Изучение влияния глюкозы на процесс формирования гидроксилапатита

ХИМИЯ

Вестн. Ом. ун-та. 2008. № 1. С. 44-48.

УДК 548.5.543.2

А.П. Солоненко, О.А. Голованова, Л.В. Бельская

Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЛЮКОЗЫ НА ПРОЦЕСС ФОРМИРОВАНИЯ ГИДРОКСИЛАПАТИТА

Earlier the study of the composition of the saliva of healthy people and sick sugar diabetes was organized. On that ground modeling of the composition to oral liquid was executed. A determination the influence glucoses in process of the forming hydroxylapatite were reason of study. The drafts and liquid phases, got in the course of experiment, were analyzed instrumental and chemical methods. Increase the masses of precipitations and degree of the crystallinity of the drafts from solutions with additive glucose, exceed for rates, were revealed. That can be indicative of promotion role glucoses in process of the forming hydroxylapatite.

Характеристика проблемы. В настоящее время интенсивно исследуются состав ротовой жидкости в норме и при различных патологиях, а также влияние отдельных компонентов слюны на процессы минерализации в полости рта. Заболевания сердечно-сосудистой, кроветворной, вегетативно-нервной, эндокринной систем, а также патологии обмена веществ приводят к изменению состава слюны, что влияет на состояние слизистых оболочек полости рта и зубов (происходит снижение сопротивляемости околозубных тканей по отношению к бактериям, развитие кариеса и образование зубных камней) [1-4]. Так, ротовая жидкость лиц с сахарным диабетом (СД) имеет слабощелочную реакцию среды (см. табл. 1), в отличие от группы людей без рассматриваемой патологии и без твердых зубных отложений (ОЗК). Кроме того, отмечено повышение концентраций фосфат-ионов, ионов кальция, натрия, калия и особенно глюкозы (0,0108 г/л - ОЗК, 0,096 г/л - СД).

Подобные изменения состава слюны неблагоприятно сказываются на состоянии полости рта и, по нашему мнению, приводят к нарушению равновесия процессов минерализации и деминерализации, вследствие чего становится возможным формирование зубных отложений. Так, для больных СД отмечена склонность к камнеобразованию. К настоящему времени механизм образования зубных камней (ЗК) мало изучен. Отмечается, что на процесс формирования ЗК существенное влияние оказывает состав ротовой жидкости, а именно присутствующие в ней органические вещества [5; 6]. В слюне человека обнаружены белки и небелковые азотсодержащие компоненты - аминокислоты, мочевина и другие, а также моносахариды и продукты их превращения - пировиноградная, лимонная и уксусная кислоты [5; 7]. Роли аминокислот в процессе формирования ГА посвящен ряд публикаций [8; 9], влияние глюкозы на его образование не изучено.

© А.П. Солоненко, О.А. Голованова, Л.В. Бельская, 2008

Т а б л и ц а 1

Характеристика некоторых параметров состояния слюны лиц с ОЗК и СД [1]

Параметр Значение параметра

ОЗК СД

РЬ 6,90±0,20 7,26±0,30

Вязкость, спз. 0,81±0,09 1,06±0,29

Поверхностное натяжение, мн/м 64,6±2,3 62,6±3,0

Общий кальций, г/л 0,05±0,01 0,08±0,03

Фосфор, г/л 0,20±0,05 0,27±0,09

Натрий, г/л 0,30±0,10 0,14±0,03

Калий, г/л 0,75±0,30 1,38±0,30

Суммарный белок, г/л 0,95±0,20 0,77±0,70

Цель данной работы - исследование влияния глюкозы на процесс формирования ГА - основной минеральной составляющей ЗК - в условиях, моделирующих состав слюны в норме (ОЗК) и при патологии (СД). Процесс кристаллизации изучали in vitro в среде, по электролитному составу приближенной к слюне человека. В отдельных опытах в модельные растворы вводили добавки глюкозы. Массу образовавшейся за 1, 2, 3 и 4 месяца твердой фазы, а также ее структуру и состав определяли с помощью инструментальных и химических методов.

Методика эксперимента. В качестве исходных реагентов использовали соединения марки ч.д.а и х.ч. и дистиллированную воду. Реагенты и их содержание в растворе выбирали так, чтобы концентрации ионов и ионная сила раствора были приближены к показателям моделируемой системы

или ЫаОН ("^ = 20 %). Затем распределяли каждый раствор по колбам и оставляли для кристаллизации при комнатной температуре на срок от 1 до 4 месяцев. После выдерживания в течение указанного времени осадки отделяли от раствора фильтрованием, просушивали при 100 оС, взвешивали на аналитических весах, а затем анализировали методами ИК-спект-роскопии, рентгенофазового анализа (РФА) и атомно-эмиссионного анализа с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП), как описано в работах [10; 11]. Метод АЭС-ИСП позволял определить содержание Са, Р, Mg, К и Ыа в твердой фазе, а также молярное соотношение Са/Р.

Результаты и их обсуждение. После одного месяца выдерживания при комнатной температуре было отмечено достоверное увеличение массы полученной твердой фазы в модельных растворах с добавками глюкозы (табл. 2). При дальнейшем выдерживании модельных растворов масса осадков продолжала нарастать, но влияние глюкозы постепенно ослабевало, массы твердых фаз выравнивались.

Т а б л и ц а 2

Характеристика твердых фаз из растворов с глюкозой

Концентрация глюкозы в модельном растворе, г/л Масса осадка, г Величина соотношения са/р в осадке

0,0108 0,37 1,20

0,1080 0,54 1,55

1,0800 0,90 1,74

При исследовании состава осадков АЭС-ИСП показал, что с увеличением концентрации глюкозы в растворе наблюдается рост отношения атомных количеств кальция и фосфора в твердой фазе (см. табл. 2). По значению этой характеристики принято судить об окри-сталлизованности ГА разного происхождения [12]. Для стехиометрического ГА с идеальной формулой Саб(Р04)з0Н Са/Р-коэффи-циент равен 1,67. Установленная экспериментально тенденция изменения соотношения Са/Р в осадках может косвенно свидетельствовать о повышении степени кристалличности образующего их соединения вследствие возрастания количества добавленной глюкозы.

Согласно данным РФА, твердые фазы из модельных растворов представлены в основном ГА (рис.1; 2).

*

2ЯЗ

Рис. 1. Дифрактограмма осадка из раствора СД

Из анализа дифрактограмм видно, что окристаллизованность полученных соединений различна (в зависимости от количества добавки). Пики ГА (на рисунках помечены звездочкой) для осадков, полученных из раствора, моделирующего состав слюны больных СД, четкие, острые, не накладываются на другие сигналы (рис.1). Осадок из модельного раствора слюны здорового человека дает более пологие, сглаженные рефлексы, а в области 100 - 200 по 20 по СиКа наблюдается повышение фона (рис. 2), что свидетельствует об увеличении количества аморфной компонен-

ты и ухудшении степени кристалличности данного соединения в сравнении с фазой, полученной в присутствии большего количества глюкозы.

*

1812

25 30 35 40 45 50 20

Рис. 2. Дифрактограмма осадка из раствора с ОЗК

По ИК-спектрам осадков из растворов с добавками глюкозы (см. рис. 3) можно судить об изменениях в структуре апатита. Об этом свидетельствуют полосы поглощения молекул воды (широкая полоса валентных колебаний при 3440 см-1, указывающая на присутствие ее молекул в каналах структуры апатита, и полоса деформационных колебаний при 1650 см-1), а также полосы СОз2--групп (дублет 1460 и 1420, 876 см-1), которые замещают фосфатные тетраэдры (Б-тип). На спектрах при переходе к более высоким значениям концентраций глюкозы в растворе интенсивность полос поглощения карбонатов и воды уменьшается, что, вероятно, связано со снижением их количества в структуре ГА. Известно, что при таких закономерностях наблюдается увеличение размеров кристаллов и степени кристалличности осадка [12].

По нашему мнению, увеличение количества осадка и улучшение его кристалличности происходит под влиянием глюкозы, присутствующей в растворах. Это может быть обусловлено образованием комплексов глюкозы с ионами кальция и увлечением их в твердую фазу. Можно

1

606,356

566.437

1099.95 \| 1035,068

4000 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400

С1П-1

Рис. 3. Ик-спектры осадков, полученных при: 1) нормальной концентрации глюкозы (Ст);

2) Ст, увеличенной в 10 раз; 3) Ст, превышенной в 100 раз относительно нормы

предположить, что глюкоза промотирует процесс кристаллизации ГА. Поскольку ГА является наиболее распространенной фосфатной солью кальция в составе ЗК человека, то аналогичное воздействие глюкоза может оказывать и на образование ЗК. Однако для подтверждения этой гипотезы необходимо проведение дальнейших исследований в данном направлении.

На основании всего изложенного можно заключить следующее:

1. Наличие глюкозы в модельных растворах в концентрациях, превышенных относительно нормы в 10 и 100 раз, приводит к увеличению скорости кристаллизации твердой фазы, представленной преимущественно ГА.

2. При повышении концентрации глюкозы в растворе меняется состав

твердой фазы (происходит рост соотношения Са/Р в осадке, снижение содержания воды в структуре апатита, наблюдается уменьшение доли фосфатов и повышение доли карбонат-ионов). Такие изменения способствуют возрастанию кристалличности твердой фазы.

3. Увеличение содержания глюкозы в полости рта может приводить к минерализации аморфного зубного налета за счет облегчения кристаллизации ГА, способствуя формированию и росту зубных камней.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Казанцева Р.В. Клинико-лабораторный скрининг гипертонической болезни и сахарного диабета на стоматологическом приеме: Дис. ... канд. мед. наук. М., 2006. 148 с.

[2] Кузьмина З.М. Стоматологическая заболеваемость населения России. М., 1999. 227 с.

[3] Банченко Г.В. Сочетание заболевания слизистой оболочки полости рта и внутренних органов. М., 1979. 192 с.

[4] Ценов Л.М., Николаев А.И. Диагностика и лечение заболеваний пародонта. М., 2002. 192 с.

[5] Голованова О.А. Патогенные минералы в организме человека. Омск, 2006. 400 с.

[6] Леонтьев В.К., Галиулина М.В., Ганзина И.В., Анисимова И.В. и др. Изменение структурных свойств слюны при изменении рН // Стоматология. 1999. № 2. С. 22-24.

[7] Кораго А.А. Введение в биоминералогию. СПб.,

1992. 280 с.

[8] Koutsopoulos S., Dalas E. The effect of acidic amino acids on hydroxyapatite crystallization// Journal of Crystal Growth, 2000. V. 217. P. 410-415.

[9] Koutsopoulos S., Dalas E. Hydroxyapatite crystallization in the presense of serine, tyrosine and hy-droxyproline amino acids with polar side groups// Journal of Crystal Growth, 2000. V. 216. P. 443-449.

[10] Голованова О.А., Бельская Л.В., Казанцева Р.В. Минеральный и элементный состав зубных камней жителей Омского региона // Вестник СПбГУ. 2006. № 1. С. 90-93.

[11] Томпсон М., Уолш Д.Н. Руководство по спектрометрическому анализу с индуктивносвязанной плазмой. М.: Недра, 1988. 174 c.

[12] Вересов А. Г., Путляев В. И., Третьяков Ю.Д. Химия неорганических биоматериалов на основе фосфата кальция // Российский химический журнал. 2004. Т. 48. № 4. С. 52-64.