III. Метаболические функции фтора, кальция и фосфора в ротовой полости

 

ФТОР

Масса фтора в организме человека составляет около 7 мг; соединения биотика концентрируются в костной ткани, зубах и ногтях.

Почти 99% всего организменного фтора находится в твердых тканях в составе фторапатитов. В минеральной фазе преобладают мелкие кристаллы, погруженные в органическую матрицу. Фторид-ион превосходит все прочие ионы по своей способности замещать ^-ОН благодаря близости их ионных радиусов, одинаковым зарядам и степени гидратации, равной двум. Фтор включается в апатит либо в период формирования первичного кристалла, либо путем замещения ^-ОН в преобразованном кристалле. В результате реакции замещения образуется смешанная форма апатита, отвечающая формуле Са₁₀(РО₄)₆(ОН)_2-ХF_Х. Содержание этого элемента в кости и зубной эмали составляет обычно 0,05 моль/кг и свидетельствует об отношении ^-ОН к фтору в молекуле апатита, как 40:1. Среди твердых тканей первое место по содержанию фтора занимает цемент зуба, за ним кость, дентин и эмаль. Фтор играет существенную роль не только в начальных стадиях минерализации твердых тканей, но и предупреждает их деминерализацию. Фтор придает кристаллам фторапатита большую упорядоченность, снижая тем самым их растворимость при физиологическом значении рН.

В основе биологического действия иона фтора лежит его способность эффективно замещать гидроксид-ион не только в апатите костной ткани, но и в неминерализованных тканях. Кроме того, данный элемент способен включаться в структуру активного центра ферментов, модифицируя их активность.

Всасывание фтора в желудке и тонком кишечнике происходит по принципу простой диффузии, причем скорость и степень этого процесса определяются величиной дозы. Основным путем выделения фтора из организма является моча, с которой удаляются около 90% этого биотика. Выделение фтора через желудочно-кишечный тракт весьма вариабельно, составляет 5-30% и зависит как от содержания неабсорбированных фторидов в пище, так и от его концентрации в организме.

Избыток фтора в окружающей среде (в первую очередь, в питьевой воде) приводит к фтористой интоксикации и проявляется в полости рта в виде флюороза зубов (см. раздел 4.2.) В свою очередь недостаток фтора может привести к остеопорозу и кариесу.

 

КАЛЬЦИЙ

Кальций относится к макроэлементам. Общее количество его в организме составляет 1,4% от массы тела. Кальций содержится в каждой клетке человеческого организма. В основном этот элемент находится в костной и зубной тканях. В среднем взрослый человек в сутки должен потреблять 1г кальция, хотя потребность в нем составляет только 0,5г. Это связано с тем, что кальций, вводимый с пищей, только на 50% всасывается в кишечнике, поскольку в желудочно-кишечном тракте он образует труднорастворимые соединения (фосфат кальция и кальциевые соли жирных кислот). Среди продуктов, богатых данных элементом, необходимо отметить все молочные. Так, в двух стаканах молока содержится около 470 мг кальция, что составляет почти половину суточной потребности взрослого человека.

В организме концентрация ионов кальция регулируется гормонами (кальцитонин, кальцитриол, паратгормон – смотри раздел 1.1).

В костях и зубах взрослого человека около 1 кг элемента находится в виде гидроксиапатита. В крови и лимфе этот биотик имеется как в ионизированном, так и в соединении с белками, углеводами, липидами. Он участвует в механизме свертывания крови (IV фактор). Ионы кальция принимают активное участие в передаче нервных и гормональных импульсов, сокращении мышц, регулировании сердечных сокращений и др.

 

ФОСФОР

По содержанию в организме человека (0,95%) фосфор относится к макроэлементам. Фосфор – элемент органоген и играет исключительно важную роль в обмене веществ. Фосфор в виде фосфатов входит в состав белков (фосфопротеины) – 0,5-0,6% от общего количества, нуклеиновых кислот, моно- и динуклеотидов, фосфолипидов и ряда других соединений. Фосфор является основой скелета (кальций ортофосфат, гидроксиапатит) и зубов (гидроксиапатит, фторапатит и др.).

Многие реакции биосинтеза осуществляются благодаря разрыву макроэргических фосфатных связей. Фосфатная буферная система является одной из основных буферных систем крови. Кроме того, моносахариды и глицерол не могут использоваться клетками в качестве источников энергии или предшественников в анаболических процессах без предварительного фосфорилирования, как и некоторые витамины, образование активных форм которых связано с этой реакцией.

Обмен фосфора в организме тесно связан с обменом кальция и регулируется теми же гормонами (см. выше).

Суточная потребность взрослого человека в фосфоре составляет 1,3 г. Фосфор настолько распространен в пищевых продуктах, что случаи его явной недостаточности практически не встречаются. Однако, далеко не весь фосфор, содержащийся в пищевых продуктах, может всасываться, поскольку данный процесс зависит от многих факторов: рН, соотношения между содержанием кальция и фосфора в пище, наличия жирных кислот, но в первую очередь от содержания витамина D.

 

IV. ПАТОЛОГИЯ: БИОХИМИЧЕСКИЙ АСПЕКТ

КАРИЕС

Для объяснения этиологии и патогенеза кариеса зубов предложено около 400 теорий, самые известные из которых способствовали накоплению сведений, позволивших высказать определенное завершенное суждение по этой проблеме.

Еще в глубокой древности предпринимались попытки выявить причины возникновения кариеса зубов, выдвигалось множество теорий, однако дошедших до наших дней и способных привлечь внимание осталось очень мало, все остальные являются примитивными, не объясняющими патогенез заболевания.

В настоящее время достигнуты значительные успехи в изучении этиологии и патогенеза кариеса.

Общепризнанным механизмом возникновения данного страдания является прогрессирующая деминерализация твердых тканей зуба под действием органических кислот, образование которых связано с деятельностью микроорганизмов.

Существует множество причин, которые принимают участие в возникновении кариозного процесса, что позволяет считать эту патологию полиэтиологическим заболеванием. Основную роль в этиопатогенезе данного страдания играют:

n микрофлора полости рта;

n характер и режим питания, содержание фтора в воде;

n количество и качество слюноотделения;

n общее состояние организма;

n экстремальные воздействия на организм.

Все вышеперечисленные факторы были названы кариесогенными и подразделены на общие и местные.

Общие факторы:

n неполноценная диета и микроэлементный состав питьевой воды;

n соматические заболевания, сдвиги в функциональном состоянии органов и систем в период формирования и созревания тканей зуба;

n экстремальные воздействия на организм;

n наследственность, обусловливающая неполноценность структуры и химический состав ткани зуба. Неблагоприятный генетический код;

Местные факторы:

n зубная бляшка и зубной налет, изобилующие микроорганизмами;

n нарушение состава и свойств ротовой жидкости, являющейся индикатором состояния организма в целом;

n липкие пищевые остатки углеводной природы в полости рта;

n изменение резистентности зубных тканей, обусловленная неполноценной структурой и отклонениями в химическом составе твердых тканей зуба;

n отклонения в биохимическом составе твердых тканей зуба и неполноценная структура тканей зуба;

n патологические состояния пульпы зуба;

n состояние зубочелюстной системы в период закладки, развития и прорезывания постоянных зубов.

 

Кариесогенные факторы могут быть различной интенсивности и характера, разные варианты их взаимодействия способствуют возникновению кариеса, однако ведущим является микрофлора полости рта. В настоящее время признано, что кариозный процесс может развиться при наличии микроорганизмов в полости рта, избыточном количестве углеводов в пище и контакте углеводов и микроорганизмов с эмалью зуба.

Хорошо известно, что прием углеводов вызывает усиленное кислотообразование за счет того, что ферменты бактерий разлагают олиго-, дисахариды до мономеров (сахарозу до глюкозы и фруктозы и др.), последние также при участии энзимов (гликолиза, цикла трикарбоновых кислот и др.) микрофлоры приводят к локальному смещению рН на поверхности эмали в кислую сторону за счет накопления органических кислот, таких как лактат, пируват, ацетат, сукцинат, малат, оксалоацетат, пропионат и др.

При рН ниже 6,2 слюна из перенасыщенной ионами кальция и фосфатов становится недонасыщенной и этот сдвиг способствует образованию микроскопических очагов деминерализации. Уменьшение содержания кальция в гидроксиапатитах можно представить следующим уравнением:

Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂ + 2Н⁺ à Са₉Н₂(РО₄)₆(ОН)₂ + Са²⁺

Суть этой реакции в том, что протоны, вытесняя кальций, связываются с апатитами. Структура последних при этом сохраняется, но их способность противодействовать кислотам резко снижается. Так, при рН=5,0 растворимость гидроксиапатита повышается в десятки раз. В результате этого очаг поражения образуется в местах интенсивной кислотопродукции, под зубной бляшкой, где рН менее 4-5. В дальнейшем кариозная полость, быстро заполняется бактериями, компонентами пищи, которые усугубляют течение патологического процесса.

При хорошей омываемости зубов ротовой жидкостью, редких приемах сахаров, местный сдвиг рН быстро нивелируется. Однако, в зонах плохого доступа слюны, при частом приеме сахаров процесс деминерализации может превалировать над процессом реминерализации. Сахара обладают специфическим влиянием на обменные процессы в полости рта, вызывая “метаболический взрыв” после его приема. Такое влияние простых углеводов связано с их готовностью вступать в метаболизм уже в полости рта, при этом условия для их усвоения близки к идеальным, что, естественно, сказывается на интенсивности и распространенности кариеса.

Получены многочисленные данные о роли углеводов в возникновении кариеса, и принято считать, что без углеводов кариес не возникает. Ю.К.Ярувичене указывал, что лица, резистентные к кариесу употребляют углеводы в умеренном или ограниченном количестве. У детей, часто употребляющих сладости, слюнные железы привыкают к «сладкому» вкусовому раздражению и практически не реагируют на него, т.е. количество образующейся и выделяющейся слюны не увеличивается при применении углеводов, тогда как при редком употреблении сладостей в ответ на прием углеводов происходит повышенный выброс слюны; в результате чего создаются благоприятные условия для длительной задержки углеводов и их расщепления.

В настоящее время все большую популярность приобретают сахарозаменители – как для снижения веса, так и для профилактики кариеса, такие как ксилит, манит и аспартам. Хотя Парк и соавторы показали, что эти вещества положительно влияют на рН зубного налета, их собственная антикариозная активность значительно уступает другим средствам для контроля над образованием зубного налета. Заменители сахара рекомендуется применять в жевательных резинках для повышения рН и снижения образования зубного налета. Однако использование жевательной резинки в качестве профилактического средства все еще остается спорным. Hoerman и соавт. показали, что применение жевательной резинки, содержащей сахарозу и сорбит, при полном отсутствии гигиены полости рта привело к снижению образования зубного налета по сравнению с группой лиц, не использовавших жевательную резинку. Кроме того, Isokangas и соавт., проведя двухлетнее исследование, в котором принимали участие дети в возрасте 11-12 лет со средней и низкой интенсивностью кариеса, пришли к выводу, что комбинация жевательной резинки, содержащей ксилит, и фторидов – более эффективный метод профилактики кариеса, чем использование только фторидов. Однако в этой области для окончательных выводов требуется провести дополнительные исследования.

И, наконец, следует упомянуть еще один факт. Из-за противоречивости опубликованных результатов, касающихся эффективности средств, содержащих бензоат натрия, они не включены в перечень. Кроме того, они не одобрены Американской стоматологической ассоциацией. O`Mullane утверждает, что положительный эффект полоскания полости рта перед чисткой зубов напрямую связан с преимуществом полоскания водой, причем довольно горячей (40-43⁰С). Методика удаления остатков пищи по принципу «прополощи и проглоти» непосредственно сразу после еды, когда зубная щетка недоступна, рекомендовалось еще много лет назад.

Тем не менее, Cianicio советует при выборе антимикробного профилактического средства принимать во внимание их необходимость, эффективность, а также учитывать побочные эффекты и стоимость.

Итак, согласно современным представлениям, непосредственной причиной возникновения прогрессирующей деминерализации твердых тканей зуба являются органические кислоты, образование которых связано с длительной ферментативной деятельностью микроорганизмов. Формирование дефекта в твердых тканях зуба есть заключительный этап результативного действия целого ряда кариесогенных факторов.

 

ФЛЮОРОЗ

Флюороз зубов возникает как результат избыточных концентраций фторидов в питьевой воде и продуктах питания. При этом установлено, что концентрация биотика в питьевой воде более 1,5 мг/л приводит к флюорозу зубов I-II степеней, более 2 мг/л - к флюорозу III и IV степеней и легкому поражению скелета. На развитие флюороза влияют ежедневное употребление чая, в котором содержится определенное количество фтора в зависимости от сорта, режим ультрафиолетового облучения, который значительно повышает устойчивость организма к фтору.

Поступление в организм большого количества фтора вызывает снижение энергетической эффективности тканевого дыхания и дисбаланс уровней кальция и магния в печени, изменение белкового, липидного, углеводного, минерального обменов, нарушение функционального состояния системы гипофиз-щитовидная железа.

В идентичных условиях организм ребенка накапливает больше фтора, чем организм взрослого. Отмечено также, что у школьников, употребляющих воду с концентрацией фтора 4 мг/л, наблюдается нарушение биоэлектрических процессов в сердечной мышце.

Хроническая интоксикация соединениями фтора вначале сопровождается изменениями мягких тканей, которые развиваются обычно задолго до возникновения типичных изменений в зубах и костях скелета. При флюорозе тяжело страдают также печень, почки, центральная нервная система, эндокринные железы.

Таким образом, повышенное поступление фтора токсически действует практически на все системы.

Для профилактики данного страдания в очагах эндемического флюороза следует ограничить в пищевом рационе детей, беременных и кормящих матерей мясо (говядину, баранину, свинина не аккумулирует фтор), топленое масло, чай (в отдельных сортах грузинского чая концентрация фтора в 300 раз превышает его суточную потребность), заменив его молоком, фруктами и соками. Увеличить употребление в зимнее время овощей. Разъяснять матерям необходимость более длительного (до года) кормления детей грудью. Обучать детей гигиене полости рта. Полезно назначать осенью, зимой и весной в течение 3-4 недель курсы витаминизации – витамины А, С, В₁, В₂, В₆, глицерофосфат кальция в возрастных дозах.

Проведение вышеназванных профилактических мероприятий позволяет резко снизить поражаемость зубов флюорозом в местностях с высоким содержанием фтора в питьевой воде (по ГОСТу его содержание в питьевой воде должно находиться в пределах от 0,8 до1,5 мг/л).

В Забайкалье это – районы КСК и Большого Острова г. Читы, п. Шерловая гора, г. Борзя, п. Даурия, г. Краснокаменск, Газимуро-Заводский район.

Недостаток фтора в питьевой воде зарегистрирован в Центральном, Северном, ЦРММ районах г. Читы, п. Жирекен, г. Балей, Шилка, Сретенск, Петровский Завод.

ПАРОДОНТИТ

Хронический генерализованный пародонтит - одно из распространенных заболеваний пародонта, его частота составляет около 40-75% и имеет тенденцию к нарастанию. Главной причиной воспалительных изменений в пародонте является зубная бляшка, способствующая инвазии микрофлоры в ткани и последующему развитию воспалительно-деструктивного процесса с рассасыванием костной ткани альвеолярных отростков челюстей. Влияние иных местных и общих факторов расценивается как второстепенное, не имеющее решающего значения для развития и прогрессирования заболевания. В то же время результаты клинических и экспериментальных работ свидетельствуют о весьма значимой роли нейроэндокринных, нейроиммунных, психологических и других факторов в патогенезе воспалительно-дистрофического процесса в пародонте.

Одним из главных биохимических звеньев патологического процесса при пародонтите считается активация свободнорадикального окисления в тканях пародонта.

Подавляющему большинству живых организмов на Земле для жизни требуется наличие кислорода в окружающей среде. Противоречие между использованием кислорода для поддержания процессов жизнедеятельности и токсичностью метаболитов кислорода определяет основной парадокс аэробной жизни или, как его называет доктор К.Дж.Дэйвис, «кислородный парадокс» – необходимость существования в условиях непрекращающегося окислительного стресса.

Метаболические функции кислорода в живых организмах реализуются двумя путями. Во-первых, О₂ используется клетками в качестве конечного акцептора электронов высвобождающихся в процессе дегидрирования разнообразных субстратов. Наиболее важным следует признать участие О₂ в процессах образования энергии в ходе реакций окислительного фосфорилирования и фотосинтеза. Во-вторых, О₂ непосредственно включается в субстраты путем ферментативного окисления некоторых веществ с целью получения биологически активных метаболитов (простагландины и др.) или в реакциях детоксикации вредных метаболитов и ксенобиотиков.

В то же время, в процессе метаболизма в клетках постоянно генерируются токсичные активные формы кислорода (АФК).

При усилении их образования и/или при нарушении со стороны систем антиоксидантной защиты в большей степени начинает проявляться токсическое действие активных форм кислорода на структуры клетки. Основу повреждающего действия АФК составляет их способность инициировать реакции свободнорадикального окисления (СРО). Этой способностью в той или иной степени обладают все известные на настоящий момент АФК.

Субстратом этих процессов могут быть самые разнообразные метаболиты организма. Среди них в первую очередь следует поставить липиды и, главным образом, ненасыщенные жирные кислоты, которые подвергаются липопероксидации. В ходе этих реакций образуется значительное количество продуктов радикальной и нерадикальной природы, часть из которых способна повторно вовлекаться в развитие и дальнейшее усиление липопероксидации, т.е. процесс носит цепной характер.

Сами АФК, а также промежуточные и конечные продукты СРО способны вызывать повреждение различных белков и пептидов, нуклеотидов и нуклеиновых кислот, полисахаридов и низкомолекулярных метаболитов, а также нарушать функциональные свойства и структуру тех или иных субклеточных и клеточных компонентов. Существенная часть токсичности продуктов СРО связана с карбонильными соединениями, способными образовывать аддукты (соединения) с белками, нуклеиновыми кислотами, углеводами.