Как устроена зубная щетка: комплекс новаторских решений в привычном предмете гигиены

Зубная щетка — привычное и на первый взгляд очень простое средство, однако ее эффективная работа достигается целым комплексом точных инженерных решений. Как же устроена зубная щетка? Какие бывают щетки, и почему они так важны для нашего здоровья? Как правильно выбрать и пользоваться зубной щеткой?
Павел Сибирин
Автор Наука Mail
Зубную пасту выдавливают на зубную щетку
Зубная щеткаИсточник: Unsplash

Повседневный ритуал чистки зубов зубной щеткой знаком каждому из нас. Этот маленький предмет превратился в неотъемлемую часть личной гигиены, без которого немыслимо ощущение комфорта, чистоты и здоровья. Например, в 2003 году участники социологического опроса назвали именно зубную щетку «изобретением номер один», без которого невозможно обойтись, и в этом рейтинге  зубная щетка обогнала такие высокотехнологичные устройства как автомобиль, компьютер и мобильный телефон. 

Этот рейтинг вполне можно назвать справедливым, так как зубная щетка, благодаря совокупности высокоэффективных конструкционных находок, является устройством, стоящим на страже здоровья зубов, пищеварительной системы, эстетических и коммуникативных качеств современного человека. 

Зачем нужна зубная щетка

В ротовой полости — на поверхности зубов, на слизистой оболочке и на языке — всегда большое количество бактерий. Вместе с остатками пищи микроорганизмы образуют мягкий, а затем и твердый зубной налет (зубной камень), производят кислотные выделения и разъедают эмаль зубов, что вызывает кариес и воспаления в ротовой полости, зубную боль и даже потерю зубов. Регулярная чистка зубов позволяет удалить мягкие зубные отложения с поверхности зубов и десен, предотвратить развитие кариеса и воспалений. Кроме того, регулярная гигиена с использованием щетки и зубной пасты способствует поддержанию свежего дыхания и белого цвет зубной эмали, что делает улыбку эстетичнее.

Зубная щетка с зубной пастой
Головка ручной зубной щетки с многоуровневыми пучками щетинокИсточник: unsplash.com

Принцип работы зубной щетки

Главная цель любой зубной щетки — механическая очистка: во время использования она счищает с поверхности зубов и слизистой оболочки налет и остатки пищи. Пучки щетинок и отдельные волокна «выметают» прикрепленные к зубу фрагменты отложений, проникают в щели между зубами и вдоль линии десен, где часто скапливаются бактерии. Механическое воздействие, создаваемое при чистке, не только удаляет загрязнения, но и способствует массажу десен, улучшает кровообращение и повышает иммунитет тканей полости рта. Зубная паста, которая наносится на щетку, существенно повышает эффективность чистки  — в составе пасты имеются мельчайшие абразивные частицы, помогающие щетинкам очищать поверхности. Также зубная паста, распределяемая щеткой по тканям полости рта и зубам, оказывает химическое воздействие, насыщая эмаль минералами, предотвращая рост бактерий, освежая дыхание. 

Девочка чистит зубы
Повседневная чистка зубовИсточник: Unsplash

Из чего состоит зубная щетка — основные части и их функции

За тысячелетия, прошедшие с начала применения средств для чистки зубов, применяемые для этого устройства претерпели огромные изменения. С древних времен для чистки использовали веточки и палочки деревьев с волокнистой структурой (в некоторых странах такие средства широко распространены и сейчас). Форма щетки, близкая к привычной, появилась в позднем Cредневековье, а промышленный выпуск ручных щеток cо щетинками на рабочей головке начался в XVIII веке. В 1938 году для производства щеток стали применять синтетические нейлоновые волокна вместо животной щетины. А в 1959 году впервые была представлена электрическая зубная щетка. 

В настоящее время зубные щетки — как ручные (мануальные), так и электрические, постоянно совершенствуются, при их создании применяются все новые инженерные решения и достижения материаловедения.

В любой современной зубной щетке можно выделить несколько стандартных частей:

  1. Головка — основная рабочая часть, на которой закреплены щетинки. 
  2. Щетинки — волокна из нейлона или других синтетических материалов. 
  3. Шейка — соединяет головку с ручкой. Часто слегка изгибается для лучшего доступа к труднодоступным участкам.
  4. Ручка — обеспечивает удобный захват. В современных моделях часто имеет резиновые вставки, изгибы и нескользящее покрытие, способствующие более прочной фиксации в руке во время чистки.
Устройство зубной щетки
Схематическое изображение стандартной ручной зубной щеткиИсточник: ChatGPT4o

Форма головки и характер расположения щетинок (так называемое щеточное поле) очень важны для эффективной чистки. Поэтому инженеры уделяют особое внимание этой части устройства. Варьируются длина и количество пучков щетинок, взаимное их расположение, количество отдельных щетинок в каждом пучке, материал щетинок, их упругость, гибкость, диаметр, закругление и степень полировки. Наиболее высокотехнологичные головки зубных щеток имеют щеточное поле с многоуровневой по высоте посадкой щетинок, расположением волокон с выступами и под углом друг к другу (что позволяет очень эффективно очищать зубодесневую борозду и межзубной промежуток). Также передовые производители делают микротекстурную поверхность на каждой щетинке, благодаря чему волокна очищают не только своими кончиками, но и всей поверхностью. 

У многих моделей зубных щеток имеются дополнительные элементы — прорезиненные накладки, эластичные вставки на шейке для изгиба, индикаторы износа или пульсирующие элементы (в электрических щетках). Также производители щеток считают очень важным фактором эргономичность — то есть удобство щетки для пользователя, комфорт при захвате и удержании щетки, соответствие формы ручки анатомическим особенностям кисти руки.

Три зубные щетки на столе
Зубные щетки с различными вариантами формы головки и ручкиИсточник: Public Domain licence

В электрических зубных щетках очистка поверхностей зубов достигается не благодаря физическим усилиям пользователя, а посредством автоматических движений рабочей головки либо генерации звуковых и ультразвуковых колебаний. Человек при этом лишь перемещает головку щетки от одного зуба к другому.

Дизайн электрических зубных щеток определяется особенностями функции и характером действия рабочей головки. Помимо вариаций щеточного поля, электрические щетки очень различаются по сложности электронных устройств, режимам чистки, виду и емкости аккумулятора и генераторов колебаний. 

Типы зубных щеток — какие бывают и чем отличаются

Мануальные (обычные) — щетки для ручного применения. Существует много детальных классификаций, разделяющих мануальные щетки в зависимости от особенностей назначения, материала щетинок, форме ручки и другим критериям. 

Голубая зубная щетка
Обычная зубная щеткаИсточник: Recraft

Наиболее важно для пользователя знать различия зубных щеток по степени жесткости щетинок:

  • очень мягкие (как правило, адаптированы для детей младшего возраста)

  • мягкие (детские; также используются у лиц с заболеваниями пародонта)

  • средней жесткости (наиболее часто используемые)

  • жесткие (применяются для очистки зубных протезов)

  • комбинированные

Электрические щетки разделяются в зависимости от основного метода физического воздействия:

  •   Ротационные — щетинки таких зубных щеток  совершают вращательные, возвратно-круговые  движения по часовой стрелке и против нее, а также вибрирующие, пульсирующие движения. Это эффективно имитирует выметающие действия, совершаемые при ручной чистке. Щетинки современных ротационных щеток имеют комбинированную жесткость и разноуровневое щеточное поле. Головки таких щеток имеют круглую форму.

  •   Вибрационные — рабочая головка этих щеток совершает микровибрации высокой частоты (но менее 20000Гц). Колебательные движения щетинок создают динамический поток жидкости из смеси воды, слюны и зубной пасты, и это обеспечивает тщательный, но более щадящий в сравнении с чисто механической обработкой режим очистки поверхностей. Вибрационные щетки имеют продолговатую головку.

  •    Ультразвуковые —  в головке такой щетки под щетинками встроен пьезокристалл, генерирующий ультразвуковую волну частотой свыше 20000Гц. Ультразвук разрушает бактериальный налет, нейтрализует крепление бактерий к эмали, способствует удалению твердых зубных отложений. В конструкции ультразвуковых щеток часто предусмотрены дополнительные генераторы вибрационных движений.

Четыре электрические зубные щетки
Варианты современных электрических зубных щетокИсточник: Unsplash

Щетки специального назначения. К данному типу относятся, например, однопучковые щетки для брекет-систем, ионные электрические щетки, специальные ирригационные системы, щетки для профессиональной чистки в условиях стоматологической клиники, эко-щетки из перерабатываемых материалов и другие.

Как правильно выбрать зубную щетку?

Современная зубная щетка должна иметь рабочую головку с синтетическими (а не животного происхождения) щетинками. Рабочая головка мануальной щетки должна покрывать примерно 2-3 зуба — это наиболее эффективный при ручной чистке размер.

Для детей выбирают мягкие зубные щетки с малыми размерами рабочей головки, удобной ручкой. Мягкая щетка также подойдет лицам с гиперчувствительностью или повышенной стираемостью зубов, заболеваниями пародонта, кровоточивостью. 

Большинству людей подходит средняя степень жесткости щетинок. Жесткие зубные щетки в обычных условиях использовать не стоит, так как это может привести к повышенной стираемости эмали — этот тип устройств применяют при уходе за съемными протезами. 

Зубные щетки из дерева
Зубные щетки из дереваИсточник: Recraft

Если пользователь носит брекет-систему, нужно использовать щетки со специальной выемкой (ортодонтические), а также однопучковые маленькие щетки.

При выборе электрической зубной щетки нужно ориентироваться на характер движений рабочей головки, индивидуальные особенности зубов и десен и личное ощущение комфорта. Как правило, люди с чувствительной эмалью выбирают вибрационные щетки с продолговатой головкой и более щадящим воздействием, а тем, кому нужна интенсивная чистка, рекомендованы вращательные щетки. Ультразвуковые щетки могут эффективно очищать, однако имеют ряд противопоказаний, таких как наличие множественных пломб и виниров, отдельные заболевания десен. Поэтому при выборе электрической щетки желательно посетить стоматолога и посоветоваться, какое устройство наиболее оптимально для конкретного состояния полости рта.

Также для электрической щетки важно учитывать эргономику, удобство ручки, количество режимов работы, емкость аккумулятора и наличие индикатора износа. 

Электрическая зубная щетка синего цвета
Электрическая зубная щеткаИсточник: Recraft

Прогресс в медицине, в цифровых технологиях и дизайнерских находках постоянно ускоряется. Возможно, в недалеком будущем появятся зубные щетки, выполняющие такие функции, которые еще десяток лет назад показались бы фантастическими. К примеру: оборудованная искусственным интеллектом щетка, способная определять достаточную степень очистки и требуемую длительность работы. Или щетка, способная сканировать полость рта и диагностировать заболевания зубов и пародонта. Или щетка, анализирующая химический состав слюны и степень свежести дыхания. Такие устройства будут логичным продолжением эволюции этого важнейшего гигиенического средства, начавшейся еще с древней деревянной жевательной палочки.

Зубная щетка — не такое простое устройство, как кажется привычному взору. Этот маленький предмет содержит множество медицинских, инженерных и дизайнерских разработок, которые обеспечивают здоровье зубов и системы пищеварения в целом, ежедневный комфорт и эстетику улыбки.