1.3. 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).
Поскольку наиболее часто нами упоминается коллаген, белок, имеющий довольно оригинальную структуру мы считаем уместным более подробно остановиться на его строении. Из всех белков, обнаруженных у высших позвоночных, коллаген наиболее распространенный: количество его в организме составляет около одной трети всего уровня белков. Сухожилия построены из параллельных пучков молекул коллагена. В отличие от -кератинов коллаген растягивается с трудом. В настоящее время известны 19 типов коллагена, различающиеся по первичной структуре пептидных цепей, функциям и локализации в организме. Наиболее распространен 1 тип (кожа, кости, сухожилия, связки, роговица, дентин, пульпа, периодонт); 2-ой тип этого белка находится в хряще, стекловидном теле, передней части роговицы; 3-ий тип - в почках, печени, лимфатических узлах, аорте и других сосудах; 4-ый - локализуется в базальных мембранах. Отличие костного коллагена от других его видов в соединительной ткани заключается в том, что в первом имеются остатки фосфорной кислоты и дикарбоновых кислот. Характерной чертой коллагена является также то, что одну треть всех его аминокислотных остатков составляет глицин, а одну четвертую часть и более - пролин, гидроксипролин и гидроксилизин. Исключительно высокое содержание в коллагене таких аминокислот, которые нарушают -спиральную структуру, дает основание предполагать, что коллаген не образует классическую альфа-спираль. В коллагене каждые три полипептидных цепи скручены и образуют тройную спираль (Рис. 4), при этом под влиянием регулярно располагающихся остатков пролина и оксипролина цепь принимает форму как бы ломаной спирали; это обусловливается жесткостью R-групп пролина, а также тем обстоятельством, что пептидные связи, в образовании которых участвуют пролин и оксипролин, не могут образовать водородных связей. NH-группы пептидных связей, в образовании которых участвуют остатки глицина, образуют межцепочечные водородные связи, которые также способствуют сохранению прочности структуры коллагена и делают ее устойчивой к растягиванию. Каждая полипептидная цепь коллагена имеет молекулярную массу 120000 и содержит около 1000 аминокислотных остатков. Полная трехспиральная единица называется тропоколлагеном. Тропоколлагеновые единицы уложены в волокнах коллагена в сухожилиях ступенчатым образом, чем и объясняется характерное для фибрилл коллагена расстояние между повторяющимися единицами (в зависимости от степени гидратации 600-700 А).
Рис. 4. Схема строения молекулы коллагена.
Прочность коллагеновых волокон (нить сечением около 1 мм выдержавает нагрузку более 10 кг) во многом достигается за счет дополнительных ковалентных «сшивок» между молекулами тропоколллагена. Установлено, что в образовании «сшивок» участвуют главным образом, остатки лизина и гидроксилизина.
Биосинтез данного протеина, осуществляемый в остео-, хондро- и фибробластах, протекает весьма сложно. Сначала его цепи синтезируются на полисомах в виде предшественников, образуя проколлаген. Затем пептидные цепочки посттрансляционно гидроксилируются и гликозилируются. Гидроксилирование проколлагена осуществляется с участием фермента протоколлаген-гидроксилазы, который в качестве кофермента использует витамин С (аскорбиновую кислоту). Негидроксилированный белок плохо секретируется из клеток, а если секретируется, то сразу же атакуется коллагеназой. Следовательно при гиповитаминозах С и Р содержание коллагена в тканях уменьшается, что в конечном итоге приводит к остепорозу.
Выделяют два пути распада коллагена - специфический и неспецифический. В первом случае коллаген разрушается коллагеназой на два фрагмента, которые в дальнейшем гидролизуются лизосомальными протеазами. Во втором - протеин денатурируется продуктами свободнорадикального окисления липидов, а затем подвергается действию протеаз. Продукты специфического распада коллагена стимулируют образование новых остео-, хондро-, фибробластов, то есть обусловливают регенерацию на клеточном уровне.
В костной ткани, разновидностью которой является цемент, содержится до 1% белков, регулирующих остеогенез. К ним относятся морфогены, митогены, факторы хемотаксиса и хемоаттракции.
Морфогены – это гликопротеиды, выделяющиеся из разрушающейся костной ткани и действующие на полипотентные клетки, вызывая в нужном направлении их дифференцировку. Важнейший из них – морфогенетический белок кости, состоящий из четырех субъединиц с общей молекулярной массой 75,5 кДа. Остеогенез под влиянием этого белка протекает по энхондальному типу, т.е. сначала образуется хрящ, а из него затем кость. Следует отметить, что этот протеин получен в чистом виде (США, 1983) и применяется при плохой регенерации кости. Выделен, но мало изучен фактор Тильманна (Мr=500-1000 Да), который быстро вызывает интрамембранозный остеогенез (без образования хряща), но в малом объеме. Так развивается кость нижней челюсти. Из дентина также получен морфогенетический фактор (белок), стимулирующий рост дентина. В эмали морфогенов не обнаружено.
Митогены – чаще всего гликофосфопротеиды – действуют на преддифференцированные клетки, сохранившие способность к делению, увеличивают их митотическую активность. В основе биохимического механизма действия лежит инициация репликации ДНК. Из кости выделено несколько таких факторов (костно-экстрагируемый фактор роста, фактор роста скелета). В дентине и эмали митогенов пока не обнаружено.
Факторы хемотаксиса и хемоаттракции – это гликопротеиды, определяющие движение и прикрепление новообразованных структур под действием морфо- и митогенов. Наиболее известны из них: фибронектин, остеонектин и остекальцин. За счет первого осуществляется взаимодействие между клетками и субстратами, этот белок способствует прикреплению ткани десны к челюсти. Остеонектин (кислый белок, богатый цистеином), являясь продуктом остеобластов, определяет миграцию преостеобластов и фиксацию апатитов на коллагене, то есть при его помощи происходит связывание минерального компонента с коллагеном. Остеокальцин – белок, маркирующий участки кости, которые должны подвергаться резорбции (распаду). Этот протеин содержит -карбоксиглутаминовую кислоту и является витамин-К-зависимым, он вырабатывается в старом участке кости, к которому прикрепляется остеокласт и происходит разрушение этого участка. Остеокальцин принадлежит к группе, так называемых, гла-белков, являющихся инициаторами минерализации и создающими ядра кристаллизации. В эмали аналогичные функции выполняют амелогенины.
Морфогены, митогены, факторы хемотаксиса и хемоаттракции выполняют важную биологическую функцию, объединяя процесс деструкции и новообразования ткани. Разрушаясь, клетки выделяют их в среду, где воздействуя на разные стадии дифференцировки, эти факторы вызывают образование новых тканей.
Обнаружены соединения, действие которых противоположно влиянию морфо- и митогенов, называющиеся кейлонами. Они прочно связываются с морфо-, митогенами и препятствуют регенерации кости. В связи с этим возникает важная проблема разработки приемов регуляции синтеза морфо-, митогенов, факторов хемотаксиса. Известно, что синтез морфогенов кости активируется активными формами витамина D – кальцитриолами и тирокальцитонином, а подавляется глюкокортикостероидами (ГКС) и половыми гормонами. Следовательно, применение ГКС уменьшает регенерационные возможности кости и способствует развитию остеопороза. Осложнения течения консолидации переломов возможно в тех случаях, когда уже больному проводили курс лечения ГКС или анаболическими стероидами. Кроме того, длительное использование последних может спровоцировать перелом, так как масса мышц будет сопровождаться уменьшением прочности скелета. Также необходимо отметить, что скорость и полнота замещения дефекта при костной пластике определяется количеством морфогенов в подсаженной ткани. Поэтому, чем старше возраст донора, тем меньше вероятность успешного замещения дефекта. Кость, взятая у молодых доноров, будет замещаться плохо, если им проводили лечение ГКС и анаболическими гормонами.