Біохімія твердих тканин зуба.

Кожен зуб складається з коронки (частини зуба, що виступає на поверхні ясн), кореня (частини, зануреної в кісткову лунку щелеп) і шийки (область між коронкою і шийкою), емаль покриває коронку, дентин складає основну масу зуба, пульпа займає порожнину зубної коронки. До твердих тканин зуба відносяться емаль, дентин, цемент. Ці тканини відрізняються друг від друга різним походженням в онтогенезі і, у зв'язку з цим, по хімічній будівлі і по складу, а також по характеру метаболізму. Емаль – ептодермального походження, а цемент, дентин – мезенхімального походження, але, незважаючи на це, усі ці тканини мають багато загального, складаються з міжклітинної речовини (чи матриці), що має вуглеводно-білкову природу і великої кількості мінеральних речовин, в основному, представленими кристалами апатитів.

В ивчення хімічного складу і біохімічних процесів у твердих тканинах і пульпі тісно зв'язані з проблемами профілактики і лікування карієсу, гіпоплазії, флюорозу та інших захворювань. Встановлено, що ступінь мінералізації твердих тканин зуба убуває в ряді - емаль дентин цемент. Хімічний склад емалі і дентину представлений у таблиці 6.

Таблиця 6. Хімічний склад емалі і дентину (у % від маси зуба).

Хімічна речовина	Емаль	Дентин
вода	2 - 3	12 – 13
органічні речовини	2 -3	17 – 18
неорганічні речовини	96-98	70 – 74
	На 100 грам золи
кальцій	36	36
магній	0.5	1,2
натрій	0,2	0,2
калій	0,3	0,1
фосфор	17	17
хлор	0,3	0,2

Виявлені також залізо, мідь і близько 20 мікроелементів. Хімічний склад цементу вивчений гірше, відповідно до наявних літературних зведень, у складі цементу 50% неорганічних речовин, 27% органічних речовин і 13% води.

Емаль – безсудинна тканина, що не містить нервових волокон, має високу резистентність до впливу значного механічного навантаження, коливанням температури, до кислих і лужних продуктів, до різних біологічно активнх речовин ротової рідини і бактерій порожнини рота. Мінеральні компоненти емалі представлені у виді з'єднань, що мають кристалічну решітку типу A (BO) K, де

A = Ca, Ba, кадмій, стронцій

В = РО , Si, As, CO .

K = OH, Br, J, Cl.

Гідроксиапатит (ГАП) – Са (РО) (ОН), в емалі зуба 75% ГАП – найпоширеніший з минералізованих тканин;

карбонатний апатит (Кап) – 19% Са (РО) Со – м'який, легко розчинний у слабких кислотах, лугах, легко руйнується;

хлорапатит Са (РО ) Сl 4,4% м'який;

стронцевий апатит (Сап) Са Sr (PO) - 0,9%, не розповсюджений у мінеральних тканинах і розповсюджений у неживій природі.

В емалі міститься 2% неапатитних кристалів у вигляді фосфорнокислого Са, дікальциферату, ортокальцифосфату. Основна хімічна структура мінеральної фази зубів представлена апатитами і гідроксиапатитами. Основна формула мінерального осередку емалі – Са ₁₀ (РО₄)₆(ОН)_2. Співвідношення Са / Р – 1,67 відповідає ідеальному співвідношенню, але іони Са можуть заміщатися на близькі по властивості хімічні елементи Ва, Сr, Mg. При цьому знижується співвідношення Са до Р, воно зменшується до 1,33%, змінюються властивості цього апатиту, зменшується резистентність емалі до несприятливих умов. У результаті заміщення гідроксильних груп на фтор, утворюється фторапатит, що перевершує і по міцності і по кислотостійкості ГАП.

Са (РО ) (ОН) + F = Ca (PO ) FOH гідроксіфторапатит;

Са (РО ) (ОН) + 2F = Ca (PO ) F фторапатит;

Са (РО ) (ОН) + 20F = 10Ca + 6PO + 2OH фторид Са.

Са - міцний, твердий, легко вилуговується. Якщо рН змінюється в лужну сторону, відбувається руйнування емалі зуба, крапчатость емалі, флюороз.

Стронцевий апатит – у кістах і зубах тварин і людей, що живуть у регіонах з підвищеним вмістом радіоактивного стронцію, вони мають підвищену крихкість. Кістки і зуби стають ламкими, розвивається стронцевий рахіт, необумовлений, множинний перелом кісток. На відміну від звичайного рахіту, стронцевий не лікується вітаміном Д.

Особливості будівлі кристала. Найбільш типовою є гексогенальна форма ГАП, але можуть бути кристали з паличкоподібною, голчастою, ромбовидною формою. Усі кристали мають упорядковане розташування – призми. Призми є структурною одиницею емалі. Емаль має 4 рівні структурної організації: кристал складається з елементарних одиниць чи осередків, таких осередків може бути до 2 тисяч. Мол.маса = 1000. Осередок – це структура 1 порядку, сам кристал має Мм = 2000000, він має 2000 осередків. Кристал – структура 2 порядку.

Емалеві призми є структурою 3 порядку. У свою чергу, емалеві призми зібрані в пучки, це структура 4 порядку, навколо кожного кристала знаходиться гідратна оболонка, будь-яке проникнення речовин на поверхню чи усередину кристала зв'язано з цією гідратною оболонкою. Гідратна оболонка являє собою шар води, який зв'язан з кристалом, у якому відбувається іонний обмін, він забезпечує сталість складу емалі, називається емалевою лімфою.

Вода займає вільний простір у кристалічних решітках і органічному матриксі емалевої призми. У кристалах емалі мається внутрікристалічна вода, від неї залежать фізіологічні властивості емалі і деякі хімічні властивості, розчинність, проникність.

Фізико-хімічні властивості кристала апатиту. Одним з найважливіших властивостей кристала є заряд. Якщо в кристалі ГАП 10 залишків Са, тоді ГАП електонейтрален, якщо в структурі ГАП міститься 8 іонів Са – Са(РО), то кристал здобуває негативний заряд. Він може і позитивно заряджатися. Такі кристали стають хитливими. Вони мають реакційну здатність, виникає поверхнева електрохімічна неврівноваженість. Іони, що знаходяться в гідратній оболонці, можуть нейтралізувати заряд на поверхні апатиту і такий кристал знову здобуває стійкість.

Стадії проникнення речовин у кристал ГАП. Виділяють 3 стадії :

1) іонний обмін між розчином, що омиває кристал – це слина і зубодеснева рідина з його гідратною оболонкою. У неї надходять іони, що нейтралізують заряд кристала Са, Sr, Co, РО, цитрат. Одні іони можуть накопичуватися і також легко залишати, не проникаючи усередину кристала – це іони К и Cl, інші іони проникають у поверхневий шар кристала – це іони Na і F. Стадія відбувається швидко протягом декількох хвилин.

2) це іонний обмін між гідратною оболонкою і поверхнею кристала, відбувається відрив іонів від поверхні кристала і заміна їх на інші іони з гідратної оболонки. У результаті зменшується чи нейтралізується поверхневий заряд кристала і він здобуває стійкість. Більш тривала, чим 1 стадія, протягом декількох годин. Проникають Ca, F, Co, Sr, Na, P.

3) проникнення іонів з поверхні усередину кристала – називається внутрікристалічний обмін, відбувається дуже повільно і в міру проникнення іона швидкість цієї стадії сповільнюється. Таку здатність мають іони Р, F, Са, Sr.

Наявність вакантних місць у кристалічних решітках є важливим чинником в активації ізоморфних заміщень усередині кристала. Проникнення іонів у кристал залежить від радіуса іона і рівня енергії, яку він має, тому легше проникають іони Н и близькі по будівлі до іона Н. Стадія протікає дни, тижня, місяці. Склад кристала ГАП і властивості їх постійно змінюються і залежать від іонного складу рідини, що омиває кристал і складу гідратної оболонки. Ці властивості кристалів дозволяють цілеспрямовано змінювати склад твердих тканин зуба, під дією ремінерализуючих розчинів з метою профілактики чи лікування карієсу.

Органічні речовини емалі представлені в основному білками, виявлений також цитрат, лактат, ліпіди, амінокислоти, сечовина, цАМФ, пептиди. Частка органічних речовин 1 – 1,5%, у незрілій емалі до 20%. Органічні речовини емалі впливають на біохімічні і фізичні процеси, що відбуваються в емалі зуба. Органічні речовини знаходяться між кристалами апатиту у виді пучків, чи пластинок спирали. Білки і вуглеводи входять до складу органічного матриксу. Усі процеси ремінералізації відбуваються на основі білкової матриці. Білки органічного матриксу емалі відносяться по амінокислотному складу до колагено- і кератиноподібним білкам, містять велику кількість проліну і оксипроліну, погано розчинні і відрізняються великою стійкістю до протеолітичних ферментів Вони мають здатність ініціювати ремінералізацію. Після прорізування зубів емаль втрачає 90% білку. Білки емалі грають захисну функцію в процесі демінералізації. Не випадково в осередкі демінералізації на стадії білої чи пігментованої плями кількість білків емалі збільшується в 4 рази. Тому каріозна пляма протягом декілька років не перетворюється в каріозну порожнину, а іноді взагалі не розвивається карієс. У людей похилого віку резистентність до карієсу вище, ніж у молодих. Кальційзв'язуючі білки емалі містять іони Са, у нейтральній і слаболужному середовищі сприяють проникненню Са зі слини в зуб і назад.

Вуглеводний склад емалі представлений глікогеном, глюкозою, галактозою, фруктозою та ін. На поверхні емалі вуглеводів у 10 разів більше, ніж у глибоких шарах. Велике значення має цитрат і лактат, що утворюють розчинні транспортні форми з фосфатом кальцію і беруть участь у процесах мінералізації і демінералізації твердих тканин зубів.

Ліпідів дуже мало. Представлені в основному глікофосфоліпідами. При утворенні матриксу вони виконують роль сполучних містків між білками і мінералами.

Дентин поступається емалі по твердості. 70% дентину складають неорганічні солі, представлені фосфорнокислим кальцієм, фторидом кальцію, вуглекислим кальцієм, а також аналогічними солями магнію і натрію. Найбільш важливими елементами дентину є іони Са, РО₄, Со, Мg, F. Вміст Mg в 3 рази більше, ніж в емалі. Концентрація Na і Cl зростає у внутрішніх шарах дентину.

Основна речовина дентину складається з ГАП. Але на відміну від емалі, дентин пронизаний великою кількістю дентинних канальцев. Болючі відчуття передаються по нервових рецепторах. У дентинних канальцах знаходяться відростки клітин одонтобластів, пульпа і дентинна рідина. Дентин складає основну масу зуба, по будівлі нагадує грубоволокнисту кісту, але більш твердий.

Органічні речовини представлені, насамперед, білками колагенового типу, виявлені кислі мукополісахариди, гексозаміни, гіалуронові кислоти, цитрат, ліпіди. Вміст ліпідів трохи нижче, ніж в емалі. Вміст білку в дентиновій рідині – 0,45 – 1,2 % (у крові 6 – 8 %), вміст глюкози – 45 мг%. Білковий матрикс дентину - 20% від загальної маси дентину. Дентин багатий активними регуляторними білками, що регулюють процес реминералізації. До таких спеціалізованих білків відносяться амелогеніни, енамеліни, фосфопротеїди. Для дентину, як і для емалі, характерний уповільнений обмін мінеральних компонентів, що має велике значення для збереження стабільності тканин в умовах підвищеного ризику демінералізації, стресу.

Важливою властивістю емалі зубів, що забезпечують транспорт різних речовин і трофіку, є проникність. Емаль, як і дентин, проникна в обох напрямках- від поверхні емалі до дентину і пульпи і у зворотному напрямку (від пульпи і дентину до поверхні). Крізь емаль зуба проникають не тільки іони і мінеральні елементи, але і речовини високомолекулярні з великим розміром молекул – вітаміни. ферменти, вуглеводи та ін. Швидкість проникнення різна: особливо легко проникають в емаль вуглеводи, у першу чергу глюкоза, лимонна кислота, амінокислоти, бактеріальні токсини, никотинамід. Проникність емалі знижується з віком, а також при впливі лужних продуктів, підвищується – при дефіциті солей фосфату в їжі. На проникність емалі впливають тіреокальцитоферон (підвищує), паратгормон (знижує). Речовини, які застосовуються для лікування зуба (спирт, фенол, азотнокисле срібло, гвоздикова олія та ін.) підвищують проникність. При надмірно підвищеній проникності емаль руйнується. Понизити проникність можна фтором, адреналіном.

Цемент зуба. Покриває тонким шаром весь зуб. Первинний цемент утворений мінеральною речовиною, у якому в різних напрямках проходять колагенові волокна, клітинні елементи – цементобласти. Цемент зрілого зуба мало обновляється. Склад: мінеральні компоненти в основному представлені карбонатами і фосфатами Са. Цемент не має як емаль і дентин власних кровоносних судин. У верхівці зуба – клітинний цемент, основна частина – безклітковий цемент. Клітинний нагадує кісту, а безклітинний складається з колагеновых волокон і аморфної речовини, що склеює ці волокна.

Пульпа зуба. Це пухка сполучна тканина зуба, що заповнює коронкову порожнину і кореневий канал зуба з великою кількістю нервів і кровоносних судин. У пульпі є колагенові, але немає еластичних волокон, є клітинні елементи, представлені одонтобластами, макрофагами і фібробластами. Пульпа є біологічним бар'єром, що захищає зубну порожнину і періодонт від інфекції, виконує пластичну і трофічну функцію. Характеризується підвищеною активністю окислювально-відновних процесів, а тому високим споживанням кисню. Регуляція енергетичного балансу пульпи здійснюється шляхом сполучення окислювання з фосфорилюванням. Про високий рівень біологічних процесів у пульпі говорять наявність таких процесів, як пентозофосфатний цикл, синтез РНК, білків, тому пульпа багата ферментами, що здійснюють ці процеси, але особливо високий рівень у пульпі вуглеводного обміну. Є ферменти гліколізу, ЦТК, водно-мінерального обміну (лужна і кисла фосфатази), трансамінази, амінопептидази. У результаті цих процесів обміну утворюються безліч проміжних продуктів, що надходять з пульпи у тверді тканини зуба. Усе це забезпечує високий рівень захисних механізмів. При патології активність ферментів вуглеводного обміну підвищується. При карієсі відбуваються деструктивні зміни в одонтобластах, руйнування колагеновых волокон, з'являються крововиливи, змінюється обмін речовин у пульпі.

Обмінні процеси в твердих тканинах зуба відбуваються відносно повільно. Якщо швидкість відновлення м'яких тканин по періоду напіввиведення мінеральних речовин з них складає 1 добу, то з твердих тканин зуба – 500 доби.