Современные данные о минеральном составе, структуре и свойствах твёрдых зубных тканей

Современные данные о минеральном составе, структуре и свойствах твёрдых зубных тканей

Р.М. Ахмедбейли

Азербайджанский Медицинский Университет, Кафедра терапевтической стоматологии

Современные методы и технологии (метод рентгеноструктурного анализа, метод трансмиссионной и сканирующей микроскопии, метод нейтронной активации и атомной абсорбации, радиоизотопный метод, метод инфракрасной спектроскопии) позволили значительно изучить и дополнить данные о составе, структуре, свойствах эмали и дентина зубов, а также ротовой жидкости, играющей определенную роль в их резистентности [1,2].

По даннымавторов эмаль интактного зуба состоит из 1% влаги и 99% сухого остатка, образуемого неорганическим субстратом (93%) и органическими веществами (6%). Эмаль молочных зубов содержит минеральных веществ 87%, органических веществ 2% и воды 11% [3,4].

Минеральную основу эмали составляют кристаллы апатитов: гидроксиапатита (75%), карбонатапатита (19%), хлорапатита (4,4%), фторапатита (0,66%). Менее 2% массы зрелой эмали составляют минералы неапа-титной формы, встречающиеся в виде фосфорнокислотного кальция, дикальцифе-рата, ортокальцифосфата. Соотношение Са/Р-1,67 соответствует идеальному соотношению, но ионы Са могут замещаться на близкие по свойству химические элементы Ba, Mg, при этом снижая соотношение Са к Р до 1,33, что способствует уменьшению резистентности эмали и изменению свойств апатита. В природе встречаются гидроксиа-патиты с соотношением Са/Р от 1,33 до 2,0, В результате замещения гидроксильных групп гидроксиапатита Са(РО)(ОН) на фтор образуется фторапатит Са(РО^, который по прочности и кислотоустойчивости превосходит гидроксиапатит [5].

В состав эмали и дентина входят ряд макро- и микроэлементов (кальций, фосфор, фтор, йод, медь, магний, стронций, железо, калий, натрий, магний, марганец, фосфор,

алюминий, стронций, серебро, селен, олово, хром) [6,7].

Микроэлементы могут быть составной частью протеидов и составной частью кристаллов апатита ткани зубов. В первом случае они выполняют роль активных центров ферментов синтеза белков и процессов обмена в ткани. Во втором случае, включаясь в кристаллическую решетку апатита, они изменяют физико-химическое состояние его, в частности, включаясь в кристаллическую решетку протеин-апатита, и изменяют его растворимость. Микроэлементы могут проявлять свое действие на процессы минерализации и деминерализации зубной ткани в норме и патологии [8].

При изучении минерального состава эмали и дентина постоянных зубов человека различного возраста, пола и кариозного индекса DMFT, выявили, что в эмали концентрация макроэлементов кальция, фосфора, а также калия выше, чем в дентине, и, наоборот, магния в дентине выше, чем в эмали. При определении состава эмали и дентина методом нейтронной активации (Neutron Activation Analysis- NAA) содержание Са в эмали составило 37,1 вес.%, Mg-0,39 вес.%, Na- 0,72 вес.%, Cu- 11,9 ppm, в дентине- Са- 26,9 вес.%, Mg- 0,74 вес.%, Na-0,72 вес.%, Cu- 7,1 ppm; при определении методом атомной абсорбции (Atomic Absorption Spectrophotometry- AAS) содержание Са в эмали составило 36,3 вес.%, Mg-0,32 вес.%, Na-0,72 вес.%, Cu- 8,1 ppm, в дентине- Са- 27,6 вес.%, Mg- 0,76 вес.%, Na-0,64 вес.%, Cu-7,3 ppm. Кроме этих элементов изучено содержание фтора, йода, железа, алюминия, селена, марганца, цинка, стронция, кобальта. Определена зависимость макро- и микроэлементного состава эмали и дентина с возрастом, полом, кариозным индексом [9].

E.Lakomaa et al. [28] исследовали концентрацию 12 элементов в эмали и дентине

временных и постоянных зубов. №, С1, Л!, Mn, Са и Р были определены методом нейтронной активации, К, М§, 2п, Си и Б-методом атомной абсорбции и Б-фторселек-тивным методом. Большинство элементов было представлено в более высокой концентрации в эмали, чем в дентине: М§, напротив, в дентине было больше. По сравнению с постоянными зубами, молочные зубы содержат больше К и Мп в эмали, и К и М§ в дентине, но меньше № и 2п в эмали. Разница в уровне содержания элементов в зубах, полученных у лиц, проживающих в шести различных местностей Финляндии, была определена по Б, С1, К, 2п, № и Мп. Содержание Б, Си и Мп в зубах этих людей было значительно ниже, по сравнению с аналогичными, полученными вне Финляндии: причина в типичной финской диете, где содержание Бе и Си традиционно низко, а потому железодефицитная анемия обычная проблема в Финляндии.

Методом рентгеноструктурного микроанализа провели ультраструктурный анализ послойного качественного и количественного распределения макро- и микроэлементов в твердых тканях временных и только прорезанных постоянных зубов. Исследовали Са, Р, М§ и Си. Анализ продемонстрировал высокое содержание Са и Р, гомогенное послойное распределение этих элементов во временных зубах. В постоянных зубах минеральные компоненты в виде гранул определялись в зонах приграничных дентинным тубулам (канальцам) [10].

Степень минерализации эмали зависит от содержания в ней основных элементов: кальция и фосфора. Так, в стандартном фторапатите кальция содержится 39,7%, фосфора- 18,4%. В эмали непрорезавшегося зуба кальций присутствует в концентрации 37,5%, фосфор -18,5%. В эмали кариесре-зистентного зуба определяется кальция 38,0%, фосфора- 19,6%, а в эмали кариес-восприимчивого зуба- соответственно 37,3 и 18,7% [11].

С помощью нейтронно-активационного анализа и атомно-абсорбционной спектрофо-тометрии определено, что в эмали содержится кальция- 37,1%, фосфора- 18,1%, магния- 0,39%, натрия- 0,72%, хлора- 0,28%,

калия- 0,03%. Количество кальция и фосфора уменьшается по направлению от поверхностного слоя эмали к эмалево-дентинной границе [12].

Основные компоненты эмали (кальций, фосфор) на различных поверхностях эмали накапливаются неравномерно: на гладких поверхностях- наибольшее количество в первый год после прорезывания, а в области фиссур - через 1-3 года после него [13].

Минерализация постоянных зубов выра -жена в большей степени, чем временных, но как во временных, так и постоянных зубах существует градиент минерализации от внутреннего к наружным слоям [14].

Другие авторы [15] изучали минеральный состав временных зубов детей, потребляющих обычную и фторированную соль. Выявлено постоянное присутствие в твердых тканях временных зубов кальция, фосфора, кремния, углерода, натрия, хлора, хрома, железа, цинка, алюминия и титана. В незначительных количествах и не во всех исследуемых точках обнаружены сера, магний, марганец, медь и мышьяк. Процентное содержание макро- и микроэлементов в поверхностном и подповерхностном слоях эмали временных зубов детей, получающих обычную соль, выявили соответственно кальция в резцах 41,57% и 36,18%, в клыках- 60,86% и 59,92%, в молярах- 59,09 и 59,73%; фосфора в резцах -22,15% и 19,09%, клыках- 26,48% и 27,29%, молярах- 28,0% и 24,05%, кальций-фосфорное соотношение составляло в резцах- 1,88, клыках- 2,29, молярах эмаль резцов содержала кальций и фосфор в меньшем количестве, однако содержание микроэлементов, имеющих значение в фосфорно-кальциевом обмене (магний, марганец, медь), обмене белков (углерод, сера) и витаминов (цинк, марганец, медь), было более высоким, чем в эмали клыков и моляров. Содержание таких химических элементов как хлор, кремний, углерод, железо, магний, цинк и титан было значительно выше в резцах. В эмали моляров обнаружено более высокое содержание хрома, серы, алюминия. В эмали клыков процентное содержание углерода, титана, кремния, хлора, цинка было более низким, чем в резцах и молярах.

Употребление фторированной соли в течение четырех лет способствовало повышению кальция в резцах до 73,21% и 70,93%. В клыках и молярах детей содержание кальция осталось на прежнем уровне. Содержание фосфора стало в эмали резцов- 24,38% и 22,73%, ниже в эмали клыков - 24,19 и 22,85% и моляров - однако различия статистически не были достоверны. По мнению исследователей [16], не абсолютное содержание того или иного микроэлемента определяет устойчивость зубов к кариесу, а оптимальное соотношение концентраций макро- и микроэлементов. В зависимости от того, какие микроэлементы включены в ткань зуба, возникает более или менее прочная связь белка.

При изучении различия в содержании микроэлементов в эмали временных и постоянных зубов отмечено, что молибден, литий, барий, хром, алюминий, фтор в незначительно большем количестве обнаруживается в эмали постоянных зубов, а медь, ванадий, кадмий - в эмали временных зубов. Одни элементы накапливаются органическим матриксом во время форми рования эмали, другие кумулируются на поверхности эмали в течение жизни. Содержание этих элементов в твердых тканях зуба зависит от окружающих (вода и пища) факторов [17].

Многие исследования посвящены содержанию фтора в эмали и дентине зубов [18]. Содержание фтора в твердых тканях зубов значительно варьирует и противоречивы. Имеется существенная разница в уровне содержания F в количестве 104,6 ррm в эмали и 175,6 ррт в дентине. Содержание F в дентине в 1,7 раза выше, чем в эмали.

Установлено, что в поверхностных слоях эмали фтор содержится в больших количествах, чем в нижележащих слоях. У лиц, потребляющих воду с содержанием 0,1-0,3 мг/л фтора, концентрация фтора в эмали была определена методом дисперсии двойного лучепреломления и составила только 0,502-0,525 вес.% [19].

Фтор способствует адсорбции ионов кальция и фосфора на поверхности эмали. Основанием для этого вывода послужили работы по изучению минерализующей

активности зубных паст с добавлением фторида и без него [15]. Согласно результатам исследования, минерализующий эффект применения зубных паст, содержащих фторид, выражен в большей степени, чем без фторида [1].

Мало исследований, посвященных содержанию I в эмали и дентине зубов. Самая высокая концентрация йода в эмали отмечается у лиц в возрасте 13-16 лет и составляет 6,86 ppm, наименьшая в возрасте 10-12 лет - 4,66 ppm. У лиц в возрасте 17-24 лет содержание йода в эмали составляет 5,27 ррт, в возрасте 25 лет и старше - 6,61 ppm. При анализе содержания йода в дентине наибольший уровень йода - 4,30 ppm, также отмечается у школьников в возрасте 13-16 лет, наименьший в возрасте 17-24 лет - 2,74 ppm. В возрасте 10-12 лет содержание I в дентине составляет 4,05 ppm, в возрасте 25 лет и старше - 3,82 ppm. Средняя концентрация I в эмали определена на уровне 5,60 ppm, в дентине - 3,73 ppm. Более высокий уровень йода как в эмали, так и в дентине у лиц в возрасте 13-16 лет, объясняется более высоким уровнем метаболизма в этом возрасте [20].

Важное значение в проницаемости эмали имеют ее микропространства, заполненные водой, по которым, в зависимости от радиуса иона, проникают те или иные вещества. При этом следует учитывать способность ионов связываться с компонентвами тканей зуба и входить в кристаллическую решетку. Ионы фтора могут проходить по микропространствам эмали, но быстро связываются с компонентами эмали и не проникают в глубокие слои. Ионы йода, по мнению автора, не фиксируются кристаллической решеткой и быстро проникают на всю глубину эмали, дентина и из пульпы попадают в ток крови [21].

Анионы и катионы, находящиеся на поверхности зуба в высокой концентрации, за счет осмотического давления проникают в эмаль через эмалевую жидкость, обеспечивая определяющую концентрацию этих ионов [2].

Важное значение имеют сведения о прижизненной растворимости эмали. В основе ее определения лежит воздействие на

эмаль кислотным раствором, в результате чего часть эмали растворяется и переходит в деминерализующий раствор. Определение растворимости эмали по кальцию и фосфору можно использовать как критерий оценки ее способности к деминерализации и реминера-лизации и к обмену с окружающей средой этими ионами. Этот показатель целесообразно изучать также при воздействиях на эмаль различных повреждающих факторов внешней и внутренней среды [13].

Скорость растворения эмали зависит от многих факторов: анатомической принадлежности зубов, их химического состава, строения и свойств самой эмали, уровня ее минерализации [6], а также от характера действия деминерализующего агента: его рН, температуры, содержания различных солей. Так, добавление к деминерализующей жидкости солей кальция и фосфора приводит к снижению скорости растворения эмали, в то время как натрий и магний почти не влияют на скорость растворения, а присутствие карбоната, наоборот, способствует ускорению этого процесса. Снижение рН среды повышает проницаемость и растворимость минеральных солей эмали, увеличивая ее деминерализацию и опасность развития кариеса [14].

Представляет интерес влияние фтора на процесс растворения эмали. Внедряясь в кристаллическую решетку, он способствует образованию гидроксифтопапатита- соединения, которое характеризуется большей кислотоустойчивостью и более низкой растворимостью [7]. В биоптатах эмали постоянных зубов при флюорозе отмечено снижение кальция при нормальном содержании фосфора [4].

Одним из основных свойств, определяющих резистентность эмали, является микротвёрдость. Ранее проведенными исследованиями определена микротвёрдость твердых тканей зубов животных и человека в норме и при различных патологических процессах [17,18], при патологии щитовидной железы [22,23], влияние различных биогеохимических факторов [16,22] и профилактических средств на уровень микротвёрдости [21].

Определена прямая зависимость между концентрацией фторида и ряда других микроэлементов в источниках питьевой воды и микротвердость эмали и дентина постоянных зубов [16]. Установлено, что в очаге эндемического зоба с содержанием фтора в воде 0,05 мг/л в зависимости от группы зубов микротвердость эмали имеет минимальный уровень и варьирует в пределах 367,4-274,4 кг/мм2, дентина- в пределах 66,2-40,3 кг/мм2; в горном районе с содержанием фтора в воде 0,32 мг/л микротвердость эмали варьирует в пределах 406,4-305,3 кг/мм2, дентина- в пределах 77,949,3 кг/мм2; в низменном районе с содержанием фтора в воде 0,2-0,41 мг/л микротвердость эмали варьирует в пределах 394,2-295,1 кг/мм2, дентина- в пределах 76,249,0 кг/мм2; в очаге эндемического флюороза с содержанием фтора в воде 1,8 мг/л микротвердость эмали имеет максимальный уровень и варьирует в пределах 432,9-348 кг/мм2, дентина- в пределах 85,4-58,6 кг/мм2. Уровень микротвердости эмали и дентина коррелирует с данными кариозного индекса КПУ. Определена обратная зависимость между показателями интенсивности кариеса и микротвердости. Выявлено благотворное влияние на микротвердость эмали и дентина климатогеографических факторов, характерных для горной местности.

Послойное экспериментальное изучение микротвердости эмали и дентина зубов (моляров) белых крыс выявило, что гипофункция щитовидной железы способствовала понижению уровня микротвердости эмали с 304,1-261,3 кг/мм2 до 259,6-219,1 кг/мм2, микротвердости дентина с 69,6-54,0 кг/мм2 до 61,8-50,5 кг/мм2. Обработка зубов настоем чёрного чая с содержанием фтора 10 мг/л, способствовала повышению

микротвердости эмали до 288,0-250,2 кг/мм2, микротвердости дентина до 64,9-52,5 кг/мм2. Аппликации фтористого лака с 3% ремодент также способствовали повышению уровня микротвердости твердых тканей зубов: эмали - до 293,8-254,8 кг/мм2, дентина - до 65,5-52,7 кг/мм2 [24].

Таким образом, в современной литературе имеется значительное число сведений о составе и свойствах твердых тканей зубов.

Публикации о составе и свойствах твердых тканей зубов у детей школьного возраста, проживающих в Азербайджанской Республике, в том числе, в условиях биогеохимического дефицита фторида и йода отсутствуют.

Актуальность проблемы усиливается на фоне планирования коммунальных кари-еспрофилактических мероприятий. ЛИТЕРАТУРА

1. Аширов К.А. Динамика функцио- нальных и клинических свойств эмали зубов при применении фторсодержащей зубной пасты у детей: Автореф. дис. ... канд. мед. наук: М., 1995, 23 с.

2. Хоменко Л.А. Терапевтическая стоматология детского возраста. Киев:. Изд-во Книга плюс, 2007, 813 с.

3. Волгин М., Майер-Люкель Х., Кальбасса А. Клиновидные дефекты. Этиология, патогенез и методы лечения // Дент Арт, 2006, №3, с. 59-63.

4. Чиркин А.А., Данченко Е.О..Биохимия: учебное руководство. М.: Мед. лит., 2010, с. 593-603.

5. Dorozhkin S.V. Calcium orthophosphates // J. Mater. Sci., 2007, vol. 42, p.1061-1095

6. Терехова Т.Н. Профилактика кариеса зубов у детей дошкольного возраста с применением фторированной соли: Автореф. дис. ... докт. мед. наук. Минск, 1999, 38 с.

7. Биоэлементный статус населения Беларуси: экологические, физиологические и патологические аспекты / Под ред. Н.А.Гресь, А.В.Скального. Минск: Харвест, 2011, 352 с.

8. Бурак Ж.М., Терехова Т.Н., Маркова Л.В. Содержание кальция и фосфора в твердых тканях временных зубов // Современная стоматология, 2005, №2, с.72-73.

9. Бутвиловский А.В., Барковский Е.В., Кар-малькова И.С. Химические основы деминерализации и реминерализации эмали зубов // Вестник ВГМУ, 2001, №1, с.138, с.144.

10. Заболотная И.И. Результаты количественного рентгеноспектрального анализа пришеечной области зубов // Медицинский журнал, 2013, №1, с.86-87.

11. Терехова Т.Н., Горбачева К.А. Послойное распределение минеральных компонентов в твердых тканях временных зубов // Здравоохранение, 1997, №7, с.19-20

12.Ahmedbeyli R.M. Efficiency of consumption of fluoridated iodized salt by schoolchildren on micro-hardness of enamel and dentine of temporary teeth at biogeochemical deficiency of fluoride and iodide // Herald of the Azerbaijan Engineering Academy, 2011, v.3, No 4, p.110-118

13.Ahmedbeyli R.M. Microhardness of enamel and dentine of schoolchildren's temporary teeth, residing in endemic condition for goiter // J. of the BSC. Network of Dental Faculties, 2003, v.4, No5, p.29-31

14.Яковлева В.Я. Сравнительная оценка клинической эффективности (ближайший и отдаленный период) различных методов лечения гиперестезии при эрозиях и клиновидных дефектах твердых тканей зуба // Новое в стоматологии, 2003, №4, с. 62- 64

15.Иванова Г.Г, Леонтьев В.К., Питаева А.Н. и др. Разработка и научное обоснование новых способов прогнозирования и повышения резистентности эмали зубов к кариесу // Стоматолог, 2002, №9, с. 16-19

16. Матвшчук О.Я. Оклюзшш порушення як одна з першопричин виникнення некарюзних пришийкових уражень // Вюник стоматологи,

2005, №1, с. 32-34.

17. Цимбалистов А.В., Войтяцкая И.В., Пихур О.Л. и др. Повышенная стираемость твердых тканей зубов. Клиническая картина, морфологическое и кристаллохимическое строение // Клиническая стоматология, 2005, №2, с. 12-14

18.Nour El-din A.K., Miller B.H., Griggs A. Resin bonding to sclerotic, noncarious, cervical lesions //Qiuntess Int., 2004, vol. 35, №7, p. 529-538.

19. Круглик О.А. Влияние морфологических особенностей зубов с повышенным стиранием на формирование гибридного слоя //Белорусский медицинский журнал, 2008, №2(24), с.- 11-12.

20. Фастовець О.О. Мшеральний склад твердих тканин зуба при фiзiологiчному, затриманому i патолопчному стиранш // Медичш перспективи,

2006, Т. 11, №1, с. 99-102.

21. Крихели Н.И. Современные методы отбеливания зубов и микроабразии эмали в эстетической стоматологии. М., 2008, 205 с.

22. Федоров Ю.А., Дрожжина В.А., Матело С.К., Туманова С.А. Клинические возможности применения современных реминерализующих составов у взрослых // Клин. Стоматология, 2008, №3

23. Кобиясова, И.В. Метод объективной оценки минеральной зрелости эмали и эффективности влияния препарата «Кальций - Д3 Никомед» на темпы созревания твердых тканей постоянных зубов у подростков // Dental Forum, 2005, №3 (16), с.37-42.

24.Ahmedbeyli R.M. Microhardness of enamel and dentine of white rats' teeth under different conditions of the thyroid gland // J. of the BSC. Network of Dental Faculties, 2003, vol.4, No6, p.21-23

25. De Menezes Oliveira M.A., Torres C.P., Comes-Silva J.M. et al. Microstructure and mineral

composition of dental enamel of permanent and deciduous teeth // Microsc.Res.Tech., 2010, voi.73, No5, p.572-577 SUMMARY

Modern data of mineral composition, structure and properties of hard tooth tissues R.M. Ahmedbeyli

Azerbaijan Medical University, Department of Conservative Dentistry

Article reflected mineral composition and structure of enamel and dentin of permanent and deciduous teeth, the change of these parameters because of caries preventive measures, properties of hard tooth tissues, including microhard-ness.

_Поступила: 18.12.2015