Лекция № 1 Биохимия твердых тканей зуба. К таким тканям относятся эмаль, дентин, цемент зуба. Эти ткани отличаются друг от друга различным происхождением в онтогенезе. Поэтому отличаются по химическому строению и составу. А также по характеру метаболизма. В них эмаль – эптодермального происхождения, а кость, цемент, дентин – мезентимального происхождения, но, несмотря на это, все эти ткани имеют много общего, состоят из межклеточного вещества или матрицы, имеющего углеводно-белковую природу и большое количество минеральных веществ, в основном, представленных кристаллами апатитов. Степень минерализации: Эмаль –> дентин –> цемент –> кость. В этих тканях следующее процентное содержание:
Минеральн. вещ. Органич. вещ. Вода
Эмаль 95% 1 – 1,5% 4%
Дентин 70% 20% 10%
Цемент 50% 27% 13%
Кость 45% 30% 25%
Эти кристаллы имеют гексогенальную форму. Минеральные компоненты эмали Они представлены в виде соединений, имеющих кристаллическую решетку A (BO) K A = Ca, Ba, кадмий, стронций В = РО, Si, As, CO. K = OH, Br, J, Cl. 1) гидроксиапатит – Са (РО) (ОН) в эмали зуба 75% ГАП – самый распространенный в минерализованных тканях 2) карбонатный апатит – КАП – 19% Са (РО) СО – мягкий, легко растворимый в слабых кислотах, целочах, легко разрушается 3) хлорапатит Са (РО) Сl 4,4% мягкий 4) стронцевый апатит (САП) Са Sr (PO) - 0,9% не распространен в минеральных тканях и распространен в неживой природе. Мин. в-ва 1 – 2% в неапатитной форме, в виде фосфорнокислого Са, дикальциферата, ортокальцифосфата. Соотношение Са / Р – 1,67 соответствует идеальному соотношению, но ионы Са могут замещаться на близкие по свойству химические элементы Ва, Сr, Mg. При этом снижается соотношение Са к Р, оно уменьшается до 1,33%, изменяются свойства этого апатита, уменьшается резистентность эмали к неблагоприятным условиям. В результате замещения гидроксильных групп на фтор, образуется фторапатит, который превосходит и по прочности и по кислотоустойчивости ГАП. Са (РО) (ОН) + F = Ca (PO) FOH гидроксифторапатит Са (РО) (ОН) + 2F = Ca (PO) F фторапатит Са (РО) (ОН) + 20F = 10CaF + 6PO + 2OH фторид Са. СаF - он прочный, твердый, легко выщелачивается. Если рн сдвигается в щелочную сторону, происходит разрушение эмали зуба, крапчатость эмали, флюороз. Стронцевый апатит – в костях и зубах животных и людей, живущих в регионах с повышенным содержанием радиоактивного стронция, они обладают повышенной хрупкостью. Кости и зубы становятся ломкими, развивается стронцевый рахит, беспричинный, множественный перелом костей. В отличие от обычного рахита, стронцевый не лечится витамином Д. Особенности строения кристалла Наиболее типичной является гексогенальная форма ГАП, но может быть кристаллы с палочковидной, игольчатой, ромбовидной. Все они упорядочены, определенной формы, имеют упорядоченные эмаль. призмы – явл-ся структурной единицей эмали. 4 структуры: кристалл состоит из элементарных единиц или ячеек, таких ячеек может быть до 2 тысяч. Мол. масса = 1000. Ячейка – это структура 1 порядка, сам кристалл имеет Mr = 2 000 000, он имеет 2 000 ячеек. Кристалл – структура 2 порядка. Эмалевые призмы являются структурой 3 порядка. В свою очередь, эм. призмы собраны в пучки, это структура 4 порядка, вокруг каждого кристалла находится гидратная оболочка, любое приникновение веществ на поверхность или внутрь кристалла связано в этой гидратной оболочкой. Она представляет собой слой воды, связанной с кристаллом, в котором происходит ионный обмен, он обеспечивает постоянство состава эмали, называется эмалевой лимфой. Вода внутрикристаллическая, от нее зависят физиологические свойства эмали и некоторые химические свойства, растворимость, проницаемость. Вид: вода, связанная с белками эмали. В структуре ГАП соотношение Са / Р – 1,67. Но встречаются ГАП, в которых это соотношение колеблется от 1,33 до 2. Ионы Са в ГАПе могут быть замещены на близкие по свойствам в Са другие хим. эл-ты. Это Ba, Mg, Sr, реже Na, K, Mg, Zn, ион H O. Такие замещения называются изоморфными, в тезультате соотношение Са / Р падает. Таким образом, образуется из ГАП – ГФА. Фосфаты могут заместиться на ион РО НРО цитрат. Гидрокситы замещаются на Cl, Br, F, J. Такие изоморфные зам-я приводят к тому, что изменяется и св-во апатитов – резистентность эмали к кислотам и к кариесу падает. Существуют другие причины изменения состава ГАП, наличие вакантных мест в кристалл. решетке, которые должны быть замещены с одним из ионов, возникают вакантные места чаще всего при действии кислот, уже в сформированном присталле ГАП, образование вакантных мест приводит к изменению св-в эмали, проницаемости, раствопимости, адсорб. св-ва. Нарушается равновесие между процессом де- и реминерализации. Возникают оптим. усл-я для хим. реакций на поверхности эмали. Физико-химические св-ва кристалла апатита Одним из важнейших вс-в кристалла явл-ся заряд. Если в кристалле ГАП 10 ост. Са, тогда считают 2 х 10 = 3 х 6 + 1 х 2 = 20 + 20 = 0. ГАП электонейтрален, если в структуре ГАП содер-ся 8 ионов Са – Са (РО) , то 2 х 8 20 = 16 < 20, кристалл приобретает отриц. заряд. Он может и положительно заряжаться. Такие кристаллы становятся неустойчивыми. Они обладают реакционной способностью, возникает поверхностная электрохимич. неуравновешенность. ионы наход-ся в гидратной оболочке. Могут нейтрализовать заряд на поверхности апатита и такой кристалл снова приобретает устойчивость. Стадии проникновения в-в в кристал. ГАП 3 стадии 1) ионный обмен между раствором, который омывает кристалл – это слюна и зубдесневая жидкость с его гдратной оболочкой. В нее поступают ионы, нейтрализующие заряд кристалла Са, Sr, Co, PО, цитрат. Одни ионы могут накапливаться и также легко покидать, не проникая внутрь кристалла – это ионы К и Cl, другие ионы проникают в поверхностный слой кристалла – это ионы Na и F. Стадия происходит быстро в течение неск. минут. 2) это ионный обмен между гидратной оболочкой и поверхностью кристалла, происходит отрыв иона от пов-сти кристалла и замена их на др. ионы из гидратной оболочки. В результате уменьшается или нейтрал-ся поверхн. заряд кристалла и он приобретает устойчивость. Более длительная, чем 1 стадия. В течение неск. часов. Проникают Ca, F, Co, Sr, Na, P. 3) Проникновение ионов с поверхности внутрь кристалла – называется внутрикристаллический обмен, происходит очень медленно и по мере проникновения иона скорость этой стадии замедляется. Такой способностью обладают ионы Ра, F, Са, Sr. Наличие вакантных мест в кристалл. решетке явл-ся важным фактором в активации изоморфных замещений внутри кристалла. Проникновение ионов в кристалл зависит от R иона и уровня Е, которой он обладает, поэтому легче проникают ионы Н, и близкие по строению к иону Н. Стадия протекает дни, недели, месяцы. Состав кристалла ГАП и свойства их постоянно изменяются и зависят от ионного состава жидкости, которая омывает кристалл и состава гидратной оболочки. Эти св-ва кристаллов позволяют целенаправленно изменять состав твердых тканей зуба, под действием реминерализующих растворов с целью профилактики или лечения кариеса. Органические в-ва эмали Доля орг. в-в 1 – 1,5%. В незрелой эмали до 20%. Орг. в-ва эмали влияют на биохимические и физические процессы, происходящие в эмали зуба. Орг. в-ва нах-ся между кристаллами апатита в виде пучков, пластинок или спирали. Осн. представители – белки, углеводы, липиды, озотсодержащие в-ва (мочевина, пептиды, цикл. АМФ, цикл. аминокислоты) . Белки и углеводы входят в состав органич. матрицы. Все процессы реминерализации происходят на основе белковой матрицы. Большая часть представлена коллагеновыми белками. Они обладают способностью инициировать реминерализацию. 1. а) белки эмали – нерастворимы в кислотах, 0,9% ЭДТА. Они относятся к коллаген- и керамидоподобным белкам с большим количеством сер, оксипролина, гли, лиз. Эти белки играют защитную ф-цию в процессе деминерализации. Не случайно в очаге деминерализации на ст. белого или пигментированного пятна кол-во этих белков > в 4 раза. Поэтому кариозное пятно в течение нескольних лет не превращается в кариозную полость, а иногда вообще не развивается кариес. У пожилых людей к кариесу > резистентность. б) кальцийсвязывающие белки эмали. КСБЭ. Содержат ионы Са в нейтральной и слабощелочной среде и способствуют проникновению Са из слюны в зуб и обратно. На долю белков А и Б приходится 0,9% от общей массы эмали. 2. Б. растворимые в воде не связанные с минеральными в-вами. Они не обладают сродством к минер. компонентам эмали, не могут образовывать комплексы. Таких белков 0,3%. 3. Своб. пептиды и отд. аминокислоты, такие как промин, гли, вал, оксипролин, сер. До 0,1% 1) ф-я защитная. Белки окружают кристалл. Предупреждают процесс деминерализации 2) белки инициируют минерализацию. Активно участвуют в этом процессе 3) обеспечивают минер. обмен в эмали и др. твердых тканях зуба. Углеводы представлены полисахаридами: глюкоза, галактоза, фруктоза, гликоген. Дисахариды нах-ся в свободной форме, а образуются белковые комплексы – фосфо-гликопроте
