Размеров и заряда ионов (однозарядные лучше проникают, чем двухзарядные)
Градиента концентрации ионов (проникают только те ионы, концентрация которых в ротовой жидкости больше, чем в эмалевой жидкости)
Проницаемость эмали
Проницаемость эмали - это способность эмали пропускать воду и растворенные в ней, минеральные и органические вещества в двух направлениях: от поверхности эмали к дентину и наоборот.
Механизмы проницаемости эмали для неорганических ионов и органических веществ, содержащихся в ротовой жидкости, различны.
Проницаемость для неорганических ионов . Эмаль имеет микропространства между призмами и внутри призм, заполненные эмалевой жидкостью. Механизм поступления ионов из ротовой жидкости в эмалевую жидкость по градиенту концентрации путем простой диффузии. Скорость и глубина проникновения ионов в эмалевую жидкость зависят от:
3) способности ионов связываться с компонентами эмали и входить в кристаллическую решетку ГА (хорошо адсорбирующиеся - медленно диффундируют в глубокие слои эмали, а плохо взаимодействующие с ГА - быстро диффундируют к пульпе и из нее в кровь).
Проницаемость для органических веществ . Низкомолекулярные органические вещества, такие как аминокислоты, глюкоза проходят через эмаль транзитом в дентин по ламеллам - образованиям органической природы. Такие вещества не участвуют в обмене эмали.
1. Степень минерализации эмали - содержание в эмали кальция и фосфора. Чем больше минерализована эмаль, тем меньше ее проницаемость. Это обусловлено тем, что по мере роста кристаллов ГА, увеличения плотности укладки кристаллов уменьшается слой эмалевой жидкости, окружающий кристаллы. Это создает механическое препятствие для проникновения растворимых в воде веществ.
Деминерализация эмали при патологических процессах, например, при определенной стадии развития кариеса, повышает проницаемость эмали.
2. Пелликула - органическая пленка на зубах препятствует поступлению веществ в эмаль.
3 .Наличие дефектов в эмали , например, микротрещины увеличивают проницаемость эмали.
4.Физические факторы (ультразвук, электрофорез) увеличивают проницаемость.
События после прохождения ионов в эмалевую жидкость
1 .Накопление на поверхности кристаллов ГА. Часть проникающих ионов накапливается в гидратной оболочке, окружающей кристалл ГА. Накопление происходит в течение нескольких минут после входа ионов в эмаль. Накопление обусловлено поверхностным зарядом кристаллов ГА. Заряд возникает вследствие наличия «дефектов» в кристаллической решетке. Теоретически состав ГА выражается формулой Са 10 (РО 4) 6 (ОН) 2 , ему соответствует соотношение Са/Р 1,67. Реально это соотношение находится в пределах 1,33 -2,0, то есть на деле состав ГА отличается от теоретического. Так, например, может быть восьмикальциевый апатит. В том месте кристаллической решетки, где присутствует такой апатит имеется отрицательный заряд. 16+ [(PO 4) 6 (OH) 2 ] 20-
2.Проникновение ионов в кристалл. Часть накапливающихся ионов могут зайти в гидратную оболочку и выйти из нее. Однако другие ионы способны проникать в поверхность кристалла. Проникновение зависит от природы, размера, величины заряда иона. Проникают, например, такие ионы как Са 2+ , Sг 2+ , Мg 2+ , Ва 2+ , НРО 4 2- ,F - ,Н + . Проникновение происходит в течение нескольких часов.
3.Внедрение ионов к кристаллическую решетку ГА (внутрикристаллический обмен). Идет в течение многих месяцев. Внедрение в кристаллическую решетку ГА происходит по принципу компенсации заряда двумя путями .
1). Занятие ионом вакантных мест в решетке. Так, например, в восьмикальциевый ГА компенсируя избыток отрицательного заряда может встроиться ион кальция, магния и другие катионы.
Созревание эмали - это увеличение содержания кальция и фосфора, уменьшение содержания органических веществ в ней и совершенствование её структуры, продолжающееся в течение всей жизни. Поэтому у пожилых людей, по сравнению с людьми более молодого возраста, зубы отличаются большей устойчивостью к действию деминерализующих растворов. Прорезавшиеся зубы являются низкоминерализованными, в них сразу же начинается накопление кальция и фосфора, особенно интенсивное в течение первого года после прорезывания. Затем накопление фосфора замедляется, а через 3 года после прорезывания зуба в нём замедляется и накопление кальция, но оно всё же продолжается в течение всей жизни. Количество фтора в эмали после прорезывания зуба также постепенно увеличивается. При этом возрастает плотность эмали, а объём микропространств - уменьшается.
В непрорезавшемся зубе кальций и фосфор распределены равномерно, а после прорезывания зуба происходит постепенное накопление более высоких концентраций неорганических веществ в поверхностном слое эмали, который становится более плотным и более устойчивым к действию органических кислот. Следовательно, наиболее активно процесс созревания зуба происходит в сроки от 1-го до 3-х лет после его прорезывания, а особенно - в первые 12 месяцев. Поэтому в этот период необходимо создать оптимальные условия для минерализации посредством реминерализующей терапии препаратами кальция и фосфора. Препараты фтора уплотняют поверхностный слой эмали, препятствуя дальнейшему поступлению кальция и фосфора, поэтому их не рекомендуют применять в указанные сроки или применяют в ограниченном количестве. Слюна, перенасыщенная кальцием и фосфором, обеспечивает созревание эмали, обеспечивая тем самым особые защитные свойства её поверхностного слоя. Неблагоприятные условия в полости рта в период интенсивно протекающего процесса созревания зуба (преобладание кариесогенной микрофлоры, наличие бактериального зубного налёта, избыток рафинированных углеводов и уменьшение концентраций кальция и фосфора в пище, гипосаливация и т. п.), препятствуют созреванию эмали, в результате чего она не приобретает необходимой устойчивости к действию кариесогенных факторов. Под влиянием минерализующего потенциала слюны, а также за счёт диффузии минеральных веществ из пульпы может произойти реминерализация эмали зуба. Учитывая вышесказанное, реминерализующая терапия целесообразна на начальных стадиях кариеса. В процессе созревания эмали на её поверхности откладывается всё большее количество минеральных веществ, главным образом, низкомолекулярных соединений кальция, которые заполняют промежутки между призмами. Они создают на её поверхности т.н. «безпризменный слой», отличающийся высокой плотностью. В процессе созревания происходит уплотнение кристаллической решётки эмали, уменьшается объём микропространств, повышается содержание минеральных элементов. Следствием выше указанных изменений является повышение резистентности эмали и снижение её растворимости в кислотах.
Проницаемость эмали - одно из важнейших её свойств. Механизм проницаемости эмали связан с наличием в её структуре заполненных водой микропространств, по которым могут проникать различные вещества в зависимости от размера их молекул и от способности связываться с кристаллической решёткой апатитов. Эмаль проницаема в обоих направлениях: со стороны пульпы и со стороны слюны. При этом молекулы и ионы движутся из среды с более высокой их концентрацией в сторону более низкой концентрации. Основным путем поступления различных веществ в эмаль зуба является поступление их из слюны. Проницаемость эмали обуславливает её созревание после прорезывания зубов. При нанесении на поверхность эмали радиоактивного кальция он через 20 минут обнаруживается в её поверхностном слое. Проникая из слюны, ионы кальция откладываются в наружных слоях эмали, а затем медленно диффундируют в более глубокие слои. В экспериментах с радиоактивным фосфором показана возможность его проникновения в эмаль как из слюны, так и со стороны пульпы. Фтор поступает из слюны в микропространства эмали, но в силу своей высокой реакционной способности быстро связывается с апатитами поверхностного слоя, уплотняя его. В результате этого проницаемость эмали резко снижается. Данный факт очень важен, так как он определяет последовательность обработки зуба в процессе реминерализующей терапии: сначала необходимо вводить кальций и фосфор, а затем - препараты фтора. Ионы радиоактивного йода при нанесении их на поверхность эмали быстро проникают в эмаль, дентин, пульпу и через 2 часа обнаруживаются в щитовидной железе. Из слюны в эмаль зуба проникают не только минеральные, но и органические вещества: аминокислоты, витамины, моносахариды, красители, токсины и другие. С помощью радиоактивных меток показано, что аминокислоты проникают в эмаль из слюны, но они не обнаруживаются в составе белков, что косвенно свидетельствует об отсутствии обмена органических веществ в эмали зуба.
Эмаль более проницаема для одновалентных ионов, чем для двухвалентных. Проницаемость эмали зависит от скорости саливации: чем она выше, тем меньше проницаемость. Проницаемость эмали повышают моносахариды, ацетилхолин, органические кислоты, сахароза, алкоголь, гиалуронидаза, а также электрофорез, ультразвук, бактериальный зубной налёт. Проницаемость эмали понижается под действием перенасыщенной солями кальция и фосфора слюны, а также препаратов фтора. Эмаль зубов человека обладает значительно более низкой проницаемостью, чем эмаль зубов животных. Неодинакова проницаемость эмали различных зубов и различных поверхностей одного и того же зуба. Она увеличивается от резца к моляру. Проницаемость эмали непрорезавшихся зубов выше, чем молочных, а проницаемость эмали молочных зубов выше, чем постоянных. С возрастом проницаемость эмали постоянных зубов снижается. Проницаемостью для некоторых ионов и красителей обладает, однако, и эмаль удалённых зубов.
Высокая проницаемость эмали способствует развитию кариеса. Поэтому, воздействуя на проницаемость эмали, можно разработать оптимальные условия для предотвращения развития кариеса зубов и лечения его на стадии очаговой деминерализации эмали. Необходимо также учитывать тот факт, что чем короче период созревания зуба, тем меньше его проницаемость и тем выше его кариесрезистентность.
Важным свойством эмали, обеспечивающим транспорт веществ, является ее проницаемость. Меченый глицин, введенный внутривенно, обнаруживается во всех тканях зуба. При нанесении его на поверхность зуба через два часа он поступает в дентин. Через эмаль проникают аминокислоты, витамины, ферменты, углеводы. Скорость проникновения различных веществ через эмаль относительно велика. Особенно быстро в эмаль проникают углеводы, органические кислоты (лимонная), бактериальные токсины.Для проницаемости эмали имеют значение ее микропространства, заполненные водой. Транспорт веществ через твердые ткани зуба осуществляется за счет гидростатического давления крови и тканевой жидкости пульпы, термодинамического эффекта, связанного с перепадами температуры, возникающими в полости рта при дыхании и т.д. Осмотические токи возникают вследствие разности осмотического давления в тканевой жидкости пульпы, дентинной, эмалевой и ротовой жидкости. В эмали и дентине существуют также явления электроосмоса, обусловленные электрокинетическими процессами, возникающими на границе твердой и жидкой фазы. В связи с присутствием в эмали жидкости и ионов она обладает электропроводностью, но из-за малых количеств воды она низкая. Хорошо проникают в эмаль отрицательные ионы. Электрофорез способствует активному проникновению кальция в эмаль.
4.Растворимость и реминерализация эмали.
В эмали постоянно идут два процесса - растворение кристаллов гидроксиапатита и их образование, т.е. процессы де- и реминерализации. Они обеспечивают обновление и постоянство состава эмали. Деминерализация происходит под действием органических кислот, а частичное или полное восстановление минеральных компонентов эмали происходит за счет электролитов ротовой жидкости. Реминерализация эмали возможна благодаря способности ГОА к ионному обмену. В естественных условиях источником ионов кальция и фосфора является ротовая жидкость.
5.Методы исследования проницаемости эмали.
В опыте «in vivo» было показано, что проницаемость эмали, нарушенная после воздействия молочной кислотой, под влиянием ротовой жидкости через 30 сек. полностью восстанавливается. Используя способность ГОА к ионному обмену, можно целенаправленно влиять на состав эмали с помощью специальных минерализующих растворов.
Для процессов реминерализации имеет значение концентрация в слюне кальция, фосфора, кислотность и ионная сила слюны. Кальций в слюне находится как в ионизированном (5%), так и в связанном состоянии: с белками - 12%, с цитратом и фосфатом - 30%. Также кальций может связываться в слюне с амилазой, муцином и гликопротеидами.
В отношении солей кальция и фосфора слюна является перенасыщенным раствором гидроксиапатита . Перенасыщенность слюны препятствует растворению эмали и способствует поступлению в эмаль ионов кальция и фосфора. С уменьшением рН степень перенасыщения слюны снижается и её минерализующие действие прекращается. В норме рН слюны колеблется в широких пределах: от 6,0 до 8,0. Заметный деминерализующий эффект наблюдается при рН ниже 6,0. В кариозных полостях, в осадке слюны, в мягком зубном налете рН опускается ниже 4,0. Снижение рН происходит в результате кислотообразующей деятельности микрофлоры, активность которой особенно велика в области спинки языка и контактных поверхностей зубов.
Заканчивая рассмотрение функциональных особенностей эмали, кратко сформулируем её основные свойства:
эмаль характеризуется низким обменом веществ, но обладает достаточной проницаемостью для минеральных компонентов;
транспорт веществ через эмаль осуществляется одновременно в двух направлениях: с одной стороны он идет из крови через пульпу и дентин, а с другой - из ротовой жидкости, окружающей зубы;
в эмали постоянно идут процессы обновления и поддержания постоянства её состава за счёт де- и реминерализации. Воснове этих процессов лежат способность кристаллов гидроксиапатита к ионному обмену и способность белков эмали к химической связи с гидроксиапатитом;
благодаря своему строению и химическому составу, эмаль обладает высокой резистентностью, но её проницаемость может увеличиваться под действием органических кислот, высокой температуры, при накоплении углеводов, в результате жизнедеятельности микрофлоры полости рта, а также под действием гормонов тирокальцитонина и паротина.
Эмаль (enamelum), покрывающая коронку зуба, самая твердая ткань в организме, что объясняется высоким содержанием в ней неорганических веществ (до 97 %). Минеральную основу зубов составляют изоморфные кристаллы апатитов: гидрокси-, карбонат-, фтор-, хлорапатитов и др. Основными компонентами являются гидроксиапатит - Са 10 (РО 4) 6 (ОН) 2 и
Таблица 4
| №№ п\п | Признак | Временный прикус | Постоянный прикус |
| Количество зубов | 28-32 | ||
| Групповая принадлежность | Резцы, клыки, моляры | Резцы, клыки, премоляры, моляры | |
| Размер коронок | Меньше | Больше | |
| Соотношение высоты и ширины | Преобладает ширина | Преобладает высота | |
| Цвет | Бело-голубой | Бело-желтый | |
| Переход коронки в шейку | Резкий за счет эмалевого валика | Плавный | |
| Самая широкая часть коронки | Пришеечная | Экваториальная | |
| Ретенционные пункты | Фиссуры неглубокие, ямки отсутствуют | Фиссуры и ямки глубокие | |
| Выраженность бугров в коронке | После 4-х лет в норме стираются | У детей не стираются | |
| Расположение зубов в зубном ряду | Появление трем и диастем после 3-х лет | В норме нет трем и диастем | |
| Подвижность зубов | Нарастает в период физиологический резорбции | Нет | |
| Расположение корней | У однокорневых - выражен вестибулярный изгиб, у многокорневых - широко расходятся | Выражен признак угла корня | |
| Размер полости зуба | Относительно большой, корневые каналы широкие | С возрастом полость зуба уменьшается, корневые каналы суживаются |
Продолжение табл. 4
восьмикальциевый фосфат Са 8 Н 2 (РО 4) 6 *5Н 2 О . В целом минеральная база зубов - апатитоподобное вещество с общей формулой А 10 (ВО 4) 6 Х 2 ,
где А - Ca, Sr, Ba, Cd, Pd;
B - P, As, V, Cr, Si;
X - F, OH, Cl, CO 2 .
Отличительной чертой структуры апатитов является наличие колонки Х-ионов, которая проходит на всем протяжении кристалла параллельно кристаллографической оси. Предполагают, что Х-колонка обеспечивает наиболее легкую траекторию для диффузии (Bonel, 1964), а это обуславливает повышенную реактивность Х-ионов. Особенно легко происходит замещение гидроксильных ионов при диффузии. Причем обмен гидроксильных ионов на хлор протекает более интенсивно, чем на фтор. Структура элементарной ячейки гидроксиапатита при замещении гидроксильных ионов не изменяется. При этом происходит незначительное изменение размеров решетки или расстояний между атомами.
Под влиянием низких концентраций фтора образование фторапатита из гидроксиапатита происходит согласно уравнению реакции:
Са 10 (РО 4) 6 (ОН) 2 + 2F - = Са 10 (РО 4) 6 F 2 +2(OH) -
При воздействии на эмаль зубов высокими дозами фтора происходит образование фторида кальция, согласно уравнению реакции:
Са 10 (РО 4) 6 (ОН) 2 + 20F - = 10СаF 2 + 6PO 4 3- + 2(OH) -
Ионные замещения в формуле, отвечающей апатитоподобной структуре А 10 (ВО 4) 6 Х 2 смогут происходить не только в Х-, но и в А- и В-положении. Далеко не все замещения в кристаллической структуре эмали усиливают резистентность зубов к кариозному процессу.
С возрастом количество минеральных веществ в эмали, особенно в ее поверхностном слое увеличивается. Следствием возрастных изменений являются исчезновение перикимат и стирание режущих краев резцов, а также бугров моляров, премоляров и клыков.
Здоровая эмаль содержит 3,8 % свободной воды и 1,2 % органических веществ.
Органические вещества эмали представлены белками, углеводами, липидами и азотом. В 100 г эмали содержится 1,65 г углеводов и 0,6 г липидов. Углеводы представлены глюкозой, маннозой, галактозой и др. По функциональному действию белки эмали можно разделить на три группы:
1) фибриллярный белок, нерастворимый в ЭДТА и разведенной хлористо-водородной кислоте;
2) кальцийсвязывающий белок эмали (КСБЭ), образующий в нейтральной среде нерастворимый комплекс с минеральной фазой;
3) белок, не обладающий сродством к минеральной фазе, приближающийся по молекулярному весу к кальцийсвязывающему белку, но с менее упорядоченной структурой.
Основой формирования эмали является белковая матрица. Составляющие ее основу кальцийсвязывающий белок эмали и фибриллярный нерастворимый в ЭДТА и хлористоводородной кислоте белок обеспечивает связывание и удержание минеральной фазы, т.е. бесклеточного формирования и построения эмали. Такая молекулярно-функциональная модель эмали позволяет сделать вывод о том, что сохранность белковой матрицы гарантирует обратимость процессов физиологической деминерализации и реминерализации эмали. При утрате белковой матрицы реминерализация не происходит. Способность гидроксилапатитов эмали к изоморфному замещению вакантных мест в их молекуле ионами, содержащимися в ротовой жидкости, в свою очередь, обеспечивает своеобразную защиту самой белковой матрицы.
В эмали обнаруживается 3,8 % воды. Кристализационная вода образует гидратную оболочку кристаллов и выполняет функцию эмалевой лимфы. Предполагают, что от количества свободной воды зависят такие физиологические свойства эмали, как растворимость и проницаемость. Вода занимает свободное пространство в кристаллической решетке и органической основе, а также располагается между кристаллами.
Толщина эмали в различных участках коронки зуба неодинакова: наиболее толстый слой находится в области бугров коронки (до 1,7 мм), самый тонкий - у шеек зубов (0,01мм). Толщина эмали в области фиссур 0,5-0,6 мм. Отличаясь от остальных твердых тканей зуба высокой прочностью и прозрачностью, эмаль в то же время хрупка из-за незначительного количества органического вещества.
Мельчайшими структурными единицами эмали являются кристаллы апатитоподобного вещества, формирующие эмалевые призмы. Призмы начинаются от эмалево-дентинного соединения и доходят до поверхности эмали. По ходу они образуют волнообразные изгибы, что способствует укреплению структуры эмали. Прочность эмали, кроме того, обусловлена вклиниванием призматических отростков между смежными призмами и переходом кристаллов из одной призмы в другую. На шлифах эмали призмы имеют в поперечном сечении аркадообразную форму с вытянутыми хвостообразными удлинениями (отростками). Хвостовая часть призм располагается между головками смежных призм. Такая конфигурация и расположение призм обеспечивают чрезвычайно плотную структуру эмали. Толщина призмы колеблется от 4 до 7 мкм, а длина в результате изгибов может несколько превышать толщину эмалевого слоя. S-образная изогнутость по ходу самих эмалевых призм обусловливает на продольном шлифе зуба чередование радиально расположенных светлых и темных полос, ибо часть эмалевых призм оказывается сошлифованной в продольном (паразоны), а часть в поперечном (диазоны) направлении. Эти полосы были описаны еще в ХIX веке Гунтером и Шрегером (рис. 23).
Рис. 23. Полосы Гунтера-Шрегера и линии Ретциуса эмали: 1 - линии Ретциуса; 2 - полосы Гунтера-Шрегера; 3 - дентин; 4 - цемент; 5 - пульпа
Кроме этих полос, на продольных шлифах эмали видны линии, или полосы, Ретциуса, которые начинаются в области эмалево-дентинного соединения, затем косо пересекают всю толщу эмалевого слоя и заканчиваются на поверхности эмали в виде небольших валиков, расположенных рядами и получивших название перикимат (рис. 24). На поперечных шлифах коронки зуба линии Ретциуса располагаются в виде концентрических кругов. Возникновение этих линий связано с особенностями процесса минерализации эмали в период ее развития.
Рис. 24. Связь линий Ретциуса с перикиматиями эмали: А - шлиф зуба; Б - участок эмали вблизи шейки зуба; В - участок эмали на коронке зуба. Стрелки - выход линий Ретциуса на поверхность эмали. 1 - эмаль; 2 - дентин; 3 - пульпа; 4 - линии Ретциуса; 5 - перикиматии
Органическими образованиями эмали являются эмалевые пластинки (ламеллы), эмалевые пучки и веретена. Эмалевые пластинки, состоящие из органического вещества, в виде тонких листообразных структур пронизывают всю толщу эмали. Они лучше выявляются на поперечных шлифах нормальной эмали, преимущественно в области шейки зуба. Эмалевые пучки в отличие от эмалевых пластинок проникают на небольшую глубину эмали, располагаясь у эмалево-дентинного соединения. Оба эти образования при заболеваниях кариозной и некариозной природы облегчают проникновение в эмаль некоторых экзогенных факторов (бактерии, кислоты и др.).
Эмалевое веретено - это концевой участок дентинного отростка одонтобласта, заканчивающегося между эмалевыми призмами. Колбообразные утолщения отростков после пересечения эмалево-дентинного соединения и получили название эмалевых веретен. Им отводят определенную роль в трофике эмали.
Основными физиологическими свойствами эмали следует назвать резистентность, растворимость и проницаемость.
Кариесрезистентность эмали - это способность противостоять воздействию кариесогенных факторов. Она обусловлена содержанием минеральных компонентов, прежде всего кальция и фосфора, в структуре эмали.
После прорезывания зуба концентрация кальция и фосфора в эмали всех слоев основных анатомических областей увеличивается, особенно на протяжении 1,5-2 лет после прорезывания.
Через 2-3 года после прорезывания заканчивается минерализация и шейки зуба. В этот период после прорезывания основным источником поступления веществ в эмаль является слюна. Важным показателем резистентности эмали является соотношение Са/Р. Здоровая эмаль молодых людей имеет более низкий показатель Са/Р по сравнению с эмалью людей преклонного возраста. В корне соотношение равно 1,67. Известно, что показатель Са/Р уменьшается при начальных признаках деминерализации эмали.
В физиологических условиях в эмали параллельно происходят два процесса - декальцинация и минерализация. Критерием перехода процесса в патологический является падение соотношения Са/Р ниже 1,33, что свидетельствует о неспособности эмали противостоять декальцинации. В этой фазе, при утрате белковой матрицы реминерализация невозможна.
Кислотная растворимость эмали - сложный химический процесс, который сопровождается изменением формы, размеров и ориентации кристаллов апатитов (Пахомов Г. М., 1976), с предварительным уменьшением содержания кальция в местах кариозной декальцинации. По мере растворения эмали присоединяется потеря фосфора. Установлено, что резистентные к кариесу зоны зуба (бугры, края) - высокоминерализованы, в них больше кальция, в то время как фиссуры, пришеечная зона гипоминерализованы и содержат кальция меньше.
Наименее растворим поверхностный слой эмали.
При действии кислот на гидроксиапатит Н + -ионы вытесняют лишние ионы Са 2+ из кристаллической решетки апатита, показатель Са/Р снижается до 1,30, что можно расценить как начало деминерализации. При этом структура гидроксиапатита сохраняется, хотя ее способность противостоять действию кислот снижается из-за снижения содержания Са 2+ -ионов.
Таким образом, способность противостоять действию кислоты будет зависеть от превышения над минимальным показателем Са/Р.
Гидроксиапатит с соотношением Са/Р 1,67 способен противостоять действию кислот до замещения в нем двух ионов Са 2+ на Н + -ионы. Иначе ведет себя апатит со значением коэффициента Са/Р 1,30. При действии кислот его структура разрушается:
Ca 8 (H 3 + O) 4 (PO 4) 6 (OH) 2 + 4H + ® 2Ca 2+ + 6CaHPO 4 + 6H 2 O
Для объяснения установленного факта избирательной декальцинации интактной эмали в процессе кислотного растворения можно допустить, что на ранних этапах этого процесса параллельно протекают два процесса:
1) равномерное и стехиометричное разрушение кристаллической решетки:
Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2 + 8H + ® 10Ca 2+ + 6HPO 4 2- + 2H 2 O
2) катионный обмен на поверхности эмали:
Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2 + 2H 3 O + « Ca 9 (H 3 O) 2 (PO 4) 6 (OH) 2 + Ca 2+ .
Обмен катионов Ca 2+ на H 3 O + из деминерализирующего раствора при втором типе реакции в отличие от реакции первого типа является обратимым процессом и не приводит к разрушению кристаллической решетки апатита.
Если бы ионы Ca 2+ не были бы способны к обмену, то любое действие кислотного агента привело к немедленному и необратимому разрушению эмали.
Благодаря ионообменному процессу Н + -ионы могут поглощаться эмалью без разрушения ее структуры. При этом показатель Са/Р эмали снижается за счет выхода из кристаллической решетки ионов Са 2+ . Таким образом, эмаль действует как своеобразная буферная система относительно кислот, которые образуются в полости рта.
Обратимость процессов ионного обмена позволяет кальцийдефицитным апатитам эмали реминерализовываться. При этом кристаллическая решетка апатита достраивается за счет ионов Са 2+ из слюны, поглощенные же ионы водорода постепенно выходят из эмали - таким образом ее коэффициент Са/Р нормализуется.
Практические действия врача должны быть направлены на формирование эмали с как можно более высоким коэффициентом Са/Р и высокой степенью однородности.
В условиях кариесогенной ситуации, при превалировании процессов деминерализации, необходимо одновременно принимать меры по угнетению процессов деминерализации и усилению реминерализации путем снижения кислотообразования, улучшения самоочищения и использования реминерализирующих методов в полости рта.
В процессе жизни, после прорезывания зубов в эмали происходят постоянные изменения ее структуры.
Механизм изменения структуры эмали обусловлены изменением структуры апатитов. В гидроксиапатитах происходит замещение гидроксильной группы ОН - на F - и превращение гидроксиапатита во фторапатит, что повышает резистентность эмали, важная роль в этом процессе принадлежит микропространствам эмали, гидратному слою кристаллов (связанной воде) и свободной воде, которая заполняет эти микропространства. Размер и объем их, а также свободная вода эмали - это те факторы, которые обуславливают ее проницаемость.
В целом же проницаемость зависит от многих факторов:
От возраста. У гипоминерализованных зон эмали высокий уровень проницаемости значительно снижается к моменту «созревания» твердых тканей зуба;
Повышается при деминерализации;
Повышается при снижении рН среды;
Повышается при кариесе, особенно на его ранних стадиях;
Слюна снижает проницаемость эмали за счет муцина.
Уровень проницаемости снижается в следующей последовательности:
Непрорезавшиеся, постоянные зубы вскоре после прорезывания, временные, постоянные у взрослых;
Зависит от групповой принадлежности: повышается от резцов к молярам;
Разные поверхности зуба по-разному восприимчивы к кариесу.
Влияние возраста на проницаемость эмали зуба. После прорезывания зуба эмаль еще не полностью минерализована. Полная минерализация происходит за счет поступления минеральных компонентов из слюны. В опытах на животных было установлено, что исходный уровень проницаемости гипоминерализированных зон эмали высокий, незначительно снижается к моменту созревания твердых тканей зуба. Уровень проницаемости эмали зубов человека с возрастом снижается, что обусловлено поступлением минеральных компонентов из слюны и отложением их в эмали в процессе ее созревания. Определено статистически достоверное увеличение содержания кальция и фосфора в эмали в первые 1-3 года после прорезывания зубов. С возрастом проницаемость эмали только снижается, а не прекращается.
Влияние деминерализации эмали и рН среды на проницаемость. Органические кислоты, в первую очередь молочная, уксусная и пропионовая, рассматриваются как причина образования очагов деминерализации, т. е. начального кариеса. Таким образом, при наличии молочной кислоты под зубным налетом может увеличиться проницаемость эмали. Важно, что этот процесе зависит от концентрации водородных ионов. Вероятно, это связано с изменениями структуры эмали, так как известно, что с повышением концентрации кислоты в растворе увеличивается и растворимость эмали.
Некоторые растворы, обладающие хелационными свойствами, могут изменять проницаемость эмали, тем самым способствуя возникновению и развитию кариеса.
Имеются данные, что уровень проницаемости эмали может меняться в зависимости от рН среды. В опытах показано, что кальций из слюны с рН 4,5 проникает в эмаль интенсивнее и на большую глубину, чем из слюны с нейтральной рН.
Влияние ротовой жидкости на проницаемость эмали . Ротовая жидкость оказывает выраженное влияние на проницаемость эмали практически для всех веществ, которые могут поступать в полость рта с пищей и водой. Срезы эмали, обработанные слюной, становятся менее проницаемыми. Некоторые авторы объясняют это действием муцина слюны. Существует мнение, что, кроме органических веществ, снижение проницаемости тканей зуба могут вызывать микроорганизмы. Указанные высказывания имеют теоретическое обоснование, так как органические вещества, особенно муцин, способны связывать неорганические вещества, в том числе и кальций, в связи с чем возможно снижение проницаемости за счет органической пленки, образующейся на поверхности эмали и препятствующей поступлению веществ в эмаль.
Серия опытов, проведенная П. А. Леусом, показала, что проницаемость эмали для ряда веществ, находящихся в слюне, в значительной степени отличается от интенсивности проникновения их из изотонического раствора хлорида натрия и зависит от продолжительности контакта вещества с зубом, вида проникающего вещества, возраста животного.
Характер проницаемости вещества и проницаемость эмали. Установлено, что в эмаль могут проникать многие вещества - как отдельные ионы, так и молекулы (аминокислоты, токсины, красители), причем уровень проникновения неодинаков для различных веществ. Было высказано мнение, что проникновение веществ в эмаль лимитируется расстоянием между кристаллами или, иначе, объемом микропространств. Кристаллы эмали покрыты гидратным слоем толщиной около 1 нм, расстояние между кристаллами составляет 2,5 нм, а ионные радиусы колеблются от 0,15 до 0,18 нм, следовательно, имеется возможность для проникновения большинства катионов и анионов.
Ионы обладают проникающей способностью. Так, ионы калия, натрия, хлора, фтора способны диффундировать в гидратный слой, но не концентрируются в нем, а ионы магния н кислорода могут концентрироваться в гидратном слое и включаться в состав комплекса связанных ионов кристалла.
Глубина проникновения вещества в большей степени зависит от активности самих ионов, а она неодинакова.
Были проведены эксперименты, в ходе которых изменяли проницаемость эмали, действуя на нее растворами веществ разной валентности, что послужило основанием для утверждения о существовании нескольких уровней проницаемости эмали в зависимости от окружающей зуб среды (слюна, пища, микроорганизмы).
Отмечено уменьшение проницаемости эмали и дентина после местного воздействия фтористой пастой.
П. А. Леус, изучавший проницаемость твердых тканей зуба, указывает, что она различна для органических и неорганических веществ. Причем данные эксперимента противоречат мнению, согласно которому более высокой проникающей способностью обладают вещества с меньшим размером молекул. Различная проницаемость эмали для органических и неорганических веществ обусловлена их биологической активностью, способностью связываться с элементами эмали, путями проникновения веществ.
Интенсивное проникновение и избирательная локализация в поверхностном слое эмали фтора объясняется тропностью этого элемента к кальцию. Фтор, проникая в эмаль, вступает в соединение с апатитами эмали и таким образом создается барьер для более глубокого проникновения в эмаль ионов фтора, кальция и фосфора. Даже при кариесе фтор локализуется в поверхностных слоях.
Органические вещества поступают в эмаль по специальным путям - ламеллам и органическим пластинкам.
Влияние структуры и состава эмали на проницяемость . Зубы человека обладают очень низкой проницаемостью по сравнению с зубами животных. Проницаемость зависит также от стадии их развития. Различен уровень проницаемости непрорезавшихся и прорезавшихся молочных и постоянных зубов. Проницаемость эмали постоянных прорезавшихся зубов снижается в зависимости от длительности пребывания в полости рта. Особенно резкое снижение проницаемости эмали наблюдается в возрасте от 20 до 30 лет.
В зависимости от групповой принадлежности зуба происходит увеличение проницаемости в направлении от резца до моляра. По-разному проницаемы и поверхности зуба.
Влияние факторов полости рта на проницаемость эмали. В первую очередь следует указать на влияние ротовой жидкости, которая смачивает поверхность зуба, обеспечивает нормальное функционирование эмали. Всем известно, что при гипосаливации, а особенно при ксеростомии происходит быстрое разрушение зубов.
В настоящее время в слюне обнаружено значительное количество ферментов. Результаты экспериментальных исследований и клинических наблюдений позволяют высказывать предположение о возможной связи изменения уровня проницаемости эмали зуба с воздействием гиалуронидазы и возникновением кариозного процесса. Предполагают, что микробная гиалуронидаза повышает проницаемость эмали на самых ранних стадиях кариозного процесса. Высеваемость образующих гиалуронидазу стрептококков и лактобактерий из ротовой полости и налета на зубах уже при единичных поражениях зубов выше, чем в норме, и значительно возрастает при множественных кариозных поражениях.
Фосфатазы, катализирующие гидролитическое расщепление органических эфиров фосфорной кислоты, играют важную роль в минерализации тканей зуба, а также в течении физиологических процессов в тканях полости рта. Основным источником фосфатаз ротовой жидкости являются большие слюнные железы, а также продукты жизнедеятельности молочнокислых бактерий, актиномицетов, стрептококков. При недостатке фосфора в слюне микробные фосфатазы способны расщеплять фосфорные соединения твердых тканей зуба. При множественном кариесе отмечается увеличение активности кислой и щелочной фосфатаз в ротовой жидкости. Фосфатазная активность микроорганизмов при кариозном поражении значительно возрастает в мягком зубном налете.
Также было установлено, что при добавлении к радиоактивному изотопу гиалуронидазы значительно повышается проницаемость этого вещества. В дальнейшем было установлено, что под влиянием химотрипсина проницаемость радиоктивного кальция увеличивается в 1,2 раза (В. В. Кочержинский), а под влиянием калликреина повышается проницаемость радиоактивного кальция и лизина. Однако не все ферменты изменяют проницаемость в сторону повышения. Высокие концентрации щелочной фосфатазы снижают уровень включения радиоактивного кальция, фосфора и лизина. Если учесть, что все указанные ферменты вырабатываются микроорганизмами зубной бляшки, то само собой напрашивается вопрос о ее влиянии на проницаемость. В. Н. Чиликин (1979) в эксперименте показал, что зубной налет, полученный от лиц, имеющих кариозные зубы, в 2-3 раза повышает проницаемость радиоактивного лизина в эмаль. Еще более выраженное действие зубной налет оказывает при добавлении 3 % и, особенно, 15 % раствора сахарозы.
Если раньше считали единственным путем поступления веществ в эмали через пульпу, то в настоящее время этот взгляд пересмотрели. Так, например, кальций проникает только с поверхности. Дентино-эмалевое соединение для него является непреодолимым барьером. В отношении фосфора имеются сведения, что он в небольших количествах способен проникать в эмаль со стороны пульпы. Установлена высокая проникающая способность аминокислоты глицина в эмаль и дентин при нанесении его на поверхность зуба.
Исследованиями ряда авторов установлено, что путями проникновения органических веществ являются трещины и ламеллы. Различают истинное прохождение веществ через эмаль и диффузию через трещины. При прохождении веществ через эмаль происходит задержка некоторых веществ, что лежит в основе изменения ее состава после прорезывания зуба. Было высказано мнение (Д. А. Энтин, 1928), что зуб является полупроницаемой перепонкой. Именно эмаль придает зубу свойство полупроницаемой мембраны. Дальнейшие исследования показали, что свойства полупроницаемой мембраны придали эмали органические вещества, т.к. после кипячение ее в специальном щелочном растворе эмаль становится полностью проницаемость.
В соответствии с многочисленными имеющимися исследованиями механизм проницаемости эмали зуба обусловлен следующими факторами:
3) свободно-циркулирующей водой (благодаря осмосу и диффузии);
4) разностью потенциала на границе дентиноэмалевого соединения и поверхности эмали;
5) ферментативными процессами.
Важным показателем состояния эмали является соотношение Са/Р. хорошо известно, что соотношение Са/Р несколько уменьшается при начальных признаках деминерализации эмали. Здоровая эмаль зубов молодых субъектов (до 30 лет) имеет более низкий показатель Са/Р, чем эмаль зубов пожилых лиц. Чем выше соотношение Са/Р в эмали, тем значительнее резистентность к кислотному разрушению.
Хорошо известен факт повышенной минерализации поверхностного слоя. Содержание кальция, фтора и основных микроэлементов в этом слое выше, чем в более глубоких слоях. Это связано с постоянным поступлением минеральных компонентов из слюны.
Длительные клинические наблюдения, а также многочисленные лабораторные и экспериментальные исследования выявили ряд важных для теории и практики данных. Во-первых, со всей убедительностью доказан факт проницаемости эмали для многих органических и неорганических веществ, что является характерной чертой ее физиологического состояния. Во-вторых, убедительно доказано, что проницаемость эмали можно изменять под воздействием физических факторов или химических веществ. Эти данные заслуживают особого внимания, т. к. открывают новые возможности целенаправленного изменения состава эмали. В частности, введением таких минеральных компонентов, как кальций, фосфор, фтор и др. можно добиться резистентности тканей зуба, что является одним из аспектов профилактики кариеса зубов.
Данные, полученные при изучении проницаемости эмали, послужили основой для разработки нового направления лечения кариеса на стадии белого пятна с применением реминерализирующих растворов. Исходной позицией явились два фактора: первый, что при кариесе имеет место убыль минеральных веществ и увеличение объема микропространств; второй, что участок эмали с белым кариозным пятном хорошо проницаем для органических и неорганических веществ.
