ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.11.2023
Просмотров: 146
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ЧИТИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ
БИОХИМИЯ ПОЛОСТИ РТА
Учебное пособие
Чита – 2004 г.
Рекомендовано Учебно-методическим объединением по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов России в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности 040400 – стоматология (УМО-216 от 13.04.04)
Пособие составлено сотрудниками кафедры биологической химии с курсами биоорганической химии и клинической биохимии ГОУ ВПО Читинской государственной медицинской академии заведующим кафедрой, профессором, д.м.н. Б.С.Хышиктуевым и профессором, д.м.н. Н.А.Хышиктуевой.
Рецензенты: заведующий кафедрой биохимии Московского медицинского стоматологического университета, профессор, д.м.н. Т.П.Вавилова, заведующий кафедрой биохимии Российской медицинской академии последипломного образования, профессор, д.м.н. Г.А.Яровая.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
I. Биохимия твердых (минерализованных) тканей зуба
-
Эмаль -
Дентин -
Цемент -
Пульпа -
Пародонт
II. Биохимия жидкостей полости рта, зубной камень и зубной налет
-
Слюна -
Десневая жидкость -
Общая характеристика и особенности химического состава зубного налета -
Зубной камень
III. Метаболические функции фтора, кальция и фосфора в ротовой полости
IV. Патология: биохимический аспект
-
Кариес -
Флюороз -
Пародонтит
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Гомеостаз полости рта во многом определяется структурно-функциональным состоянием тканей и микроорганизмов ротовой полости. Фундаментальные и прикладные исследования последнего десятилетия в области стоматологии расширили представления о биохимических аспектах твердых тканей зуба, слюны, десневой жидкости, метаболических особенностях жизнедеятельности микроорганизмов и ксенобиотиков в норме и патологии.
В настоящем учебном пособии освещены вопросы биохимии полости рта в физиологических условиях и кратко изложены сведения о биохимических нарушениях, при наиболее часто встречающихся патологических состояниях полости рта. Данное руководство составлено в соответствии с рекомендуемой программой ВУНМЦ МЗ РФ по биологической химии для студентов стоматологического факультета по разделу «Биохимия тканей зуба», «Биохимия ротовой жидкости» и «Метаболические функции фтора». Авторы надеются, что настоящее пособие будет интересно и полезно не только студентам, но и практическим врачам-стоматологам и с благодарностью примут все пожелания и замечания.
I. БИОХИМИЯ ТКАНЕЙ ЗУБА
В составе зуба выделяют минерализованные и неминерализованные ткани. К первым относятся эмаль, дентин и цемент. Вообще в организме человека в норме имеется четыре вида минерализованных тканей: эмаль, дентин, цемент и кость, которые отличаются по химическому составу и происхождению. Последние три происходят из стволовых клеток мезодермы, тогда как эмаль является производным эктодермы. В их химическом составе преобладают неорганические компоненты, а также присутствуют органические соединения и вода (табл.1).
Мягкая (неминерализованная) ткань в составе зуба одна, она называется пульпой и находится в полости коронки и корня зуба.
Таблица 1
Химический состав эмали, дентина и кости (в % от массы)
1.1. ЭМАЛЬ
Эмаль, покрывающая коронку зуба, - самая твердая ткань в организме (сравнимая с алмазом), что объясняется высокой концентрацией в ней неорганических веществ (до 97%), главным образом, кристаллов апатитов: гидроксиапатита (до 75%), карбонатапатита, фторапатита, хлорапатита и др. Здоровая эмаль содержит 0,8-1,0% свободной воды и 1,2% органических соединений, представленных белками, липидами и углеводами. Углеводы эмали в основном представлены глюкозой, маннозой и галактозой. Вода занимает свободное пространство в кристаллической решетке апатитов и органической основе, а также располагается между кристаллами.
Неорганический компонент эмали. Мельчайшими структурными единицами эмали являются кристаллы апатитоподобного вещества, формирующие эмалевые призмы. Минеральную основу составляют кристаллы апатитов и восьмикальциевый фосфат - Са8Н2(РО4)6*5Н2О; формула основного гидроксиапатита - Са10(РО4)6(ОН)2, в этом случае молярное соотношение Са/Р равно около 1,67. Однако, как это установлено в настоящее время, соотношение этих компонентов может изменяться как в сторону уменьшения(1,33), так и в сторону увеличения (2,0). При соотношении Са/Р 1,67 разрушение кристаллов происходит при выходе 2 ионов Са2+, при соотношении 2,0 гидроксиапатит способен противостоять разрушению до замещения 4 ионов Са, тогда как при соотношении 1,33 его структура разрушается. По современным представлениям данный параметр можно использовать для оценки состояния эмали зуба. Гидроксиапатит имеет гексагональную форму (рис. 1). Длинная ось кристаллов-призм расположена по основному направлению давления на кость или зуб. Каждый кристалл покрыт гидратной оболочкой около 1 нм. Связанная вода, образующая эту оболочку, составляет примерно 3,0-3,3% массы эмали. Кроме связанной воды (гидратная оболочка) в эмали имеется свободная вода, располагающаяся в микропространствах. Общий объем воды в эмали составляет 3,8%. Первое упоминание о жидкости, находящейся в твердых тканях зуба, относится к 1928 году. В дальнейшем стали дифференцировать зубную жидкость, которая находится в дентине от эмалевой жидкости, заполняющей микропространства, объем которых составляет 0,1-0,2% от объема эмали. В исследованиях на удаленных зубах человека с использованием специальной методики подогрева показано, что через 2-3 часа после начала опыта на поверхности эмали образуются капельки «эмалевой жидкости». Движение жидкости обусловлено капиллярным механизмом, а по жидкости диффундируют молекулы и ионы. Эмалевая жидкость играет важную биологическую роль не только в период развития эмали, но и в сформированном зубе, обеспечивая ионный обмен.
Рис. 1. Строение молекулы гидроксиапатита
С
остояние эмали зуба во многом определяется соотношением Са/Р как элементов, составляющих основу эмали зуба. Это соотношение непостоянно и может изменяться под воздействием ряда факторов. Здоровая эмаль молодых людей имеет более низкий коэффициент Са/Р, чем эмаль зубов взрослых; этот показатель уменьшается также при деминерализации эмали. Более того, возможны существенные различия соотношения Са/Р в пределах одного зуба, что послужило основанием для утверждения о неоднородности структуры эмали зуба, и, следовательно, о неодинаковой подверженности различных участков эмали поражению кариесом. В кристаллической решетке гидроксиапатита имеются вакантные места, поэтому даже в уже сформированном кристалле при химических и физических воздействиях возможны изоморфные замещения. При этом любое проникновение веществ на поверхность или внутрь кристалла связано с преодолением гидратной оболочки. Результатом подобных явлений и образования вакансий является варьирование свойств кристаллов, что выражается в изменении проницаемости эмали, ее резистентности к растворению, адсорбционных свойств. Однако, только некоторые ионы могут включаться в структуру апатитов. Если общую формулу апатита представить как А10В6Х2, то по положению А могут включаться ионы Са2+, Mg2+, Ва2+ , Cr2+, Sr2+ и другие, по положению В - РО43- и другие, по положению Х - НО- , F-, Cl- и другие. Примером реакции изоморфного замещения является следующая:
Са10(РО4)6(ОН)2 + Mg2+ Са9 Mg(РО4)6(ОН)2 + Са2+
Известно, что приведенное выше взаимодействие является неблагоприятным, так как снижает резистентность эмали к действию кариесогенных факторов.
Замещение в гидроксиапатитах ионов Са на Sr сопровождается формированием стронциевых апатитов - Ca9Sr(РО4)6(ОН)2. При этом стронций, поступая в избыточном количестве, хотя и вытесняет из кристаллической решетки кальций, но сам в ней не удерживается, что приводит к порозности костей. Этот эффект усугубляется недостатком кальция. В результате проводимых как в нашей стране, так и за рубежом, исследований установлено, что микроэлементы в эмали располагаются неравномерно. В наружном слое отмечается большое содержание фтора, свинца, цинка, железа при меньшем содержании в этом слое натрия, магния, карбонатов. Равномерно по слоям распределяются, как правило, стронций, медь, алюминий, калий.
Такие изменения характерны для болезни Кашина-Бека (“уровская болезнь”), которая поражает людей, преимущественно в раннем детстве, живущих в долине реки Уров Читинской и Амурской областей. Страдание начинается с болей в суставах, затем возникает поражение костной ткани, размягчение эпифизов, нарушаются процессы окостенения. В эндемичных районах в почве и воде содержится в 2 раза меньше кальция и в 1,5-2 раза больше стронция, чем в норме. В настоящее время существует и другая теория патогенеза “уровской болезни”, согласно которой патология развивается в результате дисбаланса фосфатов в окружающей среде.
Изоморфное замещение в гидроксиапатите на фтор приводит к образованию гидроксифторапатитов и фторапатитов - Са10(РО4)6F(ОН) и Са10(РО4)6F2:
Са10(РО4)6(ОН)2 + F- Са10(РО4)6F(ОН) + (ОН)-
Фторапатиты, которых в норме в эмали около 0,66%, обладают значительно большей резистентностью к растворению в кислой среде, чем гидроксиапатиты. Было установлено, что при замещении фтором даже одной из 50 гидроксильных групп растворимость эмали резко понижалась. Именно с этим связано профилактическое действие небольших концентраций фтора. Однако при высоком его содержании образуется фторид кальция - СаF2 - практически нерастворимое соединение, которое быстро исчезает с поверхности зубов в результате выщелачивания:
Са10(РО4)6(ОН)2 + 2F- 10СаF2 + 6(РО4)3- + 2(ОН)-
В связи с этим не следует применять высокие концентрации фторидов, особенно в кислых растворах.
В эмали зуба также содержатся хлорапатит - Са10(РО4)6Cl2 (4,4%) и карбонатапатиты - Са10(РО4)5СО3(ОН)2. Они составляют 19% и их количество увеличивается при употреблении пищи, богатой углеводами. Рост концентрации карбонатапатитов грозит снижением резистентности эмали и способствует развитию кариозного процесса.
Большая часть кристаллов гидроксиапатита в эмали ориентирована и упорядочена в виде сложных образований - эмалевых призм. Элементарная ячейка гидроксиапатита (структура 1 порядка) имеет молекулярную массу около 1000, в составе кристалла гидроксиапатита (структура 2 порядка) находится около 2500 таких ячеек (М=2 500 000). Эмалевая призма (структура 3 порядка) в свою очередь составлена из тысяч и миллионов кристаллов. Эмалевые призмы начинаются у эмалево-дентинной границы и идут к поверхности эмали, многократно изгибаясь в виде спирали, которые собраны в пучки (структура 4 порядка).
Органические соединения эмали. В процентах сухой массы они составляют: белки – 0,25-0,45%, липиды – 0,6%, цитраты – 0,1%. Наибольшее количество протеинов содержится в области эмалево-дентинного соединения. Белки эмали нельзя причислить к группе коллагеновых, так как в протеинах эмали нет гидроксипролина, а количество пролина составляет 166-187 аминокислотных остатков на 1000.
В эмали имеются белки, участвующие в амелогенезе - амелогенины и не являющиеся амелогенинами (энамелины). Амелогенин (первая группа белков эмали) представлен 5 соединениями с молекулярной массой 25; 15; 9,5; 7,5 и 6 кДа. Энамелины (вторая группа белков эмали) также являются гетерогенной фракцией и состоят из 5 классов с молекулярной массой, равной 72, 56, 42, 30, 21 кДа. Белки этого семейства способны агрегироваться и дезагрегироваться. Оба класса протеинов относятся к сложным – гликофосфопротеидам, причем амелогенины содержат до 75% органического фосфата, а энамелины – 25%.
Основой формирования и функционального построения эмали служит ее белковая матрица, элементарной функциональной единицей которой является кальций-связывающий белок эмали (КСБЭ). Последний способен к олиго- и полимеризации посредством кальциевых мостиков с образованием трехмерной белковой сетки, нерастворимой в нейтральной среде. Эта структура в дальнейшем выступает в роли центров кристаллизации, обеспечивая упорядоченность и регулярность минерализации, на этапах которой мы подробно остановимся ниже.
По мере созревания меняется белковый профиль эмали. На начальном этапе формирования этой ткани соотношение амелогенинов и энамелинов составляет 9:1, а среди аминокислот превалируют такие как пролин и гистидин; в зрелой наряду с уменьшением количества белка оно становится 1:1 и в аминокислотном составе начинают преобладать аспартат, серин, глицин и аланин.
Изменение белкового состава эмали связано с различием функций, осуществляемых протеинами на разных стадиях формирования зуба: вначале с транспортом и депонированием минеральных компонентов, а затем с инициацией минерализации. Еще в эмали обнаружен уникальный гидроксипролинсодержащий гликофосфопептид с Мr=3 кДа, он прочно связан с гидроксиапатитом и возникает в результате деградации коллагеноподобного белка зуба или попадает в процессе выделения его из дентина.