner  barrier  between carious and sound dentin 

3-mineralization  occurring within  the dentinal  tubules 

The mineralized  lesion appears glossy, smooth, hard , while  the active 
lesion has leathery  feeling 




رفعت المحاضرة من قبل: Mustafa Shaheen
المشاهدات: لقد قام 11 عضواً و 178 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل