БИОХИМИЯ ЗУБНОЙ ТКАНИ
В организме человека в норме имеется четыре минерализованных ткани – кость, дентин, эмаль, цемент. Они отличаются по составу и происхождению. Кость, цемент, дентин является производными мезенхимы, эмаль – эктодермы. Химический состав минерализованных тканей Са Р Mg CO 2 Органическое вещество Эмаль 36 17 0, 45 2, 5 0, 3 -1, 3 Дентин 27 13 0, 4 3, 3 20 Кость 30 15 -7 0, 45 3, 4 20 -26
Минеральную основу всех минеральных тканей составляют кристаллы апатитов: 1. 75% ─ Ca 10(PO 4)6(OH)2 – гидроксиапатит; 2. 0, 66% ─ Ca 10(PO 4)6 F 2 – фторапатит; 3. 4, 4% ─ Ca 10(PO 4)6 Сl 2 – хлорапатит; 4. 19% ─ Ca 10(PO 4)5 СО 3(ОН)2 – карбонат; 5. 2% ─ Ca 10(PO 4)2 ─ Оптимальное молярное соотношение Са/Р в ГОА равно 1, 67. Кристалл гидроксиапатита имеет гексагональную форму, окруженную водной оболочкой. 1 нм Н 2 О Н 2 О 2, 5 нм
Кристаллы ГОА создают более крупные структурные образования – призмы. Призмы характеризуются различной ориентаций кристаллов ГОА. В центре – прямолинейного направления. К периферии - под небольшим углом, что обуславливает прочность эмали. Между эмалью и дентином имеется тонкая органическая оболочка, тонкие коллагеновые фибриллы.
В кристаллической решетке ГОА имеются вакантные (пустые) места, поэтому даже в сформированном кристалле возможны изомерные замещения. Небольшое количество ионов включается в структуру апатитов: Са 2+, РО 43 -, Р-, Sr 2 -, Cl-, FCa 10(РО 4)6 F 2 – фторапатит, Са. F 2 – фторид кальция, нерастворимое соединение, влечет быстрое исчезновение с поверхности зуба. Флюороз – «зуб в крапинку» Са 9 Sr(PO 4)6(OH)2 – стронциевый апатит, не удерживается в кристалле, что вызывает порозность кости.
Эмаль ─ самая твердая ткань, организма, покрывающая коронку зуба. Поверхность эмали покрыта органическими оболочками, что придает ей сглаженный рельеф. На поверхности эмали встречаются бороздки, углубления, ямки, скопление микроорганизмов, остатки углеводной пищи.
Химический состав эмали • Неорганические вещества до 95 – 97%; • Органические вещества – 1, 2%; • Свободная вода – 3, 8%. Вода занимает свободное пространство в кристаллах ГОА, входит в состав органических веществ, располагается между кристаллами ГОА. Органические вещества эмали (на сухой вес): белки – 0, 25%, липиды – 0, 6: , цитраты – 0, 1%. Белки эмали имеют β-структуру, но в них нет гидроксипролина, характерного для коллагена, мало цистеина. Аминокислотный состав эмали меняется по мере созревания: уменьшается количество метионина, гистидина, увеличивается – серин, лизин, аргинин, глицин, аланин.
Белки эмали зуба: -участвуют в амелогенезе (амелогенины и энамелины) -не являются амелогенинами Амелогенины и энамелины являются гликофосфопротеинами, содержат до 75% фосфора. Белковый профиль эмали в процессе её созревания: -на начальном этапе формирования эмали соотношение этих белков 9: 1, в зрелой эмали – 1: 1. -изменение белкового спектра связано с различными функциями белков на разных стадиях формирования зуба. Вначале – с транспортом и депонированием минеральных веществ, затем – с началом процесса минерализации. В эмали человека обнаружен гликофосфопротеин, тесно связанный с ГОА и Са-связывающим белком.
Формирование и ориентация кристаллов ГОА определяется органическим матриксом эмали. На поверхности которого адсорбируются минеральные компоненты. Образование эмали – единый процесс развития органического матрикса и его минерализации. Первый этап минерализации происходит одновременно с формированием белкового матрикса, представленного длинными перегородками (8 нм) связанными между собой поперечными мостиками. Са 2+ НРО 42 - Минерализация зуба не заканчивается после его прорезывания. В эмали и дентине этот процесс продолжается постоянно путем поступления необходимых веществ через кровь и слюну.
Основой для формирования и функционирования эмали служит белковая матрица. Элементарной единицей белковой матрицы является Са-связывающий белок (Са. СБ). Са-связывающий белок (М ~ 20000 Да) в нейтральной среде, в присутствии ионов Са 2+, способен осаждаться в виде нерастворимого комплекса: ди-, три-, тетрамеров. 1 моль Са. СБ связывают 8 -10 ионов Са. В кислой среде комплекс мономерные белки. распадается, появляются
Образование трехмерной белковой сети эмали: • длина субъединицы Са. СБ равна длине кристалла ГОА, • часть Са 2+ участвует в образовании сети, связываясь с Са. СБ. • другая часть Са 2+ связывается с ГОА. 1. Са. СБ – кислый белок, в состав которого входят глутаминовая и аспарагиновая кислоты. СОО Са. СБ Са –Са - ГОА СОО 2. Другой вариант образования минерализованной ткани: О О белок – сер – О – Р – О – Са – О – Р – О – сер – белок ОН ОН
3. Третий тип – часть Са связывается через фосфорную группу фосфолипидов, входящих состав эмали. • Ионы Са 2+ в матриксе служат точками роста кристаллов ГОА. • Кристалл ориентируется в соответствии с трехмерной белковой структурой эмали. Растворимые белки эмали – ферменты.
Дентин Органическая основа дентина в отличие от эмали составляет более 20%. Большая часть белки. 90% белки дентина Нерастворимые Коллаген Структурные гликопротеазы Растворимые Белки дентин-ферменты Сывороточные белки
Нерастворимый белок – коллаген. Растворимые белки – белки крови, проникающие через кровеносные сосуды: • Ферменты гликолиза • Ферменты ЦТК • Фосфатазы • Са. СБ
Процесс минерализации До восьмого месяца развития плода происходит формирование зачатка зуба, а к моменту рождения образуется зрелая эмаль. COO Процесс минерализации ткани включает: R Ca • Разрушение белкового эмалевого матрикса COO • Обогащение матрикса Са 2+ и неорганическим фосфором • Фосфорилирование серина за счет АТФ. • На фосфосерин белкового матрикса осаждается Са 2+, неорганический фосфор • Образуется первичный кристалл • Дальнейший рост на базе предыдущего кристалла • Глутамин и аспарагин Са. СБ присоединяют Са 2+ • Лизин коллагенновых белков присоединяет фосфор через фосфорноамидную связь.
После прорезывания зубов продолжается процесс созревания эмали. Он тесно связан с поступлением минеральных компонентов в ткани зуба из смешанной слюны.
Регуляция процесса минерализации Для минерализованных тканей необходимо поддержание определенных концентраций Са 2+ и РО 43 - в плазме, слюне, надкостнице. Нормальное течение этих процессов обеспечивается постоянной концентрацией Са в плазме крови, которая регулируется: • Паратгормоном • Кальцитонином • Кальцитриолом Паратгормон: • Повышает растворимость костной ткани, • Увеличивает выход Са 2+ и РО 43 - в плазму, • Снижает экскрецию кальция и повышает экскрецию фосфора почками. В крови уровень Са 2+ повышается, а фосфора снижается.
Кальцитонин (щитовидная железа) • Тормозит резорбцию матрикса • Активирует вход Са и РО 43 - в клетки кости • Уровень Са в крови снижается. Кальцитриол – (1, 3, 25 – триоксикальциферол) • Стимулирует всасывание Са и Р в кишечнике • Увеличивает реабсорбцию Са из первичной мочи • Количество Са в крови повышается. Паротин-S – гормон, выделяется подчелюстными железами • Снижает содержание Са в плазме крови • Усиливает поступление Са в ткани зуба.
Соматотропин – гормон передней доли гипофиза, стимулирует рост длинных костей в области эпифизарных пластинок. Витамин С – способствует созреванию коллагена через образование гидроксипролина. Витамин А – гликозамингликанов. влияет на синтез
Проницаемость твердых тканей зуба Проницаемость – проникновение веществ в ткань зуба. В решении проблемы кариеса важное место отводится проницаемости эмали, самой минерализованной и твердой ткани, не способной к регенерации. Применение радиоактивных изотопов для изучения проницаемости зубов показало, что: • фосфатиды (Р 32) не проникают в эмаль, если их вводить со стороны пульпы; • при нанесении на поверхность зуба через 5 часов Р 32 проникают во всю толщу эмали, но в дентин не попадают; • йод (I 130), нанесенный на эмаль, быстро проникает через ткань зуба и через 2 часа обнаруживается в щитовидной железе; • при внутривенном введении радиоактивного Са и Р, изотопы обнаруживались во всех тканях зуба.
• Са 45 проникает в кость альвеолярного отростка, во все ткани зуба и наибольшее количество его обнаруживается в нарушенном слое эмали. В глубоких слоях дентина корня его не обнаружено; • в резцах, клыках и молярах наибольшее количество Са 45 обнаруживается в поверхностном слое, тогда как в глубоких слоях содержится мало кальция.
Возникает вопрос о путях проникновения веществ в эмаль зуба? Как объяснить факт накопления вещества в поверхностном слое эмали, если они поступают по пути пульпа-дентин-эмаль? • В контрольном зубе Са 45 обнаружен во всех твердых тканях, а в депульпированном – только в эмали и цементе. • Са 45 поступает в ткани зуба из слюны. Постоянный состав эмали поддерживается десятилетиями за счет поступления минеральных компонентов из слюны. (Са, Р, F). Проницаема эмаль и для органических веществ (глюкоза, сахароза, мочевина, аммиак и др. ), а также для микроорганизмов, токсинов
Проницаемость эмали зависит от: • Возраста (снижается с возрастом) • р. Н среды (при р. Н = 4, 5 Са проникает в 4, 37 раза интенсивнее и глубже) • Состава ротовой жидкости • Структуры и состава эмали • Активности гиалуронидазы • Состояния зубного налета
Проникновение веществ в кристаллы ГОА Состав кристалла ГОА вариабелен вследствие: • Замещения Са на другой элемент Са 9 Mg(PO 4)6(OH)2 Са 10(PO 4)6 F(OH) Са 9 Sr(PO 4)6(OH)2 • Наличия вакантных мест в кристаллической решетке ГОА, которые могут заполняться.
Проникновение веществ в кристаллы ГОА проходит в 3 стадии. I стадия – ионный обмен между раствором, в который погружен кристалл, и гидратной оболочкой. В гидратной оболочке накапливаются ионы Н 2 РО 4 -, НСО 3 -, Са 2+, Sr 2+, К+, Cl-. Ионы Na+ и Fнакапливаются на поверхности кристалла. Самый быстрый этап, в основе которого лежит диффузия. II стадия. Обмен между ионами гидратной оболочки и поверхностного кристалла ГОА. При этом происходит отрыв поверхностно расположенных ионов кристалла и встраивание на их место других ионов из гидратной оболочки (НРО 42 - заменяется на Н 2 РО 4 -, Са 2+, F-, НСО 3 -, Sr 2+, Na+). Стадия медленная. III стадия. Процесс проникновения ионов вглубь кристалла ГОА – это внутрикристаллический обмен. Проникают в кристалл Са 2+, F-, Sr 2+, РО 43 -. Длится несколько часов.
Таким образом, контролируя состав ротовой жидкости, омывающей эмаль зуба, можно изменить состав и свойства эмали.
