Органические компоненты дентина

 

Поскольку дентин является разновидностью соединительной ткани, то он содержит присущий этой ткани органический матрикс, сформированный коллагеновыми белками I, III, IV, V, VI типов, и протеогликанами, которые постоянно с разной скоростью синтезируются одонтобластами. Основной коллаген дентина, как и в костной ткани, относится к коллагену I типа. В дентине между коллагеновыми фибриллами расположены липидные гранулы (липосомоподобные структуры), и содержание липидов достигает 330-350 мг на 100 г ткани. Что касается других органических соединений, то их содержание довольно низкое.

 

Протеогликаны, присутствующие в дентине, содержат хондроитин-4-сульфат и хондроитин-6-сульфат. Внутреннюю поверхность дентинных трубочек покрывает гиалуроновая кислота, которая формирует защитную плёнку от проникновения микроорганизмов и регулирует поток воды и ионов.

 

Особое место среди неколлагеновых белков дентина занимают кислые фосфопротеины, богатые аспарагиновой кислотой и фосфосерином, что придаёт этим белкам способность связываться с кальцием. По сравнению с костной тканью в дентине значительно меньше белков, содержащих γ-карбоксиглутаминовую кислоту.

 

К семейству фосфосиалопротеинов, присутствующих в дентине, относятся костный сиалопротеин, матриксный белок дентина-1, остеопонтин, дентинфосфопротеин и дентинсиалопротеин. В процессе синтеза одонтобластами они подвергаются множественным посттрансляционным модификациям: гликозилированию сиаловой кислотой, сульфатированию и фосфорилированию. Это необходимо для связывания углеводных групп с коллагенами, а присутствующие отрицательно заряженные остатки сульфатов и фосфатов выступают в качестве матриц для связывания Ca²⁺ и формирования кристаллов гидроксиапатита. Считают, что эти белки контролируют участки и скорость минерализации дентина. Часть белков, синтезируемых одонтобластами (костный сиалопротеин, остеопонтин, остеонектин, остеокальцин и др.) определяются как в дентине, так и в костной ткани и пульпе зуба.

 

Матриксный белок дентина-1 - кислый гликофосфопротеин содержит 2 молекулы N-ацетилнейраминовой кислоты и 1 протеогликановую цепь, связанную с белком через остаток серина. В его составе определяется 8 остатков связанной фосфорной кислоты и 20 молекул сульфата, которые способны связывать Ca²⁺. В процессе дентиногенеза матриксный белок дентина-1 участвует в формировании и росте кристаллов апатитов дентина. Нарушение синтеза этого белка сопровождается дефектами формирования кристаллической основы дентина.

 

Дентинсиалопротеин - гликопротеин с мол. массой 95 кДа содержит 30% углеводов и 10% сиаловых кислот и составляет 5-8% от всех белков дентина. По своей структуре сходен с костным сиалопротеином и остеопонтином. Секретируется одонтобластами и преэнамелобластами.

 

Дентинфосфопротеин (фосфофорин) - главный неколлагеновый белок матрикса дентина. Синтезируется одонтобластами, и на долю этого белка приходится до 50% всех неколлагеновых протеинов дентина. Имеет высокую мол. массу 151-167 кДа. Некоторое несоответствие в значениях молекулярного веса и данных аминокислотного состава в дентинфосфопротеине объясняется способностью этого белка связываться с фрагментами коллагена. В первичной структуре дентинфосфопротеина преобладают остатки аспарагиновой кислоты и фосфосерина, которые составляют 70-80% от общего количества аминокислот. Поскольку этот белок имеет большое сродство к Ca²⁺, считают, что он действует как нуклеатор в образовании первичных кристаллов гидроксиапатита и влияет на формирование кристаллов в процессе их роста. Связывание Ca²⁺ дентинфосфопротеином происходит на стадии минерализации дентина.

 

В процессах минерализации ткани дентина участвуют белки остеоадерин, остеокальцин и остеонектин. В дентине также обнаружен амелогенин, секретируемый одонтобластами. Считают, что амелогенин выступает в роли фактора, регулирующего дифференцировку клеток и рост кристаллов дентина.

 

На пролиферацию и дифференцировку одонтобластов, участвующих в формировании и поддержании структуры и формы минерализованного матрикса дентина, влияют различные факторы роста, которые связываются с компонентами внеклеточного матрикса. Это ФРФ, инсулиноподобный фактор роста -1, ТФР-β, морфогенетический белок кости-2 и -4, ФНО-α, ИЛ-1-β. При подавлении синтеза ТФР-β снижается синтез фосфосиалопротеинов и, как следствие, развивается гипоминерализация дентина.

 

Разнообразный диапазон белков дентина характеризует возможности этой ткани активно участвовать не только в процессах дентиногенеза, но и реминерализации.

 

Дентиногенез

 

Образование дентина и поддержание его состава неразрывно связано с пульпой зуба. Вместе эти ткани формируют дентино-пульпарный комплекс.

 

Пульпа зуба развивается из зубного сосочка, образованного эктомезенхимой. Эмбриологическое развитие пульпы сопровождается синтезом ряда белков цитоскелета - кератина, виментина, десмина и актина. В процессе эмбрионального развития взаимодействие между эпителиальными клетками внутреннего эмалевого органа и мезенхимальными клетками зубного сосочка приводят к дифференцировке одонтобластов и фибробластов, которые начинают секретировать коллагеновые белки.

 

Образующиеся секреторно-активные одонтобласты характеризуются присутствием обильной грубой эндоплазматической сети, хорошо развитого аппарата Гольджи, митохондрий и специальных секреторных гранул (рис. 4.6). Такая структура одонтобластов позволяет осуществлять активный синтез и транспорт белков и ионов во внеклеточный матрикс.

 

 

Рис. 4.6. Секреторно-активный одонтобласт [по Ten Cate A.R., 1998]:

А - аппарат Гольджи; Б - митохондрии; В - секреторные гранулы; Г - ядро;

Д - эндоплазматический ретикулум.

 

Первоначально секреторно-активные одонтобласты синтезируют коллагеновые и неколлагеновые белки. Синтезированные белки, подвергшиеся посттрансляционной модификации, упаковываются в аппарате Гольджи в везикулы, которые освобождаются во внеклеточное пространство путём экзоцитоза в апикальных отделах тела одонтобластов и их отростков. Содержимиое везикул формирует внеклеточный матрикс дентина (предентин), который в последующем подвергается минерализации (рис. 4.7).

 

 

Рис. 4.7. Транспортные системы в одонтобластах дентино-пульпарного комплекса [по Edwards P. A., 2005].

 

В процессе инициации минерализации, как полагают, участвуют ионы, локализующиеся в телах одонтобластов. Активный транспорт ионов происходит при у частии транспортных ионов Са²⁺, К⁺, Nа⁺-аденозинтрифосфатаз (АТФазы), локализующихся в комплексе Гольджи и кристах митохондрий по дистальному краю тел одонтобластов, за счёт энергии АТФ. Ионы Na⁺ накапливается в цитоплазме и в матриксных пузырьках одонтобластичес­ких клеток, а Са²⁺ в митохондриях и цитоплазме. Концентрация ионов Са²⁺ во внеклеточной жидкости больше, чем в самих клетках, поэтому Са2+-АТФаза переносит ионы Са²⁺ за счёт энергии АТФ против градиента концентрации. При этом активируется пассивный перенос ионов Nа⁺ и К⁺ в клетки пульпы и из неё. Транспортные Nа⁺, К⁺-АТФазы препятствуют росту осмотического давления в клетках пульпы зубов. Поступление ионов происходит в процессе дентиногенеза и продолжается после прорезывания зуба, поддерживая минеральный состав зрелого дентина.

 

Нарушение структуры твёрдых тканей зуба в процессе развития

 

Нарушение развития зубных тканей на ранних стадиях приводит к разнообразным дефектам минерализованных тканей зуба. Эти нарушения носят локальный, системный или наследственный характер. К локальным факторам относятся воспалительные явления местного характера, а также травмы временных зубов в зоне зачатков постоянных зубов. Системные повреждения охватывают целый ряд зубов и возникают при различных инфекционных заболеваниях, метаболических нарушениях как у матери в период беременности, так и у ребёнка в процессе его роста после рождения. Наследственные формы дефектов твёрдых тканей зубов характеризуются их недоразвитием и передаются из поколения в поколение.

 

Действие повреждающих факторов внешней и внутренней среды на разных этапах морфогенеза зубных тканей приводит к разным формам патологического процесса. Это может выражаться в уменьшении толщины эмалевого слоя, изменении размера и формы кристаллов гидроксиапатита, отсутствии гидроксиапатитов и увеличении массы органического матрикса.

 

У человека встречается генетически обусловленый несовершенный амелогенез (amelogenesis imperfecta), связанный с дефектом гена АМЕLX в хромосомах энамелобластов. В результате изменяется аминокислотный состав синтезируемых амелогенинов и нарушается рост кристаллов на органическом матриксе.

 

Введение ингибиторов матричных синтезов также приводит к несовершенному амелогенезу и дентиногенезу. Так при приёме беременными женщинами и детьми младшего возраста антибиотиков тетрациклинового ряда у детей возникает множественная гипоплазия эмали (тетрациклиновые зубы). Это обусловлено тем, что тетрациклины связываются с 30S субъединицей рибосомы и блокируют присоединение аминоацил-тРНК в А-центр рибосомы, тем самым нарушая элонгацию полипептидной цепи. Нарушение синтеза белка, в свою очередь, изменяет процессы образования первичных кристаллов гидроксиапатитов в твёрдых тканях зуба.

 

Поступление избыточного количества фтора в организм беременной женщины и младенца сопровождается развитием другой формы несовершенного амелогенеза - флюороза зубов. Показано, что в больших дозах фтор угнетает пролиферацию амелобластов и соответственно снижает синтез актина и других белков. Он также способен связываться с гидроксильными группами серина полипептидных цепей, что приводит к нарушению образования фосфосерина, участвующего в минерализации зубных тканей. Кроме того, фтор способен связываться с активным центром сериновых протеиназ и таким образом ингибировать ограниченный протеолиз высокомолекулярных белков эмалевого матрикса. Это также не способствует открытию центров инициации минерализации и в дальнейшем образованию кристаллов гидроксиапатитов, поэтому для флюороза характерно более высокое содержание белка в эмали зрелого зуба и уменьшение количества кальция с изменением проницаемости эмали. Для флюороза характерны множественные участки гипоминерализации, которые могут проявляться при лёгкой форме в виде меловидных пятен на поверхности эмали, а при тяжёлой форме в виде изъеденных пигментных пятен. Это объясняется тем, что ионы железа, пищевые пигменты способны связываться с белковой основой и придают эмалевым дефектам жёлто-коричневую окраску.

 

При метаболических нарушениях, развивающихся при гипоксии плода, не образуется достаточное количество АТФ, что сказывается на фосфорилировании амелогениновых и неамелогениновых белков, а впоследствии на связывании Ca²⁺ с белковым матриксом эмали.

 

Важная роль в поражении эмали и дентина отводится характеру питания будущей матери и ребёнка. Пища должна содержать большое количество витаминов и минеральных веществ и мало углеводов. В эксперименте было показано, что при кормлении крысят высокосахарозной диетой возникают сдвиги в метаболических процессах клеток дентинно-пульпарного комплекса. Это сопровождается нарушением транспорта ионов Ca²⁺ и фосфатов и увеличением включения глицина в белки эмали. Высокосахарозная диета способствует накоплению селена в минерализованных тканях. Введение больших доз селена меняет активность ряда ферментов в пульпе зуба, что также ведёт к гипоминерализации твёрдых тканей зуба, а в дальнейшем и развитию кариеса зубов.

 

4.4. ПУЛЬПА ЗУБА

 

Пульпа зуба представляет собой рыхлую соединительную ткань, состоящую из межклеточного аморфного вещества, клеточных и волокнистых элементов (коллагеновые и аргирофильные волокна) с включёнными в них кровеносными сосудами и нервными волокнами. Она окружена дентином и повторяет анатомическую форму зуба. В составе пульпы обнаружено около 5% неорганических веществ, 40% органических и около 55% воды.

 

Пульпа зуба выполняет ряд важнейших функций: трофическую, защитную и пластическую.

 

Трофическая функция обеспечивается клеточными элементами, которые освобождают клетку от продуктов метаболизма. Твёрдые ткани зуба (дентин, цемент) не имеют кровеносных сосудов, поэтому их питание осуществляется через отростки одонтобластов.

 

Защитная функция осуществляется клетками ретикулоэндотелиальной системы, в частности гистиоцитами, которые играют роль фагоцитов. Эту роль также выполняют плазматические клетки пульпы, которые вырабатывают антитела. Фибробласты принимают участие в образовании фиброзной капсулы вокруг возникшего в пульпе патологического очага. Образование третичного дентина также следует рассматривать как проявление защитной функции.

 

Пластическая функция заключается в образовании вторичного дентина благодаря активной деятельности расположенных в пульпе одонтобластов.