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 распространен  в неживой природе. 

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 единиц  или ячеек, таких ячеек может  быть до 2 тысяч. Мол. масса = 1000. Ячейка – это структура  1 порядка, сам кристалл имеет  Mr = 2 000 000, он имеет 2 000 ячеек. Кристалл  – структура 2 порядка. 

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 электрохимич. неуравновешенность. ионы наход-ся 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 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, происходит  отрыв иона от пов-сти кристалла  и замена их на др. ионы из  гидратной оболочки. В результате  уменьшается или нейтрал-ся поверхн.  заряд кристалла и он приобретает  устойчивость. Более длительная, чем  1 стадия. В течение неск. 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.

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, оксипролина,  гли, лиз. Эти белки играют  защитную ф-цию в процессе деминерализации.  Не случайно в очаге деминерализации  на ст. белого или пигментированного  пятна кол-во этих белков > в  4 раза. Поэтому кариозное пятно  в течение нескольних лет не  превращается в кариозную полость,  а иногда вообще не развивается  кариес. У пожилых людей к кариесу  > резистентность. б) кальцийсвязывающие  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. Б. растворимые  в воде не связанные с минеральными  в-вами. Они не обладают сродством  к минер. компонентам эмали,  не могут образовывать комплексы.  Таких белков 0,3%.

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 участвуют  в этом процессе 3) обеспечивают  минер. обмен в эмали и др. твердых тканях зуба.

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 сосудов. В верхушке зуба – клеточный цемент, основная часть – бесклеточный цемент. Клеточный напоминает кость, а бесклеточный состоит из колл. волокон и аморфного  в-ва, склеивающего эти волокна.

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-восстановит. процессов, а поэтому высоким  потреблением О. Регуляция энергетического  баланса пульпы осуществяется путем  сопряжения окисления с фосфорилированием. О высоком уровне биологич. процессов  в пульпе говорят наличие таких  процессов, как ПФП, синтез РНК, белков, поэтому пульпа богата ферментами, осуществляющими эти процессы, но особенно свойственен для пульпы углеводный обмен. Есть ферменты гликолиза, ЦТК, водно-минерального обмена (щелочн. и кислая фосфотозы) , трансаминазы, аминопептидазы.

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.