Химический состав эмали и дентина
Твердые ткани зуба состоят из органического, неорганического вещества и воды.
G. N. Jenkins (1978), используя усредненные данные, полученные с помощью различных методик, приводит следующие сведения о химическом составе эмали и дентина. В эмали содержание (доля от сухого вещества, %) Са — 36, Р — 17, органического вещества — 1,3; в дентине Са — 27, Р —13, органического вещества — 20. Минеральную основу твердых тканей зуба составляют кристаллы апатитов. Кроме гидроксиапатита (75 %) в эмали содержится карба- нат-апатит (19 %), хлорапатит (4,4 %), фторапатит (0,66 %). Менее 2 % от массы зрелой эмали составляют неапатитные формы.
Состав «идеального» гидроксиапатита соответствует формуле Са10(РО4)6(ОН)2, т. е. включает апатит с молярным отношением Са/Р 1,67. Однако в природе встречаются гидроксиапатиты с соотношением Са/Р от 1,33 до 2,0. Причин этому может быть несколько. Одна из них — замещение Са в молекуле гидроксиапатита на Sr, Ва, Mg или другой элемент с близкими свойствами (изоморф- i ное замещение). В результате такого замещения коэффициент Са/Р снижается за счет замещения в кристалле одного иона Са:
16
Глава 1. Строение зубов
Следует отметить, что подобное изоморфное замещение в молекуле гидроксиапатита увеличивает риск развития кариеса, так как резистентность кристаллов к действию кислоты при этом снижается.
Важное практическое значение имеет другая изоморфная реакция, когда гидроксильная группа замещается фтором:
В результате этой реакции гидроксиапатит преобразуется в гид- роксифторапатит, который обладает высокой устойчивостью к действию органических кислот. Именно с такой возможностью замещения связывают профилактическое действие фтора. Важно, что указанная реакция наблюдается при низких концентрациях фтора в окружающей среде зуба. При воздействии высоких концентраций фтора на гидроксиапатит реакция идет по пути образования фторида кальция — практически нерастворимого соединения, которое быстро исчезает с поверхности:
Эта реакция нежелательна, поэтому не следует применять с целью профилактики кариеса зубов растворы (особенно кислые) с высокой концентрацией фтора.
Возможен еще один вариант уменьшения количества ионов кальция в молекуле гидроксиапатита с образованием вакантных мест в кристаллической решетке. Установлено, что при воздействии на уже сформированный кристалл гидроксиапатита физических или химических факторов, например кислоты, возможны различные реакции или изоморфные замещения с образованием вакансий в кристаллической решетке. Их следствием служит выраженное изменение свойств кристаллов, что отражается на характеристиках ткани: уровне проницаемости, резистентности к действию кислот, микротвердости и т. д.
Соотношение Са/Р также значительно влияет на состояние эмали зуба (Леонтьев, 1978; Леонтьев, Вершинина, 1982). Это соотношение непостоянно и может изменяться под воздействием ряда факторов. Так, здоровая эмаль у молодых людей имеет более низкий коэффициент Са/Р, чем эмаль у взрослых. И наоборот, при деминерализации эмали этот показатель уменьшается.
Для апатитов молярное соотношение Са/Р составляет 1,67. Однако, как говорилось выше, эта величина может меняться как
в сторону уменьшения (1,33), так и в сторону увеличения (2,0). В эмали при соотношении Са/Р 1,67 происходит разрушение кристаллов при выходе Са2+, в то время как при соотношении 2,0 гидроксиапатит способен противостоять разрушению, пока не происходит замещения 4 Са2+. Из представленных данных следует, что коэффициент Са/Р можно использовать для оценки состояния эмали зуба.
Считается установленным, что каждый кристалл эмали имеет гидратный слой связанных ионов (ОН)м, образовавшийся на поверхности раздела кристалл—раствор. Благодаря ему осуществляется ионный обмен с замещением ионов кристалла на такие же ионы из окружающей среды. Возможен и гетороионный обмен, когда, например, Са2+ может замещаться на Sr2+ или (ОН) на F\
В эмали зуба, кроме связанной воды в виде гидратной оболочки эмали зуба, имеется свободная вода (около 3 %), которая заполняет все микропространства эмали. С. Bergman (1963) показал, что через 2—3 ч после удаления зуба на поверхности эмали образуются капельки «эмалевой жидкости», которая служит, как сейчас подтверждено методом авторадиографии, переносчиком молекул и ионов. Автор в свое время высказал предположение, которое в настоящее время подтверждено, что эмалевая жидкость играет биологическую роль не только в период развития эмали, но и на этапе сформированного зуба.
Органическое вещество эмали представлено белками, липидами и углеводами. G. Jyenkins (1978) приводит следующие данные по органическим компонентам: нерастворимые белки — 0,2—0,4 %, растворимые белки — 0,05 %, жиры — до 0,6 %, цитраты — 0,1 %.
Значение белка в резистентности эмали до настоящего времени недостаточно изучено. Большинство исследователей отводят ему пассивную роль после прорезывания зуба. Однако существует и другое мнение. С. Robinson с соавт. (1981) считают, что кари- есрезистентность эмали зависит от содержания в ней не только неорганических веществ, но и белка. Известно, что на ранней стадии развития кариозного процесса, особенно пигментированного пятна, содержание белка в участке поражения увеличивается в Ъ—А раза, и это пятно в течение нескольких лет может не превращаться в кариозную полость, хотя и наблюдается значительная убыль кальция и фосфора. Это служит важным, хотя и не прямым, доказательством роли белка в стабилизации очаговой деминерализации.
В. G. Bibbi (1971), изучавший роль органического вещества эмали в профилактике и стабилизации процесса деминерализации, указывает, что одновременно с деструкцией кристаллов апатитов происходит заполнение межпризменных пространств эмали аморфным органическим веществом, благодаря адсорбирующим свойствам апатита. По мнению автора, именно этот механизм приводит к более выраженной деминерализации глубоких слоев эмали, чем верхних — абсорбированный на поверхности эмали белок частично или полностью задерживает деминерализацию этого слоя, югда как ниже, куда органическое вещество не проникает из-за большого размера молекулы, деминерализация продолжается.
По данным G. Neuman (1958), проникновение различных веществ в кристалл гидроксиапатита происходит в три стадии. Во время первой (быстротекущей) стадии наблюдается ионный обмен между биологической жидкостью, которая омывает кристалл, и гидратной оболочкой. В результате этого в гидратной оболочке накапливаются ионы фосфора, карбоната, цитрата, кальция и стронция. Следует отметить, что некоторые ионы (Na+, F) способны, не задерживаясь в гидратной оболочке, проникать в кристалл. В основе процессов первой стадии лежит диффузия.
Вторая стадия характеризуется обменом между ионами гидратной оболочки и поверхностью кристалла гидроксиапатита. Этот процесс протекает медленно и зависит от величины поверхностного заряда кристалла. В поверхность кристалла падроксиапатита способны внедряться ионы фосфора, кальция, фтора, карбоната, стронция и натрия.
На третьей стадии происходит проникновение ионов с поверх- i юсти кристалла вглубь. Этот процесс очень медленный (определяется месяцами) и носит название енутрикристаллинеского обмена. Но внутреннюю часть кристалла гидроксиапатита могут проникать шшь немногие ионы — Са2+, Sr2+, (Р04)3, F.
Из представленных данных следует, что кристаллам гидрокси- .шатита свойственна способность к ионному обмену, а их состав, н свою очередь, определяется составом тканевой (эмалевой) жидкости, омывающей кристаллы. Исходя из этого следует, что изменяя состав тканевой жидкости, можно влиять на состав и свойства кристаллов. Будет уместно отметить, что широко применяемая с целью профилактики кариеса зубов аппликация на поверхность эмали 0,1 или 0,05 % раствора фторида кальция, л также чистка зубов пастой с низким содержанием фтора служат реализацией указанной теоретической разработки.
G. N. Jenkins (1978), используя усредненные данные, полученные с помощью различных методик, приводит следующие сведения о химическом составе эмали и дентина. В эмали содержание (доля от сухого вещества, %) Са — 36, Р — 17, органического вещества — 1,3; в дентине Са — 27, Р —13, органического вещества — 20. Минеральную основу твердых тканей зуба составляют кристаллы апатитов. Кроме гидроксиапатита (75 %) в эмали содержится карба- нат-апатит (19 %), хлорапатит (4,4 %), фторапатит (0,66 %). Менее 2 % от массы зрелой эмали составляют неапатитные формы.
Состав «идеального» гидроксиапатита соответствует формуле Са10(РО4)6(ОН)2, т. е. включает апатит с молярным отношением Са/Р 1,67. Однако в природе встречаются гидроксиапатиты с соотношением Са/Р от 1,33 до 2,0. Причин этому может быть несколько. Одна из них — замещение Са в молекуле гидроксиапатита на Sr, Ва, Mg или другой элемент с близкими свойствами (изоморф- i ное замещение). В результате такого замещения коэффициент Са/Р снижается за счет замещения в кристалле одного иона Са:
16
Глава 1. Строение зубов
Следует отметить, что подобное изоморфное замещение в молекуле гидроксиапатита увеличивает риск развития кариеса, так как резистентность кристаллов к действию кислоты при этом снижается.
Важное практическое значение имеет другая изоморфная реакция, когда гидроксильная группа замещается фтором:
В результате этой реакции гидроксиапатит преобразуется в гид- роксифторапатит, который обладает высокой устойчивостью к действию органических кислот. Именно с такой возможностью замещения связывают профилактическое действие фтора. Важно, что указанная реакция наблюдается при низких концентрациях фтора в окружающей среде зуба. При воздействии высоких концентраций фтора на гидроксиапатит реакция идет по пути образования фторида кальция — практически нерастворимого соединения, которое быстро исчезает с поверхности:
Эта реакция нежелательна, поэтому не следует применять с целью профилактики кариеса зубов растворы (особенно кислые) с высокой концентрацией фтора.
Возможен еще один вариант уменьшения количества ионов кальция в молекуле гидроксиапатита с образованием вакантных мест в кристаллической решетке. Установлено, что при воздействии на уже сформированный кристалл гидроксиапатита физических или химических факторов, например кислоты, возможны различные реакции или изоморфные замещения с образованием вакансий в кристаллической решетке. Их следствием служит выраженное изменение свойств кристаллов, что отражается на характеристиках ткани: уровне проницаемости, резистентности к действию кислот, микротвердости и т. д.
Соотношение Са/Р также значительно влияет на состояние эмали зуба (Леонтьев, 1978; Леонтьев, Вершинина, 1982). Это соотношение непостоянно и может изменяться под воздействием ряда факторов. Так, здоровая эмаль у молодых людей имеет более низкий коэффициент Са/Р, чем эмаль у взрослых. И наоборот, при деминерализации эмали этот показатель уменьшается.
Для апатитов молярное соотношение Са/Р составляет 1,67. Однако, как говорилось выше, эта величина может меняться как
в сторону уменьшения (1,33), так и в сторону увеличения (2,0). В эмали при соотношении Са/Р 1,67 происходит разрушение кристаллов при выходе Са2+, в то время как при соотношении 2,0 гидроксиапатит способен противостоять разрушению, пока не происходит замещения 4 Са2+. Из представленных данных следует, что коэффициент Са/Р можно использовать для оценки состояния эмали зуба.
Считается установленным, что каждый кристалл эмали имеет гидратный слой связанных ионов (ОН)м, образовавшийся на поверхности раздела кристалл—раствор. Благодаря ему осуществляется ионный обмен с замещением ионов кристалла на такие же ионы из окружающей среды. Возможен и гетороионный обмен, когда, например, Са2+ может замещаться на Sr2+ или (ОН) на F\
В эмали зуба, кроме связанной воды в виде гидратной оболочки эмали зуба, имеется свободная вода (около 3 %), которая заполняет все микропространства эмали. С. Bergman (1963) показал, что через 2—3 ч после удаления зуба на поверхности эмали образуются капельки «эмалевой жидкости», которая служит, как сейчас подтверждено методом авторадиографии, переносчиком молекул и ионов. Автор в свое время высказал предположение, которое в настоящее время подтверждено, что эмалевая жидкость играет биологическую роль не только в период развития эмали, но и на этапе сформированного зуба.
Органическое вещество эмали представлено белками, липидами и углеводами. G. Jyenkins (1978) приводит следующие данные по органическим компонентам: нерастворимые белки — 0,2—0,4 %, растворимые белки — 0,05 %, жиры — до 0,6 %, цитраты — 0,1 %.
Значение белка в резистентности эмали до настоящего времени недостаточно изучено. Большинство исследователей отводят ему пассивную роль после прорезывания зуба. Однако существует и другое мнение. С. Robinson с соавт. (1981) считают, что кари- есрезистентность эмали зависит от содержания в ней не только неорганических веществ, но и белка. Известно, что на ранней стадии развития кариозного процесса, особенно пигментированного пятна, содержание белка в участке поражения увеличивается в Ъ—А раза, и это пятно в течение нескольких лет может не превращаться в кариозную полость, хотя и наблюдается значительная убыль кальция и фосфора. Это служит важным, хотя и не прямым, доказательством роли белка в стабилизации очаговой деминерализации.
В. G. Bibbi (1971), изучавший роль органического вещества эмали в профилактике и стабилизации процесса деминерализации, указывает, что одновременно с деструкцией кристаллов апатитов происходит заполнение межпризменных пространств эмали аморфным органическим веществом, благодаря адсорбирующим свойствам апатита. По мнению автора, именно этот механизм приводит к более выраженной деминерализации глубоких слоев эмали, чем верхних — абсорбированный на поверхности эмали белок частично или полностью задерживает деминерализацию этого слоя, югда как ниже, куда органическое вещество не проникает из-за большого размера молекулы, деминерализация продолжается.
По данным G. Neuman (1958), проникновение различных веществ в кристалл гидроксиапатита происходит в три стадии. Во время первой (быстротекущей) стадии наблюдается ионный обмен между биологической жидкостью, которая омывает кристалл, и гидратной оболочкой. В результате этого в гидратной оболочке накапливаются ионы фосфора, карбоната, цитрата, кальция и стронция. Следует отметить, что некоторые ионы (Na+, F) способны, не задерживаясь в гидратной оболочке, проникать в кристалл. В основе процессов первой стадии лежит диффузия.
Вторая стадия характеризуется обменом между ионами гидратной оболочки и поверхностью кристалла гидроксиапатита. Этот процесс протекает медленно и зависит от величины поверхностного заряда кристалла. В поверхность кристалла падроксиапатита способны внедряться ионы фосфора, кальция, фтора, карбоната, стронция и натрия.
На третьей стадии происходит проникновение ионов с поверх- i юсти кристалла вглубь. Этот процесс очень медленный (определяется месяцами) и носит название енутрикристаллинеского обмена. Но внутреннюю часть кристалла гидроксиапатита могут проникать шшь немногие ионы — Са2+, Sr2+, (Р04)3, F.
Из представленных данных следует, что кристаллам гидрокси- .шатита свойственна способность к ионному обмену, а их состав, н свою очередь, определяется составом тканевой (эмалевой) жидкости, омывающей кристаллы. Исходя из этого следует, что изменяя состав тканевой жидкости, можно влиять на состав и свойства кристаллов. Будет уместно отметить, что широко применяемая с целью профилактики кариеса зубов аппликация на поверхность эмали 0,1 или 0,05 % раствора фторида кальция, л также чистка зубов пастой с низким содержанием фтора служат реализацией указанной теоретической разработки.
Источник: Е. В. Боровский, «Кариес зубов: препарирование и пломбирование» 2001