3.3.2. Гистологическое строение, химический состав и функции твердых тканей зуба

Эмаль (enamelum). Эта ткань, покрывающая коронку зуба, является самой твердой в организме (250—800 ед. Вик-

54

Рис.3.16. Строение эмали (полосы

Гунтера—Шрегера, линии Ретци-

уса; схема).

керса). На жевательной поверх­ности ее толщина 1,5—1,7 мм, на боковых поверхностях она значительно тоньше и сходит на нет к шейке, к месту соедине­ния с цементом.

Основным структурным об­разованием эмали являются эма­левые призмы диаметром 4— 6 мкм. Длина призмы соответ­ствует толщине слоя эмали и даже превышает ее, так как она имеет извилистое направление. Эмалевые призмы, концентриру­ясь в пучки, образуют S-образ-ные изгибы. Вследствие этого на шлифах эмали выявляется опти­ческая неоднородность (темные или светлые полосы): в одном участке призмы срезаны в продольном направлении, в дру­гом — в поперечном (полосы Гунтера—Шрегера). Кроме того, на шлифах эмали, особенно после обработки кислотой, вид­ны линии, идущие в косом направлении и достигающие по­верхности эмали, — так называемые линии Ретциуса (рис. 3.16). Их образование связывают с цикличностью минерализации эма­ли в процессе ее развития. По существующим представлени­ям, в указанных участках минерализация менее выражена, и в процессе локального воздействия кислоты в линиях Ретци­уса наступают наиболее ранние и выраженные изменения.

Эмалевая призма имеет поперечную исчерченность, кото­рая отражает суточный ритм осложнений минеральных солей. Сама призма в поперечном сечении в большинстве случаев имеет аркадообразную форму или форму чешуи (рис. 3.17), но она может быть полигональной, округлой или гексаго­нальной формы.

Ранее считали, что вокруг каждой призмы имеется обо­лочка, содержащая большое количество органического ве­щества. С помощью более современных методик, в частно­сти электронной микроскопии, установлено, что межприз-менное вещество эмали состоит из таких же кристаллов, как и сама призма, но отличается их ориентацией.

Органическое вещество эмали обнаруживается в виде тончайших фибриллярных структур. Существует мнение, что

Рис. 3.17. Поперечный срез зачатка зуба с эмалевыми призмами аркадообразной формы. Электронная микрофотография, χ 10 000.

органические волокна определяют ориентацию кристаллов при­змы эмали.

У эмали зуба, кроме указанных образований, встреча­ются ламеллы, пучки и веретена (рис. 3.18). Ламеллы (пла­стинки) проникают в эмаль на значительную глубину, эмалевые пучки — на меньшую. Эмалевые веретена — от­ростки одонтобластов, проникающие в эмаль через денти-ноэмалевое соединение.

Основной структурной единицей призмы считаются кристаллы апатитоподобного происхождения, которые плотно прилежат друг к другу, но располагаются под уг­лом. Считают, что размер кристаллов с возрастом изме­няется, они становятся большими. Структура кристалла обусловлена размером элементарной ячейки. По ее разме­рам определяется природа кристалла. Это значит, что кристаллы гидроксиапатита и фторапатита имеют свои па­раметры.

Г. Н. Пахомов, занимающийся исследованием структуры кристал­лов, считает, что эмаль зубов состоит из апатитов многих типов, однако основным является гидроксиапатит — Са_ш(РО₄)₆(ОН)₂. Boves и Murray указывали следующий состав неорганического вещества в

56

Рис. 3.18. Поперечный шлиф зуба, х 100. 1 — эмалевая пластинка; 2 — эмалевый пучок.

эмали (в процентах): гидроксиапатит 75,04; карбонатапатит 12,06; хлорапатит 4,39; фторапатит 0,663; СаСО₃ 1,33; MgCO₃ 1,62. В соста­ве химических неорганических соединений кальций составляет 37 %, а фосфор — 17 %.

В состоянии эмали зуба важная роль принадлежит соот­ношению Са/Р, как элементов, составляющих основу эма­ли зуба. Это соотношение непостоянно и может изменять­ся под воздействием ряда факторов. Здоровая эмаль моло­дых людей имеет более низкий коэффициент Са/Р, чем эмаль зубов взрослых; этот показатель уменьшается при деминерализации эмали. Более того, возможны существен­ные различия соотношения Са/Р в пределах одного зуба, что послужило основанием для утверждения о неоднород­ности структуры эмали зуба и, следовательно, о неодно­родной подверженности различных участков поражению кариесом.

Для апатитов, каковыми являются кристаллы эмали зуба, молярное соотношение Са/Р составляет 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, равном 1,67, разрушение кристаллов про­исходит при выходе двух ионов Са²⁺, при соотношении 2,0 гидроксиапатит способен противостоять разрушению до

57

замещения 4 ионов Са²⁺, тогда как при соотношении Са/Р, равном 1,33, его структура разрушается. По существующим представлениям, коэффициент Са/Р можно использовать для оценки состояния эмали зуба.

В результате многочисленных исследований, проведен­ных как в нашей стране, так и за рубежом, установлено, что микроэлементы в эмали располагаются неравномерно. Отмечена большая концентрация в наружном слое фтора, свинца, цинка, железа при меньшем содержании в этом слое натрия, магния, карбонатов. Равномерно по слоям рас­пределяются стронций, медь, алюминий, калий.

Каждый кристалл эмали имеет гидратный слой связан­ных ионов (ОН), образующийся на поверхности раздела кристалл — раствор. Считают, что благодаря гидратному слою осуществляется ионный обмен, который может про­текать в виде гетероионного обмена, когда ион кристалла замещается другим ионом среды, и в виде изотопного обмена, при котором ион кристалла замещается таким же ионом.

В настоящее время установлено, что, кроме связанной воды (гидратная оболочка кристаллов), 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 г. В дальнейшем стали дифференцировать зубную жидкость, которая имеется в дентине, от эмалевой жидкости, заполняющей микропро­странства, объем которых составляет 0,1—0,2 % объема эмали. В исследованиях на удаленных зубах человека с ис­пользованием специальной методики подогрева показано, что через 2—3 ч после начала опыта на поверхности эмали образуются капельки «эмалевой жидкости». Движение жид­кости обусловлено силами капиллярности, а эмалевая жидкость служит переносчиком молекул и ионов (Bergman). Автор высказал предположение, что эмалевая жидкость играет биологическую роль не только в период развития эмали, но и в сформированном зубе.

Органическое вещество эмали представлено белками, липидами и углеводами. В белках эмали определены следу­ющие фракции: растворимая в кислотах ЭДТУ — 0,17 %, нерастворимая — 0,18 %, пептиды и свободные аминокис­лоты — 0,15 %. По аминокислотному составу эти белки, общее количество которых составляет 0,5 %, имеют при­знаки кератинов. Наряду с белком в эмали обнаружены липиды (0,6 %), цитраты (0,1 %), полисахариды (1,65 мг углеводов на 100 г эмали). Таким образом, эмаль имеет

58

Рис. 3.19. Шлиф корня зуба с дентинными канальцами.

х400.

следующий состав: неорганические вещества — 95 %, орга­нические — 1,2 %, вода — 3,8 %. В соответствии с данны­ми других авторов содержание органических веществ дости­гает 3 %.

Дентин (dentinum). Дентин, составляющий основную мас­су зуба, менее обызвествлен, чем эмаль. В нем содержится 70—72 % неорганического и 28—30 % органического веще­ства и воды. Основу неорганического вещества составляют фосфат кальция (гидроксиапатит), карбонат кальция и в небольшом количестве фторид кальция. В его составе име­ются также многие макро- и микроэлементы.

Органическое вещество дентина состоит из белков, ли-пидов и полисахаридов. Аминокислотный состав белков ти­пичен для коллагенов: большое количество глицина, про-лина, оксипролина и отсутствие серосодержащих амино­кислот.

Основное вещество дентина пронизано множеством ден-тинных трубочек (рис. 3.19), количество которых колеблет­ся от 30 000 до 75 000 на 1 мм² дентина. В дентинных тру­бочках (канальцах) циркулирует дентинная жидкость, ко­торая доставляет органические и неорганические вещества, участвующие в обновлении дентина.

59

В дентине происходят выраженные обменные процессы, что обусловлено его составом и структурой. В первую оче­редь это относится к белку дентина. Известно, что молеку­ла коллагена способна к обновлению аминокислотного состава. Наличие дентинных канальцев и циркулирующей в них дентинной жидкости создает необходимые условия для обмена органических и неорганических веществ. Клиничес­ким подтверждением наличия обменных процессов являет­ся изменение структуры и состава дентина при воздействии различных факторов на твердые ткани зуба: хронической механической травмы, химических, возрастных изменени-й и др. Гистологическими исследованиями установлено, что внутренние отделы околопульпарного дентина (преденти-на) коронки зуба имеют нервные окончания, которые являются чувствительными, а возможно, и эфферентными.

Большинство авторов считают, что нервные волокна в обызвествленный дентин на всю его толщину не проника­ют. Электронно-микроскопическими исследованиями также не установлено наличия нервных волокон в обызвествлен-ном дентине, что значительно затрудняет трактовку бес­спорного клинического факта — чувствительности дентина (передача боли при препарировании твердых тканей и воз­действии на них химических и температурных раздражите­лей).

Существуют две теории, пытающиеся объяснить эти факты. Avey, Repp (1959) установили, что дентинные от­ростки одонтобластов на всем протяжении содержат боль­шое количество ацетилхолинэстеразы, которая, как изве­стно, играет важную роль в передаче нервного импульса. На основании этого авторы предположили, что восприятие и передача болевых раздражений как раз и происходят по отросткам одонтобластов. Этим самым авторы наделили их свойством, которое присуще нервным волокнам. Branstrom (1966) выдвинул теорию гидродинамического механизма возникновения боли при воздействии раздражителей. Автор исходил из того, что дентин представляет собой ткань, пронизанную многочисленными трубочками, заполненны­ми дентинной жидкостью. Любое воздействие на дентин вызывает перемещение этой жидкости в рецепторный ап­парат пульпы зуба. Экспериментальными исследованиями установлено, что при высушивании поверхности дентина, а также при перегревании тканей зуба в процессе препа­рирования происходит перемещение ядра одонтобласта в отросток, что может свидетельствовать о выраженных фи­зико-химических изменениях в нем.

Цемент (cementum). Прослойка ткани, покрывающая ко-

60

рень зуба, состоит из 68 % неорганических и 32 % органи­ческих веществ. По химическому составу и структуре цемент напоминает грубоволокнистую кость. Основное вещество це­мента, пропитанное солями кальция, пронизано коллагено-выми волокнами, которые соединяются с такими же волок­нами костной ткани альвеолы. Различают бесклеточный це­мент, располагающийся по всей поверхности корня, и кле­точный, который покрывает верхушку корня, а в многокор­невых и область бифуркации. В отличие от кости цемент не имеет кровеносных сосудов.

Функция эмали зуба. При рассмотрении химического со­става и структуры эмали зуба выявляется ряд особеннос­тей, так как 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.

Эмаль зуба защищает дентин и пульпу от внешних меха­нических, химических и температурных раздражителей.

Только благодаря этому зуб осуществляет свое назначе­ние — откусывание и измельчение пищи. Структурные осо­бенности эмали — самой минерализованной и твердой ткани в организме — приобретены в процессе филогенеза.

Выделяют 4 стадии развития зубов в филогенезе (И.Г.Лукомский). В I стадии у низших позвоночных, главным образом у рыб, форма зуба коническая и представляет собой ороговевшие сосочки слизис­той оболочки — гомодонтный прикус. Во II стадии зубы по форме от­личаются друг от друга — гетеродонтный прикус. В III стадии (выс­шие позвоночные) проявляется четкое дифференцирование зубов. В IV стадии зубы человека — прикус начинает редуцироваться. Автор имеет в виду уменьшение количества зубов с 44 у животных до 32 у человека. При этом произошли выраженные изменения в составе и структуре тканей зуба.

Таким образом, в процессе эволюции была сформирована ткань, надежно защищающая подлежащие дентин и пульпу от любого рода раздражителей. Во время жевания зубы человека выдерживают значи­тельное давление. При сокращении жевательной мускулатуры давле­ние на зубы достигает 130 кг. Выдержать такое давление ткани зуба могут только при значительной твердости, что достигается благода­ря большой минерализации. При этом эмаль утратила ряд свойств, характерных для других тканей. Вследствие того, что в ней отсутству­ют нервные волокна и рецепторы, а также сосуды, она лишена спо­собности реагировать на всякого рода раздражители и восстанавли­вать утраченную часть ткани — способности регенерации. Наряду с этим эмаль в течение всей жизни человека способна поддерживать постоянство своего состава. Единственное сохранившееся свойство, которое играет важную роль в поддержании физиологических особен­ностей эмали, является проницаемость — способность пропускать воду и растворенные в ней ионы ряда веществ.

61

Рис.3.20. Проникновение радиоактивного

глицина в ткани зуба с его поверхности.

Авторадиограмма.

Явление проницаемости эмали зуба осуществляется благодаря омыванию зуба (эмали) снаружи ротовой жидкостью, со стороны пульпы — тканевой жидкостью и наличию пространств в эмали, за­полненных жидкостью.

Возможность проникновения красок, воды и некоторых ионов известна с конца прошлого и начала нашего столетия. Так, Bedecker утверждал, что зубная лимфа может проходить через эмаль, выполняя двойную функцию: нейтрализовать молоч­ную кислоту и медленно увеличивать плотность эмали зуба за счет содержащихся в ней минеральных солей.

В настоящее время проницаемость эмали изучена доволь­но подробно, что позволило пересмотреть ряд ранее суще­ствующих представлений. Если ранее считали, что вещества в эмаяь 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 (рис. 3.20). 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. Fosdicr указывает, что проницаемость есть главная причи­на созревания эмали зубов после прорезывания. По его мнению, в зубе проявляются обычные законы диффузии. При этом вода (эмалевая жидкость) проходит со стороны малой молекулярной концентрации в сторону высокой, а молекулы и диссоциированные ионы проходят со сторо­ны высокой концентрации в сторону низкой концентра­ции.

В настоящее время имеются бесспорные доказательства проникновения в эмаль и дентин зуба из слюны многих не­органических и органических веществ. Показано, что при нанесении на поверхность интактной эмали раствора радио­активного кальция (⁴⁵Са) он уже через 20 мин обнаружи­вался в поверхностном слое. При более длительном контакте раствора с зубом ⁴⁵Са проникал на всю глубину эмали до эмалево-дентинного соединения. В аналогичных исследова­ниях установлено включение радиоактивного фосфора в

62

а — контрольный зуб; б — после 30-минутной апплика­ции молочной кислоты (рН 4,5).

дентин и эмаль интактного зуба животного после внутри­венного введения или аппликации раствора Na₂HP³²O₄ на поверхность зуба.

Выявленные закономерности проникновения кальция и фосфора в эмаль зуба из слюны послужили теоретической предпосылкой для разработки метода реминерализации эма­ли, применяемой в настоящее время с целью профилакти­ки и лечения на ранней стадии кариеса.

В настоящее время установлено, что в эмаль зуба из слю­ны проникают многие неорганические ионы, причем не­которые из них обладают высокой степенью проницаемо­сти. Так, при нанесении раствора радиоактивного йодида калия (К^П11) на поверхность интактных клыков кошки он через 2 ч был обнаружен в щитовидной железе.

Длительное время считалось, что органические вещества не проникают в эмаль зуба. Однако при помощи радиоак­тивных изотопов было установлено проникновение в эмаль и даже дентин аминокислот, витаминов, токсинов через 2 ч после нанесения их на неповрежденную поверхность зубов собаки.

В настоящее время изучены некоторые закономернос­ти этого важного для эмали явления. Установлено, что уро­вень проницаемости может изменяться под воздействием ряда факторов. В значительной степени проницаемость зависит от проникающего агента. Одновалентные ионы более проницаемы, чем двухвалентные. Важное значение имеют заряд иона, рН среды, активность ферментов и др. Наряду с этим уровень проницаемости зависит и от струк­туры эмали. Так, проницаемость эмали постоянных зубов человека снижается с возрастом. Электрофорез, ультразву­ковые волны, низкое значение рН (рис. 3.21) усиливают проницаемость эмали. В значительной степени усиливает­ся проницаемость эмали под воздействием фермента гиа-луронидазы, количество которой в полости рта увеличи-

63

вается при наличии микроорганизмов. Особенно следует указать на изменение проницаемости эмали (увеличение) под зубным налетом. Еще более выраженное изменение проницаемости эмали наблюдается, если к зубному нале­ту имеет доступ сахароза.

Особого внимания заслуживает изучение распростране­ния ионов фтора в эмали. При аппликации раствора фто­рида натрия ионы фтора быстро проникают на небольшую глубину (несколько десятков микрометров) и, как счита­ют некоторые авторы, включаются в кристаллическую ре­шетку эмали. Следует отметить, что после обработки по­верхности эмали раствором фторида натрия проницаемость эмали резко снижается. Этот фактор имеет важное значе­ние для клиники, так как определяет последовательность обработки зуба в процессе реминерализующей терапии.

Механизм и пути проницаемости эмали. Эти вопросы до настоящего времени не нашли окончательного разрешения, хотя многие аспекты изучены достаточно подробно. В пер­вую очередь следует указать на наличие в эмали системы мельчайших пространств, в которые могут проникать не­большие молекулы.

Большинство исследователей считают, что основным ус­ловием проникновения в эмаль зуба различных ионов и ани­онов является разность осмотических давлений межклеточ­ной жидкости пульпы и ротовой жидкости на поверхность зуба. Так как слюна значительно богаче фосфатами, иона­ми кальция и другими ионами, чем интерстициальные жид­кости (эмалевая жидкость), ионы перемещаются из слюны в эмаль зуба. Процесс этот сложный и может изменяться под воздействием многих факторов: концентрации веществ, ферментативной активности, рН, механической нагрузки на зуб и др.

Глубина проникновения веществ зависит также от мно­гих факторов. Так, ионы кальция, фосфатов, фтора актив­но адсорбируются в поверхностных слоях эмали (при усло­вии их кратковременного контакта) в силу сродства про­никающих ионов к веществам, из которых состоит прони­цаемая структура.

Вызывает некоторое затруднение объяснение факта про­никновения на всю глубину эмали органических веществ (аминокислот глицина, лизина и др.) при нанесении их на поверхность эмали. Установлено, что органические вещества проникают с поверхности в глубокие слои по образовани­ям, содержащим большое количество органического веще­ства (ламеллы, веретена и др.). В эксперименте обнаружено проникновение органических веществ в эмаль только из

64

слюны. Аминокислоты, витамины со стороны дентина в эмаль не проникают.

При изучении процесса проникновения неорганических и органических веществ в эмаль зуба неизбежно встает вопрос о роли слюны — среды, в которой постоянно находится зуб, так как проникновение веществ в эмаль возможно только при наличии жидкой среды, при условии растворения веществ. Смачивание поверхности зуба слюной обусловливает физиологическое состояние твердых тканей (в частности, эмали) зуба, при котором поддерживается постоянство состава этой ткани и осуществляется выпол­нение ее основной функции — защиты подлежащих тка­ней от внешних раздражителей.

Созревание эмали зуба. Такое выражение широко распро­странено в зарубежной литературе и меньше — в нашей. Под созреванием подразумевается увеличение содержания каль­ция, фосфора, фтора и других компонентов и совершен­ствование структуры эмали зуба. Поводом для изучения этого вопроса послужили многочисленные наблюдения изменения зубов и особенно эмали после прорезывания. Одним из важных является тот факт, что у пожилых лю­дей зубы более устойчивы к действию деминерализующих растворов. При дальнейших исследованиях установлено, что минеральный состав и структура эмали и дентина с возра­стом изменяются. Считалось, что изменение химического состава зависит от поступления веществ через пульпу. Позднее выявлено, что изменение минерального состава эмали обусловлено поступлением из слюны различных ве­ществ.

В настоящее время установлено, что в эмали после про­резывания зуба происходит накопление кальция и фосфо­ра, наиболее активно — в первый год после прорезывания зуба, когда кальций и фосфор накапливаются во всех сло­ях различных зон эмали. В дальнейшем резко замедляется накопление фосфора, а после 3-летнего возраста — каль­ция. По мере созревания эмали и увеличения содержания минеральных компонентов растворимость поверхностного слоя эмали по показателям выхода в биоптат кальция и фосфора снижается. Установлена обратная зависимость между содержанием кальция и фосфора в эмали и карие­сом. Поверхность зуба, где эмаль содержит больше кальция и фосфора, значительно реже поражается кариесом, чем поверхность зуба, эмаль которого содержит меньшее коли­чество этих веществ.

В созревании эмали важная роль принадлежит фтору, ко­личество которого после прорезывания зуба постепенно уве-

3—698 65

личивается. Добавочное введение фтора снижает раствори­мость эмали и повышает ее твердость. Из других микроэле­ментов, влияющих на созревание эмали, следует указать на ванадий, молибден, стронций.

Механизм созревания эмали изучен недостаточно. Счита­ют, что при этом происходят изменения в кристаллической решетке, уменьшается объем микропространств в эмали, что приводит к увеличению ее плотности.

Данные о созревании эмали имеют важное значение в профилактике кариеса, так как по ним можно определить оптимальные сроки проведения обработки реминерализую-щими препаратами. При недостатке фтора в питьевой воде именно в период созревания эмали необходимо дополни­тельное введение фтора как внутрь, так и местно, что может быть осуществлено полосканием фторсодержащими растворами, чисткой зубов фторсодержащими пастами и другими способами.

Жизненность эмали. Вопрос о жизненности эмали нередко возникает и в настоящее время. Если рассматривать его в историческом аспекте (примерно в течение последних 100 лет), то можно выделить три периода. В конце прошлого и начале нашего столетия эмаль считали неживой тканью. В 40— 50-е годы появились работы И. Г. Лукомского, А. Э. Шарпе-нака и др., в которых приводились доводы в пользу того, что эмаль — живая ткань. Этот период характеризовался рез­ким изменением в подходе к поискам причин возникновения кариеса. В общих чертах его можно определить как период трактовки любых патологических изменений в эмали с по­зиций нарушения обменных процессов в организме. Исход­ной платформой при таком подходе являлось определение эмали как живой ткани, в которой происходит обмен ве­ществ, в том числе и обновление белкового компонента.

Для третьего периода, начавшегося после 1950 г., харак­терно детальное изучение структуры и процессов, происхо­дящих в эмали, на основании которых было сделано заклю­чение, что в эмали не обнаруживаются признаки биологи­ческого обмена, а протекающие в ней процессы объяснимы физико-химическими законами. Так, в эмаль неорганические и органические вещества в основном проникают из слюны, и в эмали не обнаружено обновления белковых молекул.