Биохимия твердых тканей зуба
Биохимия твердых тканей зуба.
К таким тканям относятся эмаль, дентин, цемент зуба. Эти ткани отличаются друг от друга различным происхождением в онтогенезе. Поэтому отличаются по химическому строению и составу. А также по характеру метаболизма. В них эмаль – эптодермального происхождения, а кость, цемент, дентин – мезентимального происхождения, но, несмотря на это, все эти ткани имеют много общего, состоят из межклеточного вещества или матрицы, имеющего углеводно-белковую природу и большое количество минеральных веществ, в основном, представленных кристаллами апатитов.
Степень минерализации: Эмаль –> дентин –> цемент –> кость.
В этих тканях следующее процентное содержание:
|
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
Мин. в-ва 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 – явл-ся структурной единицей эмали.
4 структуры: кристалл
состоит из элементарных
Эмалевые призмы являются структурой 3 порядка. В свою очередь, эм. призмы собраны в пучки, это структура 4 порядка, вокруг каждого кристалла находится гидратная оболочка, любое приникновение веществ на поверхность или внутрь кристалла связано в этой гидратной оболочкой.
Она представляет собой слой воды, связанной с кристаллом, в котором происходит ионный обмен, он обеспечивает постоянство состава эмали, называется эмалевой лимфой.
Вода 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. эл-ты. Это Ba, Mg, Sr, реже Na, K, Mg, Zn, ион H O. Такие замещения называются изоморфными, в тезультате 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 зам-я приводят к тому, что изменяется и св-во апатитов – резистентность эмали к кислотам и к кариесу падает.
Существуют другие причины изменения состава ГАП, наличие вакантных мест в кристалл. решетке, которые должны быть замещены с одним из ионов, возникают вакантные места чаще всего при действии кислот, уже в сформированном присталле ГАП, образование вакантных мест приводит к изменению св-в эмали, проницаемости, раствопимости, адсорб. св-ва.
Нарушается равновесие между процессом де- и реминерализации. Возникают оптим. усл-я для хим. реакций на поверхности эмали.
Физико-химические св-ва кристалла апатита Одним из важнейших вс-в кристалла явл-ся 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 содер-ся
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
Стадии проникновения в-в в кристал. ГАП 3 стадии 1) ионный обмен между раствором, который омывает кристалл – это слюна и зубдесневая 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 неск. минут.
2) это ионный обмен
между гидратной оболочкой и
поверхностью кристалла,
3) Проникновение
ионов с поверхности внутрь
кристалла – называется
Наличие вакантных мест в кристалл. решетке явл-ся важным фактором в активации изоморфных замещений внутри кристалла. 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 св-ва кристаллов позволяют целенаправленно изменять состав твердых тканей зуба, под действием реминерализующих растворов с целью профилактики или лечения кариеса.
Органические в-ва эмали Доля орг. в-в 1 – 1,5%. В незрелой эмали до 20%. Орг. в-ва эмали влияют на биохимические и физические процессы, происходящие в эмали зуба. Орг. в-ва нах-ся между кристаллами апатита в виде пучков, пластинок или спирали. Осн. представители – белки, углеводы, липиды, озотсодержащие в-ва (мочевина, пептиды, цикл. АМФ, цикл. аминокислоты) .
Белки и углеводы входят в состав органич. 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 с
большим количеством сер,
2. Б. растворимые
в воде не связанные с
3. Своб. пептиды и
отд. аминокислоты, такие как промин,
гли, вал, оксипролин, сер. До 0,1%
1) ф-я защитная. Белки окружают
кристалл. Предупреждают процесс
деминерализации 2) белки инициируют
минерализацию. Активно
Углеводы представлены полисахаридами: глюкоза, галактоза, фруктоза, гликоген. Дисахариды нах-ся в свободной форме, а образуются белковые комплексы – фосфо-гликопротеиды.
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. Mg сод-ся в 3 раза больше, чем в эмали. 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 нах-ся отростки клеток одонтобластов, пульпа и дентинная жидкость. Дентин составляет основную массу зуба, но явл. менее минерализов. в-вом, чем эмаль, по строению напоминает грубоволокнистую кость, но более твердый.
Органич. в-ва Белки, липиды, углеводы, ….
Белковый матрикс дентина - 20% от общей массы дентина. Состоит из коллагена, на его долю приходится 35% всех органических в-в дентина. Это свойство характерно для тканей лизин…мального происхождения, сод. глюкозаминогликогены (……. атинсульфат) , галактозу, гексазамиты и гелиуроновая кислоты. Дентин богат активными регуляторными белками, которые регулируют процесс реминерализации. К таким спец. белкам отн-ся амелогенины, энамелины, фосфопротеиды. Для дентина, как и для эмали, характерен заледленный 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 в-вом,
в котором в разных направлениях
проходят коллагеновые волокна, клеточные
элементы – цементобласты. Цемент зрелого
зуба мало обновляется. Состав: минер.
компоненты в основном представлены
карбонатами и фосфатами Са. Цемент
не имеет как эмаль и дентин,
собственных кровеносных
Пульпа зуба. Лекция № 2
Это рыхлая соединит.
ткань зуба, заполняющая коронковую
полость и корневой канал зуба
с большим количеством нервов
и кровеносных сосудов, в пульпе
есть коллагеновые, но нет эластических
волокон, есть клеточные элементы, представленные
одонтобластами, макрофагами и фибробластами.
Пульпа является биологическим барьером
защищающим зуб. полость и периодонт
от инфекции, выполняет пластическую
и трофическую функцию. Характеризуется
повыш-ой активностью окислительно-
В результате этих процессов обмена обр-ся множество промежуточных продуктов, которые поступают из пульпы в твердые ткани зуба. Все это обеспечивает высокий уровень …., реакт-и и защитн. мех-ов.
При патологии активность этих ферментов повышается. При кариесе происходят деструктивные изменения в одонтобластах, разрушение коллагеновых волоккон, появл-ся кровоизлияния, изменяется активность ферментов, обмен в-в в пульпе.
Пути поступления
в-в в твердые ткани зуба и
проницаемость эмали Зуб имеет
контакт со смешанной слюной, с
другой стороны – …. крови, от их
сост-я зависит сост-е твердых
тканей зуба. Осн. часть органич. и
минер. в-в, которые поступают в
эмаль зуба, содержатся в слюне. Слюна
действует на эмаль зуба и вызывает
набухание или сморщивание
Основной путь поступления в-в в эмаль – простая и облегченная диффузия.
Проницаемость эмали
зависит от: 1) размеров микропространств,
заполн. Н О в структуре эмали
2) размера иона или размера молекулы
в-ва 3) способности этих ионов или
молекул связываться с
Н-р, ион F (0,13 нм) легко
проникает в эмаль и
Проницаемость эмали снижается под действием химич. Факторов: KCl, KNO, фтористых соединений. F взаимодействует с кристаллами ГАП, создает барьер для глубокого проникновения многих ионов и в-в. Св-ва прон-и зависят от состава смешанной слюны. Так, инта.. ая слюна по-разному действует на проницаемость эмали. Это связывают с действием ферментов, которые есть в слюне. Н-р, гиалуронидоза > проницаемость Са и глицина, особенно в области кариезного пятна. Хемотрипсин и целочная фосфатоза < проницаемость для CaF и лизина. Кислая фосфатоза > проницаемость для всех ионов и в-в.
Доказано, что в эмаль зуба проникают амино-кислоты (лизин, глицин) , глюкоза, фруктоза, галактоза, мочевина, никотинамид, вит, гормоны.
Проницаемость зависит от возраста человека: самая большая – после прорезывания зуба, она снижается к моменту созревания тканей зуба и продолжает снижаться с возрастом. От 25 до 28 лет > резистентность к кариесу, происходит сложный обмен при сохранении постоянства состава эмали.
РН слюны, а также
снижение рн под зубным налетом, где
образуются органические кислоты, проницаемость
увеличивается вследствие активации
деминерализации эмали
Кариес > проницаемость. На стадии белого и пигментированного пятна > проницаемость, > возможность проникновения различных ионов и в-в, а также Са и фосфатов – это компенсаторные реакции в ответ на актив-ю деминерализации. Не каждое кариозное пятно превращается в кариозную полость, кариес разв-ся в течение очень длительного времени …. ….
Гипосаливация приводит к разрушению эмали. Кариес, который возникает ночью – это ночная болезнь.
Поверхностные образования на зубах Это муцин, кутикула, пеликула, зубной налет, камень.
Муцин – сложный белок, отн-ся к гликопротеидам слюны, который покрывает поверхность зуба и выполняет защ. ф-ю, защищает от механических и химических воздействий, его защитная роль объясняется особенностями, спецификой аминокислотного состава и особенностями содерж-ся сер, трианин, в которых содержатся до 200 аминокислот, про… К остаткам сер и трианина присоединяется за счет О-гликозидной связи. Остатки N-ацетилнейраминов. к-ты, N-ацетилглюкозамина, галактозы и ф.. зы. Белок напоминает по строению гребенку, у которой имеется … белков, остатки состоящих из аминокислот, а углеводные компоненты расположены белковыми цепями, они соединяются друг с другом дисульфидными мостиками и обр-ся крупные молекулы, способные удерживать Н О. Они образуют гель.
Кутикула Образуется перед прорезыванием зубов, состоит из … клеток, после проредвания исчезает.
Пелликула Это тонкая, прозрачная пленка, углеводно-белковой природы. Влюч. глицин, гликопротеиды, с.. аловые к-ты, отд. аминок-ты (ала, глу) , Jg, A, G, M, аминосахара, которые обр-ся в результате жизнедеятельности бактерий. В строении обнаруживается 3 слоя: 2 на поверхности эмали, а третий – в поверхностном слое эмали. Пелликула покрывает зубной налет.
Зубной налет Белая мягкая пленка, наход-ся в области шейки и на всей поверхности. Удаляется во время чистки и жесткой пищей. Это кариесогенный фактор. Представляет деструктивное орган. в-во с большим кол-вом../о, которые нах-ся в полости рта, а также продуктов их жизнедеятельности. В 1 г зубного налета сод-ся 500 х 10 микроб. клеток (стрептококки) . Различают ранний зубной налет (в течение первых суток) , зрелый зубной налет (от 3 до 7 суток) .
3 гипотезы образования
зубного налета 1) … 2) преципитация
гликопротеидов слюны, которые
а…ируют в бактериях 3) приципитация
внутриклеточных полисахаридов.
В зубном налете 20% - сухого в-ва, 80% - Н О. В сухом в-ве есть минер. в-ва, белки, улеводы, липиды. Из минер. в-в: Са – 5 мкгр/в 1 г сухого в-ва зубного налета. Р – 8,3, Na – 1,3, К – 4,2. Есть микроэлементы Са, Str, Fe, Mg, F, Se. F сод. в зубном налете в трех формах: 1) CaF - фторид Ca 1) комплекс белка CF 2) F в строении М/О Одни микроэлементы снижают восприимчивость зубов к кариесу F, Mg, другие снижают устойчивость к кариесу – Se, Si. Белки из сухого налета – 80%. Белковый и аминокислотный состав неидентичен таковым смешан. слюны. По мере созревания аминокислот они изменяются. Исчезает гли, арг, лиз, > глутомата. Углеводов 14% - фруктоза, глюкоза, гексозамины, с.. аловые кислоты и кисл., и глюкозаминами.
При участии ферментов бактерий зубного налета, из глюкозы синтезируются полимеры – декстран, из фруктозы - леван. Они и составляют основу органич. матрицы зубного налета. Участвующие в пре…ции микроорганизмы расщепляющся соответственно декстр.. зной и леванозной кариесогенных бактерий стрептококков. Обр-ся огран. к-ты: мактак, пируват, уксусная, пропионовая, лимонная. Это приводит к снижению под зубным налетом на поверхности эмали рн до 4,0. Это кариесогенные условия. Поэтому зубной налет является одним из важных этиологич. и патогенных звеньев в развитиии кариеса и болезней пародонта.
Липиды В раннем зубном налете – триглицериды, кс, глицерофосфолипиды. В зрелом кол-во <, образуются комплексы с углеводами – глицерофосфолипиды.
Много гидролитических и протеалитических ферментов. Они действуют на органический матрикс эмали, разрушая его. Отн. гликозидозы. их активность в 10 раз выше, чем в слюне. Кислая, щелочная фосфотазы, РН, ДН –нозы. Пероксидазы.
Метаболизм зубного
налета зависит от характера микрофлоры.
Если в ней преобладают
Зубной налет минерализуясь,
превращается в зубной камень. Особенно
с возрастом, при некоторых видах
патологии у детей – отложения
зубного камня связано с
Зубной камень (ЗК) Это патологич. обезвествленное обр-е на поверхности зубов. Различают наддесневой, поддесневой з. к. Отличаются по локализации, химическому составу и по химизму образования.
Хим. состав з. к.
Мин. в-ва 70 – 90% сух. в-ва.
Количество минеральных в-в в з. к. различно. Темный з. к. содержит больше минеральных в-в, чем светлый. Чем > минерализован зк, мем > Mg, Si, Str, Al, Pb. Сначала обр-ся маломинерализованные в-ва зк, которые на 50% состоят из в-ва бруслит Са НРО х 2Н О.
Октокальцийфосфат Са Н (РО) х 5Н О Карбонатные апатиты Са (РО СО) Са (РО) СО (ОН) .
Гидроксиапатит Са (РО) (ОН Виктолит – (Са Мg) (РО) Есть в зк –F содержится в тех же з-х формах, что и в зубном налете.
Белки в зависимости
от зрелости зк – от 0,1 – 2,5%. Кол-во белков
< по мере минерализации зк. В наддесневом
зк сод-ся 2,5%. В темн. наддесневом
зк – 0,5%, в поддесневом – 0,1% Зн-ие
Б. В зк – это белки
Особенность аминокислотного
состава - нет циклических аминокислот
Липиды ГФЛ – синтезируются
Биохимические изменения
в твердых тканях зуба при кариесе,
профилактика кариеса методом
Профилактика и
лечение кариеса
Реминерализация – это частичное изменение или полное восстановление минер. компонентов эмали зуба за счет компонентов слюны или реминерализующих растворов. Реминерализация основана на адсорбции минер. в-в в кариозные участки. Критерием эффективности реминерализующих растворов явл-ся такие св-ва эмали, как проницаемость и ее растворимость, исчезновение или уменьшение кариозного пятна, < прироста кариеса. Эти функции выполняет слюна. Используются реминерализующие растворы, содержащие Са, Р, в тех же соотношениях и количествах, что и в слюне, все необходимые микроэлементы.
Реминерализующие растворы обладают большим эффектом действия, чем смешанная слюна.
В составе слюны Са и Р соединается с органич. комплексами слюны и содержание этих комплексов уменьшается в слюне. Эти р-ры должны содержать F в необходимом количестве, так как он влияет на омоложение Са и Р в твердые ткани зуба и кости. При < концентрации происходит преципитация ГАП из слюны, в отсутствии F преципитация ГАП не происходит, и вместо ГАП образуется октокальцийфосфат. Когда F очень много обр-ся вместо ГАП несвойственные этим тканям минеральные в-ва и чаще CaF.
Лекция № 3 Гипотеза
патогенеза кариеса Существуют несколько
гипотез: 1) нервно-трофический кариес
рассматривается как результат
условий существования человека
и воздействия на него факторов внешней
среды. Большое значение авторы придавали
ЦНС 2) трофическая. Механизм развития
кариеса заключается в
Кариесогенные факторы делятся на факторы общего и местного характера.
Общего характера:
относятся неполноценное
Болезни и сдвиги в функцион. состоянии органов и тканей. Неблагоприятное воздействие в период прорезывания зубов и созревания и в первый год после прорезывания.
