Зубоврачевание является одним из древнейших разделов медицины. Как показывают результаты исследований костей раннего периода, заболевания кариесом и парадонтитом встречались во все времена, начиная с самого раннего периода человеческой истории. Однако лечение больных зубов в течение многих веков сводилось главным образом к их удалению.
Современный этап развития зубоврачевания складывается лишь к середине Х1Х века. В частности, только в этот период появляются относительно совершенные устройства для обработки твердых тканей зуба вращающимися режущими инструментами.
Конечно, попытки лечения зубов предпринимались неоднократно. Но поскольку почти все они были связаны с необходимостью "проникнуть" в больной зуб, а сделать это удавалось далеко не всегда, попытки эти крайне редко приводили к успеху. Все-таки еще в древности врачеватели зубов пытались воздействовать на ткани зуба (хотя, как мы полагаем, они преследовали при этом чисто косметические цели). Так, в черепах аборигенов, найденных в Мексике и Эквадоре, передние зубы были украшены искусственными вкраплениями из золота, нефрита, бирюзы и т.п.; отверстия для таких вкраплений имели круглую форму, а высверленные поверхности были гладкими и полированными
В IХ веке до н.э. народы Майя осуществляли углубления в зубах с помощью круглой трубки, похожей по форме на соломинку для питья, изготовленной из нефрита или меди. При подготовке полости трубку вращали ладонями рук или при помощи веревки. В качестве абразивного материала использовался мелко истолченный в воде кварц , что позволяло на зубах вырезать круглые отверстия.
Новый этап в зубоврачевании начался, как мы считаем, в I веке нашей эры, когда древнеримский хирург Архиген (Archigenes), врач императора Траяна, одним из первых с лечебной целью просверлил полость зуба трепаном. Можно считать, что проведенное им лечение стало единственной в те времена попыткой лечения зубов с применением специального инструмента, подобная методика лечения зубов на протяжении многих веков больше как будто бы не использовалась. Только в ХV веке Джиовани Арколани (Giovanni d'Arcoli, 1412-1484) -профессор университета из Болоньи, сумел применить способ Архигена и описать в своем труде "Практическая хирургия". В частности он после трепанации прижигал пульпу зуба и пломбировал полость зуба золотом.
Новый этап связан с применением специального инструмента - ручного бора для препаровки кариозной полости: впервые это осуществил хирург Корнелиус Золинген (Cornelius Solingen, 1641-1687) и описал в книге "Приемы лечения ран" (1684). Ручной бор состоял из длинного стержня с граненой ручкой (6 или 8 граней), и головки (головки имели форму шара, конуса и т.д.) и вращался бор пальцами руки врача.
Ручной бор применялся для лечения зубов вплоть до середины XIX в. Однако, работа таким бором занимала много времени и была очень трудоемкой и неудобной, как для врача (пальцы натирались до мозолей), так и для пациента. Облегчение в работе зубных врачей принесло изобретение в 1846г американского доктора Амоса Уэскотта кольца со втулкой, которое надевалось на указательный палец правой руки. Это приспособление позволило защитить руку врача и в какой-то степени облегчить вращение ручного бора пальцами. В конце XVIII в. появились более сложные ручные приспособления с использованием ротационного движения инструмента - зубоврачебные дрели.
В 1858 г. Чарльз Мерри (США) изобрел зубную дрель, которая имела две ручки: одну для удерживания режущего инструмента, а вторую, для сообщения режущему инструменту вращательного движения через гибкий кабель. Такое устройство позволяло дантисту направлять инструмент на зубы с необходимой точностью. В 1862 году Чарльз Мерри добавил к своей конструкции изогнутую головку (прототип углового наконечника).
Своеобразную конструкцию имела ручная машина с двумя головками, изобретенная в 1864 г. английским врачом Джорджем Феллоу Харрингтоном (1812-1895). Это устройство приводилось в движение с помощью пружины, аналогично современным механическим игрушкам. Завод пружины был рассчитан на 2 мин хода. Данное изобретение позволило врачу менять головки в зависимости от места нахождения больного зуба (верхней или нижней челюсти). Машина Харрингтона была сделана из желтой меди и украшена обильной гравировкой и выглядела чрезвычайно элегантно и по виду напоминала музыкальный ящик. В стоматологическом музее Стокгольма имеется экземпляр его машины - красивой, как ювелирное украшение. Правда, эта машина во время работы сильно шумела, но этот недостаток вполне искупался тем, что она позволяла врачу справляться с препаровкой полости зуба в несколько раз быстрее, чем при использовании другими ручными дрелями. Например, за десять минут можно было сделать столько, сколько за целый час при работе ручным бором, доставляя пациентам меньше неудобств. Все-таки машина Харрингтона с заводным пружинным механизмом не получила применения в зубоврачебной практике.
Большую роль в совершенствовании технологии лечения болезней зубов сыграло появление ножной бормашины и ее дальнейшее совершенствование.
В 1868 г. Г.Ф.Грина изобрел пневматическую машину на ножном приводе, позволившую врачу работать одной рукой. Она оказалась практичной, и в то время, как другие устройства изготавливались изобретателями в единственном экземпляре, машина Грина была первой зубоврачебной машиной, изготовленной фирмой S.S.White в Филадельфии фабричным способом. Однако, эта машина не получила широкого распространения среди практических врачей. Вместе с тем, ее принято считать родоначальницей турбинных бормашин, которые начали использоваться во второй половине XX века.
В 1871 г. Джеймс Беалл Моррисон (1829-1917) сконструировал и запатентовал педальную бормашину. Эта машина имела такой же ножной привод, как и ножная швейная машина. Среди других образцов бормашин, появившихся в начале 70-х годов XIX в. (например, бормашины модели Элллиота, которые крепились неподвижно к потолку или к стене) бормашина Моррисона пользовалась наибольшим спросом, как наиболее практичная. Она устанавливалась на полу и была возможность ее передвижения. В 1876 г. фирма S.S.White изготовила усовершенствованный вариант бормашины Моррисона, в которой впервые был использован принцип передачи вращения с помощью так называемого "гибкого рукава".
В своей конструкции первые ножные педальные бормашины состояли из трех главных составных частей: ножного педального двигателя с маховым колесом, подвижного рукава, наконечника с бором. В конце ХIХ века ножные педальные бормашины создавались на основе двух конструктивных вариантов (усовершенствованных в ХХ веке), отличавшихся, в основном, схемой передачи вращения от двигателя к наконечнику с бором с помощью гибкого вала, заключенного в оболочку - "гибкого рукава". Вращающиеся части "гибкого рукава" были полностью закрыты. Манипуляции с наконечником давали умеренную нагрузку на кисть руки врача. Однако, этот рукав имел существенные недостатки. Он не мог передавать значительные обороты двигателя. При этом он обуславливал заклинивание вращающегося на низких скоростях бора, особенно когда его сильно прижимали к эмали зуба с помощью системы шкивов, укрепленных на валу двигателя и на металлических стержнях и соединенных кордовым шнуром (так называемый "жесткий рукав").
В основу этого типа передачи вращения была положена конструкция, запатентованная французом Дориотом в 1893 г. Бормашина системы Дориота отличалась от всех других других машин тем, что позволяла легко и бесшумно работать и производить различные движения наконечником. Однако, зубной врач А.В.Фишер в своем учебнике "Курс дентиарии по программе зубоврачебных школ" (1903) писал, что бормашины c "гибким рукавом", изготавливаемые фирмой S.S.White, cчитаются лучшими, а "машины системы Дориота непрактичны, из-за сложности системы передач, и кроме того, при работе производят изрядный шум"
Фирма S.S.White и другие предложили много конструктивных усовершенствований основных узлов бормашины Моррисона, обеспечивших плавность вращения бора (что позволило уменьшить болевые ощущения во время препарирования зубов), а также снижение шума работающих механизмов.
Педальные бормашины в России в конце XIX - начале XX в. не выпускались и закупались в Америке, Англии, Германии. Использование их в России врачами сопровождалось большими трудностями, так как отсутствовали мастерские для ремонта. Единственным местом, где в то время в России изготавливались бормашины, была первая зубоврачебная мастерская И.И.Хрущева (1850-1914), созданная им на свои средства в 1886 г. в С.-Петербурге. Педальные бормашины широко применялись в зубоврачебной практике вплоть до середины ХХ века, а в России даже до конца 60-х годов нашего столетия.
Преимуществом этих бормашин было то, что они приводились в движение с помощью ножной педали, что позволяло освободить руки врачу для операции. Но главное было в том, что они позволили существенно улучшить эффективность препарирования твердых тканей зуба и тем самым поднять зубоврачебную помощь на новую ступень развития. Зубной врач Ю.Шефф (1882) отмечал, что "с введением зубной сверлильной машины в истории пломбировки зубов наступила новая эра: с этим вполне можно согласиться. Однако, первые педальные бормашины были чрезвычайно дорогими и потому фактически недоступными многим дантистам. Поэтому зубные врачи продолжали работать вплоть до начала ХХ века ручными дрелями. Максимальная скорость, которую могли развивать ножные зубоврачебные машины по вполне понятным причинам не превышала 2000 об/мин. Создание и все более широкое использование электромоторов в конструкциях различных механизмов обусловили замену ножного привода бормашины электрическим, что позволило увеличить в дальнейшем число оборотов бора в 10 раз и снизить утомляемость врача и пациента.
Русский зубной врач А.В. Фишер в своем учебнике "Курс дентиатрии по программе зубоврачебных школ" (1903), давая характеристику электрическим бормашинам конца XIX-начала ХХ века, отмечал, что они "очень капризны, так как находятся в зависимости от постоянства действия электрической энергии, что у нас в России, не имея своей динамомашины, трудно получить; аккумуляторы при зарядке малоопытными машинистами очень часто и быстро портятся".
Внедрение электрических бормашин в зубоврачебную практику стало возможным лишь в начале ХХ столетия. А.В. Фишер (1903), А.Б.Изачик (1915) опубликовали фотографии выпускавшихся ножных и электрических бормашин различных фирм.
Одновременно с созданием бормашин в конце XIX - начале XX вв. фирмой S.S.White. были разработаны и совершенствовались наконечники. В каталогах начала ХХ века (фабрики и магазина АО Ф.Швабе, г. Москва, магазина и фабрики Е.С Трындина и сыновей, г.Москва и др.) приведены 2 базовые модели прямых наконечников (№ 4 и № 7), а также их усовершенствованные конструкции. Выпускались и угловые наконечники - в виде угловых насадок №1, 2, 3 к прямым наконечникам № 4,7. Эти угловые насадки отличались, в основном, конструкцией узла фиксации бора (с помощью задвижки, гайки и др.), и изготавливались с различным углом наклона головки с бором (прямоугольные, остроугольные, тупоугольные и универсальные (обеспечивавшие возможность оперативного изменения угла наклона головки). Обеспечение выбора оптимального угла установки бора дало возможность врачу выполнять манипуляции в труднодоступных кариозных полостях.
В середине 30-х годов ХХ века прямые и угловые наконечники по своему устройству не отличались от наконечников, применявшихся в начале века. Однако, угловой наконечник этих лет был изготовлен из никелированной латуни и комплектовался с черной эбонитовой рукояткой. В дальнейшем эти наконечники не претерпели существенных изменений.
Как свидетельствуют каталоги начала XX века, в зависимости от конструктивного исполнения выпускалось 26 типов бормашин с гибким и жестким рукавом.
В начале XX в. совершенствование бормашин шло в направлении создания конструкций, обеспечивающих наибольшую скорость вращения бора. Это направление было обусловлено как чисто механическими, так и медико-биологическими причинами. Повышение скорости вращения бора дало возможность улучшить качество препарирования твердых тканей зуба и уменьшить болевые ощущения пациента.
Одним из первых, признавших выгоды высоких скоростей вращающихся зубоврачебных инструментов, был бельгийский дентист Эмиль Уэ (1874-1944). В 1911 г. он сконструировал электрический двигатель, скорость вращения которого, по не вполне достоверным данным, достигала 10000 об/мин, и обнаружил, что на этих высоких скоростях боры препарировали более ровно и с меньшим дискомфортом для пациента. Однако, машина Э.Уэ не получила широкого применения, поскольку она перегревалась и подшипники, расположенные в наконечнике, заклинивало.
Дальнейшим работам по совершенствованию бормашин содействовали исследования по медико-техническим проблемам, которые были связаны с изучением процесса высокоскоростного резания твердых тканей зуба.
Врачи Walsh JP, Symmons HP (1948) сообщили о своих исследованиях об уменьшении ощущений вибрации пациентом при препарировании зуба при повышенной скорости вращения бора. Оценивая реакцию пациентов на вибрацию, ощущаемую их зубами при различных скоростях вращения боров, эти ученые установили верхние частотные пределы ощущаемой вибрации, а также диапазон частот, вызывающих наиболее неприятные ощущения. Они также установили эффективность действия режущих инструментов на высоких скоростях порядка 60000 об/мин. Henry E.E., Peyton F.A. (1950) провели исследование по изучению влияния вибрации на ткани зуба, производимой различными вращающимися инструментами бормашины и пришли к выводу, что увеличение скорости вращения приводило к уменьшению амплитуды вибраций.
В ряде опубликованных результатов исследований (Manley E. ,1936, Лукомский И.Г., 1940, Anderson D., 1942, Peyton F. , 1952, Xolden G., 1962 и др.) отмечалось, что уменьшение восприятия пациентом вибрации путем увеличения скорости режущего инструмента обуславливает осложнение в виде боли и неприятных ощущений у пациента при препарировании врачом зуба. Причиной возникновения этого осложнения являлось повышение температуры на поверхности обрабатываемого участка зуба, которое возникало в результате трения, вызывая возможность ожога тканей с последующим некрозом пульпы. В связи с этим высокоскоростное препарирование тканей зуба должно было сопровождаться охлаждением тканей зуба и режущих инструментов. Повышение скоростей вращения бора в бормашинах с "жестким рукавом" обеспечивалось путем увеличения передаточного числа оборотов с мотора на наконечник (за счет увеличения диаметра шкива мотора и уменьшения шкива наконечника) и совершенствования конструкции наконечников.
Так, в начале 50-х годов ХХ века инженерами фирм "КаВо" и "Микромега" была усовершенствована конструкция "жесткого рукава" (улучшены фрикционные свойства шкива двигателя, увеличено отношение диаметров шкивов двигателя и наконечника и др.), что позволило получить скорость вращения бора до 30000 об/мин. Австралийский ученый Ричард Р.Стефенс (Stephens RR, 1986) назвал среди успешных попыток увеличения скорости вращения бора в бормашинах с "жестким рукавом" систему с наконечником "Император". Эта система была впервые изготовлена в 1951 г. компанией Дрендел энд Цвайлиг и обеспечила скорость вращения бора 30000 об/мин (благодаря зубчатому передаточному механизму наконечника). Ученый Джонсон (J.Jonson, 1957) в своей монографии опубликовал особенности системы с наконечником "Император". Согласно его описанию, в наконечнике "Император" были применены самовыравнивающиеся подшипники и плавающий привод для режущего инструмента, которые способствовали устранению вибрации, возникавшей в механизмах передачи вращения (до наконечника). К этому наконечнику были изготовлены специальные режущие инструменты (боры, диски) со своими собственными подшипниками, которые обеспечивали точное концентрическое вращение инструмента. Режущие инструменты закреплялись в наконечнике с помощью оригинального соединения. Это приводило к невозможности их взаимозаменяемости с инструментами, закрепляемых в наконечнике с помощью цанговых зажимов и значительному удорожанию режущих инструментов.
Ричард Пэйдж сконструировал скоростной угловой наконечник для бормашины с "жестким рукавом, который поступил в продажу в 1955 г. под названием "наконечник Пэйджа-Чейса", с помощью которого была получена скорость вращения вольфрамо-карбидных боров 100000 об/мин. Преимущество этого наконечника было в том, что его кинематическая схема передачи вращения внутри наконечника обеспечивала повышение скорости вращения бора в 5 раз. Однако, это привело к увеличению размеров наконечника (по сравнению со стандартными наконечниками), что ограничило его доступ к зубам, расположенным в глубине рта. Этот наконечник содержал зажимный патрон с резиновой втулкой для закрепления боров, который обеспечил снижение вибраций бора. В 1960 г. компанией Кэрр Мэнюфэкчуринг были произведены усовершенствованные модели наконечника Пэйджа-Чейса, которые обеспечивали скорость вращения бора 180000 об/мин.
Дальнейшее совершенствование технологии применения бормашин привело к тому, что в 50-х годах ХХ века появились первые приспособления для охлаждения - специальные воздушно-водяные разбрызгиватели в виде сопла, прикрепляемого хомутиком к наконечнику. В первых установках пациент помогал врачу, нажимая по его просьбе кнопку воздушного клапана, позднее разбрызгиватель стал приводиться в действие электрическим соленоидным клапаном одновременно с работой бора. В 1955 г. фирмой "Амальгамейтид Дентал Кампани" была претворена в жизнь идея добавить к наконечнику кроме сопла для разбрызгивания, еще и другое (угловое) для сушки воздухом. Выпуск разбрызгивающей струи для охлаждения или промывки, либо струи воздуха для просушивания, осуществлялся через двойные соленоидные клапаны, присоединенные к клапанам автомобильных камер. В России с началом первой мировой войны 1914 г., а затем и революции 1917 г., поставки по импорту зубоврачебного оборудования, в том числе бормашин, были приостановлены. В связи с этим в 20-е годы XX в. были намечены мероприятия по организации отечественного производства этого оборудования.
Первая производственная модель отечественной бормашины педального типа (с ножным приводом) создана в 30-е гг. в ОКБ Сталинградского завода медицинского оборудования. Эта бормашина являлась длительное время одной из главных принадлежностей зубоврачебного кабинета. Серийный ее выпуск продолжался до 1963 г. В 50-е годы в нашей стране начали выпускаться также бормашины с электроприводом, в том числе по схеме с жестким рукавом. Эти бормашины постепенно также совершенствовались и применялись до конца 60-х годов. Они комплектовались прямыми наконечниками с автоматическим зажимом, в том числе скоростным наконечником типа НП-10, угловыми наконечниками (с фиксированной и поворотной головкой), в том числе скоростным наконечником типа НСУ-1. Максимальная скорость вращения бора, которая была получена с помощью скоростных наконечников, равнялась 30000 об/мин. Все описанные зарубежные и отечественные бормашины, обеспечивавшие высокую скорость вращения бора, обладали неудобным механизмом удлинителя ("руки"), который использовался на агрегатах со стандартной скоростью, что ограничивало радиус движения "руки", и не давало возможности врачу работать сидя. Поэтому уже в 50-х годах XX в. внимание конструкторов зубоврачебного оборудования, в том числе и отечественных, было сосредоточено на создании безрукавных машин с использованием микроконструкций: турбинных наконечников, пневматических и электрических микродвигателей, встроенных или присоединяемых непосредственно к наконечнику.
Появившиеся в 1957 г. в зубоврачебной практике бормашины с турбинными наконечниками, впоследствии укомплектованные встроенными системами охлаждения и локального освещения места операции, привели к постепенному отказу от высокоскоростных бормашин с передачей вращения от двигателя на наконечник с бором с помощью "рукава".
Использование бормашин ознаменовало внедрение в зубоврачевание новой технологии лечения болезней зубов.
Литература: 1. Коварский М.О. Краткая история зубоврачевания. Москва, 1928, стр.58 2. Доброноки и Шиле. Зубоврачебные машины и принадлежности к ним. Москва, 1903, стр.1
3. Изачик А.Б. Дентиатрия. Москва, 1915, стр.59-62 4. Фишер А.В. Курс дентиатрии по программе зубоврачебных школ.,Москва, 1903, стр.58-62.
5. Ю. Шефф. Руководство к изучению зубных болезней (перев.), С.-Петербург, 1882, стр.64
6. Elizabeth Bennion. Antique dental instruments. New York, 1986, p.65,71 7. Malvin E.Ring. Dentristry: an illustrated history . New York :Abrams, 1985, p.
8. Vinski I. Two hundred and fyfty years of rotary instruments in dentistry.Br Dent J, 1979; 146:217-223
9. Walsh J.P., Symmons H.P. Vibration perception in teeth during cavity preparation. NZ Dent J, 1948; 44:39-41, 45:106-114 10. Henry E.E., Peyton F.A . Vibration characteristics of the rotating dental instrument. J Dent Res, 1950;29:601-15
11. Hedvig Lidforss Stromgren. Die zahnheilkunde im neunzehnten jahrhundert. Kobenhvn, 1945, p. 77,78
12. Green G.F. Pneumatic tooth burr and drill. US Patent № 77370, 28 Apr 1868 13. Hoffmann-Axthelm W. Histori of dentistri. Chicago:Quintessence, 1981, p.287-325 14. Stephens RR. The dental handpiec e - A History of its development. Australian Dental Journal, 1986, 31:3, p.170
15. Soskwell C.L. Dental handpieces and rotary cutting instruments. Dent Clin North Am, 1971;15:219-244
16. J.Jonson. Practical Dental Monogra
phs, 1957, p,18-19 17. Karl Sudhoff. Geschichte der Zahnheilkunde, 1921.