Строение

Представляет собой пептид из 84 аминокислот с молекулярной массой 9,5 кДа.

Синтез

Костная ткань

при высоком уровне гормона активируются остеокласты и происходит деструкция костной ткани,

при низких концентрациях активируется перестройка кости и остеогенез.

Почки

увеличивается реабсорбция кальция и магния,

уменьшается реабсорбция фосфатов, аминокислот, карбонатов, натрия, хлоридов, сульфатов.

также гормон стимулирует образование кальцитриола (гидроксилирование по С1).

Кишечник

при участии кальцитриола усиливается всасывание кальция и фосфатов.

Кальцитонин

Строение

Представляет собой пептид, включающий 32 аминокислоты с молекулярной массой 3,6 кДа.

Синтез

Осуществляется в парафолликулярных клетках щитовидной железы.

Регуляция синтеза и секреции Активируют: ионы кальция, глюкагон.

Механизм действия

Аденилатциклазный

Мишени и эффекты

Эффект кальцитонина заключается в уменьшении концентрации кальция и фосфора в крови:

в костной ткани подавляет активность остеокластов, что улучшает вход кальция и фосфатов в кость,

в почках подавляет реабсорбцию ионов Ca2+, фосфатов, Na+, K+, Mg2+.

87. Костная ткань: белковые и минеральные компоненты, биохимические процессы в остеобластах и остеокластах в ремодлировании костной ткани.

Костная ткань - это особый вид соединительной ткани, включающий компоненты органической и неорганической природы, выполняющий функцию депо Са (99%). Костная ткань имеет особенности строения, которые не встречаются в других видах соединительной ткани. Основные особенности кости - твердость, упругость, механическая прочность.

Состоит из клеток и костного матрикса (межклеточного вещества). Костный матрикс составляет 50% сухого "веса и состоит из неорганической (50%) и органической (25%) частей и Н2О (25%).

Неорганическая часть в значительном количестве содержит Са (25%) и Р (50%), образующие кристаллы гидроксиапатита, а также другие компоненты: бикарбонаты, цитраты, соли Mg2+, K+, Na+ и др.

Органическая часть образована коллагеном, неколлагеновыми белками, гликозаминогликанами (хондроитинсульфат, кератан-сульфат).

Собственно костные неколлагеновые белки представлены сиалопротеинами, протеогликанами, фосфопротеинами и сложным белком, содержащим углеводный компонент и ортофосфат. От правильного набора матриксных белков, особенностей строения, а также специфического аминокислотного состава зависит отложение гидроксиапатита, создавая необходимую концентрацию Са для процесса минерализации.

Сиалопротеины имеют молекулярную массу 70000. 50% - это углеводы, 12% -сиаловая кислота. Большинство углеводов - это олигосахариды (фруктоза, галактоза, глюкоза, манноза, пентоза, галактозамин). До 30% серина и другие аминокислоты: аспарагиновая и глутаминовая, ковалентно связанные с фосфатом. Присутствие этого белка обеспечивает:

-клеточное прикрепление;

-связывание катионов.

Неколлагеновых белков в костной ткани около 200, они составляют 3-5% от ее массы или 15-17% от массы ее деминерализованного и высушенного внеклеточного органического матрикса. Все они участвуют в процессах обеспечения гистогенеза, самоподдержания, иммунологические свойства на протяжении всей жизни и репарации костной ткани.

Кальций-связывающие белки костной ткани.

Остеонектин - молекулярная масса 32 кДа. Он имеет кальций-связывающие участки, образованные сиаловыми кислотами и ортофосфатом, придающие возможность взаимодействия с коллагеном и избирательно с гидроксиапатитом. Он поддерживает в присутствии коллагена осаждение Са и РО4 3-.

Остеопонтин - молярная масса 41,5 кДа, богат дикарбоновыми аминокислотами и фосфосерином, 30 остатков моносахаридов, 10 остатков сиаловых кислот. Он способен фиксировать остеобласты в участках физиологического и репаративного костеобразования. Его синтез резко возрастает во время трансформации вирусов.

Остеокалъцин - это гла-содержащий протеин.

Дело в том, что костная, как и другие ткани, содержит белки, которые подвергаются посттрансляционной модификации с помощью витамин К-зависимых ферментов, в результате чего образуются остатки у- карбоксилглутаминовой кислоты (gla). Модифицированная таким образом аминокислота придает белкам способность связывать Са2+ с помощью расположенных по соседству карбоксильных групп. Молекула этого белка состоит из 49 аминокислотных остатков (в 17-ом, 21-ом, 24-ом положениях - остатки у-

карбоксилглутаминовой кислоты). Роль их - связывать кристаллы гидроксиапатита и тем самым способствовать их накоплению в ткани.

Синтез остеокальцина зависит не только от витамина К, но и D, что подчеркивает его связь с процессом минерализации.

gla-протеин-матрикса (молекулярная масса - 15000 ). Он сохраняется в матриксе кости после деминерализации, в отличие от остеокальцина, который легко экстрагируется в этот период. Остатков у- карбоксилглутаминовой кислоты до шести. Он связывает минеральные кристаллы и легко растворимый в воде костный морфогенетический белок, доставляя его к клеткам-мишеням.

Протеин-S - синтезируется в печени, участие в метаболизме костной ткани доказывается фактом изменения скелета у пациентов с дефицитом этого белка. Но, еще невыясно, каким типом клеток костной ткани он синтезируется.

Протеогликаны - класс сложных соединений, состоящих из различных белков, содержащих олигосахариды, связанные с гликозаминогликанами (хондроитинсульфат, дерматансульфат, кератансульфат, гепарин). Среди них различают:

Большой хондроитинсульфатсодержащий протеогликан. Предполагается, что этот протеогликан «захватывает пространство», которое должно стать костью, благодаря большому содержанию сульфата, в гидротированном состоянии способен занимать значительный объем пространства.

Декорин и бигликан очень сходны по строению, соответственно имеют один или два гликозаминогликана, белковая часть содержит 24 аминокислотных остатка, богатых лейцином. Несмотря на биохимическое сходство, эти белки отличаются по локализации. Локализация более распространенного декорина совпадает с расположением коллагена, что соответствует его функции «отделывать» молекулы коллагена и регулировать диаметр фибрилл. Бигликан сохраняется в матриксе.

К настоящему времени выделено много других типов протеогликанов, но это в основном белки клеточной поверхности, роль которых мало изучена.

На долю альбумина приходится большая часть неколлагеновых белков. По иммунологическим свойствам идентичен сывороточному.

Углеводы играют огромную роль в жизнедеятельности костной ткани, в процессах ее образования. На долю гликогена приходится 50-80мкг на 1г влажной ткани. Присутствие гликогена - необходимое условие процесса минерализации, он концентрируется главным образом на месте будущего центра минерализации. В костной ткани с большой интенсивностью протекают процессы гликолиза и пентозофосфатного пути.

Уровень нуклеиновых кислот зависит от функциональной активности. В покоящихся остеобластах количество РНК невелико, тогда как в пролиферирующих и гипертрофированных клетках повышено. Отмечено снижение содержания РНК при превращении остеобластов в остеоциты. ДНК находится в ядрах преостеобластов, остеобластов и остеокластов. Высокое содержание РНК отражает их активную и постоянную биосинтетическую функцию: образование большей массы костного матрикса.

Липиды играют важную роль в процессе минерализации и транспорта ионов через мембраны. Преобладают полярные липиды: фосфатидилхолин, фосфатидилсерин, фосфатидилэтаноламин. Всего 0,61% липидов на сухую массу ткани.

Основная органическая кислота, находящаяся в костной ткани - цитрат. Её содержание в 230 раз превышает концентрацию в печени и достигает 90%. Активность цитратсинтетазы значительно выше активности ферментов, принимающих участие в распаде лимонной кислоты, а она, накапливаясь,

Растворению костной ткани способствует локальное повышение кислотности среды. При небольшом повышении содержания протонов водорода кость начинает растворяться, отдавая вначале катионы кальция:

Ca5(PO4)3OH + 2Н+ → Ca4Н(PO4)3 + Ca2+ + H2O

При большей кислотности среды происходит полный ее распад:

Ca5(PO4)3OH + 7Н+ → 3Н 2PO4- + 5Ca2+ + H2O

Гидролиз аморфного кальцийфосфата обеспечивает постоянную концентрацию кальция в интерстициальной жидкости костной ткани.

В настоящее время известно более 30 микроэлементов: Си, Sr, Zn, Ba, Al, Be, Si, F и другие. Они необходимы для жизнедеятельности отеогенных клеток в процессе оссификации и декальцинации.

Обызвествление костной ткани и ее декальцинации находятся в тесной зависимости от содержания микроэлементов. Так, Sr и V способствуют обызвествлению, a Zn и Ва участвуют в регуляции процесса декальцинации. Mg активирует ряд ферментов, в частности, щелочную фосфатазу, участвующую в процессе минерализации.

Особого внимания заслуживает Sr. Его химические свойства близки к Са. Sr конкурирует с Са за место в кристаллической решетке, однако Sr удерживается в меньшей степени, чем Са, в том случае, если в рационе преобладает Са. При дефиците же Са в рационе Sr поглощается организмом в значительно больших количествах, чем в норме. Длительное поступление избыточных количеств Sr ведет к замещению им ионов Са в кристаллической решетке гидроксиапатита, в результате чего кости деминерализуются и деформируются.

В зрелом организме процессы минерализации и резорбция кости находятся в состоянии динамического равновесия. Минерализация - это формирование кристаллических структур минеральных солей костной ткани. Активное участие в минерализации принимают остеобласты. Для минерализации требуется много энергии (в форме АТФ), регулируемой многими факторами, включая ферменты, гормоны, витамины.

Решительный поворот в изучении минерализации начался с 1923г., вскоре после открытия в костной ткани фермента щелочной фосфатазы. Английский биохимик Р.Робинсон высказал предложение, что фосфорнокислый кальций откладывается там, где действует этот фермент. Однако щелочная фосфатаза содержится во многих тканях, не подвергающихся минерализации, и для того, чтобы произошло обызвествление необходимы другие факторы.

Позднее было доказано участие многих факторов: гликогена, ферментов гиколиза, АТФ, ЦТК, гликозаминогликанов.

Для приведенных всех теорий и некоторых экспериментальных данных общим является представление о ведущей роли ферментов, отщепляющий неорганический фосфат от органического субстрата. Концентрация фосфата в участках функционирования этих ферментов повышается, достигая уровня, при котором начинается его самопроизвольное осаждение, приводящее к кристаллизации. •

Дальнейшие исследования позволили предположить, что процесс кальцификации состоит в очаговом образовании центров кристаллизации гидроксиапатита из растворов Р и Са под действием коллагеновых волокон, в которых необходимо специфическое взаиморасположение реакционноспособных групп боковых аминокислотных цепей, способных служить центрами кристаллизации.

Важную роль в минерализации выполняют гликозаминогликаны, в частности хондроитинсульфат, которые обладают повышенным сродством к ионам Са и Р. подтверждением служат экспериментальные данные,

демонстрирующие, что гликозаминогликаны интенсивно секретируются остеобластами в зоне минерализации, а затем подвергаются действию лизосомальных ферментов, образуя высокоактивные ионы.

Биохимическую основу нуклеации первичных зародышевых кристаллов составляет реакция образования комплекса между коллагеном, АТФ, Са и хондроитинсульфатом. К факторам, контролирующим кристаллообразование на волокнах коллагена относится также пирофосфат, который ингибирует минерализацию. Доказана также роль в этом процессе фосфолипидов, без которых органический матрикс костной ткани утрачивает способность обызвествляться.

Регуляция обмена костной ткани.

На обмен кальция и фосфора влияют: паратгормон, тиреокалъцитонин, большая группа витаминов.

За сутки из кишечника всасывается примерно 1г кальция и только 1/3 от этого количества усваивается тканями организма. Столько же – 1г - ежесуточно теряется с мочой и калом. В межклеточных жидкостях содержится тоже в среднем 1г кальция. Значит, за одни сутки полностью обновляется весь внеклеточный кальций организма. У взрослого здорового человека в возрасте до 40 лет все процессы минерализации и резорбции костной ткани находятся в равновесии. У детей до окончательного окостенения наблюдается положительный кальциевый баланс. После 40-летнего возраста - отрицательный баланс кальция.

Паратгормон - повышает содержание сывороточного Са2+, вызывает резкое усиление процессов резорбции, выражающееся в разрушении минеральной и органической основы костной ткани.

Под действием данного гормона увеличивается число остеокластов и их метаболическая активность, что доказывается повышением Са2+ в крови выделением с мочой оксипролина.

Тиреокалъцитонин, напротив, ингибирует резорбцию кости остеокластами, поэтому его применяют в клинике при заболеваниях, связанных с усиленной резорбцией кости (остеопорозы различного происхождения, замедленное заживление переломов, несовершенный остеогенез).

Наиболее сильный эффект резорбции имеют тироксин и паратгормон.

Кортикостероиды (кортизол) тормозят всасывание кальция в кишечнике, увеличивают синтез и секрецию паратгормона.

При недостатке эстрогенов, которые угнетают резорбцию, возникает остеопороз.

В регуляции обмена костной ткани участвует также большая группа витаминов.

При дефиците витамина А происходит утолщение костей, изменение их формы, существенные изменения наблюдаются в костях черепа. Т. к. его воздействие определяется специфическим влиянием на активность остеобластов и остеокластов, тормозится синтез гликозаминогликанов, нарушается остеогенез и рост костей. Избыток вызывает зарастание эпифизарных хрящевых пластинок и замедление роста кости в длину.

При дефиците витамина С снижается скорость синтеза РНК, коллагена и нарушается общий механизм, от которого зависти синтез белков, ферментов, гликозаминогликанов, влияющих на биохимическую, морфологическую и функциональную специализацию элементов костной ткани, что проявляется в замедлении роста костей и заживлении переломов.

Витамин D - стимулирует минерализацию на уровне транскрипции, усиливая экспрессию остеокальцина. Активный витамин D3 увеличивает всасывание кальция в кишечнике и повышает усвоение кальция костной тканью, усиливает действие паратгормона в костной ткани и почках.

88. Биохимия твердых тканей полости рта. Химический состав структурных компонентов и тканей зуба, БФ, и тд.

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.

Химический состав эмали, дентина и кости (в % от массы)

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.

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.

Третья группа белков эмали – это растворимые белки с Мr 20 кДа. Однако они не обладают сродством к минеральной фазе, не способны к образованию комплексов с кальцием и имеют менее регулярную структуру. Роль этих белков в эмали и в процессе минерализации неясна. Вполне вероятно, что они являются остаточными белками “эмалевого органа”.

Процессы минерализации. До восьмого месяца развития плода происходит формирование зачатка зуба, а к моменту рождения ребенка образуется зрелая эмаль.

Начало минерализации совпадает с разрушением полипептидов эмалевого матрикса.

I этап – протеолиз высокомолекулярных белков до низкомолекулярных с помощью катепсинов (тканевых протеаз) и плазмина.

II этап – обогащение матрикса ионами кальция и неорганическим фосфатом. Источником первого является преимущественно цитрат (см. ниже), а второй поступает за счет активации щелочной фосфатазы, которая гидролизует органические эфиры фосфорной кислоты.

III этап – фосфорилирование остатков серина в низкомолекулярных белках в результате действия протеинкиназы (рис. 2).

IV этап – с фосфорилированными остатками серина реагируют ионы кальция и неорганического фосфата (рис. 2). В конечном итоге формируется первичная ячейка гидроксиапатита (первичный кристалл).

Дальнейшее формирование решетки протекает по типу эпитаксии, представляющей собой рост последующих кристаллов на базе предыдущего. При этом вновь образующиеся кристаллы ориентированы по первичному и не связаны с белком.

Наличие большого количества глутамата и аспартата в эмалевых белках и других протеинах минерализованных тканей позволяет присоединять кальций непосредственно к карбоксильной группе этих аминокислот. Кроме того, лизин коллагена способен также взаимодействовать с неорганическим фосфатом путем образования фосфамидной связи (рис.3). В костной ткани преципитация кальция и фосфата возможна не только на белках, но и на углеводах и липидах.

Амелогенез во многом определяется белковой матрицей. Ингибирование протеолиза, согласно гипотезы Robinson и Kirkham (1984), способствует сохранению белка и нарушает амелогенез, что может быть причиной гипоплазии эмали и флюороза.

После прорезывания зубов процесс созревания эмали продолжается и он тесно связан с поступлением минеральных компонентов через приобретенную пелликулу зуба из смешанной слюны.

С возрастом происходит накопление Са2+ в поверхностном слое эмали, при этом меняется соотношение Са/Р с 1,51 до 1,86. Это процесс динамичный и зависит от анатомической принадлежности зуба, места его расположения, топографии участка зуба и других факторов. Так, наиболее быстро созревает эмаль в области режущих краев и бугров (в течение 4-6 месяцев после прорезывания). От степени созревания эмали в определенной мере зависит кариесрезистентность зубов.

Регуляция процессов минерализации. Для минерализации костей, твердых тканей зуба необходимо поддержание определенных концентраций ионов кальция и неорганического фосфата в плазме крови, слюне и надкостнице. В организме взрослого человека содержится в среднем 1000 г кальция. Основным его депо в организме (99%) являются кости. В костях около 99% кальция присутствует в виде малорастворимой формы кристаллов гидроксиапатита. Другой фонд кальция – это кальций плазмы крови. В плазму крови кальций поступает из кишечника (с водой и пищей) и из костной ткани (в прцессе резорбции). Нормальное протекание процессов минерализации обеспечивается тем, что концентрация Са2+ в крови варьирует в очень узких пределах (2,12-2,60 ммоль/л – у взрослых; 2,74-3,24 ммоль/л – у детей), более широкие колебания характерны для цифр неорганического фосфата (0,64-1,29 ммоль/л – у взрослых; 1,29-2,26 ммоль/л – у детей). В механизм регуляции гомеостаза этих ионов включены три гормона – паратироидный (паратгормон), кальцитонин и кальцитриолы (1,25(ОН)2D3 и 24,25(ОН)2D3).

Паратироидный гормон (ПТГ) продуцируется околощитовидными железами и по механизму действия является антагонистом тирокальцитонина. Паратгормон – это полипептид, состоящий из 84 аминокислотных остатков, синтезируется в виде препрогормона (115 аминокислот). От последнего в результате частичного гидролиза в эндоплазматической сети отщепляется 25 аминокислотных остатков и образуется прогормон; далее в комплексе Гольджи от него отщепляется гексапептид и образуется активный гормон. Паратгормон упаковывается и хранится в секреторных гранулах (везикулах). В крови он транспортируется в связанном с белком состоянии. Основной стимул секреции данного гормона – низкий уровень Са2+ во внеклеточной жидкости (менее 2,0 ммоль/л). Вид рецепции данного гормона

трансмембранный, через ц-3`,5`-АМФ. Органы-мишени: костная ткань, почки и кишечник. В клетках почек и костной ткани локализованы специфические рецепторы, которые взаимодействуют с паратгормоном, в результате чего инициируется каскад событий, приводящий к активации аденилатциклазы. Внутри клеток органов мишеней возрастает концентрация молекул цАМФ, действие которых стимулирует мобилизацию ионов кальция из внутриклеточных запасов. Ионы кальция активируют киназы, которые фосфорилируют особые белки, индуцирующие транскрипцию специфических генов.

Биологические эффекты. В костной ткани рецепторы ПТГ локализованы на остеобластах и остеоцитах, но не обнаружены на остеокластах. При связывании паратгормона с рецепторами клеток-мишеней остеобласты начинают усиленно секретировать инсулиноподобный фактор роста 1 и цитокины. Эти вещества стимулируют метаболическую активность остеокластов. В частности, ускоряется образование ферментов, таких как щелочная фосфатаза и коллагеназа, которые воздействуют на компоненты костного матрикса, вызывают его распад, в результате чего происходит мобилизация Са и фосфатов из кости во внеклеточную жидкость.

В почках ПТГ стимулирует реабсорбцию кальция в дистальных извитых канальцах и тем самым снижает экскрецию кальция с мочой, уменьшает реабсорбцию фосфатов.

Кроме того, паратгормон способствует гидроксилированию 25-гидроксихолекаль-циферола в кальцитриол (1,25 (ОН)2D3). Последний усиливает всасывание Са в кишечнике.

Таким образом, паратгормон восстанавливает нормальный уровень ионов Са во внеклеточной жидкости как путем прямого воздействия на кости и почки, так и действуя опосредованно (через стимуляцию синтеза кальцитриола) на слизистую оболочку кишечника, увеличивая в этом случае эффективность всасывания Са. Снижая реабсорбцию фосфатов из почек, паратгормон способствует уменьшению концентрации фосфатов во внеклеточной жидкости.

Кальцитриолы (1,25(ОН)2D3 и 24,25(ОН)2D3) оказывают воздействие на тонкий кишечник, кости и почки. Подобно другим стероидным гормонам, витамин D связывается с внутриклеточным рецептором клеткимишени. Образуется комплекс гормон-рецептор, который взаимодействует с хроматином и индуцирует транскрипцию структурных генов, в результате чего синтезируются белки, опосредующие действие кальцитриола.

Так, в клетках кишечника кальцитриол индуцирует синтез Са-переносящих белков, которые обеспечивают всасывание ионов кальция и фосфатов из полости кишечника в эпителиальные клетки кишечника и далее транспорт из клетки в кровь, благодаря чему концентрация ионов кальция во внеклеточной жидкости поддерживается на уровне, необходимом для минерализации органического матрикса костной ткани.

В почках кальцитриол стимулирует реабсорбцию ионов кальция и фосфатов. При недостатке витамина D нарушается образование аморфного фосфата кальция и кристаллов гидроксиапатитов в органическом матриксе костной ткани, что приводит к развитию рахита и остеомаляции. Обнаружено также, что при низкой концентрации ионов Са кальцитриол способствует мобилизации кальция из костной ткани. Кальцитриол способен также усиливать действие паратгормона на реабсорбцию кальция в почках.

Кальцитонин - полипептид, состоящий из 32 аминокислотных остатков с одной дисульфидной связью. Гормон секретируется парафолликулярными К-клетками щитовидной железы или С-клетками паращитовидных желез в виде высокомолекулярного белка-предшественника. Секреция кальцитонина возрастает при увеличении концентрации Са и уменьшается при снижении концентрации Са в крови. Кальцитонин – функциональный антагонист паратгормона. Он ингибирует (через ц-3,5-АМФ) высвобождение Са из кости, снижая активность остеокластов. Кроме того, кальцитонин подавляет канальцевую реабсорбцию ионов кальция в почках, тем самым стимулируя их экскрецию почками с мочой. Скорость секреции кальцитонина у женщин сильно зависит от уровня эстрогенов. При недостатке эстрогенов секреция кальцитонина снижается. Это вызывает ускорение мобилизации кальция из костной ткани, что приводит к развитию остеопороза.

Паротин – гормон белковой природы с молекулярной массой 100 кДа, вырабатывается в околоушных слюнных железах. Впервые выделен из бычьих околоушных желез. Белки, сходные с паротином, выделены также из подчелюстных слюнных желез (S-паротин), слюны (паротин А, В и С), крови, мочи. Все эти соединения способствуют развитию и росту мезенхимальных тканей, усиливают пролиферацию и кальцинацию дентина зуба. Паротин снижает содержание кальция в крови за счет стимуляции его поступления в ткани зуба, наряду с фосфатом и натрием.

В регуляции роста кости то или иное участие принимают почти все другие гормоны, медиаторы и модуляторы. Простагландины, особенно ПГЕ1, снижают фосфатуритическую реакцию клеток почечных канальцев на паратгормон. Глюкокортикоиды необходимы для роста костей. В физиологических концентрациях они стимулируют обмен веществ в костной ткани, повышая чувствительность клеток к паратгормону и кальцитриолам. Инсулин активирует остеобласты и всасывание кальция в кишечнике. Поэтому при сахарном диабете I типа нарушается рост скелета и минерализация костей. Йодтиронины (Т3 и Т4) также необходимы для нормального роста костей. При их избытке активируются остеокласты и возникает гиперкальцемия. Эстрогены и андрогены принимают участие в механизмах бурного роста в пубертатном периоде. В детстве и в период полового созревания они обеспечивают преобладание процессов костеобразования над резорбцией.

Процессы минерализации находятся также под контролем некоторых витаминов.

Витамин С способствует созреванию коллагена через образование гидроксипролина. Зрелый протеин способен связывать ионы кальция и фосфатов, формируя кристаллы гидроксиапатита. Витамин А влияет на скорость биосинтеза гликозаминогликанов – одного из органических компонентов дентина и цемента. Из холестерола в коже под воздействием ультрафиолетовых лучей синтезируется провитамин D (кальцитриол).

Функции эмали зуба. Эмаль – это бессосудистая и самая твердая ткань организма. Кроме того, эмаль остается относительно неизменной в течение всей жизни человека. Указанные свойства объясняются функцией, которую она выполняет – защищает дентин и пульпу от внешних механических, химических и температурных раздражителей. Только благодаря этому зубы выполняют свое назначение – откусывают и измельчают пищу. Структурные особенности эмали приобретены в процессе филогенеза.

Явление проницаемости эмали зуба осуществляется благодаря омыванию эмали снаружи ротовой жидкостью, а со стороны пульпы – тканевой и наличию пространств в эмали, заполненных жидкостью. Возможность проникновения в эмаль воды и некоторых ионов известна с конца прошлого и начала нынешнего столетия. Так, C.F.Bedecker (1996) утверждал, что зубная лимфа может проходить через эмаль, нейтрализуя молочную кислоту и постепенно увеличивая плотность за счет содержащихся в ней минеральных солей.

В настоящее время проницаемость эмали изучена довольно подробно, что позволило пересмотреть ряд ранее существовавших представлений. Если считалось, что вещества в эмаль поступают по пути: пульпа – дентин – эмаль, то в настоящее время не только установлена возможность поступления веществ в эмаль из слюны, но и доказано, что этот путь является основным. Эмаль проницаема в обоих направлениях: от поверхности эмали к дентину и пульпе и от пульпы к дентину и поверхности эмали. На этом основании эмаль зуба считают полупроницаемой мембраной. Некоторые авторы считают, что проницаемость – это главный фактор созревания эмали зубов после прорезывания.

Дентин Дентин составляет основную массу зуба. Его коронковая часть покрыта эмалью, корневая – цементом.

Дентин, как ткань, относится к группе специализированных костных тканей. Поэтому в его формировании выделяют две стадии: 1. Образование межклеточного вещества – или органической фазы, которая называется предентином. 2. Минерализация предентина и превращение его в дентин. На первой стадии процесс начинается с синтеза сложных углеводов – гликозамингликанов, которые связываются с водой за пределами клеток между отростками Томса и образуют основное гомогенное вещество – обязательную

часть межклеточного вещества. После этого одонтобласты начинают синтезировать молекулы коллагена I типа, которые также выходят вне клеток между отростками Томса. Таким образом, межклеточное вещество, которое выделили одонтобласты, содержит только соединения органической природы, является по консистенции мягким, податливым и называется предентином.

Вторая стадия (минерализации) начинается с того момента, когда предентин достигает толщины 20-30 мкм, а затем эти стадии идут попеременно до тех пор, пока не образуется необходимая толщина дентина. Процесс минерализации регулируют сами клетки одонтобласты, которые активно захватывают из кровеносных сосудов зубного сосочка многие ионы (Са2+, Mg2+, Na+, F-, PO43- и др.). Последние транспортируются по отросткам одонтобластов в предентин, где включаются в структуру апатитов. Параллельно с этим клетки начинают выделять матриксные пузырьки, которые содержат ферменты – щелочную фосфатазу и пирофосфатазу, гидролизующие органические эфиры фосфорной кислоты и таким образом пополняющие пул неорганического фосфата в участках минерализации.

Образование дентина происходит в течение всего периода функционирования зуба при наличии жизнеспособной пульпы. Дентин, образующийся после прорезывания зубов, называют вторичным. Он характеризуется меньшей степенью минерализации и большим содержанием коллагеновых фибрилл.

В дентине содержится до 72% неорганических веществ и около 28% органических и воды. Неорганические соединения представлены, наряду с гидроксиапатитами и карбонатапатитами, фосфатом, карбонатом и фторидом кальция, органические - коллагеном и другими белками. Дентин построен из основного вещества и проходящих в нем канальцев, в которых расположены отростки одонтобластов и окончания нервных волокон, проникающих из пульпы. Основное вещество содержит коллагеновые фибриллы, собранные в пучки, и аморфное склеивающее вещество, химический состав которого изучен недостаточно, известно лишь, что оно включает большое количество минеральных солей.

Органическая основа дентина. В отличие от эмали дентин содержит большее количество органических веществ. В основном это белки:

Белки дентина нерастворимые (90%) растворимые (10%)

–коллаген – собственно белки дентина

–структурные гликопротеины – сывороточные белки

Нерастворимые протеины в основном представлены коллагеном. Последний имеет особое строение, он не набухает в воде, устойчив к воздействию коллагеназы, содержит до 12% гидроксипролина, 2,0-3,5% лизина и гидроксилизина. В его составе также присутствует большое количество глутаминовой и аспарагиновой кислот, аргинина, лейцина, изолейцина и валина, мало циклических аминокислот, отсутствует триптофан.

Растворимые – это белки крови, проникающие через кровеносные сосуды. Они представлены сывороточными альбуминами, и -глобулинами, ферментами гликолиза, цикла трикарбоновых кислот, фосфатазами и трансаминазами. Из собственных белков дентина следует упомянуть Са-связывающие белки с молекулярной массой 11 кДа.

Физиологическая роль протеинов дентина заключается в инициации минерализации, ее упорядоченности и регулируемости. Возможность влияния одонтобластов на минерализацию обусловлена тем, что проксимальный отросток этих клеток содержит митохондрии, эндоплазматический ретикулум, рибосомоподобные гранулы, т.е. элементы, характеризующие метаболическую активность.

Уровень проницаемости дентина корня для большинства минеральных компонентов значительно ниже, чем дентина коронки. Данное явление можно объяснить с учетом структуры этой ткани. Известно, что дентинных канальцев в области бугров зубов человека значительно больше, чем в дентине, прилежащим к фиссурам. Ранее существовало мнение, что жидкость из пульпы поступает в дентин по отросткам одонтобластов и, выделяясь через них в пространство между отростком и стенкой трубочки, возвращается

обратно. В настоящее время считают, что анатомической основы для подтверждения дентинной циркуляции нет. Состав дентинной жидкости близок к интерстициальной и включает ионы хлора, калия, натрия.

В дентине также содержится около 1% лимонной кислоты, роль которой заключается в способности образовывать хелатные комплексы с кальцием для передачи его во внутрь гидроксиапатита.

Цемент Цемент зуба рассматривают как вариант грубоволокнистой костной ткани. В его состав входят около 70 %

неорганических, 20% органических веществ и 10% приходится на воду. Из неорганических соединений преобладают гидроксиапатиты, а также соли фосфата и карбоната кальция, органические вещества представлены главным образом коллагеном, а также гликозамингликанами, липидами. В костной ткани содержится большое количество цитрата, его уровень превышает таковой в печени более, чем в двести раз.

Различают клеточный цемент, расположенный в верхушечной части корня и в области его бифуркации, и бесклеточный, покрывающий остальную часть корня. Клеточный цемент содержит цементоциты, в которых выявляются достаточно большое количество РНК, гликогена и ферментов. Это свидетельствует об интенсивных обменных процессах по сравнению с другими минерализованными тканями зуба. Бесклеточный цемент не имеет цементоцитов и состоит из коллагеновых волокон и аморфного склеивающего вещества. Цемент тесно связан с дентином.

В течение жизни постоянно происходит отложение цемента. При некоторых заболеваниях, например, пародонтите и периодонтите, а также при повышении нагрузки на зуб происходит интенсивное отложение цемента, при этом формируется гиперцементоз (анкилоз зуба).

Пульпа Пульпа зуба – это соединительнотканное образование, состоящее из клеток и основного вещества.

Одонтобласты – это высокодифференцированные клетки пульпы, основная функция которых – образование дентина. В субодонтобластическом слое располагаются малодифференцированные клетки – пульпоциты, которые могут превращаться в одонтобласты. Обязательным компонентом пульпы являются фибробласты, которые создают рыхлую волокнистую соединительную ткань, которая замещает мезенхиму зубного сосочка. Защитную функцию в мякоти зуба выполняют макрофаги и плазматические клетки, при воспалительных процессах протективные свойства также может проявить и эндотелий кровеносных сосудов. Макрофаги секретируют факторы, индуцирующие продукцию коллагена фибробластами, а также лизоцим, интерферон, простагландины, циклические нуклеотиды, лизосомальные (кислые гидролазы, ДНК-азы и другие) и нелизосомальные (коллагеназа, эластаза и другие) ферменты.

В молодой пульпе меньше волокон коллагена и больше клеточных элементов. По мере ее старения количество клеток начинает уменьшаться.

Основное вещество (межклеточной матрикс) соединительной ткани состоит из представителей четырех классов: коллагена, протеогликанов, неколлагеновых структурных гликопротеидов и эластина. В матрикс наряду с нерастворимыми фибриллярными структурами погружены и клеточные образования (фибро-, дентинобласты, пульпоциты и др.).

На строении коллагена мы подробно останавливались в предыдущем разделе. Эластин, как и коллаген, содержит много глицина и пролина, количество гидроксипролина невелико, совсем отсутствует гидроксилизин, однако много в его составе валина. По механическим свойствам эластин отличается от коллагена высокими растяжимостью и эластичностью. Процент «сшивок» в молекуле данного белка исключительно высок, встречаются и многокомпонентные «сшивки» в виде узлов, как, например, в случае образования производных десмозина (рис. 5). Эластин преобладает в тканях, подвергающихся периодическому «растяжению – сокращению»: крупные кровеносные сосуды, связки, легкие. В связи с

этим среди волокнистых структур пульпы этот протеин практически отсутствует, однако он имеется в тканях пародонта.

Протеогликаны состоят из углеводного и белкового компонентов. Первый представлен гликозамингликанами – линейными полисахаридами, построенными из повторяющихся дисахаридов. Важнейшими из них являются:

а) Гиалуроновая кислота, состоящая из дисахаридных фрагментов, соединенных -1,4-гликозидными связями. В свою очередь в состав фрагмента входят D-глюкуроновая кислота и N-ацетил-D-глюкозамин, связанные -1,3-гликозидными связями. Молекулярная масса гиалуроновой кислоты равняется 105-107 Да. Растворы ее обладают высокой вязкостью за счет ее большой способности связывать воду (1 г может связать 0,5 л воды), поэтому они участвуют в регуляции проницаемости соединительной ткани, обеспечивая ее защиту от действия болезнетворных бактерий.

б) Хондроитин-сульфаты, отличающиеся от гиалуроновой кислоты тем, что в них N-ацетил-D-глюкозамин заменен на сульфатированный (в 4 или 6 положении) N-ацетил-D-галактозамин. Мr=10-60 кДа.

Поскольку гликозамингликаны в организме человека в чистом виде не встречаются, а всегда связаны с белком, то пептидный компонент протеогликанов синтезируется на полирибосомах, связанных с эндоплазматическим ретикулумом: пептидная цепь пронизывает мембрану и наращивается в сторону полости эндоплазматической сети, где начинается синтез углеводной части протеогликанов. Гликозамингликаны связываются с белком через гидроксильные группы серина. Здесь же в полости ретикулума происходит и сульфатирование углеводного компонента. В процессе синтеза вновь образованные молекулы перемещаются к аппарату Гольджи, где они включаются в секреторные гранулы и происходит экзоцитоз в составе этих гранул.

К одной полипетидной цепи последовательно прикрепляются цепи хондроитинсульфатов, образуя фигуру, напоминающую щеточку («ершик»).

В межклеточном веществе протеогликаны образуют комплексы, в составе которых к молекуле гиалуроновой кислоты прикреплены полюсами хондроитинсульфатные протеогликановые единицы, образуя ствол с разветвленными ветвями или щетку, состоящую из малых щеточек.

Одноименные заряды сульфатированных цепей протеогликанов и гидратация обусловливают их взаимооталкивание. Поэтому комплексы занимают максимально возможное пространство. По тем же причинам комплексы отталкиваются друг от друга и их общий объем оказывается значительно большим, чем объем собственно молекул, если бы они были плотно уложены в пространстве.

При увеличении внешнего давления молекулы сближаются, выжимая воду из межмолекулярных промежутков, по прекращении давления восстанавливаются исходные расстояния. Это обеспечивает всей совокупности описываемых комплексов в матриксе роль амортизаторов.

Связанная гликозаминогликанами вода представляет собой гель, который ограничивает диффузию и проницаемость межклеточного вещества. Проницаемость и соответственно диффузия повышаются при разрушении гиалуроновой кислоты гиалуронидазой. Этот фермент выделяют некоторые микроорганизмы, и он рассматривается как фактор агрессии, дающий способность патогенным микроорганизмам распространяться в тканях (возбудители газовой гангрены, гнойных инфекций).

Способность гликозаминогликанов как поливалентных анионов связывать большие количества ионов натрия определяет их участие в водно-солевом обмене.

Важную роль в структурной организации межклеточного матрикса играют неколлагеновые структурные гликопротеины, из которых детальнее изучен фибронектин, упомянутый нами в разделе 1.3. Кроме того, этот белок участвует в объединении между собой неклеточных структур основного вещества и клеток, погруженных в него. Фибронектин синтезируется и выделяется в межклеточное пространство многими клетками. Он находится на поверхности плазматических мембран, в базальных мембранах, глубине межклеточного вещества соединительной ткани и плазме крови. Его роль как фактора, объединяющего

(наряду с другими менее изученными белками) компоненты межклеточного матрикса в единую систему (ткань), обеспечивается своеобразной структурой. Молекула фибронектина включает в себя две почти одинаковые пептидные цепи, соединяющиеся вблизи С-конца дисульфидными связями. Каждая цепь содержит 7-8 доменов, между которыми находятся неструктурированные гибкие участки. Молекула фибронектина располагает специфическими центрами связывания для некоторых компонентов плазматической мембраны (ганглиозидов и сиалопротеидов), для коллагена, гиалуроновой кислоты и сульфированных гликозаминогликанов. Это дает возможность фибронектину связывать в одну систему клетки и неклеточные компоненты матрикса. Нековалентные связи закрепляются благодаря наличию у молекулы фибронектина центра связывания для трансглутаминазы. Этот энзим катализирует реакцию между остатками глутамина и лизина в разных белках, соединяя их между собой. Так происходит сшивка молекул фибронектина друг с другом, коллагеном и другими неклеточными элементами матрикса или плазматических мембран.

Таким образом, межклеточный матрикс пульпы выполняет разнообразные функции: влияет на распространение инфекционного процесса в ткани, обменные реакции в клетках, устойчивость кристаллоидов, на рецепцию гормонов, витаминов и других веществ, участвующих в обмене. Метаболизм в клетках и волокнах пульпы проходит через основное вещество. Для того чтобы проникнуть из кровеносных сосудов в клетки, питательные вещества проходят через основное вещество, предварительно растворяясь в нем. Точно также соединения, выделенные клеткой, должны пройти через основное вещество, чтобы попасть в концевые сосуды. Таким образом обменная роль основного вещества влияет на жизнеспособность пульпы.

Пародонт Пародонт объединяет комплекс тканей, имеющих генетическую и функциональную общность: периодонт,

кость альвеолы, цемент корня зуба, десна с надкостницей и зубодесневое соединение.

Десна делится на свободную и прикрепленную, которая неподвижно соединена с подлежащими тканями за счет соединения волокон собственной оболочки с надкостницей альвеолярных отростков челюстей. У шейки зуба в нее вплетаются волокна циркулярной связки зуба, которая вместе с другими волокнами образует толстую мембрану, предназначенную для защиты периодонта от механических повреждений. Свободная десна прилежит к поверхности зуба, отделяясь от нее десневой бороздкой, которая заполнена десневой жидкостью. Основную массу ткани десны составляют коллагеновые волокна, но кроме них обнаруживаются ретикулярные и эластические волокна. Десна хорошо иннервирована и содержит различные виды нервных окончаний.

Периодонт построен двумя видами соединительной ткани (плотной волокнистой и рыхлой неоформленной), постоянно подвергается воздействию внешних средовых и внутренних факторов и несмотря на большие перегрузки повреждения не происходит. Это свидетельствует о больших адаптационных возможностях периодонта. Он обладает следующими функциями: барьерной, трофической, рефлекторной регуляции жевательного давления, пластической, амортизирующей, опорнофиксирующей.

Возрастные изменения тканей пародонта. Инволютивные изменения десны сводятся к следующему: склонность к гиперкератозу, истончение базального слоя, атрофия эпителиальных клеток, гомогенизация волокон субэпителиального слоя десны, снижение числа капилляров, расширение и утолщение стенки сосудов, уменьшение количества коллагена, исчезновение гликогена в клетках шиповидного слоя, уменьшение уровня лизоцима в тканях десны, дегидратация их. Большую роль в старении тканей играют изменения сосудов, коллагена, активности ферментов, иммунобиологической реактивности, когда процессы распада клеток начинают преобладать над процессами их восстановления.

В костной ткани отмечается уменьшение прободающих волокон цемента, усиление гиалиноза, увеличение активности и количества протеолитических энзимов, расширение костномозговых пространств, утолщение кортикальной пластины, расширение каналов остеонов и заполнение их жировой тканью. Разрушение костной ткани с возрастом может быть связано со снижением анаболического действия половых гормонов при относительном преобладании глюкокортикостероидов.

Инволютивные сдвиги в периодонте характеризуются исчезновением волокон промежуточного сплетения, деструкцией части коллагеновых волокон, уменьшением числа клеточных элементов.

Описанные выше особенности строения и возрастные изменения позволят врачам более точно и своевременно диагностировать поражения пародонта.

89. Биохимические функции слюны. Суточный объём, скорость саливации, физико-химические параметры слюны.

Слюна является одной из шести биологических жидкостей организма и играет жизненно важную роль в сохранении интеграции тканей полости рта, а именно: в отборе, проглатывании и подготовке пищи к перевариванию; в нашей способности общаться друг с другом. Функции слюны в поддержании целостности тканей полости рта обеспечиваются, прежде всего, нестимулированной (в состоянии покоя) ее секрецией, которая происходит в отсутствии внешней стимуляции (например, жевания или вкусовых раздражителей). Скорость ее выделения может быть подвержена довольно значительным суточным и сезонным колебаниям. Пик нестимулированной секреции приходится на середину дня, а в ночное время выделение слюны резко снижается. Пищеварительные функции обеспечиваются стимулированным током слюны в ходе самого приема пищи или при жевании. Стимулированная слюна отличается от нестимулированной как по скорости секреции, так и по составу. Первая характеризуется заметным преимуществом по сравнению с нестимулированной по нейтрализующей способности, минерализующему потенциалу, содержанию факторов местного иммунитета.

Слюна осуществляет много функций в защите и поддержании целостности слизистой оболочки полости рта, а именно:

принимает участие в очищении полости рта от остатков пищи, налета и бактерий;

благодаря буферным свойствам, она нейтрализует отрицательное действие сильных кислот и щелочей в пределах емкости буфера;

обеспечивает поступление ионов, необходимых для реминерализации зубов;

со слюной выделяются низкомолекулярные азотсодержащие соединения (мочевина и др.), катионы, анионы, метаболиты гормонов, лекарственных препаратов и другие;

обладает противобактериальными, противогрибковыми и противовирусными свойствами.

В дополнение к этому, некоторые компоненты слюны усиливают моторные функции жевания, проглатывания и произнесения звуков, а также сенсорные и хемосенсорные функции в полости рта

Скорость секреции слюны неравномерна: она минимальна во время сна (менее 0,05 мл в минуту), при бодрствовании вне приема пищи составляет около 0,5 мл в минуту, при стимуляции слюноотделения секреция слюны увеличивается до 2,3 мл в минуту. В полости рта секрет, выделяемый каждой из желез, смешивается. У взрослого человека за сутки в норме выделяется 0,5-2 литра слюны.

Скорость саливации рассчитывается по формуле: скорость саливации = количество выделенной слюны/время сбора слюны, где время сбора слюны = 10мин. Норма = 0,3―0,4 мл/мин.

Слюна – это мутная, вязкая жидкость, плотность которой составляет 1,002-1,017. Вязкость слюны (по методу Оствальда) колеблется в пределах 1,2-2,4 ед. Она обусловлена наличием гликопротеинов, белков, клеток. При множественном кариесе вязкость слюны, как правило, повышается и может достигать 3 ед. Увеличение вязкости слюны снижает ее очищающие свойства и минерализующую способность. Н слюны в покое колеблется по данным разных авторов, в пределах 6,5-7,5, т.е. близок к нейтральному значению.

При некоторых патологических состояниях рН слюны может смещаться как в кислую (до 5,4 ед.), так и в щелочную (до 8 ед.) сторону. Подкисление среды приводит к резкой недонасыщенности слюны гидроксиапатитом и, следовательно, увеличивает скорость растворения эмали. Подщелачивание слюны вызывает противоположный эффект и должно вести к камнеобразованию.

Кислотность зависит от скорости слюноотделения, буферной емкости слюны, гигиенического состояния полости рта, характера пищи, времени суток, возраста. При низкой скорости секреции слюны и несоблюдении гигиены полости рта рН слюны смещается, как правило, в кислую сторону. В ночное время суток рН слюны снижается, утром его значение самое низкое, к вечеру повышается. С возрастом отмечается тенденция к снижению кислотности слюны и повышению кариесрезистентности.

Буферная емкость слюны - это способность нейтрализовать кислоты и основания (щелочи), за счет взаимодействия гидрокарбонатной, фосфатной и белковой систем. Установлено, что прием в течение длительного времени углеводистой пищи снижает, а прием высокобелковой - повышает буферную емкость слюны. Высокая буферная емкость слюны относится к числу факторов, повышающих резистентность зубов к кариесу.

90. Слюна: химический состав слюны, роль в поддержании гомеостаза полости рта.

На 99% слюна состоит из воды. Оставшийся 1% сухого остатка приходится на белки, липиды, глюкозу, мочевину и электролиты, в основном, катионы натрия, кальция, анионы хлоридов и фосфатов. Большую часть молекул органических соединений продуцируют железистые клетки, меньшую – синтезируют клетки протоков, некоторые из них транспортируются в слюну из крови. Составные вещества слюны представлены в таблице 3. Неорганические компоненты слюны. Неорганические соединения в смешанной слюне составляют 0,22% и представлены макро- и микроэлементами: Na, K, Ca, Mo, Cu, Fe, P, F, S и др. Минеральные вещества могут находиться как в ионизированной форме в виде простых ионов, так и в составе органических и неорганических соединений – солей, хелатов, белков. Важно то, что качественный и количественный состав электролитов в слюне определяет рН и буферную емкость. В то же время содержание электролитов в слюне меняется во времени и имеет циркадные ритмы. Существует тесная взаимосвязь между количеством электролитов, скоростью слюноотделения, временными колебаниями рН и температурой полости рта. Смешанная слюна имеет рН, близкий к нейтральному (6,8-7,4), что зависит от соотношения NaHPO4-/NaH2PO4, аммонийных групп (NH4+), CO2 и белка. рН слюны покоя отличается от рН стимулированной слюны. Так, нестимулированный секрет из паротидной и подчелюстной слюнных желез имеет умеренно кислый рН (5,8), который увеличивается до 7,4 при последующей стимуляции. Интересно, что этот сдвиг совпадает с увеличением в слюне ионов НСО3- и уменьшением NaH2PO4.

В смешанную слюну ионы натрия и калия поступают с секретом околоушных и подчелюстных слюнных желез. Слюна из подчелюстных слюнных желез содержит 8-14 ммоль/л калия и 6-13 ммоль/л натрия. Паротидная слюна содержит больше калия - около 25-49 ммоль/л и значительно меньше натрия, всего 2-8 ммоль/л, то есть по соотношению электролитов секреты желез больше напоминают тканевую жидкость, а не сыворотку крови.

Слюна перенасыщена ионами кальция и фосфора. В ней фосфат содержится в двух формах: свободный неорганический и связанный с белками и другими соединениями. Уровень общего фосфата в слюне достигает до 7,9 ммоль/л, из них 70% приходится на долю неорганического фосфата (5,0-5,6 ммоль/л). В свою очередь неорганический фосфат представлен в виде НРО42- и Н2РО4-, которые образуют фосфатную буферную систему.

Содержание ионов кальция в слюне близко к его концентрации в плазме – 2,1-2,3 ммоль/л. Этот щелочноземельный металл, как и фосфаты находится в ионизированной форме (около 50%), а остальная часть в соединении с белками, фосфатами, цитратом, карбонатом и другими анионами. Существует коэффициент отношения Са2+/Са общий, который равен 0,54. Такая концентрация кальция и фосфатов необходима для поддержания постоянства состава тканей зуба. Данный механизм поддерживается тремя основными процессами: регуляция рН, препятствие растворению зуба и внедрение ионов в минерализованные ткани. Кальций и фосфаты не выпадают в осадок, потому что основу слюны составляют мицеллы, связывающие большое количество воды, в результате чего все водное пространство оказывается связанным и поделенным между ними.

Органические компоненты слюны, характеристика. Смешанная слюна содержит белки, полипептиды, липиды, витамины, гормоны, органические кислоты. Количество их зависит от состояния организма, ротовой полости и различается по количественным оценкам в осадке слюны и надосадочной жидкости.

В слюне определяется от 1,5 до 4,0 г/л белка. Методом двумерного электрофореза определено около 500 пятен, характеризующих различные протеины, но только 120-150 являются продуктом слюнных желез, а остальные имеют бактериальное и клеточное (чаще лейкоцитарное) происхождение. Большая часть белков слюнных желез вырабатывается секреторными клетками и делится на несколько классов. Каждый класс имеет определенное число отличающихся, но близко связанных членов (генетический полиморфизм). Они включают: богатые пролином белки; гистатины; пептиды богатые тирозином; муцины – низко- и высокомолекулярные; амилазы (альфа и гамма); а также несколько пероксидаз слюны. Содержание общего белка в слюне практически здоровых людей составляет в среднем 187,71+10,9 мг/дл, тогда как у больных язвенной болезнью желудочно-кишечного тракта до лечения этот показатель достоверно повышается.

Другие протеины слюны существуют в гомогенной форме. Некоторые белки продуцируются секреторными клетками, остальные – клетками протоков. К железистым белкам относятся фактор роста эпителия, секреторный компонент и лактоферрин. Лизоцим продуцируется клетками протоков. Вместе с тем точное место происхождения многих компонентов до сих пор неизвестно. К компонентам, транспортируемым прямо из кровотока в слюну, относится альбумин, иммуноглобулины G, А и М, витамины, лекарственные препараты, гормоны, электролиты и вода. Отмечена хорошая корреляция по уровням ряда гормонов и лекарств между плазмой крови и слюной. Это обстоятельство явилось основой предложений использовать анализы слюны как неинвазивный метод динамического контроля уровня гормонов, терапевтических средств и запрещенных к употреблению препаратов. Многие белки и другие компоненты слюны защищают мягкие и твердые ткани полости рта. Муцины слюны покрывают и смазывают поверхности слизистой оболочки. Их крупные молекулы предотвращают прилипание бактерий и колонизацию, защищают ткани от

физического повреждения и позволяют им устоять перед тепловыми перепадами. Некоторые из протеинов, такие как лизоцим, обладают способностью разрушать стенку бактериальных клеток; другие, как гистатин, лактоферрин и лактопероксидаза угнетают рост микробов; третьи – антитела слюны, например, секреторный иммуноглобулин А и липаза слюны, могут защищать зубы от кариеса. Ниже мы остановимся на характеристике наиболее значимых соединений.

Гликопротеины слюны. Большинство белков слюны относится к данному классу, причем углеводная компонента довольна вариабельна как в количественном (от 4 до 40%), так и в качественном отношении. Синтез протекает в две стадии: вначале образуется белковое ядро, к которому присоединяется углеводная цепь. Последних может быть несколько. В условиях стимуляции могут синтезироваться неполноценные гликопротеины и слюна становится менее вязкой. Наиболее изучены из данных макромолекул муцин, иммуноглобулины и группоспецифические вещества.

Муцин. С ним прямо связана вязкость слюны. Муцины входят также в состав секретов бронхов и кишечника, семенной жидкости и выделений шейки матки. Все они играют роль смазки и защищают подлежащие ткани от повреждений как механических, так и химических. В полипептидной цепи муцина из подчелюстной слюнной железы содержится большое количество треонина и пролина. К радикалам треонина через образование О-гликозидной связи присоединяются молекулы N-ацетилнейраминовой кислоты, N-ацетилгалактозамина, фукозы и галактозы. Сам белок напоминает по своему строению гребенку (так называемые щеточные структуры): короткие углеводные цепи, как зубья торчат из жесткой, богатой пролином полипептидной цепи, которые соединяются между собой дисульфидными мостиками и образуются большие молекулы с особыми вязкими свойствами. Муцин способен адсорбироваться на поверхности зуба, образуя нерастворимую пленку, имеющую слабый отрицательный заряд. Муцин легко преципитируется на зубах, особенно при низком значении рН. Кроме того, он может образовывать комплексы с липидами и при взаимодействии с мембранами эпителиальных клеток участвовать в построении пелликулы. Последняя выполняет роль селективного фильтра и барьера, обеспечивающего защиту подлежащих клеток, предотвращающего высушивание и контролирующего проницаемость слизистой оболочки. Защитные качества пелликулы зависят от размера мукоидного геля. Однако муцин также легко адсорбирует на своей поверхности и микроорганизмы, метаболиты которых, в конечном итоге, могут привести к деминерализации эмали. Содержание муцина в слюне здоровых людей составляет

75,4+8,8мг/дл.

Иммуноглобулины слюны. В ней присутствуют все 5 классов: IgA, IgG, IgD, IgM, IgE, которые различаются по молекулярной массе, конфигурации и углеводной компоненте, но вторичная структура у всех этих соединений одинакова: 2 легких (L) и 2 тяжелых (Н) цепи, аминокислоты в которых упакованы в домены. Иммуноглобулины как правило поступают из сыворотки и с секретом слюнных желез. Исключение составляет IgA2 (IgAs), который синтезируется в околоушных (90%) и подчелюстных (10%) слюнных железах. Его концентрация в слюне в 100 раз выше по сравнению с IgG и IgM. Он отличается от других более высокой молекулярной массой, что связано с появлением дополнительных пептидов. Два четырехцепочечных мономера Н и L цепей образуют димер, в состав которого также входят секреторный гликопротеид (SP) и добавочный полипетид (J-цепь) (рис. 9). Показано, что H, L и J цепи синтезируются в плазменных клетках интерстициальной ткани слюнных желез. При поступлении белка в ацинарные клетки он соединяется с гликопротеидом SP, который синтезируется серозными эпителиальными клетками. Такая структура предохраняет молекулу иммуноглобулина от разрушающего действия многочисленных ферментов, находящихся в секретах слизистых оболочек. Механизм действия IgAs заключается в том, что он активирует альтернативным путем комплемент, что в свою очередь приводит к лизису микроорганизмов. IgAs препятствует адгезии бактерий к эпителиальным клеткам, затрудняя тем самым колонизацию их на слизистой.

91. Ферменты слюны, ротовой жидкости: биологическая роль. Диагностические значения, определение активности.

В смешанной слюне открыто более 100 ферментов различного происхождения: железистого, лейкоцитарного и микробного.

К ферментам собственно железистого происхождения относятся амилаза, некоторые аминотрансферазы, пероксидаза, лактатдегидрогеназа (ЛДГ), кислая и щелочная фосфатазы, лизоцим и др.

Антибактериальное действие лизоцима связано с его способностью гидролизовать β-1,4-гликозидные связи гликозаминогликанов и гликопротеинов клеточных мембран некоторых видов бактерий. Ферменты кислая и щелочная фосфатазы, расщепляя моноэфиры фосфорной кислоты, участвуют в фосфорнокальциевом обмене, в частности, в процессах минерализации костей и зубов.

Лейкоцитарное происхождение имеют следующие ферменты смешанной слюны: ЛДГ, мальтаза, лизоцим, липаза, протеиназа, пептидазы, пероксидаза, и др.

Ферменты слюны микробного происхождения: каталаза, ЛДГ, гексокиназа, аминотрансферазы, мальтаза, сахараза, гиалуронидаза, амилаза, коллагеназа, пептидазы, уреаза и др.

Наибольшей активностью обладают ферменты слюны различного происхождения, участвующие в катаболизме углеводов, в частности, амилаза, мальтаза, сахараза, ферменты гликолиза, цикла трикарбоновых кислот и другие.

Ротовая жидкость участвует в образовании на поверхности зуба защитной пленки – пелликулы и зубного налета, значительные скопления которого играют патогенную роль в возникновении кариеса, зубного камня, пародонтита.

Микробы зубного налета содержат большой набор ферментов класса гидролаз: мальтазу, сахаразу, гиалуронидазу, кислую и щелочную фосфатазу, липазу, протеиназы и другие; оксидоредуктазы: ЛДГ, каталазу и т.п. Несоблюдение гигиены полости рта создает условия для размножения бактериальной флоры и образования большого количества зубного налета, что имеет непосредственное отношение к развитию кариеса, отложению зубного камня и поражению тканей пародонта.

Определение активности α-амилазы слюны и ее термолабильности

Фермент альфа-амилаза (диастаза) содержится в слюне и ускоряет гидролитическое расщепление -1,4- гликозидных связей в молекулах полисахаридов (крахмала, гликогена) до декстринов и мальтозы. Процесс распада полисахаридов в присутствии -амилазы включает в себя ряд стадий: крахмал амилодекстрины эритродекстрины ахродекстрины альтотетроза мальтоза. При этом нерасщепленный крахмал при взаимодействии с раствором йода дает синее окрашивание, амилодекстрины – фиолетовое, эритродекстрины – красно-бурое, ахродекстрины, альтотетроза и мальтоза – желтое. Кроме того, конечный продукт гидролиза крахмала – мальтоза – имеет свободную альдегидную группу, которую можно обнаружить реакцией Троммера (Фелинга). В основе пробы Троммера лежит окислительновосстановительная реакция восстановления гидрата окиси меди (синего цвета) в гидрат закиси меди (красного цвета) при нагревании. Таким образом, по окраске раствора, содержащего слюну и крахмал, с йодом или проведением реакции Троммера можно выявить степень активности альфа-амилазы. Одним из характерных свойств ферментов, является термолабильность, т.е. чувствительность к температуре, при которой протекает реакция. Для многих энзимов максимальная скорость реакции наблюдается при 38-40С. При нагревании выше 50 С они утрачивают свойства биологических катализаторов вследствие денатурации, при этом степень инактивирования зависит от длительности теплового воздействия. При низких температурах ферменты хорошо сохраняются, но скорость ферментативного катализа мала. При повышении температуры от 0С до 40С скорость реакции увеличивается, а затем тепловая денатурация фермента снижает ее.

Ход работы.

Слюну разводят в мерном цилиндре в 10 раз. В чистую пробирку отливают небольшое количество (2-3 мл) разведенной слюны и кипятят ее в течение 5-8 минут, а затем охлаждают. 4 пробирки наливают по 10 капель 1% раствора крахмала. В первые две пробирки добавляют по 10 капель разведенной слюны. В третью – 10 капель прокипяченной слюны. В четвертую – 10 капель воды (в качестве контроля). Первую пробирку помещают в ледяную баню, а остальные – в термостат или водяную баню при температуре 38С на 10 минут.

После этого содержимое пробирок делят на 2 части и проводят качественные реакции на крахмал и продукты его расщепления (йодную пробу и пробу Троммера).

Йодная проба. К 2 каплям исследуемого раствора приливают 1 каплю раствора Люголя (раствора йода в KI). Первая проба приобретает фиолетовое окрашивание, третья и четвертая окрашиваются в синий цвет

вследствие отсутствия или инактивации альфа-амилазы, вторая проба приобретает буро-желтую окраску в связи с расщеплением крахмала активной альфа-амилазой до декстринов.

Реакция Троммера. К 5 каплям исследуемой жидкости добавляют 5 капель 10% раствора едкого натра и 5 капель 1% раствора сернокислой меди. Содержимое пробирки нагревают над пламенем горелки. Появление красного цвета указывает на присутствие в растворе мальтозы и глюкозы (положительная реакция Троммера).

92. Местные ферментативные факторы защиты и разрушения полости рта. Изменение активности при заболеваниях ПР.

Защитные механизмы полости рта

Выделяют неспецифические факторы и специфические факторы рези­стентности. В свою очередь, неспецифические факторы делятся на клеточные и гуморальные, специфические аналогично — на клеточные и гуморальные.

Гуморальные факторы неспецифической резистентности

Ротовая жидкость имеет выраженную антибактериальную и противовирусную активность благодаря наличию в ней факторов неспецифической защиты. Они секретируются клетками слизистой оболочки, железистых образований полости рта, глотки, нейтрофилами и макрофагами.

К ним относятся лизоцим, лактоферин, интерферон, комплемент, пропердин и большое количество других веществ, которые имеют выраженные неспецифические ингибирующие, инактивирующие, лизирующие и другие свойства, пагубно действующие на микроорганизмы.

Лизоцим — катионный белок, имеющий ферментативный потенциал, гидролизующий составные компоненты клеточной стенки. Он поступает из слюнных желез, где находится в свободном и связанном состоянии в ацинусах и протоках. Фермент выявлен также в макрофагах и нейтрофилах. Поскольку эти клетки всегда присутствуют в десневой жидкости, поступление фермента в слюну возможно и этим путем. Активность фермента вызывает лизис бактериальной стенки большинства грамположительных микроорганизмов либо дезагрегацию цепочек стрептококков с последующим снижением потенциала их роста. Лизоцим как катионный белок может являться агглютинирующим агентом и вызывать ауто-лизис бакте­рии. В результате действий лизоцима на мукополисахариды бактерий об­разуются гликопептиды, которые стимулируют продукцию антител и за­щитные реакции гиперчувствительности замедленного типа, влияют на фагоцитоз.

Лактоферин также принимает активное участие в защите органов полости рта от возбудителей различной инфекции и в то же время контролирует функционирование нормальной микрофлоры. Защитное действие верхушечной части веерообразно и реже. Кроме того, все волокна периодонта взаимно перекрещиваются, препятствуя перемещению зуба вокруг своей оси, волокна имеют спиралеобразную форму, что создает возможность их удлинения при натяжении. Аргирофильных, окситалановых и эластических волокон сравнительно немного и они располагаются между пучками коллагеновых, повторяя их ход. Между пучками волокон расположена рыхлая волокнистая соединительная ткань, в которой проходят сосуды и нервы. Периодонт помимо соединительно-тканных клеток (фибробластов и гистиоцитов), содержит специфические — остеобласты, остеокласты и цементобласты. Остеобласты и остеокласты участвуют в перестройке и образовании кости, а цементобласты обеспечивают построение вторичного цемента.

Большое значение в формировании неспецифичной противоинфекционной резистентности слизистой оболочки полости рта, противовирусной, принадлежит интерферону. Следует отметить, что интерферон может угнетать реакции гиперчувствительности замедленного типа. Синтезируется интерферон лимфоцитами, макрофагами и фибробластами. При вирусной инфекции клетки синтезируют интерферон и секретируют его в межклеточное пространство, где он связывается со специфическими рецепторами соседних непораженных клеток. Результат действия интерферона состоит в образовании барьера из неинфицированных клеток вокруг очага вирусной инфекции с целью ограничения ее распространения. Интерфероны играют важную роль в борьбе с вирусами, а не в предотвращении вирусной инфекции. В последнее время получены данные, свидетельствующие о том, что интерфероны как антагонисты

онкобелка, ингибируют пролиферативную активность клеток. К числу факторов неспецифической защиты слизистой оболочки полости рта можно отнести комплемент (С) — сложный комплекс белков. Комплемент в полости рта в основном находится в зубодесневой жидкости и обуславливает острую воспалительную реакцию тканей десны, уничтожение микробов и повреждение тканей.

Взубном налете определяется свыше 50 различных ферментов, в основном бактериального происхождения. Установлено, что зубной налет обладает протеолитической активностью. Результаты экспериментальных исследований воздействия протеиназ на порошок эмали позволили выдвинуть гипотезу, согласно которой, протеолитические ферменты зубного налета воздействуют на органическую фракцию эмали, что приводит к ее разрушению с последующим освобождением фосфатов. Однако, следует полагать, что роль протеиназ зубного налета в развитии кариеса не столько велика. Она существенна в патогенезе гингивита и пародонтита, когда активность кислых и слабощелочных протеиназ в зубном налете и десне возрастает в 4-5 раз, что сопровождается деградацией гликопротеинов и других белков тканей пародонта.

Взубном налете определяется очень высокая активность гликозидаз. Она на порядок выше, чем в смешанной слюне. В зубном налете присутствуют кислые α- и β-глюкозидазы, β-галактозидаза, β- глюкуронидаза, гиалуронидаза и β-N-ацетилгексозаминидаза. Последние три фермента способны гидролизовать кислые гликозаминогликаны межклеточного вещества и мембраны клеток. Помимо указанных гидролаз в зубном налете определяется активность кислой и щелочной фосфатаз, РНК-азы и ДНК-азы, ферментов гликолиза, цикла трикарбоновых кислот, пероксидазы и др.

Метаболизм и рН зубного налета, определяется характером бактериальной флоры налета. Установлено, что в кариесогенных зубных налетах, содержащих большое количество органических кислот, преобладают Str.mutans и Str.sangins. Увеличение же рН зубного налета, возникающее в результате гидролиза мочевины, аргинина и лизиларгинина, связано с уреолитической активностью Actinomyces naeslundii, Staphyloccocus epidermidis.. Локальное повышение рН вследствие дезаминирования аминокислот, гидролиза мочевины связано с повышенным образованием аммиака. Аммиак, соединяясь с фосфатами и магнием образует центры минерализации. Первичный преципитат чаще всего представлен аморфным фосфатом кальция, который затем трансформируется в некристаллический гидроксиапатит, переходящий со временем в кристаллы зубного камня. Процессы минерализации зубного налета тесно связаны с высоким содержанием кальция в слюне. Минерализация, по мнению большинства исследователей, защищает кристаллы эмали от растворения.

Из органических веществ в зубном камне определяются белки (от 0,1% до 2,5%), аминокислоты, углеводы (в том числе гликозаминогликаны), фосфолипиды, нуклеозидфосфаты и ферменты. Количество белка различно в разных видах зубного камня и снижается по мере увеличения минерализации отложений. В светлом наддесневом зубном камне содержание белка достигает 2,5%, в темном наддесневом камне оно снижается до 0,5%, а в поддесневом зубном камне составляет всего 0,1-0,3%. Белки зубного камня обладают высоким сродством к эмали и представленны Са-преципитирующими глико- и фосфопротеинамя. Са-преципитирующие гликопротеины содержат до десяти и более процентов углеводов. В углеводной компоненте Са-преципитирующего гликопротеина, выделенного из зубного камня определяются галактоза, фруктоза и манноза в соотношении 6:3:1. В зубном камне, помимо белков, присутствуют свободные аминокислоты. Как и в зубном налете, в зубном камне определяются в большом количестве глу, асп, ала, лей, гли, и меньше - тре, сер, про, лиз. В зубном камне практически отсутствуют циклические аминокислоты. Углеводный компонент наддесневого и поддесневого зубного камня представлен галактозой, фруктозой, маннозой, аминосахарами: глюкозамином, галактозамииом мурамовой кислотой (их соотношение 8:2:1). В поддесневом зубном камне наряду с указанными углеводами также встречаются гликозаминогликаны (гиалуроновая кислота и др.), образующиеся при распаде сульфомуцинов слюны и соединительной ткани воспаленной десны. Количество липидов в зубном камне невелико. В основном это глицерофосфолипиды, которые синтезируются микроорганизмами зубных отложений. Присутствующие глицерофосфолипиды способны внутриклеточно связывать кальций и инициировать образование гидроксиапатитов. В процессах минерализации зубного налета определенная роль отводится АТФ и ферментам. Содержание АТФ, которая является с одной стороны донором ортофосфата, а с другой - источником энергии, в зубном камне уменьшается по мере минерализации и составляет в светлом зубном камне 0,03 мкмоль/г ткани, а в темном зубном камне только 0,01 мкмоль/г ткани.

93. Слюна: минеральный состав, минерализующая функция. Влияние различных факторов на минерализующую функцию.

Вода является преобладающепй составляющей слюны (~ 94%). Значение рН слюны в покое слегка кислый, который изменяется между рН 5,75 и 7,05, с увеличением скорости потока слюны повышается до рН 8. Кроме того, рН также зависит от концентрации белков, ионов бикарбоната (НСО3) и фосфата (PO43-), которые имеют значительную буферную емкость. Концентрация бикарбоната составляет ~ 5-10 мМ / л в состоянии покоя , и может увеличиться до 40-60 ммоль / л при стимуляции, тогда как концентрация фосфата составляет ~ 4-5 мМ / л независимо от скорости потока. Кроме бикарбоната и фосфата в слюне присутствуют другие ионы. В целом поддерживается слегка гипотоническая осмолярность слюны. Наиболее важными являются ионы натрия (1-5 мМ / л в покое и 100 мМ / л при стимулировании), хлорид (5 ммоль / л в покое и до 70 мМ / л при стимулировании), калий (15 мМ / л в покое и 30-40 мМ / л при стимулировании) и кальций (1,0 мМ/ л в покое и 3 4 мМ / л при стимулировании). В более низких в слюне содержатся аммоний (NH4+), бромид, медь , фторид, иодид, литий, магний, нитрат (NO3-), перхлорат (ClO4- ), тиоцианат (SCN-) и др.

МИНЕРАЛИЗУЮЩАЯ функция. Минералы слюны весьма разнообразны. В наибольшем количестве содержатся ионы Na+, K+, Ca2+, Cl-, фосфаты, бикарбонаты, а также множество микроэлементов, таких как магний, фтор, сульфаты и др. Хлориды — активаторы амилазы, фосфаты участвуют в образовании гидроксиапатитов, фториды — стабилизаторы гидроксиапатита. Главная роль в образовании гидроксиапатитов принадлежит Са2+, Mg 2+, Sr2+. Слюна служит источником поступления в эмаль зубов кальция и фосфора, следовательно, слюна в норме является минерализующей жидкостью. Оптимальное соотношение Са/Р в эмали, необходимое для процессов минерализации, равно 2,0. Снижение этого коэффициента ниже 1,3 способствует развитию кариеса. Минерализующая функция состоит в воздействии на процессы минерализации и деминерализации эмали.

Снижение рН может происходить при усилении деятельности микрофлоры в связи с продукцией кислых продуктов обмена. Основной продуцируемый кислый продукт – молочная кислота, образуется при распаде в клетках бактерий глюкозы. Увеличение скорости деминерализации эмали становится значимым при снижении рН ниже 6,0. Однако такое сильное закисление слюны в полости рта происходит редко в связи с работой буферных систем. Чаще происходит локальное закисление среды в участке образования мягкого зубного налета.

Увеличение рН слюны относительно нормы (защелачивание) приводит к увеличению скорости минерализации эмали. Однако при этом усиливается и скорость отложения зубного камня. Ряд белков слюны вносят свой, вклад в реминерализацию подповерхностных поражений эмали. Статерины (пролиносодержащие белки) и ряд фосфопротеинов препятствуют кристаллизации минералов в слюне, поддерживают слюну в состоянии перенасыщенного раствора. Их молекулы обладают способностью связывать кальций. При падении рН в зубном налете они освобождают ионы кальция и фосфата в жидкую фазу зубного налета, таким образом способствуя усилению минерализации.

Эта функция слюны включает механизмы, способствующие поступлению минеральных веществ в эмаль и механизмы, препятствующие обратному их выходу. В зрелых зубах поддерживается подвижное равновесие 2-х процессов: растворение эмали и ее минерализация. Константа растворимости апатитов эмали в физиологически условиях сдвинута в сторону образования кристаллов. Растворимость их зависит от концентрации ионов, рН среды, ионной силы слюны. Распределение кальция в слюне имеет свои особенности. Примерно 15 % всего кальция связано с белками, около 30 % — связано с цитратом, фосфатом, карбонатом (рисунок 3). Остальное количество — это свободный кальций, уровень которого и определяет, в первую очередь, направление процесса минерализация–растворение. Фосфаты слюны представлены пирофосфатами и солями ортофосфорной кислоты в разной степени замещения. Всего в слюне около 200 мг/л фосфатов. Из этого количества 146 мг — однозамещенный и 47 мг — двузамещенный фосфаты. Количество указанных солей зависит, главным образом, от секреции их слюнными железами, причем последние обладают избирательностью в секреции той или иной соли.

Вторым показателем, от которого зависит растворимость солей фосфата кальция, является рН слюны. Она колеблется от 6,5 до 7,5. Значительные изменения рН в слюне встречаются редко, даже у людей, склонных к кариесу. Однако в случае, если они происходят, резко изменяется состояние пересыщенности фосфатом кальция. Следует заметить, что пересыщенность в слюне намного превышает таковую для фосфатов кальция в крови. В то же время, в крови, в отличие от слюны, концентрация водородных ионов высоко стабильна благодаря физиологическим и химическим системам регуляции кислотно-щелочного равновесия. В слюне емкость буферных систем небольшая. Поэтому колебания рН слюны могут приводить или к значительному снижению ее минерализующей способности (закисление), или к усилению ее и образованию зубных камней.

Исследования других биологических жидкостей также показывают, что везде, где имеет место пересыщенность солями фосфата кальция (а она характерна для большинства биологических жидкостей) и значительные колебания рН (моча, желчь, слюна) возникает угроза локальной минерализации (камни). На

минерализующую функцию оказывает влияние и количество секретируемой слюны. Скорость слюноотделения колеблется в широких пределах: от 0,03 до 2,4 мл/мин и зависит от большого числа факторов. Например, в ночное время количество слюны уменьшается, что способствует проявлению действия так называемых кариесогенных факторов. У людей с низкой секреторной активностью значительно чаще развивается кариес. Необходимо указать, что количество выделяемой слюны определяет очищающую способность в ротовой полости и, тем самым, вносит определенный вклад в проявление защитной функции. Поэтому снижение секреции всегда оказывает выраженный неблагоприятный эффект на состояние зубов и слизистой ротовой полости.

94. Буферные свойства слюны и крови. Ферменты карбоангидраза и уреаза в регуляции КОС. Кривая Стефана. Патологическая роль моносахаридов в нарушении КОС полости рта.

Буферные системы слюны.

Буферными системами называют такие растворы, которые способны сохранять постоянство рН-среды при их разбавлении или добавлении небольшого количества кислот, оснований. Уменьшение рН называют ацидозом, а увеличение - алкалозом.

Смешанная слюна содержит три буферных системы: гидрокарбонатную, фосфатную и белковую. Вместе эти буферные системы формируют первую линию защиты против кислотных или щелочных воздействий на ткани полости рта. Все буферные системы полости рта имеют различные пределы ёмкости: фосфатная наиболее активна при рН 6,8-7,0, гидрокарбонатная при рН 6,1-6,3, а белковая обеспечивает буферную ёмкость при различных значениях рН.

Основной буферной системой слюны является гидрокарбонатная, которая представляет собой сопряжённую кислотно-основную пару, состоящую из молекулы H2CO3 - донора протона, и гидрокарбонатиона НСО3 - акцептора протона. Во время приёма пищи, жевания буферная ёмкость гидрокарбонатной системы обеспечивается на основе равновесия: СО2 + Н2О = НСО3 + Н+. Жевание сопровождается повышением слюноотделения, что приводит к увеличению концентрации гидрокарбоната в слюне. При добавлении кислоты фаза перехода СО2 из растворённого газа в свободный (летучий) газ значительно возрастает и увеличивает эффективность нейтрализующих реакций. В силу того, что конечные продукты реакций не накапливаются, происходит полное удаление кислот. Этот феномен получил название «буфер-фаза». При длительном стоянии слюны происходит потеря СО2. Э та особенность гидрокарбонатной системы называется стадией буферизации, и она продолжается до тех пор, пока не израсходуется больше 50% гидрокарбоната. После воздействия кислот и щелочей H2CO3 быстро распадается до CO2 и H2O. Диссоциация молекул угольной кислоты происходит в две стадии:

H2CO3 + H2O <---> HCO3- + H3O+ HCO3- + H2O <---> CO32- + H3O+

Фосфатная буферная система слюны представляет собой сопряжённую кислотно-основную пару, состоящую из иона дигидрофосфата H2PO2- (донор протона) и иона моногидрофосфата - HPO43- (а к ц е п т о р протона). Фосфатная система менее эффективна по сравнению с гидрокарбонатной и не имеет эффекта «буфер-фазы». Концентрация HPO43- в слюне не определяется скоростью слюноотделения, поэтому ёмкость фосфатной буферной системы не зависит от приёма пищи или жевания.

Реакции компонентов фосфатной буферной системы с кислотами и основаниями происходят следующим образом:

•При добавлении кислоты: HPO43- + H3O+ <---> H2PO2- + H2O

•При добавлении основания: H2PO2- + ОН- <---> HPO43- + H2O

Белковая буферная система имеет сродство к биологическим процессам, протекающим в полости рта. Она представлена анионными и катионными белками, которые хорошо растворимы в воде. Эта буферная система включает более 944 различных белков, но до конца не известно, какие именно белки участвуют в регуляции кислотно-основного равновесия. Карбоксильные группы радикалов аспартата, глутамата, а также радикалы цистеина, серина и тирозина являются донорами протонов

В связи с этим белковая буферная система эффективна как при pH 8,1, так и pH 5,1.

рН слюны «покоя» отличается от рН стимулированной слюны. Так, нестимулированный секрет из паротидной и поднижнечелюстной слюнных желёз имеет умеренно кислый рН (5,8), который увеличивается до 7,4 при последующей стимуляция. Этот сдвиг совпадает с увеличением в слюне количества НСО3до 60 ммоль/л.

Благодаря буферным системам у практически здоровых людей уровень pH смешанной слюны восстанавливается после еды до исходного значения в течение нескольких минут. При несостоятельности буферных систем pH смешанной слюны снижается, что сопровождается увеличением скорости деминерализации эмали и инициирует развитие кариозного процесса.

На pH слюны в большой степени влияет характер пищи: при приёме апельсинового сока, кофе с сахаром, клубничного йогурта pH снижается до 3,8-5,5, в то время как употребление пива, кофе без сахара практически не вызывают сдвигов pH слюны.

Причины:

Обычно продукты окисления органических кислот быстро удаляются из организма. При лихорадочных заболеваниях, кишечных расстройствах, беременности, голодании и др. они задерживаются в организме, что проявляется в лёгких случаях появлением в моче ацетоуксусной кислоты и ацетона (т. н. ацетонурия), а в тяжёлых (например, при сахарном диабете) может привести к коме.

Буферные свойства крови.

Для нормальной жизнедеятельности клеток необходима определенная реакция среды, обусловленная концентрацией водородных ионов. Реакция крови всегда слабощелочная. Между тем в тканях в процессе обмена веществ образуется много кислых продуктов, например, молочной кислоты при усиленной мышечной работе. В тканях и в крови может увеличиваться и содержание щелочных продуктов, что бывает при усиленном дыхании, когда из крови удаляется большое количество угольной кислоты. Изменениям реакции крови в ту или другую сторону препятствуют буферные свойства находящихся в ней веществ, связывающих кислоты или основания. К таким веществам относятся гемоглобин, белки плазмы, соли угольной и фосфорной кислот. Белки способны диссоциировать и как кислоты, и как основания. В кислой среде белки отдают в среду ОН–, т.е. диссоциируют как основание. В щелочной среде белки диссоциируют с освобождением ионов водорода Н+ и могут присоединять к себе катионы натрия. Буферные свойства крови в основном определяет гемоглобин. На его долю приходится примерно три четверти буферной емкости крови. Это связано с тем, что гемоглобин, как и все белки, диссоциирует как кислота или как основание в зависимости от реакции среды. Кроме того, окисленный гемоглобин (оксигемоглобин) проявляет свойства слабой кислоты. После отдачи кислорода в капиллярах большого круга кровообращения восстановленный гемоглобин способен связывать Н+, т.е. обладает свойствами слабого основания.

В связи с тем, что в процессе обмена веществ образуется больше кислых продуктов, чем щелочных, то для животных большую опасность имеет сдвиг реакций в сторону большей кислотности. Поэтому возникли физиологические механизмы, которые способствуют большей устойчивости организма при сдвиге реакций крови в кислую сторону, чем в щелочную. Например, чтобы сдвинуть реакцию крови в щелочную сторону на такую же величину, что и воду, нужно прибавить в 40-70 раз больше едкого натра и в 327 раз больше соляной кислоты, чтобы сдвинуть рН чистой воды на ту же величину в кислую сторону. Также как и осмотическое давление, кислотно-щелочное равновесие поддерживается на строго определенном уровне.

Большой вклад в поддержании кислотно-щелочного равновесия вносит дыхательная система. Например, если кислотность крови увеличивается, то это приводит к возрастанию легочной вентиляции (гипервентиляции). Она приводит к уменьшению концентрации Н+ в крови. Увеличение содержания ОН– сопровождается уменьшением легочной вентиляции (гиповентиляции), в результате Н+ возрастает. Таким образом, сдвиги реакции в кислотную и щелочную сторону частично или полностью компенсируются.

Несмотря на наличие буферных систем и других физиологических механизмов, препятствующих сдвигу реакции крови в сторону повышения щелочности или кислотности, в ряде случаев это происходит. Сдвиг в кислую сторону называется ацидозом, а в щелочную - алкалозом. Ацидоз может возникать при ряде легочных заболеваний, связанных с затруднением выделения углекислоты, при диабете и болезнях почек.

Алкалоз возникает при усиленном выведении углекислого газа. Как алкалоз, так и ацидоз могут вести к смерти организма.

Под термином «кислотно-основное состояние» (КОС) (синонимы «кислотно-щелочной баланс» - КЩБ, «кислотно-щелочное равновесие» - КЩР) принято понимать комплекс физико-химических, физиологических и иных регуляторных механизмов, поддерживающих постоянство реакции крови.

Механизмы регуляции кос

Главной физико-химической системой регуляции рН плазмы является бикарбонатный (гидрокарбонатный) буфер, а цельной крови - гемоглобиновый (представленный системой «восстановленный гемоглобин/оксигемоглобин», в которой числитель дроби в 80 раз более сильная кислота, чем оксиформа данного гемопротеида). В связи с тем, что гемоглобиновая, белковая и фосфатная буферные системы опосредуют свое влияние через бикарбонатную систему, именно ею в итоге определяется рН крови.

Фермент карбоангидраза

Человек вдыхает воздух, содержащий 20,94 % кислорода и 0,03 % углекислого газа, а выдыхает воздух, в котором кислорода 16,2 %, а CO2 4 %. Нетрудно рассчитать, что за минуту в покое человек поглощает 250 мл кислорода и выделяет 200 мл углекислого газа. За сутки его выделяется даже в состоянии покоя более 300 литров. Механизмы, способствующие его удалению, очень интересны. Мы говорили, что кровь переносит большие количества CO2 благодаря наличию в ней веществ типа соды. Углекислый газ при соединении с водой дает угольную кислоту (поэтому его называют угольным ангидридом); в виде солей этой кислоты он и переносится. В тканях, где его много, реакция идет в сторону образования угольной кислоты. В легких же это соединение, будучи непрочным, распадается, т. е. реакция идет в сторону освобождения углекислого газа. Однако при всей ее непрочности угольная кислота распадается в 2000 раз медленнее, чем это нужно для отдачи углекислого газа быстро проносящейся мимо альвеол кровью. Как организм выходит из этого положения? Оказалось, что на помощь приходит специальный фермент, названный карбоангидразой. Название происходит от наименования того субстрата, с каким связано действие фермента, т. е. угольного ангидрида (от лат. carbo — уголь). Вообще ферментам дают название путем прибавления окончания «аза» к наименованию того вещества, на которое влияет фермент. Как все ферменты, карбоангидраза лишь ускоряет реакцию, которая идет и без нее, но более медленно. Поэтому в тканях ускоряется процесс образования угольной кислоты, а в легких процесс распада ее.

УРЕАЗА (карбамид-аминогидролаза; КФ 3. 5. 1. 5) — фермент, относящийся к классу гидролаз и катализирующий гидролитическое расщепление мочевины с образованием аммиака и диоксида углерода (углекислого газа):

У. обеспечивает осуществление важного звена в круговороте азота в природе: животные, питаясь растительными белками, выделяют мочевину (см.), почвенные бактерии, содержащие У., разлагают мочевину на аммиак и углекислый газ, образующийся в этой реакции аммиак используется другими почвенными бактериями для синтеза нитритов (см.) и нитратов (см.), к-рые в свою очередь используются растениями для образования белка и т. д. Высокая специфичность У. в отношении мочевины (даже близкое по структуре к мочевине ее метильное производное не подвергается действию фермента, только оксипроиз-водное мочевины частично обладает способностью служить субстратом для У.) позволяет использовать этот фермент для аналитического определения мочевины в моче и крови, что является важным диагностическим тестом при заболеваниях печени и почек. У. встречается приблизительно у 200 видов бактерий, у многих плесеней и у большого числа высших растений. В организме человека и животных У. образуется бактериальной флорой. У. была первым ферментом, полученным в кристаллическом виде. Ее выделил Самнер (J. В. Sumner) в 1926 г. из бобов канавалии (Canavalia ensiformis). Фермент кристаллизуется из 32% ацетона в виде бесцветных октаэдрических кристаллов. Мол. вес (масса) кристаллической уреа-зы 483000, изоэлектрическая точка (см.) находится при pH 5,0—5,1. Уреаза дает нитропруссидную реакцию, содержит сулъфгидрилъные группы (см.). Оптимум действия У. отмечают при pH 7,0, однако эта величина меняется в зависимости от природы и концентрации применяемого буферного р-ра, а также от концентрации субстрата — мочевины. У. легко инактивируется под влиянием ионов тяжелых металлов: серебра, ртути, меди, кадмия, свинца. Ингибиторами У. являются также соли фтора, галоиды, бораты, хиноны, формальдегид, перекись водорода. В присутствии небольшого количества р-ра йода или азотнокислого серебра У. осаждается и инактивируется, однако при

добавлении сероводорода активность У. в обоих случаях восстанавливается. У. быстро расщепляется и инактивируется под действием пепсина, папаина, а также сероводорода при pH 4,3, Уреазу считают простым белком, глобулином. Недавно было установлено, что с молекулой фермента связаны 2 атома никеля. Роль никеля в функционировании У. точно не известна, однако не исключено, что он принимает участие в каталитическом процессе. Кинетика реакции, катализируемой У., указывает на существование в молекуле фермента двух активных центров, но установить, влияют ли они друг на друга или проявляют свое действие независимо, пока не удалось. Активность У. измеряют по количеству образовавшегося в ходе реакции аммиака, определяемого после отгонки титрованием (см. Титримет-рический анализ) или с реактивом Несслера (см. Несслера реактив), а также манометрическим методом по образованию углекислого газа. В этом случае для полного выделения углекислого газа используют ацетатный или фосфатный буфер с pH 6,0. У. очень давно привлекала к себе внимание исследователей. Этот интерес был связан с аммиачным брожением мочи (см.), к-рое происходит под действием бактериального фермента. При нек-рых патол. процессах, особенно при цистите (см.), моча уже из мочевого пузыря выделяется в состоянии щелочного брожения. Под действием У. нейтральная мочевина переводится в углекислый ахМмоний, имеющий щелочную реакцию. Вследствие этого моча становится щелочной, и фосфорнокислые соли выпадают в осадок в виде фосфорнокислого магний—аммония (см. Трипелъфосфат) и фосфорнокислой извести Са3(Р04)2- В осадке находится также нерастворимый кислый мочекислый аммоний (см. Моча, осадок мочи).

Кривая Стефана – это график временных изменений рН ротовой жидкости (микробного налета), после употребления пищи. В то же время именно такая информация дает возможность прогнозировать риск неблагоприятных по­следствий нарушений кислотно-основного равновесия, и, в частности, таких как деминерализации эмали. Рассмотрим кривую Стефана в ротовой жидкости после употребления кусочка сахара. Кривая получена с помощью многократных измерений рН ротовой жидкости: до употребления сахара, через 15, 30, 45 и 60 минут после употребления. Видно, что примерно в течение 15 минут после приема сахара рН снижается до минимальных значений (катакрота). Затем происходит подъем рН с восстановлением исходного уровня по истечению часа с момента приема сахара (анакрота). Падение рН обусловлено продукцией кислот микрофлорой, восстановление исходного значения рН обусловлено действием кислотоснижающих факторов полости рта. Оценку возмущающих кислотно-основное равновесие факторов и факторов им противонаправленных проводят с использованием эмпирических и расчетных показателей.

Изменения кислотно-щелочного равновесия в полости рта могут быть двух видов: ацидоз или алкалоз. При любом направлении сдвигов гомео­стаза следует различать изменения физиологические и патологические. Физиологические изменения кратковременны, не приводят к нарушению нормальных физиологических процессов и не оказывают влияния на структуру и функции тканей полости рта. Патологические изменения значительно вы­ходят за границы нормы и приводят к нарушениям структуры и функций тех или иных тканей полости рта: кариесу, десквамации эпителия слизистой, отложению зубного камня, пародонтиту.

Множество эндо- и экзогенных факторов влияет на кислотно-щелочное равновесие в полости рта: общее состояние организма человека, выраженность условных и безусловных рефлексов, мышечная (жевательная) активность, характер дыхания, речи, пища, ротовая микрофлора, гигиени­ческие средства, протезы, пломбы и другое. Наиболее выражено в физиологических условиях влияют жизнедеятельность микрофлоры, состав пищи, состав и скорость секреции слюны.

Кислотно-щелочное равновесие в полости рта зависит от пищи. Пища является дестабилизатором кислотно-основного равновесия. Влияние пищи следует рассматривать в нескольких аспектах.

Во-первых, пища содержит кислоты и основания. Так, фрукты, соки содержат значительное количество органических кислот, которые вызы­вают резкое снижение рН ротовой жидкости (до 4-3 единиц). Если такой пищевой продукт недолго задерживается в полости рта, это изменение кратковременно. Более длительный контакт может вызвать, например, эро­зию твердых тканей зубов: эмали и дентина. Некоторые пищевые продукты содержат ионы аммония, мочевину (сыр, орехи, ментол) и являются алкогенными. Обычно изменения реакции смешанной слюны в щелочную сто­рону незначительны и не превышают рН 8.

Во-вторых, содержащиеся в пище углеводы метаболизируются мик­рофлорой зубного налета, с образованием большого количества органиче­ских кислот, преимущественно лактата. Наиболее ацидогенными являются моно- и дисахариды.

В порядке убывания ацидогенности их можно распо­ложить следующим образом: сахароза, инвертный сахар, глюкоза, фрукто­за, мальтоза, галактоза, лактоза. Особая ацидогенность сахарозы обуслов­лена приспособляемостью микроорганизмов к избытку сахарозы и объяс­няется ее очень быстрой ферментацией в зубном налете, выраженным стимулирующим действием на рост зубного налета, высокой способностью стимулировать выработку в зубном налете полисахаридов, в частности, полисахаридов с адгезивными свойствами.

В-третьих, прием пищи, ее пережевывание стимулируют слюноотделе­ние и, тем самым, способствуют нивелированию возникающих сдвигов рН.

Клиническое значение кривой Стефана состоит в том, что позволяет оценить кариесогенную ситуацию в полости рта. При снижении рН ниже 6,2 слюна представляет собой деминерализующую жидкость, при рН выше 6,2 – реминерализующую. Поэтому значение рН слюны равное 6,2 называют критическим. С помощью кривой Стефана возможно исследование кариесогенности (по кислотопродукции) различных пищевых продуктов, эффективности действия противомикробных средств (антисептиков, гигиенических средств).

Ряд исследований позволяет оценить отдельные факторы, влияющие на кислотно-щелочное равновесие в полости рта. К такого рода исследова­ниям относятся анализ количества тех или иных видов кислотопродуцирующих бактерий полости рта, а также определение буферной емкости слюны. Буферная емкость слюны может быть определена методикой так называемой “погруженной палочки”. Методика состоит в погружении па­лочки, покрытой химическими индикаторами, в смешанную слюну пациен­та. Образующаяся цветная окраска и является показателем буферной ем­кости слюны.