Строение зуба и его химический состав

 

Зуб состоит из эмали, дентина и цемента, составляющие его твердую часть. Полость зуба выполнена рыхлой соединительной тканью – пульпой.

Эмаль, покрывающая коронку зуба, самая твердая ткань в организме. Она содержит до 96% минеральных веществ. Из них до 75% приходится на гидроксиапатиты, остальное приходится на фторапатит, хлорапатит и карбонапатит. Эмаль содержит до 3,8% воды и 1,2% органических веществ (белки, липиды, углеводы). Апатиты образуют палочковидные кристаллы, формирующие эмалевые призмы. Кристаллы расположены упорядоченно и компактно. Ряд кристаллов расположен вдоль оси призм, а часть, которая ближе к краю призмы под небольшим углом к этой оси. Основными компонентами эмали являются гидроксиапатит – Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ и восьмикальциевый фосфат – Ca₈H₂(PO₄)₆ 5H₂O. Кальций в гидроксиапатите может быть замещен наCr²⁺, Ba²⁺, Mg²⁺, гидроксоний (H₃O⁺) или другой элемент с близкими свойствами (изоморфное замещение). Например.

 

Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ + Mg²⁺ ® Ca₉Mg(PO₄)₆(OH)₂ + Ca²⁺

 или

Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ + F^- ® Ca₁₀(PO₄)₆F(OH) + OH^-

 

   В результате второй реакции образуется гидроксифторапатит обладающий большей устойчивостью к растворению, чем гидроксиапатит. С этой способностью гидроксиапатита связывают профилактическое действие фтора.

Однако при воздействии высоких концентраций фтора на гидроксиапатит реакция идет по другому типу.

 

Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ + 2F^- ® 10CaF₂ + 6PO₄^3- + 2(OH^-)

 

   В результате реакции образуется фторид кальция, нерастворимое соединение быстро исчезающее при выщелачивании. Каждый кристалл гидроксиапатита покрыт гидратной оболочкой, а кристаллы расположены на расстоянии 2,5 нм друг от друга. Ряд ионов проникает в кристаллы гидроксиапатитов, участвуя в изоморфном замещении. Так Na⁺ и F^- проникают через гидратную оболочку лучше, чем ионы K⁺ и Cl^-. В поверхность кристалла гидроксиапатита способны проникать ионы фосфора, кальция, фтора, карбоната, стронция, натрия. Во внутреннюю часть кристалла гидроксиапатита способны проникать ионы меди, стронция, фосфата и фтора. Скорость проникновения ионов внутрь кристалла зависит от отношения концентрации данного иона к концентрации замещаемого иона и продолжительности взаимодействия.

Кристаллы гидроксиапатита не остаются стабильными, их состав и свойства изменяются в зависимости от состава гидратного слоя, который в свою очередь определяется составом раствора омывающего кристаллы. Изменяя состав этого раствора можно влиять на состав и свойства кристаллов и целенаправленно изменять их в нужном направлении.

   Содержание кальция более высокое в поверхностном слое кристаллов и снижается в более глубоких слоях. Аналогично кальцию распределен фосфор. Такое распределение данных элементов делает поверхностный слой эмали более твердым, чем глубоко лежащие слои. Значительно отличается поверхностный слой эмали и по содержанию фторид иона, его здесь в 10 раз больше, чем в глубоких слоях.

 

Белки эмали

 

Содержание белка в эмали, по данным различных исследователей, составляет от 0,5 до 4%. В основном это низкомолекулярные белки. Различают три группы белков эмали: первая – белок нерастворимый в ЭДТА и соляной кислоте; вторая – кальций-связывающий белок эмали (КСБЭ); третья – водорастворимый белок эмали. В нейтральной среде КСБЭ образует нерастворимый комплекс с ионами кальция и вместе с минеральной фазой при нейтрализации кислых растворов выпадает в осадок. Молекулярная масса КСБЭ 20000. При взаимодействии белка с ионами кальция он образует агрегаты типа ди-, три- и тетрамеров с молекулярной массой 40000 – 80000. Один моль белка связывает 8 – 10 ионов кальция. В кислой среде комплекс распадается с образованием мономерного КСБЭ. В образовании агрегатов КСБЭ важное значение отводится фосфолипидам, которые предположительно играют роль мостика между агрегатом КСБЭ и минеральной фазой.

Третья группа белков – это растворимые в воде белки с молекулярной массой 20000. Эти белки не обладают сродством к минеральной фазе, не образуют комплексов с ионами кальция и имеют более регулярную структуру. Роль данной группы белков неизвестна.

Предполагается, что белки эмали участвуют в формировании свойственной эмали структуры. Согласно модели предложенной Ю.А. Петровичем, растворимый в воде КСБЭ переходит в нерастворимую форму при связывании ионов кальция. Связывание кальция способствует образованию олигомеров. Таким образом, строится трехмерная белковая сетка эмали. Длина молекулы КСБЭ 25 нм, что приблизительно совпадает с длиной кристалла гидроксиапатита. Молекулы КСБЭ через связанный ими кальций взаимодействуют с гидроксиапатитом эмали. Согласно выдвигаемой модели связь минеральной фазы и белковой матрицы в эмали через ионы кальция, главная функциональная связь этих двух фаз. Такая связь может осуществляться через карбоксильные группы остатков аспартата или глутамата, а также через остатки фосфорной кислоты связанной с гидроксиаминокислотами (серин, треонин, тирозин). Предполагается, что связанный с КСБЭ Са²⁺ инициирует рост кристаллов гидроксиапатита, которые ориентируются в соответствии со сформированной трехмерной сетью – матрицей эмали.

Таким образом, белковая матрица обеспечивает белковый каркас эмали и зоны первичной нуклеации минеральной фазы, программирует регулярность и упорядоченность структуры эмали. В связи с этим дефекты в развитии и формировании белковой матрицы трудно восполнимы.

Важное значение, в построении функциональной модели эмали придают белку нерастворимому в кислотах и ЭДТА. Данный белок при декальцинации зуба остается на его коронке в виде короны, волокна которой идут от фиссур жевательной поверхности к шейке зуба. Согласно модели Петровича белок нерастворимый в кислотах образует остов – каркас, с которым связана трехмерная сетка КСБЭ, соединенная с гидроксиапатитом. КСБЭ и, возможно, частично белок нерастворимый в кислотах, ориентируют ход кристаллизации, обеспечивая упорядоченность и регулярность вновь образуемой структуры эмали. Второй этап минерализации эмали имеющий место после прорезания зуба идет за счет слюны.

Дентин составляет основную массу зуба, в нем содержится до 72% неорганических веществ и около 28% органических. Неорганические вещества представлены фосфатом, карбонатом и фторидом кальция, а органические, в основном, коллагеном. Дентин построен из основного вещества и проходящих в нем трубочек, в которых расположены отростки одонтобластов и окончания нервных волокон, проникающих из пульпы. Основное вещество состоит из склеивающего вещества и пучков коллагеновых фибрилл. В склеивающем веществе имеется большое количество минеральных солей. Образование дентина происходит в течение всего времени функционирования зуба. Дентин, образующийся после прорезания зуба, называется вторичным.

Цемент зуба состоит из 68% неорганических и 32% органических веществ. Из неорганических веществ преобладают соли фосфата и карбоната кальция. Органическое вещество представлено, главным образом, коллагеном.

 

СОСТАВ И СВОЙСТВА СЛЮНЫ

 

Слюна одна из жидких сред организма, образуется в слюнных железах и выделяется в ротовую полость. В сутки образуется 1,4 – 1,5 литра, состоит из воды (99,14 – 99,42%) и растворенных в ней минеральных и органических компонентов. Минеральные компоненты представлены, в основном, фосфатами, карбонатами и хлоридами. Содержание неорганического фосфата в слюне в 2 – 10 раз выше, чем в сыворотке крови (0,06 – 0,24 г/л), а кальция в два раза ниже. У человека в слюне концентрируются йод, фосфат, роданид, а у крыс кальций. Это свидетельствует о высокой видовой селективности слюнных желез в проницаемости для различных ионов. Органические компоненты слюны представлены белками, протеогликанами, аминокислотами, глюкозой, мочевиной и рядом других низкомолекулярных соединений обнаруживаемых и в сыворотке крови. Одной из важнейших функций слюны является её участие в минерализации, деминерализации и реминерализации эмали зубов и поддержания постоянства минеральных компонентов в ней. Кроме того, слюна выполняет защитную функцию, заключающуюся в ограждении полости рта от вредного влияния факторов среды, участвует в механическом и химическом очищении полости рта от остатков пищи, микрофлоры и детрита.