Зубные пасты (обзор). Часть II. Строение и состав зубов.

Эмаль (enamelum) — это ткань, покрывающая коронку зуба, самая твердая ткань организма. На жевательной поверхности ее толщина 1,5−1,7 мм. На боковых поверхностях эмаль значительно тоньше и сходит на нет у шейки зуба, к месту соединения с цементом корня. Она на 98% состоит из неорганических веществ. Основными компонентами кристаллов эмали являются кальций и фосфор.

Дентин (dentinum) — составляет основную массу зуба, менее обызвествлен, чем эмаль. В нем содержится 70% неорганических веществ и 30% органических веществ и воды. Основу неорганического вещества составляют фосфат кальция (гидроксиапатит), карбонат кальция и фторид кальция. В дентине имеются канальцы, содержащие окончания чувствительных волокон.

Цемент (cementum) — это прослойка ткани, покрывающая корень зуба и состоящая из 68% неорганических и 32% органических веществ. По химическому составу цемент напоминает костную ткань. В отличие от кости цемент не имеет кровеносных сосудов.

Пульпа (pulpa) является самой чувствительной тканью зуба, состоящей из сплетения нервных волокон и кровеносных сосудов. Они проникают в зуб через отверстие, которое имеется на верхушке каждого корня. Воспаление пульпы носит название пульпит.

Между корнем зуба и стенкой лунки имеется щель, в которой располагаются связки, обеспечивающие фиксацию корня и распределяющие жевательное давление, а также большое количество сосудов и нервов. Это щелевидное пространство носит название периодонта. Воспаление периодонта — периодонтит.

Весь комплекс тканей, удерживающих зуб – корень, лунка, периодонт, десна — носит название пародонта. Воспаление пародонта — пародонтит. (Не путать с пародонтозом!!!).

С химической точки зрения, эмаль зрелого зуба состоит из неорганического (около 95% по весу), органического (1−1,5%) компонента и воды (4%). Органический компонент представлен преимущественно коллагеновыми белками, которые (вместе с другими органическими компонентами – углеводами) образуют органическую матрицу – коллагеновые волокна. Эти и другие белки, кроме каркасной, выполняют защитную и регуляторную функцию в процессе реминерализации. Неорганическим компонентом является фосфат кальция в виде апатита Ca₅(PO₄)₃X, где Х – это гидроксильная группа (преимущественно, т.н. гидроксиапатит), фтор, хлор. Биологически образованные фосфаты кальция обычно называют «биологическим апатитом». Состав биологического апатита на самом деле более сложен. Часть ионов кальция замещена ионами магния, стронция, натрия, калия, ионы фосфата частично замещены ионами карбоната, а в качестве Х-ионов присутствуют не только вышеперечисленные, но и карбонат-ионы. Более того, для компенсации электрических зарядов образуются т.н. ионные вакансии, что в целом приводит к нестехиометрическому (переменному) составу биологического апатита. Именно поэтому невозможно говорить о точном химическом составе биологического апатита. Каждый кристалл апатита имеет гидратную оболочку (слой молекул воды, т.н. эмалевая лимфа) и содержит внутрикристаллическую воду. Молекулы воды играют важную роль в ионном обмене при деминерализации и реминерализации эмали. Существенное отличие зубной эмали от обычной костной ткани состоит  в том, что эмаль не восстанавливается (в восстановлении обычной костной ткани участвуют специальные клетки – остеокласты и остеобласты). По данным, полученным в последнее время, ультраструктура зубной эмали представляет собой пучки белковых, в основном коллагеновых, волокон, на которых расположены кристаллы биологического апатита (т.н. кристаллические волокна). Кристаллические волокна изогнуты в толще эмали и выпрямлены в ее поверхностном слое. Данные образования обычно называют эмалевыми призмами, что не соответствует их геометрической форме. Компактность и прочность эмали является следствием перехода тесно перевитых между собой кристаллических волокон из одного ряда в другой. В эмали выделяют 3 зоны: внутреннюю (отдельный тонкий слой, примыкающий к дентину), среднюю и поверхностную (самый плотный слой жевательной поверхности). Все 3 слоя обладают микропористыми свойствами. Состав внутренней части зуба (дентина) также представлен биологическим апатитом (70−72%, преимущественно гидроксиапатит), органическим компонентом (20%, преимущественно коллаген, но есть и другие белки и углеводы; играют важную регуляторную роль в минеральном обмене) и водой (10%). Дентин составляет основную массу зуба и по структуре напоминает грубоволокнистую кость. В отличие от эмали, дентин пронизан большим количеством дентинных канальцев, заполненных дентинной жидкостью, веществом пульпы, клеточными отростками. Цемент корня имеет наименьшее количество неорганического компонента (50%, в основном фосфаты и карбонат кальция) и пронизан коллагеновыми волокнами и клеточными элементами.

 

а – эмалевые призмы, b – микроструктура эмали

Эмаль зуба – это полупроницаемая мембрана, внутренние области которой доступны для многих неорганических ионов. Степень проницаемости зависит от размера конкретного иона и его способности связываться с кристаллической решеткой биологического апатита. Несмотря на чрезвычайно низкую растворимость апатита, эмаль зуба участвует в равновесном процессе деминерализации (выход ионов кальция, фосфата и других в слюну) и реминерализации (обратная реакция). Источником реминерализации служат неорганические ионы кальция слюны. Положение равновесия зависит от большого количества факторов (внутренних и внешних) и их изменение может привести к смещению равновесия в сторону обеднения (по сравнению с нормой) эмали неорганическими компонентами. Реакция эмали, как части организма в целом, на действие таких факторов является ее деминерализация. Частным примером может служить резкое увеличение кислотности среды под зубными бляшками, локальная деминерализация и развитие кариеса на стадии белого пятна. В общем случае под воздействием неблагоприятных факторов (например, развитием внутренних болезней) деминерализация приводит к микропористости эмали и развитию гиперестезии.

Эти кристаллы имеют гексогенальную форму.

Минеральные компоненты эмали Они представлены в виде соединений, имеющих кристаллическую решетку A (BO) K A = Ca, Ba, кадмий, стронций В = РО, Si, As, CO.

K = OH, Br, J, Cl.

1) гидроксиапатит – Са (РО) (ОН) в эмали зуба 75% ГАП – самый распространенный в минерализованных тканях 2) карбонатный апатит – КАП – 19% Са (РО) СО – мягкий, легко растворимый в слабых кислотах, целочах, легко разрушается 3) хлорапатит Са (РО) Сl 4,4% мягкий 4) стронцевый апатит (САП) Са Sr (PO) — 0,9% не распространен в минеральных тканях и распространен в неживой природе.

 

Минеральные вещества. 1 – 2% в неапатитной форме, в виде фосфорнокислого Са, дикальциферата, ортокальцифосфата. Соотношение Са / Р – 1,67 соответствует идеальному соотношению, но ионы Са могут замещаться на близкие по свойству химические элементы Ва, Сr, Mg. При этом снижается соотношение Са к Р, оно уменьшается до 1,33%, изменяются свойства этого апатита, уменьшается резистентность эмали к неблагоприятным условиям. В результате замещения гидроксильных групп на фтор, образуется фторапатит, который превосходит и по прочности и по кислотоустойчивости ГАП.

Са (РО) (ОН) + F = Ca (PO) FOH гидроксифторапатит Са (РО) (ОН) + 2F = Ca (PO) F фторапатит Са (РО) (ОН) + 20F = 10CaF + 6PO + 2OH фторид Са.

СаF — он прочный, твердый, легко выщелачивается. Если рН сдвигается в щелочную сторону, происходит разрушение эмали зуба, крапчатость эмали, флюороз.

Стронцевый апатит – в костях и зубах животных и людей, живущих в регионах с повышенным содержанием радиоактивного стронция, они обладают повышенной хрупкостью. Кости и зубы становятся ломкими, развивается стронцевый рахит, беспричинный, множественный перелом костей. В отличие от обычного рахита, стронцевый не лечится витамином Д.

Особенности строения кристалла. Наиболее типичной является гексогенальная форма ГАП, но может быть кристаллы с палочковидной, игольчатой, ромбовидной. Все они упорядочены, определенной формы, имеют упорядоченные эмаль. Призмы являются структурной единицей эмали. Эмалевые призмы являются структурой 3 порядка. В свою очередь, призмы, собранные в пучки — это структура 4 порядка.

Вода здесь только внутрикристаллическая, от нее зависят физиологические свойства эмали и некоторые химические свойства, растворимость, проницаемость.

Вид: вода, связанная с белками эмали. В структуре ГАП соотношение Са / Р – 1,67. Но встречаются ГАП, в которых это соотношение колеблется от 1,33 до 2.

Ионы Са в ГАПе могут быть замещены на близкие по свойствам в Са другие хим. элементы. Это Ba, Mg, Sr, реже Na, K, Mg, Zn, ион H O. Такие замещения называются изоморфными, в результате соотношение Са / Р падает. Таким образом, образуется из ГАП – ГФА.

Фосфаты могут заместиться на ион РО НРО цитрат.

Гидрокситы замещаются на Cl, Br, F, J.

Такие изоморфные замещения приводят к тому, что изменяются и свойства апатитов – резистентность эмали к кислотам и к кариесу падает.

Существуют другие причины изменения состава ГАП, наличие вакантных мест в кристаллической решетке, которые должны быть замещены с одним из ионов, возникают вакантные места чаще всего при действии кислот, уже в сформированном кристалле ГАП, образование вакантных мест приводит к изменению свойств эмали: роницаемости, растворимости, адсорбционным свойствам.

Нарушается равновесие между процессом де- и реминерализации. Возникают оптимальные условия для хим. реакций на поверхности эмали.

Одним из важнейших свойств кристалла являлся заряд. Если в кристалле ГАП 10 ост. Са, тогда считают 2 х 10 = 3 х 6 + 1 х 2 = 20 + 20 = 0.

ГАП электонейтрален, если в структуре ГАП содержится 8 ионов Са – Са (РО), то 2 х 8 20 = 16 < 20, кристалл приобретает отриц. заряд. Он может и положительно заряжаться. Такие кристаллы становятся неустойчивыми. Они обладают реакционной способностью, возникает поверхностная электрохимическая неуравновешенность. ионы находятся в гидратной оболочке. Могут нейтрализовать заряд на поверхности апатита и такой кристалл снова приобретает устойчивость.

Стадии проникновения в-в в кристал. ГАП 3 стадии 1) ионный обмен между раствором, который омывает кристалл – это слюна и зубодесневая жидкость с его гдратной оболочкой. В нее поступают ионы, нейтрализующие заряд кристалла Са, Sr, Co, PО, цитрат. Одни ионы могут накапливаться и также легко покидать, не проникая внутрь кристалла – это ионы К и Cl, другие ионы проникают в поверхностный слой кристалла – это ионы Na и F. Стадия происходит быстро — в течение нескольких минут.

2) это ионный обмен между гидратной оболочкой и поверхностью кристалла, происходит отрыв иона от поверхности кристалла и замена их на др. ионы из гидратной оболочки. В результате уменьшается или нейтрализуется поверхностный заряд кристалла и он приобретает устойчивость. Более длительная, чем 1 стадия. В течение нескольких часов. Проникают Ca, F, Co, Sr, Na, P.

3) Проникновение ионов с поверхности внутрь кристалла – называется внутрикристаллический обмен, происходит очень медленно и по мере проникновения иона скорость этой стадии замедляется. Такой способностью обладают ионы Ра, F, Са, Sr.

Проникновение ионов в кристалл зависит от R иона и уровня Е, которой он обладает, поэтому легче проникают ионы Н, и близкие по строению к иону Н. Стадия протекает дни, недели, месяцы. Состав кристалла ГАП и свойства их постоянно изменяются и зависят от ионного состава жидкости, которая омывает кристалл и состава гидратной оболочки. Эти свойства кристаллов позволяют целенаправленно изменять состав твердых тканей зуба, под действием реминерализующих растворов с целью профилактики или лечения кариеса.

Доля органических веществ 1 – 1,5%. В незрелой эмали до 20%. Органические вещества эмали влияют на биохимические и физические процессы, происходящие в эмали зуба. Органические вещества находятся между кристаллами апатита в виде пучков, пластинок или спирали. Основные представители – белки, углеводы, липиды, азотсодержащие вещества (мочевина, пептиды, цикл. АМФ, цикл аминокислот).

Белки и углеводы входят в состав органической матрицы. Все процессы реминерализации происходят на основе белковой матрицы. Большая часть представлена коллагеновыми белками. Они обладают способностью инициировать реминерализацию.

1. а) белки эмали – нерастворимы в кислотах, 0,9% ЭДТА. Они относятся к коллаген- и керамидоподобным белкам. Эти белки играют защитную роль в процессе деминерализации. Не случайно в очаге деминерализации на стадии белого или пигментированного пятна кол-во этих белков > в 4 раза. Поэтому кариозное пятно в течение нескольких лет не превращается в кариозную полость, а иногда вообще не развивается кариес. У пожилых людей к кариесу > резистентность. б) кальций-связывающие белки эмали. КСБЭ. Содержат ионы Са в нейтральной и слабощелочной среде и способствуют проникновению Са из слюны в зуб и обратно. На долю белков А и Б приходится 0,9% от общей массы эмали.

2. Белки растворимые в воде не связанные с минеральными веществами. Они не обладают сродством к минер. компонентам эмали, не могут образовывать комплексы. Таких белков 0,3%.

3. Свободные пептиды и отдельные аминокислоты — до 0,1%. 1) защитная функция. Белки окружают кристалл. Предупреждают процесс деминерализации 2) белки инициируют минерализацию. Активно участвуют в этом процессе 3) обеспечивают минеральный обмен в эмали и др. твердых тканях зуба.

Липидов очень мало. Представлены в виде гликофосфолипидов. При образовании матрицы они выполняют роль связующих мостиков между белками и минералами.

Дентин уступает по твердости. Наиболее важными элементами дентина являются ионы Са, РО, Со, Мg, F. Концентрация Na и Cl возрастает во внутренних слоях дентина.

Основное в-во дентина состоит из ГАП. Но в отличие от эмали, дентин пронизан большим количеством дентинных канальцев. Болевые ощущения передаются по нервным рецепторам. В дентинных канальцах находятся отростки клеток одонтобластов, пульпа и дентинная жидкость. Дентин составляет основную массу зуба, но является менее минерализованным веществом, чем эмаль, по строению напоминает грубоволокнистую кость, но более твердый.

 

Белковый матрикс дентина — 20% от общей массы дентина. Состоит из коллагена, на его долю приходится 35% всех органических веществ дентина. Дентин богат активными регуляторными белками, которые регулируют процесс реминерализации. К таким белкам относятся амелогенины, энамелины, фосфопротеиды. Для дентина, как и для эмали, характерен замедленный обмен мин. компонентов, что имеет большое значение для сохранения стабильности тканей в условиях повышенного риска деминерализации, стресса.

Цемент зуба покрывает тонким слоем весь зуб. Первичный цемент образован минеральным веществом, в котором в разных направлениях проходят коллагеновые волокна, клеточные элементы – цементобласты. Цемент зрелого зуба мало обновляется. Состав: минеральные компоненты в основном представлены карбонатами и фосфатами Са. Цемент не имеет как эмаль и дентин, собственных кровеносных сосудов. В верхушке зуба – клеточный цемент, основная часть – бесклеточный цемент. Клеточный напоминает кость, а бесклеточный состоит из коллагеновых волокон и аморфного вещества, склеивающего эти волокна.

Фтор является необходимым компонентом зубов. В состав здоровых зубов входит до 0,02% фтора, причем основная часть содержится в эмали (фторапатит). Фтор, необходимый для построения и сохранения нормальных свойств эмали, поступает в организм в основном с питьевой водой. По многочисленным данным, увеличение концентрации ионов фтора в слюне приводит к увеличению реминерализации эмали. Если содержание фтора в воде недостаточное (менее 0,00005%), прочность эмали резко снижается. Но постоянные высокие концентрации ионов фтора в воде приводят к развитию флюороза (почернению и выпадению зубов).

Источник: http://referats.allbest.ru