Особенности строения эмали зуба.

Эмаль (enamelum), покрывающая коронку зуба, — самая минерализованная и твёрдая ткань в организме человека (состав: 95% минеральной основы эмали составляют кристаллы апатитов, 2% - органические вещества, 4% воды в свободном и связанном виде.)

Основная структурная субмикроскопическая единица эмали — кристаллы. Они очень плотно прилежат друг к другу и расположены под углом. Состав кристаллов апатитов вариабилен и выражается общей формулой Са10(РО4)6Х2, в которой X обозначает различные ионы (ОН-, СО-, Cl-, MgCO, СаCО-, F-). Около 75% всех апатитов составляет гидроксиапатит,примерно 6% — карбонатапатит, около 4% — фторапатит.

Рис. Строение кристалла гидроксиапатита.

Пропорции ионов в кристаллической решётке могут варьировать в зависимости от условий их формирования и условий последующих ионных обменов. Карбонатапатит лучше растворим в кислоте, чем фторапатит, а его концентрация выше в более глубоких слоях эмали. Наименее стабильной формой апатита является брушит. (CaHPO4*H2O). Эта форма апатита легко подвергается растворению и обнаруживается в кариозных тканях зубов.

Основные минеральные компоненты кристаллов апатитов — кальций (33-39%) и фосфаты (16-18%). Соотношение Са/Р составляет 1,67 и может изменяться в пределах от 1,33 до 2,0. Концентрация этих веществ постепенно снижается от более минерализованного поверхностного слоя до менее минерализованных глубоких слоев.

 Минерализация различных участков зуба также неодинакова: наиболее минерализованы жевательные поверхности, наименее — фиссуры и пришеечные области всех зубов.

Рис. а- фиссурный кариес 36 зуба; б- очаги деминерализации в пришеечной области верхних центральных молочных резцов.

В эмали присутствуют около 40 микроэлементов, которые расположены в ней неравномерно. В поверхностных слоях эмали отмечена высокая концентрация фтора, цинка, свинца, железа, сурьмы. В глубоких слоях выше содержание натрия, магния, карбонатов. Равномерно распределены по всей толще эмали стронций, медь, алюминий и калий.

Кристаллы апатитов организованы в трёхмерную систему. Каждый кристалл окружен гидратной оболочкой — слоем прочно связанной воды, которая не испаряется даже при температуре 110 °С. Эта оболочка содержит различные ионы и способствует их обмену, т.е. кристаллы обладают электрическим зарядом. Между кристаллами расположены межкристаллические пространства, заполненные свободной водой и органическим материалом. Они образуют перекрёстную сеть путей диффузии, которые считают микропорами эмали, где не прекращаются обменные процессы. При воздействии кислоты на эмаль происходят растворение кристаллов и увеличение микропространств.

 

Рис а- схематическое изображение строения эмали зуба; б- продольный срез зуба.

 

Кристаллы организованы в эмалевые призмы, объединённые в пучки, которые, S-образно изгибаясь, идут от эмалево-дентинного соединения к поверхности эмали.

Рис а- эмаль зуба (электронный микроскоп); б- схематическое изображение эмалевых призм, объединённых в пучки.

Особенностью строения биологических кристаллов гидроксиапатита обусловлена возможность реминерализации эмали. До 1/3 ионов обмениваются в апатите, что делает эмаль похожей на пористую мембрану, способную пропускать небольшие ионы.

 Проникновение веществ в эмаль происходит по межпризменным микропространствам, эмалевым пучкам и ламеллам (пластинкам) — органическому веществу эмали.

Рис. а- схема процесса реминерализации эмали зуба; б- схема расположения эмалевых призм в различных участках коронки зуба.

а б

Рис а- поперечный срез эмали, наличие пор. (электронный микроскоп);б-продольный срез эмали, ориентация эмалевых призм (электронный микроскоп).

Органическая матрица эмали представляет собой макромолекулярный комплекс, образованный фибриллярным протеидом, кальцийсвязывающим белком, при участии ионов кальция и полярных липидов.

 Этот комплекс обладает сродством к минеральной фазе и служит инициатором процесса кальцификации, регулируя рост кристаллов путем селективного связывания ионов кальция и действуя подобно буферной системе.

 В состав органической матрицы эмали также входят амелогенин и энамелин, отвечающие за рост и формирование кристаллов апатита.

Рис. Органическая матрица эмали.

Эмаль обладает важным физиологическим свойством — проницаемостью, т.е. способностью пропускать некоторые ионы, воду и растворённые в ней вещества.

 Это возможно благодаря тому, что со стороны полости рта она омывается ротовой жидкостью, со стороны пульпы — тканевой жидкостью, а также содержит межпризменные пространства, заполненные жидкостью.

Эмаль проницаема в обоих направлениях. Это свойство обеспечивает созревание эмали после прорезывания зуба и динамические процессы деминерализации и реминерализации.

 При этом действуют законы диффузии: жидкость движется со стороны малой молекулярной концентрации в сторону высокой, а ионы и молекулы проходят со стороны высокой концентрации в сторону низкой.

Проницаемость эмали помимо процессов созревания и реминерализации играет важную роль при воздействии на ткани зуба органических кислот как продукта жизнедеятельности микроорганизмов.

 Н+-ионы проникают в микропространства эмали, изменяя электрический заряд в межкристаллическом пространстве и самих кристаллах гидроксиапатита. Результат — образование отличных от оригинальных по составу и свойствам форм апатита кальция, в большей степени подверженных растворению (брушит). Следствием этого является увеличение микропространств эмали, куда могут уже проникать не только ионы, но и микроорганизмы.

 В микропространствах эмали создаются наиболее благоприятные условия для развития анаэробной микрофлоры.

 Часто при удалении зубного налёта поверхностный слой эмали зуба подвергается реминерализации, что приводит к сужению микропространств в поверхностном слое эмали. При этом сохраняется микробное инфицирование подповерхностных слоев эмали, и кариозный процесс приобретает скрытое течение. 

Электрофорез и ультразвуковые волны усиливают проницаемость эмали.

 В присутствии сахарозы, особенно под зубным налётом, а также под действием гиалуронидазы, активность которой в полости рта возрастает в присутствии микроорганизмов, она в значительной степени повышается.

Зубной налёт

Кутикула зуба, или кутикула эмали (оболочка Насмита), покрывает поверхность коронки в виде тонкой оболочки. В ее состав входят два слоя:

1) первичная кутикула — внутренний тонкий (около 0,5-1,5 мкм) гомогенный слой гликопротеинов, являющийся последним секреторным продуктом энамелобластов;

2) вторичная кутикула, образованная наружным более толстым (около 10 мкм) слоем редуцированного эпителия эмалевого органа.

После прорезывания зубов кутикула стирается на их жевательных поверхностях, частично сохраняясь на боковых.

Существенной роли в физиологии зуба она не играет, так как вскоре после прорезывания утрачивается.

В одних местах кутикула выходит на поверхность в виде микроскопической пленки, в других — в виде трубочки доходит до эмалево-дентинного соединения.

Эмаль любого прорезавшегося зуба покрыта снаружи слоистой органической пленкой, называемой пелликулой (от лат. pellis — кожа). Пелликула образуется, очевидно, вследствие преципитации белков и гликопротеинов слюны и составляет в толщину, по разным данным, от менее 1 до 2—4 мкм. Она состоит из глубокого, сравнительно плотного слоя и наружного, более рыхлого; ее структура негомогенна и включает фибриллярные и гранулярные элементы. По данным ультраструктурного анализа, после полной механической очистки поверхности эмали тонкий (10-20 нм) слой преципитированных белков обнаруживается на ее поверхности уже спустя 1 мин после начала контакта со средой полости рта. Пелликула непрерывно утолщается, пока (примерно спустя 2 ч) не будет достигнуто равновесие между включением новых и разрушением ранее отложившихся белков, после чего ее толщина больше не меняется. Химически в пелликуле преобладают белки (преимущественно из слюны, а также некоторые белки микробного происхождения), присутствуют также различные углеводы и липиды.

Главная функция пелликулы — защита эмали. Установлено, что пелликула может предохранять эмаль от разрушения, вызванного воздействием кислот, содержащихся в пище и напитках. Пелликула опосредует процессы деминерализации и реминерализации эмали, предотвращает потерю ею ионов кальция и фосфора. Однако это действие эффективно только после ее «созревания», которое in vivo занимает около 18 ч. Предполагается, что процесс «созревания» пелликулы включает, главным образом, ее насыщение содержащимися в слюне ферментами (происходящими преимущественно из эпителиоцитов). Пелликула снижает трение между зубами, а также между зубами и слизистой оболочкой полости рта, что сводит к минимуму стирание эмали, в особенности при пережевывании пищи и парафункциональных движениях зубов.

Пелликула содержит некоторые антибактериальные вещества, например, S-IgA и лизоцим. Одновременно она служит зоной бактериальной колонизации, а многие ее белки играют роль рецепторов для бактерий. Вместе с тем пелликула регулирует первичную адгезию микроорганизмов избирательно — к ней могут прикрепляться безвредные микроорганизмы, тем самым защищая поверхность эмали от колонизации кариесогенными бактериями.

Уже через 2 часа после чистки зубов в формирующейся пелликуле выявляются микроорганизмы. Их прочному прикреплению (адгезии) к покрытой пелликулой поверхности зуба способствуют особые выросты бактериальных клеток — жгутики, фимбрии и пили. Первыми пелликулу колонизируют стрептококки, чаще всего Streptococcus mitis и Streptococcus oralis, в небольшом количестве содержатся представители Actinomyces и других видов. Многие бактерии связываются не только с пелликулой, но и друг с другом (явление коадгезии); к «ранним» колонизирующим бактериям присоединяются «поздние». В результате продолжающейся активной адгезии и размножения микроорганизмы полностью колонизируют пелликулу через день-два после ее образования с формированием бактериальной (зубной) бляшки.

Зубная бляшка (налёт) представляет собой особую структуру — прикрепленную к поверхности эмали микробную биопленку, которая состоит из высокоорганизованного сообщества взаимодействующихмикроорганизмов различных видов, погружённых в матрикс, образованный продуктами их жизнедеятельности, компонентами слюны и неорганическими соединениями. В составе микробной биопленки бактерии приобретают признаки специализации («социальное поведение»), физиологическую и функциональную стабильность, обмениваются сигнальными молекулами и генетическим материалом, обладают генной изменчивостью и повышенной (в 100—1000 раз) устойчивостью к действию антибиотиков, иммунных факторов и фагоцитирующих клеток. Такая форма существования (в отличие от свободного — планктонного) предоставляет бактериям важные преимущества, делая их малоуязвимыми в условиях влияния неблагоприятных факторов внешней среды и организма хозяина. Зубная бляшка — место наиболее высокой концентрации микробов в полости рта.

Скорость формирования бляшки обусловлена характером питания и особенностями микрофлоры полости рта, вязкостью и антимикробными свойствами слюны, активностью механизмов очищения поверхности зубов.

Первоначально образуется наддесневая бляшка, которая располагается выше границы десны, в дальнейшем ее распространение в область десневой борозды приводит к формированию поддесневой бляшки. Указанные зоны микробной колонизации различаются по своим характеристикам и заселяющим их видам микробов. Наддесневая зона омывается слюной, а поддесневая — преимущественно особой по составу жидкостью десневой борозды. Эти жидкости играют важную роль в регуляции жизнедеятельности соответствующих микробных экосистем, создавая им определенные условия существования, в частности, обеспечивая их водой, питательными веществами, но одновременно подвергая их воздействию различных антимикробных соединений.

 

Рис. Схема диффузии ионов через пелликулу зуба

Рис. Адсорбция микроорганизмов к пелликуле зуба

Бактерии существуют внутри межклеточной матрицы, образованной органическими (белки, полисахариды, липиды) и неорганическими (Са, Mg, К, Na, фосфаты) веществами слюны, десневой жидкостью и продуктами собственного метаболизма.

 Матрица занимает от 10 до 40% объема налёта, защищает бактерии от антимикробных агентов, губительных для них, и препятствует выходу наружу продуктов метаболизма.

Рис. Зубной налет под микроскопом

Рис а-мягкий зубной налёт на поверхности резцов; б-наличие мягкого зубного налета, генерализованный катаральный гингивит.

Различают следующие виды зубного налёта:

• Мягкий белый зубной налет накапливается при отсутствии надлежащего гигиенического ухода, может подвергаться минерализации с образованием зубного камня (рис

• Зеленый зубной налет, часто располагается тонким слоем преимущественно на губных поверхностях фронтальных зубов. Появление этого налета связано с жизнедеятельностью микроорганизмов, содержащих хлорофилл.

• Плотный коричневый зубной налет с трудом поддается очищению с помощью зубных щеток и паст, поэтому для его удаления требуется обработка зубов жесткими щетками и специальными абразивными пастами. У детей этот вид налета чаще бывает на молочных зубах. Если со слюной выделяется большое количество невосстановленного железа, оно соединяется в полости рта с серой, образующейся при распаде белковых веществ, что и придает налету окраску.

Рис. Коричневый зубной налёт.

Зубной налёт быстро образуется на контактных поверхностях зубов, в пришеечной области (вдоль десневого края), в фиссурах и ямках.

В зависимости от расположения на поверхности зуба различают над- и поддесневой налёт.

рис

Образование зубного налёта происходит в определённой последовательности.

 Сначала бактерии прикрепляются к пелликуле, затем начинается образование внеклеточной структуры (матрицы), на которой бактерии размножаются и образуют колонии.

 Под влиянием внутренней среды полости рта между различными бактериями внутри микробной массы происходит физическое и физиологическое взаимодействие.

Рис. Схема образования зубного налёта.

Рис. Схема структуры биоплёнки на поверхности зуба. Наличие проводящих каналов в межмикробном матриксе.

В процессе образования зубного налёта можно выделить несколько фаз:

• I фаза — в течение 1-2 дней на участке зуба, граничащем с десной, происходят адсорбция микромолекул и химическое прикрепление бактерий (их обратимая фиксация сменяется необратимой):

• II фаза — на 3-4-й день наружный слой налёта покрывается слоем грамположительных палочек и сильно утолщается;

• III фаза — на 4-7-й день налёт проникает под десну; бактерии и продукты их метаболизма циркулируют в зубодесневой борозде;

• IV фаза — на 7-11-й день происходит развитие вторичной микрофлоры, присоединяются новые виды бактерий, например, спирохеты и др.

По мере роста налёта и увеличения его толщины, в нём начинают преобладать анаэробные формы бактерий, которые в значительном количестве вырабатывают ферменты анаэробного гликолиза.

Интенсивное накопление в налёте продуктов жизнедеятельности бактерий замедляет диффузию в матрице (особенно при обильном поступлении углеводов с пищей).

 Межклеточные пространства закрываются, в результате чего происходит накопление органических кислот на ограниченном участке зуба. Со временем всё больше бактерий мигрирует под десну, процесс приобретает агрессивный характер, а наибольшую его активность наблюдают в поддесневой области.

Необходимо отметить, что поверхность языка также благоприятна для образования налёта, что связано со сложностью его рельефа.

Зубной камень представляет собой минерализованную зубную бляшку. Процесс отложения неорганических веществ (различных фосфатов кальция, включая гидроксиапатит) из слюны в бляшку занимает около 12 суток, причем первые его признаки обнаруживаются уже через 1—3 суток. Этому процессу способствуют бактерии — как активно (создавая локальные условия для образования кристаллов), так и пассивно (вследствие минерализации дегенерирующих и погибших микробных клеток). После минерализации камень плотно прикрепляется к поверхности зуба и уже не может быть так легко удален механическим воздействием или током слюны, как зубная бляшка. При электронной микроскопии выявляется пористая и слоистая неоднородная структура зубного камня, в котором содержатся мелкие кристаллы фосфата кальция, непосредственно связанные с более крупными кристаллами гидроксиапатита эмали (что обусловливает их прочное сцепление).

Бактерии продолжают накапливаться на поверхности образующегося зубногокамня, способствуяегоросту. Наибольшиеотложениязубногокамняформируютсянаповерхностяхзубоввблизиустьевпротоков слюнных желез, наязычныхповерхностяхпереднихзубовищечныхповерхностяхмоляров. Благодаряпористойповерхностнойструктурезубногокамняонслужитидеальным резервуаром бактериальных токсинов (например, липополисахаридов), которые оказывают вредное влияние на эмаль, ткани десны и пародонта.

Аналогично видам зубной бляшки, клиницисты выделяют наддесневой и поддесневойзубнойкаменьвзависимости от его положения относительно десневого края. В матриксе наддесневого камня на неорганические вещества приходятся 37 % объема, в матриксе поддесневого камня — 58 %.

Микроорганизмы наддесневой зубной бляшки, продуцируя органические кислоты, деминерализующие и разрушающие эмаль, играют важную роль в развитии кариеса. Продукты жизнедеятельности этих микроорганизмов раздражают и повреждают ткани в области зубодесневого соединения, что определяет их ведущую роль в этиологии и патогенезе заболеваний пародонта.

 

 

Микрофлора полости рта

Ротовая полость — открытая система, в которую питательные вещества и микроорганизмы поступают и откуда выводятся наружу.

 Резидентная микрофлора полости рта — важный защитный фактор, влияющий на предотвращение колонизации экзогенными и зачастую патогенными микроорганизмами.

 Представители микрофлоры образуют сложный комплекс, находящийся в равновесии с макроорганизмом и в норме не вызывающий заболевания.

Жевание, ток слюны и десневой жидкости, десквамация эпителиальных клеток слизистой оболочки и гигиенические процедуры способствуют удалению бактерий с поверхности зубов. 1 мл цельной слюны содержит более 200 млн бактерий (около 250 видов). Учитывая, что в слюне присутствуют практически все виды микроорганизмов полости рта, можно проводить микробиологические исследования с подсчетом бактерий и определением риска возникновения кариеса.

Бактерии, содержащиеся в слюне, активно потребляют её углеводы, гликопротеиды, аминокислоты, витамины и неорганические соли. Микроорганизмы, расположенные в глубоких слоях налета, в меньшей степени используют компоненты слюны.

 Кроме того, питательной средой для микрофлоры служит экссудат десневой бороздки (десневая жидкость), объём которого зависит от выраженности воспаления десны

Микробиоценоз полости рта меняется с течением кариозного процесса. Особенно возрастает количество кислотообразующих штаммов.

 Микрофлора на поверхности зубов, языка, слизистой оболочки, в десневой борозде может отличаться, так как в разных участках полости рта вегетируют бактерии, характерные именно для этой области. Кроме того, различие в составе микрофлоры обнаружено даже на различных участках поверхности одного зуба.

Краевые дефекты пломб могут создавать благоприятные условия для фиксации бактерий.

Особенно большое количество микроорганизмов обнаруживают в зубном налете. 1 мг налета содержит более 200 млн бактерий (около 325 видов); также присутствуют вирусы и простейшие. Среди бактерий зубного налета преобладают стрептококки.

 К кариесогенным видам относят Streptococcus mutans (наиболее патогенные, составляющие 80-90% общего количества бактерий), Streptococcus sanguis, Streptococcus salivarius.

Излюбленные места их локализации — контактные поверхности зубов, краевые дефекты пломб. Рост численности Streptococcus mutans способствует прогрессированию поражения эмали.

Лактобациллы более активно продуцируют кислоту при кариесе, и, наоборот, при пломбировании кариозных полостей их количество уменьшается. Содержание лактобацилл в слюне намного выше, чем в зубном налете.

Повышение количества углеводов в полости рта и снижение pH способствует повышению кариесогенных свойств других бактерий. Актиномицеты, Streptococcus salivarius способствуют возникновению кариеса, локализующегося преимущественно в фиссурах и на поверхности корня.

Рис Микроорганизмы зубного налёта. (электронный микроскоп)

Углеводы

Субстратом для анаэробного брожения с участием стрептококков в основном служат углеводы (сахароза), а для некоторых штаммов бактерий — аминокислоты.

 Сахароза — дисахарид, состоящий из фруктозы и глюкозы, благоприятствующий росту Streptococcus mutans и участвующий в формировании внеклеточных полисахаридов. От количества углеводов в зубном налёте зависит активность процессов ферментации.

В процессе метаболизма углеводов молочнокислые бактерии продуцируют до 90% молочной кислоты.

Особенно активно процесс гликолиза протекает при уменьшении слюноотделения (во время сна).

 Кроме молочной кислоты в налёте образуются муравьиная, масляная, пропионовая и другие органические кислоты. Это влечёт за собой стремительное снижение pH от 6 до 4 в течение нескольких минут.

Бактерии зубного налёта способны синтезировать, накапливать и ферментировать внутриклеточные биополимеры (полисахариды, нуклеиновые кислоты, белки, липиды). Их накопление происходит при избытке углеводов, а расщепление и утилизация — в процессе жизнедеятельности и роста бактерий.

 В присутствии сахарозы микроорганизмы способны образовывать внеклеточные гетерополисахариды — биополимеры, содержащие различные углеводы (гликаны, декстраны, леваны).

 Гликаны усиливают адгезию микробов друг к другу и к поверхности зуба, способствуя увеличению объёма налёта.

В процессе расщепления декстрана и левана микроорганизмами образуются органические кислоты, которые оказывают деминерализующее действие на эмаль зуба.Микроорганизмы в качестве источника энергии в большей мере используют леван.