Биохимия соединительных тканей и органов полости рта (костная, хрящевая ткани; зубы)

Главный минеральный (неорганический) компонент костной ткани и твердых тканей зуба — кристаллы апатитов (апатит в переводе — неизвестный). В их основе — фосфат кальция. Любой минеральный компонент формируется следующим образом:

Са(НРО₄)₂ ∙ 2Н₂О  Са₈(РО4)₆ ∙ 5Н₂О → Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂

брушит октакальцийфосфат гидроксиапатит (ГА)

Общая формула апатитов — А₁₀(ВО₄)₆Х₂, где А — Са, Ва, Sr, Cr, Pb, Cd; B — P, As, Si; X — F, Cl, OH‾, CO₃ ^2–. Самый распространенный в минерализованных тканях — ГА, самый устойчивый к действию кислот — фторапатит Са₁₀(РО₄)₆(F)₂ . При концентрация F в средствах по уходу за зубами и полостью рта до 500мг/л образуется гидроксифторапатит — Са₁₀(РО₄)₆(ОН)F; 500–2000 мг/л — фторапатит; более 2000 мг/л — СаF_2, а это уже не кристаллы апатитов.

В «идеальном» апатите соотношение Са/Р = 1, 67. Уменьшение этого соотношения приводит к неблагоприятным последствиям, в частности к снижению резистентности эмали. При замещении в ГА Са на Sr , особенно на Sr⁹⁰ , который является β-излучателем, развивается стронциевый рахит, для которого характерны хрупкость и ломкость костей и зубов, переломы, деформации скелета.

Обмен ионов кристаллов апатита на ионы, находящиеся в растворе, называется изоморфное замещение. Преимущественным фактором возможности замены является сходство размера атома, а сходство заряда имеет второстепенное значение. Кроме изоморфного замещения, состав кристалла апатита можно изменить путем заполнения другими ионами вакантных мест в кристаллической решетке апатита.

Этапы проникновения различных элементов в кристаллы ГА:

• проникновение элементов в воду гидратной оболочки кристалла (длится несколько минут);

• обмен между ионами гидратной оболочки и поверхностью кристалла (длится несколько часов);

• проникновение ионов в кристалл (длится месяцами и годами).

Минерализация костной ткани и твердых тканей зуба

В основе этого процесса — образование кристаллов апатита с участием фосфата кальция. В организме внеклеточная жидкость перенасыщена фосфатом кальция и он начинает осаждаться. Выделяют 2 стадии осаждения фосфата кальция:

• нуклеация — образование плотного осадка (ядра);

• рост кристаллов из ядра — эпитаксис.

Нуклеация бывает гомогенная (кристаллы образуются без участия другой фазы) и гетерогенная (образование кристаллов инициирует другая фаза, играющая роль матрицы-затравки). Матрица может и направлять рост кристаллов. Роль матрицы выполняют протеогликаны, гликозаминогликаны, Са-связывающие белки: фосфопротеины и белки, содержащие γ-карбоксиглутаминовую кислоту (γ-КГК), для синтеза которой нужен витамин К.

Теории минерализации костной ткани и твердых тканей зуба:

1. физико-химическая, в основе которой лежат названные выше 2 стадии;

2. ферментная: щелочная фосфатаза костной ткани гидролизует фосфорорганические эфиры, в результате этого освобождается фосфат-ион, что при наличии кальция и матрицы вызывает рост кристаллов ГА;

3. смешанная: сначала синтезируется внеклеточный матрикс, а затем наступает этап минерализации из-за перенасыщенного состояния раствора фосфата кальция и наличия матрицы.