БИОХИМИЯ СОЕДЕНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ: СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ФУНКЦИИ, РЕГУЛЯЦИЯ, ПАТОЛОГИЯ. БИОХИМИЯ ТКАНЕЙ ЗУБА: СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ФУНКЦИИ, РЕГУЛЯЦИЯ, ПАТОЛОГИЯ. 

БИОХИМИЯ СЛЮНЫ: ПРОИСХОЖДЕНИЕ, ФУНКЦИИ, ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ, РЕГУЛЯЦИЯ И ПАТОЛОГИЯ СЛЮНОВЫДЕЛЕНИЯ.

 

МЫШЕЧНАЯ ТКАНЬ

Мышечная ткань составляет 40–42% от массы тела. Основная динамическая функция мышц – обеспечить подвижность путем сокращения и последующего расслабления. При сокращении мышц осуществляется работа, связанная с превращением химической энергии в механическую.

Различают три типа мышечной ткани: скелетную, сердечную и гладкую мышечную ткань.

Существует также деление на гладкие и поперечно-полосатые (исчерченные) мышцы. К поперечно-полосатым мышцам, помимо скелетных, относятся мышцы языка и верхней трети пищевода, внешние мышцы глазного яблока и некоторые другие. Морфологически миокард относится к поперечно-полосатой мускулатуре, но по ряду других признаков он занимает промежуточное положение между гладкими и поперечно-полосатыми мышцами.

МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПОПЕРЕЧНО-ПОЛОСАТОЙ МЫШЦЫ

Поперечно-полосатая мышца состоит из многочисленных удлиненных волокон , или мышечных клеток. Двигательные нервы входят в различных точках в мышечное волокно и передают ему электрический импульс, вызывающий сокращение. Мышечное волокно обычно рассматривают как многоядерную клетку гигантских размеров, покрытую эластичной оболочкой – сарколеммой (рис. 20.1). Диаметр функционально зрелого поперечно-полосатого мышечного волокна обычно составляет от 10 до 100 мкм, а длина волокна часто соответствует длине мышцы.

В каждом мышечном волокне в полужидкой саркоплазме по длине волокна расположено, нередко в форме пучков, множество нитевидных образований – миофибрилл (толщина их обычно менее 1 мкм), обладающих, как и все волокно в целом, поперечной исчерченностью. Поперечная исчерченность волокна, зависящая от оптической неоднородности белковых веществ, локализованных во всех миофибриллах на одном уровне, легко выявляется при исследовании волокон скелетных мышц в поляризационном или фазово-контрастном микроскопе.

http://www.youtube.com/watch?v=83yNoEJyP6g

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОПЕРЕЧНО-ПОЛОСАТОЙ МЫШЦЫ

В мышечной ткани взрослых животных и человека содержится от 72 до 80% воды. Около 20–28% от массы мышцы приходится на долю сухого остатка, главным образом белков. Помимо белков, в состав сухого остатка входят гликоген и другие углеводы, различные липиды, экстрактивные азотсодержащие вещества, соли органических и неорганических кислот и другие химические соединения.

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1338.jpg

Рис. Структура волокна скелетной мышцы (по Гассельбаху).

I - А-диск; II - I-диск; III - Н-зона; 1 - Z-линия; 2 - Т-система; 3 - саркоплазматическая сеть; 4 - устье Т-системы; 5 - гликоген; 6 - митохондрия; 7 - сарколемма.

 

http://www.youtube.com/watch?v=XoP1diaXVCI&feature=relmfu

В саркоплазме мышечных волокон обнаруживается и ряд других структур: митохондрии, микросомы, рибосомы, трубочки и цистерны саркоплазматической сети, различные вакуоли, глыбки гликогена и включения липидов, играющие роль запасных энергетических материалов, и т.д.

http://www.youtube.com/watch?v=InIha7bCTjM&feature=related

Повторяющимся элементом поперечно-полосатой миофибриллы является саркомер – участок миофибриллы, границами которого служат узкие Z-линии. Каждая миофибрилла состоит из нескольких сот саркомеров. Средняя длина саркомера 2,5–3,0 мкм. В середине саркомера находится зона протяженностью 1,5–1,6 мкм, темная в фазово-контрастном микроскопе. В поляризованном свете она дает сильное двойное лучепреломление. Эту зону принято называть диском А (анизотропный диск). В центре диска А расположена линия М, которую можно наблюдать только в электронном микроскопе. Среднюю часть диска А занимает зона Н более слабого двойного лучепреломления. Наконец, существуют изотропные диски, или диски I, с очень слабым двойным лучепреломлением. В фазово-контраст-ном микроскопе они кажутся более светлыми, чем диски А. Длина дисков I около 1 мкм. Каждый из них разделен на две равные половины Z-мембраной, или Z-линией.

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1340.jpg

Рис. Строение саркомера скелетной мышцы.

а - схематическое изображение структуры саркомера; б - расположение толстых и тонких нитей (поперечное сечение).

http://www.youtube.com/watch?v=U2TSaz8-yNQ&feature=related

 

Согласно современным представлениям, в дисках А расположены толстые нити, состоящие главным образом из белка миозина, и тонкие нити, состоящие, как правило, из второго компонента актомиозиновой системы – белка актина. Тонкие (актиновые) нити начинаются в пределах каждого саркомера у Z-линии, тянутся через диск I, проникают в диск А и прерываются в области зоны Н (рис.).

При исследовании тонких срезов мышц под электронным микроскопом было обнаружено, что белковые нити расположены строго упорядоченно. Толстые нити диаметром 12–16 нм и длиной примерно 1,5 мкм уложены в форме шестиугольника диаметром 40–50 нм и проходят через весь диск А. Между этими толстыми нитями расположены тонкие нити диаметром 8 нм, простираясь от Z-линии на расстояние около 1 мкм. Изучение мышцы в состоянии сокращения показало, что диски I в ней почти исчезают, а область перекрывания толстых и тонких нитей увеличивается (в скелетной мышце в состоянии сокращения саркомер укорачивается до 1,7–1,8 мкм).

Согласно модели, предложенной Э. Хаксли и Р. Нидергерке, а также X. Хаксли и Дж. Хенсон, при сокращении миофибрилл одна система нитей проникает в другую, т.е. нити начинают как бы скользить друг по другу, что и является причиной мышечного сокращения.

Мышечные белки

А.Я. Данилевский впервые разделил экстрагируемые из мышц белки на 3 класса: растворимые в воде, экстрагируемые 8–12 % раствором хлорида аммония и белки, извлекаемые разбавленными растворами кислот и щелочей. В настоящее время белки мышечной ткани делят на три основные группы: саркоплазматические, миофибриллярные и белки стромы. На долю первых приходится около 35%, вторых – 45% и третьих – 20% от всего количества мышечного белка. Эти группы белков резко отличаются друг от друга по растворимости в воде и солевых средах с различной ионной силой.

Белки, входящие в состав саркоплазмы, относятся к протеинам, растворимым в солевых средах с низкой ионной силой. Принятое ранее подразделение саркоплазматических белков на миоген, глобулин X, миоальбумин и белки-пигменты в значительной мере утратило смысл, поскольку существование глобулина X и миогена как индивидуальных белков в настоящее время отрицается. Установлено, что глобулин X представляет собой смесь различных белковых веществ со свойствами глобулинов. Термин «миоген» также является собирательным понятием. В частности, в состав белков группы миогена входит ряд протеинов, наделенных ферментативной активностью: например, ферменты гликолиза. К числу саркоплазмати-ческих белков относятся также дыхательный пигмент миоглобин и разнообразные белки-ферменты, локализованные главным образом в митохондриях и катализирующие процессы тканевого дыхания, окислительного фосфорилирования, а также многие стороны азотистого и липидного обмена. Недавно была открыта группа саркоплазматических белков – пар-вальбумины, которые способны связывать ионы Са2+. Их физиологическая роль остается еще неясной.

К группе миофибриллярных белков относятся миозин, актин и актомио-зин – белки, растворимые в солевых средах с высокой ионной силой, и так называемые регуляторные белки: тропомиозин, тропонин, α- и β-актинин, образующие в мышце с актомиозином единый комплекс. Перечисленные миофибриллярные белки тесно связаны с сократительной функцией мышц.

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1344.jpg

Рис. Строение молекулы миозина. Объяснение в тексте.

http://www.youtube.com/watch?v=gJ309LfHQ3M

 

Миозин составляет 50–55% от сухой массы миофибрилл. Представление о миозине как о главном белке миофибрилл сложилось в результате работ А.Я. Данилевского, О. Фюрта, Э. Вебера и ряда других исследователей. Однако всеобщее внимание к миозину было привлечено лишь после опубликования работ В.А. Энгельгардта и М.Н. Любимовой (1939– 1942). В этих работах впервые было показано, что миозин обладает АТФазной активностью, т.е. способностью катализировать расщепление АТФ на АДФ и Н3РО4. Химическая энергия АТФ, освобождающаяся в ходе данной ферментативной реакции, превращается в механическую энергию сокращающейся мышцы. Молекулярная масса миозина скелетных мышц около 500000 (для миозина кролика 470000). Молекула миозина имеет сильно вытянутую форму, длину 150 нм. Она может быть расщеплена без разрыва ковалентных связей на субъединицы: две тяжелые полипептидные цепи с мол. массой 205000–210000 и несколько коротких легких цепей, мол. масса которых около 20000. Тяжелые цепи образуют длинную закрученную α-спираль («хвост» молекулы), конец каждой тяжелой цепи совместно с легкими цепями создает глобулу («головка» молекулы), способную соединяться с актином. Эти «головки» выдаются из основного стержня молекулы. Легкие цепи, находящиеся в «головке» миозиновой молекулы и принимающие участие в проявлении АТФазной активности миозина, гетерогенны по своему составу. Количество легких цепей в молекуле миозина у различных видов животных и в разных типах мышц неодинаково. Кратковременная обработка трипсином расщепляет молекулу миозина на два фрагмента. Из хвостового участка (С-концевой участок молекулы) образуется легкий меромиозин (ЛММ) - фрагмент длиной 90 нм, а из остальной части, включающей «головки»,- тяжелый меромиозин (ТММ). ЛММ, подобно миозину, образует нити, однако он не обладает АТФазной активностью и не связывает актин. ТММ катализирует гидролиз АТФ и связывает актин. ТММ можно расщепить далее путем более длительной обработки трипсином или папаином, в результате чего получается один S2-фрагмент длиной 40 нм с мол. массой 62000 и два S1-фрагмента с мол. массой 110000, представляющие собой «головки» миозина.

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://images.nature.web.ru/nature/2001/01/25/0001159499/2.gif

Рис. Строение молекулы миозина (а) и тонкой нити (б ). В расслабленной мышце тропомиозин препятствует взаимодействию головки миозина с актином. Внизу (в) схематически показано различие геометрических характеристик моторных участков молекул миозина трех разных типов

 

Толстые нити (толстые миофиламенты) в саркомере надо понимать как образование, полученное путем соединения большого числа определенным образом ориентированных в пространстве молекул миозина (рис. 20.4).

Актин, составляющий 20% от сухой массы миофибрилл, был открыт Ф. Штраубом в 1942 г. Известны две формы актина: глобулярный актин (G-актин) и фибриллярный актин (F-актин). Молекула G-актина с мол. массой 42000 состоит из одной полипептидной цепочки (глобула), в образовании которой принимают участие 374 аминокислотных остатка. При повышении ионной силы до физиологического уровня G-актин полиме-ризуется в F-актин (фибриллярная форма). На электронных микрофотографиях волокна F-актина выглядят как две нити бус, закрученных одна вокруг другой.

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1346.jpg

Рис. Строение толстого миозинового филамента.

 

Актомиозин образуется при соединении миозина с F-актином. Ак-томиозин, как естественный, так и искусственный, т.е. полученный путем соединения in vitro высокоочищенных препаратов миозина и F-актина, обладает АТФазной активностью, которая отличается от таковой миозина, АТФазная активность миозина значительно возрастает в присутствии стехиометрических количеств F-актина. Фермент актомиозин активируется ионами Mg2+и ингибируется этилендиаминтетраацетатом (ЭДТА) и высокой концентрацией АТФ, тогда как миозиновая АТФаза ингибируется ионами Mg2+, активируется ЭДТА и не ингибируется высокой концентрацией АТФ. Оптимальные значения рН для обоих ферментов также различны. Как отмечалось, кроме рассмотренных основных белков, в миофибрил-лах содержатся также тропомиозин, тропонин и некоторые другие ре-гуляторные белки. Тропомиозин был открыт К. Бейли в 1946 г. Молекула тропомиозина состоит из двух α-спиралей и имеет вид стержня длиной 40 нм; его мол. масса 65000. На долю тропомиозина приходится около 4–7% всех белков миофибрилл.

Тропонин – глобулярный белок, открытый С. Эбаси в 1963 г.; его мол. масса 80000. В скелетных мышцах взрослых животных и человека тропонин (Тн) составляет лишь около 2% от всех миофибриллярных белков. В его состав входят три субъединицы (Тн-I, Тн-С, Тн-Т). Тн-I (ингибирующий) может ингибировать АТФазную активность, ТН-С (кальцийсвязывающий) обладает значительным сродством к ионам кальция, Тн-Т (тропомиозин-связывающий) обеспечивает связь с тропомиозином. Тропонин, соединяясь с тропомиозином, образует комплекс, названный нативным тропомиози-ном. Этот комплекс прикрепляется к актиновым филаментам и придает актомиозину скелетных мышц позвоночных чувствительность к ионам Са2+ . Установлено, что тропонин (его субъединицы Тн-Т и Тн-I) способен фосфорилироваться при участии цАМФ-зависимых протеинкиназ. Вопрос о том, имеет ли отношение фосфорилирование тропонина in vitro к регуляции мышечного сокращения, остается пока открытым. Белки стромы в поперечно-полосатой мускулатуре представлены в основном коллагеном и эластином. Известно, что строма скелетных мышц, остающаяся после исчерпывающей экстракции мышечной кашицы солевыми растворами с высокой ионной силой, состоит в значительной мере из соединительнотканных элементов стенок сосудов и нервов, а также сарколеммы и некоторых других структур.

http://www.youtube.com/watch?v=ren_IQPOhJc

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1348.jpg

Рис. Структура тонкого филамента.

1 - актин; 2 - тропомиозин; 3 - тропонин С; 4 - тропонин I; 5 - тропонин Т.

Небелковые азотистые экстрактивные вещества

В скелетных мышцах содержится ряд важных азотистых экстрактивных веществ: адениновые нуклеотиды (АТФ, АДФ и АМФ), нуклеотиды неаденинового ряда, креатинфосфат, креатин, креатинин, карнозин, ансерин, свободные аминокислоты и др. Концентрация адениновых нуклеотидов в скелетной мускулатуре кролика (в микромолях на 1 г сырой массы ткани) составляет: АТФ – 4,43, АДФ – 0,81, АМФ – 0,93. Количество нуклеотидов неаденинового ряда (ГТФ, УТФ, ЦТФ и др.) в мышечной ткани по сравнению с концентрацией адениновых нуклеотидов очень мало. На долю креатина и креатинфосфата приходится до 60% небелкового азота мышц. Креатинфосфат и креатин относятся к тем азотистым экстрактивным веществам мышц, которые участвуют в химических процессах, связанных с мышечным сокращением. К азотистым веществам мышечной ткани принадлежат имидазолсодержащие дипептиды карнозин и ансерин. Карнозин был открыт В.С. Гулевичем в 1900 г.; метилированное производное карнозина ансерин был обнаружен в мышечной ткани несколько позже.

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1350.jpg

Карнозиниансерин – специфические азотистые вещества скелетной мускулатуры позвоночных. Они увеличивают амплитуду мышечного сокращения, предварительно сниженную утомлением. Работами акад. С.Е. Северина показано, что имидазолсодержащие дипептиды не влияют непосредственно на сократительный аппарат, но увеличивают эффективность работы ионных насосов мышечной клетки.

Среди свободных аминокислот в мышцах наиболее высока концентрация глутаминовой кислоты (до 1,2 г/кг) и ее амида глутамина (0,8–1,0 г/кг). В состав различных клеточных мембран мышечной ткани входит ряд фосфоглицеридов: фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин и др. Кроме того, фосфоглицериды принимают участие в обменных процессах, в частности, в качестве субстратов тканевого дыхания. Другие азотсодержащие вещества: мочевина, мочевая кислота, аденин, гуанин, ксантин и гипоксантин – встречаются в мышечной ткани в небольшом количестве и, как правило, являются либо промежуточными, либо конечными продуктами азотистого обмена.

Безазотистые вещества

Одним из основных представителей безазотистых органических веществ мышечной ткани является гликоген. Его концентрация колеблется от 0,3 до 2% и выше. На долю других представителей углеводов приходятся десятые и сотые доли процента. В мышцах находят лишь следы свободной глюкозы и очень мало гексозофосфатов. В процессе метаболизма глюкозы, а также аминокислот в мышечной ткани образуются молочная, пиро-виноградная кислоты и много других карбоновых кислот. В том или ином количестве в мышечной ткани обнаруживаются также триглицериды и холестерин.

Состав неорганических солей в мышцах разнообразен. Из катионов больше всего калия и натрия. Калий сосредоточен главным образом внутри мышечных волокон, а натрий – преимущественно в межклеточном веществе. Значительно меньше в мышцах магния, кальция и железа. В мышечной ткани содержится ряд микроэлементов: кобальт, алюминий, никель, бор, цинк и др.

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА СЕРДЕЧНОЙ МЫШЦЫ И ГЛАДКОЙ МУСКУЛАТУРЫ

Описание: Описание: Коронарные артерии снабжают сердце насыщенной кислородом кровью. При блокировании их холестериновыми бляшками ткани сердечной мышцы погибают, что ведет к инфаркту. Рисунок с сайта heartonline.org

Сердечная мышца по содержанию ряда химических соединений занимает промежуточное положение между скелетной мускулатурой и гладкими мышцами. Так, общее содержание белкового азота в скелетных мышцах кролика составляет 30–31 мг/г, а в гладкой мускулатуре (миометрий) – до 20,3 мг/г. В сердечной мышце и особенно в гладких мышцах значительно меньше миофибриллярных белков, чем в скелетной мышце. Общее содержание миофибриллярных белков в гладкой мышечной ткани желудка примерно в 2 раза ниже, чем в скелетных мышцах. Концентрация белков стромы в гладких мышцах и миокарде выше, чем в скелетной мускулатуре. Известно, что миозин, тропомиозин и тропонин сердечной мышцы и гладкой мускулатуры заметно отличаются по своим физико-химическим свойствам от соответствующих белков скелетной мускулатуры. Отмечены определенные особенности и во фракциях саркоплазматических белков. Саркоплазма гладкой мускулатуры и миокарда в процентном отношении содержит больше миоальбумина, чем саркоплазма скелетной мускулатуры. Содержание АТФ в сердечной мышце на 1 г ткани (2,60 мкмоль) ниже, чем в скелетной (4,43 мкмоль), и выше, чем в гладкой мускулатуре (1,38 мкмоль). По содержанию гликогена сердечная мышца также занимает промежуточное положение между скелетной и гладкой мускулатурой. По данным С.Е. Северина (1965), как в сердечной, так и в гладкой мускулатуре обнаруживаются лишь следы ансерина и карнозина (не более 0,1 г на 1 кг сырой массы).

Имеется определенная зависимость между характером работы мышц и содержанием фосфоглицеридов. Миокард по сравнению с другими мышечными тканями богаче фосфоглицеридами, при окислении которых, по-видимому, вырабатывается значительная часть энергии, необходимой для его сокращения.

http://www.youtube.com/watch?v=-pg09F5V63U&feature=related

 

ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ В ОНТОГЕНЕЗЕ

Эмбриональная мышечная ткань по своему химическому составу значительно отличается от скелетной мускулатуры взрослых особей. В мышцах эмбрионов больше воды, чем в функционально зрелой мускулатуре. Соответственно общее содержание белка в мышечной ткани эмбрионов в пересчете на сырую ткань оказывается более низким, чем в мышцах животных того же вида в постнатальном периоде развития. По сравнению с мышцами взрослого организма в функционально незрелой мышце ниже содержание миофибриллярных белков (миозина и актомиозина) и выше – белков стромы, миоальбумина, а также глобулинов. По мере развития плода количество миофибриллярных белков увеличивается и возрастает АТФазная активность в мышечных экстрактах. Для эмбриональной мышечной ткани характерно высокое содержание нуклеопротеинов, а также РНК и ДНК. По мере развития эмбриона количество нуклеопротеинов и нуклеиновых кислот в мышечной ткани быстро уменьшается. Высокоэнергетических соединений (АТФ и креатинфосфат) в функционально незрелой мышце значительно меньше, чем в мышцах зрелых особей. Имидазолсодержащие дипептиды (ансерин и кар-нозин) появляются в мышечной ткани в строго определенный период онтогенеза. Время появления этих дипептидов тесно связано с мышечной функцией и совпадает с формированием рефлекторной дуги, обеспечивающей возможность двигательного рефлекса, появлением Са2+-чувстви-тельности актомиозина и началом работы ионных насосов. Имеются также характерные особенности в ферментных и изоферментных спектрах эмбриональной мышечной ткани. Так, установлено, что в ходе онтогенеза изменяется изоферментный спектр ЛДГ. В экстрактах из скелетных мышц 3–5-месячного эмбриона на долю изоферментов ЛДГ3 и ЛДГ2 приходится соответственно 40 и 31% от общей активности ЛДГ. В процессе эмбрионального развития в скелетной мускулатуре происходят постепенное возрастание активности катодных и снижение активности анодных изофер-ментов ЛДГ, так что у взрослых особей в скелетной мускулатуре наибольшей активностью обладают уже изоферменты ЛДГ5 и ЛДГ4. В процессе развития плода изменяется также изоферментный спектр гексокиназы в мышечной ткани: повышается активность изофермента I и снижается активность изофермента II. Приведенные данные об изменении химического состава мышечной ткани в онтогенезе относятся почти исключительно к скелетной мускулатуре.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ БИОХИМИЯ МЫШЦ

Мышечный аппарат человека и животных характеризуется полифункциональностью. Однако основной функцией мышц является осуществление двигательного акта, т.е. сокращение и расслабление. При сокращении мышц осуществляется работа, связанная с превращением химической энергии в механическую. В данном разделе в основном рассматривается структурная основа процесса сокращения поперечно-полосатых мышц позвоночных, поскольку этот процесс изучен наиболее полно. Как отмечалось, сократительная система поперечно-полосатой мышцы состоит из перекрывающихся белковых нитей, которые скользят относительно друг друга. Сокращение происходит за счет энергии, освобождающейся при гидролизе АТФ. В поперечно-полосатой мышце сокращение зависит от концентрации ионов Са2+, которая в свою очередь регулируется сарко-плазматическим ретикулумом – специализированной системой мембран, накапливающей Са2+ в состоянии покоя и высвобожающей его при воздействии на мышечное волокно нервного импульса.

Источники энергии мышечной деятельности

Принято считать, что процессом, непосредственно связанным с работающим механизмом поперечно-полосатого мышечного волокна, является распад АТФ с образованием АДФ и неорганического фосфата. Возникает вопрос: каким образом мышечная клетка может обеспечить свой сократительный аппарат достаточным количеством энергии в форме АТФ, т.е. каким образом в процессе мышечной деятельности происходит непрерывный ресинтез этого соединения?

Прежде всего ресинтез АТФ обеспечивается трансфосфорилированием АДФ с креатинфосфатом. Данная реакция катализируется ферментом креатинкиназой:

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1352.jpg

Креатинкиназный путь ресинтеза АТФ является чрезвычайно быстрым и максимально эффективным (за счет каждой молекулы креатинфосфата образуется молекула АТФ). Именно поэтому долгое время не удавалось установить уменьшение концентрации АТФ и соответственно повышение концентрации АДФ даже при достаточно продолжительном тетанусе. Применив специфический ингибитор креатинкиназы (1-фтор-2,4-динитро-фенол), а также с помощью агентов, препятствующих окислительному фосфорилированию АДФ в АТФ, Т. Кейн и соавт. (1962) смогли продемонстрировать прямой распад АТФ с одновременным приростом неорганического фосфата и АДФ при одиночном сокращении изолированной мышцы лягушки. Некоторое количество АТФ может ресинтезироваться в ходе аденилаткиназной (миокиназной) реакции:

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1354.jpg

Запасы креатинфосфата в мышце невелики, а доступность энергии креатинфосфата имеет ценность для работающей мышцы только в том случае, если расход его постоянно возмещается синтезом АТФ в процессе метаболизма. Для любой ткани, в том числе мышечной, известны два фундаментальных биохимических процесса, в ходе которых регенерируются богатые энергией фосфорные соединения. Один из этих процессов – гликолиз, другой – окислительное фосфорилирование. Наиболее важным и эффективным из них является последний. При достаточном снабжении кислородом мышца, несмотря на анаэробный механизм сокращения, в конечном итоге работает за счет энергии, образующейся при окислении (в цикле Кребса) как продуктов распада углеводов, так и ряда других субстратов тканевого дыхания, в частности жирных кислот, а также ацетата и ацетоацетата.

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1356.jpg

Рис. Перенос энергии из митохондрий в цитоплазму клетки миокарда (схема по В.А. Саксу и др.).

а - наружная мембрана; б - внутренняя мембрана; Кр - креатин; Крф - креатинфосфат; КК -креатинкиназа; Т - транслоказа.

В последнее время появились данные, доказывающие, что креатинфосфат в мышечной ткани (в частности, в сердечной мышце) способен выполнять не только роль как бы депо легкомобилизуемых макроэргических фосфатных групп, но также роль транспортной формы макроэргических фосфатных связей, образующихся в процессе тканевого дыхания и связанного с ним окислительного фосфорилирования. Предложена схема переноса энергии из митохондрий в цитоплазму клетки миокарда. АТФ, синтезированный в матриксе митохондрий, переносится через внутреннюю мембрану с участием специфической АТФ–АДФ-транслоказы на активный центр митохондриального изофермента креатинкиназы, который расположен на внешней стороне внутренней мембраны; в межмембранном пространстве (в присутствии ионов

 Mg2+) при наличии в среде креатина образуется равновесный тройной фермент-субстратный комплекс креатин–креатинкиназа–АТФ–Mg2+, который затем распадается с образованием креатинфосфата и АДФ–Mg2+. Креатинфосфат диффундирует в цитоплазму, где используется в миофибриллярной креатинкиназной реакции для рефосфорилирования АДФ, образовавшегося при сокращении. Высказываются предположения, что не только в сердечной мышце, но и в скелетной мускулатуре имеется подобный путь транспорта энергии из митохондрий в миофибриллы.

При работе умеренной интенсивности мышца может покрывать свои энергетические затраты за счет аэробного метаболизма. Однако при больших нагрузках, когда возможность снабжения кислородом отстает от потребности в нем, мышца вынуждена использовать гликолитический путь снабжения энергией. При интенсивной мышечной работе скорость расщепления гликогена или глюкозы с образованием молочной кислоты увеличивается в сотни раз. Соответственно содержание молочной кислоты в мышечной ткани может повышаться до 1,0–1,2 г/кг и более. С током крови значительное количество молочной кислоты поступает в печень, где ресинтезируется в глюкозу и гликоген (глюконеогенез) за счет энергии окислительных процессов (см. главу 16). Перечисленные механизмы ресин-теза АТФ при мышечной деятельности включаются в строго определенной последовательности. Наиболее экстренным является креатинкиназный механизм, и лишь примерно через 20 с максимально интенсивной работы начинается усиление гликолиза, интенсивность которого достигает максимума через 40–80 с. При более длительной, а следовательно, и менее интенсивной работе все большее значение приобретает аэробный путь ресинтеза АТФ.

Содержание АТФ и креатинфосфата в сердечной мышце ниже, чем в скелетной мускулатуре, а расход АТФ велик. В связи с этим ресинтез АТФ в миокарде должен происходить намного интенсивнее, чем в скелетной мускулатуре. Для сердечной мышцы теплокровных животных и человека основным путем образования богатых энергией фосфорных соединений является путь окислительного фосфорилирования, связанный с поглощением кислорода. Регенерация АТФ в процессе анаэробного расщепления углеводов (гликолиз) в сердце человека практического значения не имеет. Именно поэтому сердечная мышца очень чувствительна к недостатку кислорода. Характерной особенностью обмена веществ в сердечной мышце по сравнению со скелетной является также то, что аэробное окисление веществ неуглеводной природы при работе сердечной мышцы имеет большее значение, чем при сокращении скелетной мышцы. Только 30–35% кислорода, поглощаемого сердцем в норме, расходуется на окисление углеводов и продуктов их превращения. Главным субстратом дыхания в сердечной мышце являются жирные кислоты. Окисление неуглеводных веществ обеспечивает около 65–70% потребности миокарда в энергии. Из свободных жирных кислот в сердечной мышце особенно легко подвергается окислению олеиновая кислота.

Механизм мышечного сокращения

Рассмотрим, к чему сводятся представления о механизме попеременного сокращения и расслабления мышц. В настоящее время принято считать, что биохимический цикл мышечного сокращения состоит из 5 стадий (рис. 20.8):

1) миозиновая «головка» может гидролизовать АТФ до АДФ и Н3РО4 (Pi), но не обеспечивает освобождения продуктов гидролиза. Поэтому данный процесс носит скорее стехиометрический, чем каталитический, характер (см. рис.);

2) содержащая АДФ и Н3РО4 миозиновая «головка» может свободно вращаться под большим углом и (при достижении нужного положения) связываться с F-актином, образуя с осью фибриллы угол около 90° (см. рис.);

3) это взаимодействие обеспечивает высвобождение АДФ и Н3РО4 из актин-миозинового комплекса. Актомиозиновая связь имеет наименьшую энергию при величине угла 45°, поэтому изменяется угол миозина с осью фибриллы с 90° на 45° (примерно) и происходит продвижение актина (на 10–15 нм) в направлении центра саркомера (см. рис.);

4) новая молекула АТФ связывается с комплексом миозин–F-актин (см. рис.) ;

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1358.jpg

Рис. Биохимический цикл мышечного сокращения. Объяснение в тексте.

5) комплекс миозин–АТФ обладает низким сродством к актину, и поэтому происходит отделение миозиновой (АТФ) «головки» от F-актина. Последняя стадия и есть собственно расслабление, которое отчетливо зависит от связывания АТФ с актин-миозиновым комплексом (см. рис. 20.8, д). Затем цикл возобновляется.

http://www.youtube.com/watch?v=HcWX-b07qqM&feature=related

Регуляция сокращения и расслабления мышц. Сокращение любых мышц происходит по общему механизму, описанному ранее. Мышечные волокна разных органов могут обладать различными молекулярными механизмами регуляции сокращения и расслабления, однако всегда ключевая регуляторная роль принадлежит ионам Са2+. Установлено, что миофибриллы обладают способностью взаимодействовать с АТФ и сокращаться в его присутствии лишь при наличии в среде определенных концентраций ионов кальция . Наибольшая сократительная активность наблюдается при концентрации ионов Са2+ около 10–6–10–5 М. При понижении концентрации до 10–7 М или ниже мышечные волокна теряют способность к укорочению и развитию напряжения в присутствии АТФ. По современным представлениям, в покоящейся мышце (в миофибриллах и межфибриллярном пространстве) концентрация ионов Са2+ поддерживается ниже пороговой величины в результате связывания их структурами (трубочками и пузырьками) саркоплазматической сети и так называемой Т-системой при участии особого Са2+-связывающего белка, получившего название кальсеквестрина, входящего в состав этих структур. Связывание ионов Са2+ разветвленной сетью трубочек и цистерн саркоплазматической сети не является простой адсорбцией. Это активный физиологический процесс, который осуществляется за счет энергии, освобождающейся при расщеплении АТФ Са2+-зависимой АТФазой саркоплазматической сети. При этом наблюдается весьма своеобразная картина: скорость выкачивания ионов Са2+ из межфибриллярного пространства стимулируется этими же ионами. В целом такой механизм получил название «кальциевая помпа» по аналогии с хорошо известным в физиологии натриевым насосом. Возможность пребывания живой мышцы в расслабленном состоянии при наличии в ней достаточно высокой концентрации АТФ объясняется снижением в результате действия кальциевой помпы концентрации ионов Са2+ в среде, окружающей миофибриллы, ниже того предела, при котором еще возможны проявление АТФазной активности и сократимость акто-миозиновых структур волокна. Быстрое сокращение мышечного волокна при его раздражении от нерва (или электрическим током) является результатом внезапного изменения проницаемости мембран и как следствие выхода из цистерн и трубочек саркоплазматической сети и Т-системы некоторого количества ионов Са2+ в саркоплазму. Как отмечалось, «чувствительность» актомиозиновой системы к ионам Са2+ (т.е. потеря актомиозином способности расщеплять АТФ и сокращаться в присутствии АТФ при снижении концентрации ионов Са2+ до 10–7 М) обусловлена присутствием в контрактильной системе (на нитях F-акти-на) белка тропонина, связанного с тропомиозином. В тропонин-тропомио-зиновом комплексе ионы Са2+ связываются именно с тропонином. В молекуле тропонина при этом происходят конформационные изменения, которые, по-видимому, приводят к сдвигу всего тропонин-тропомиози-нового стержня и деблокировке активных центров актина, способных взаимодействовать с миозином с образованием сократительного комплекса и активной Mg2+-АТФазы. В продвижении актиновых нитей вдоль миозиновых, по данным Э. Хаксли, важную роль играют временно замыкающиеся между нитями поперечные мостики, которые являются «головками» миозиновых молекул. Итак, чем большее число мостиков прикреплено в данный момент к акти-новым нитям, тем больше сила мышечного сокращения.

Наконец, если возбуждение прекращается, содержание ионов Са2+ в саркоплазме снижается (кальциевая помпа), то циклы прикрепление–освобождение прекращаются, т.е. «головки» миозиновых нитей перестают прикрепляться к актиновым нитям. В присутствии АТФ мышца расслабляется и ее длина достигает исходной. Если прекращается поступление АТФ (аноксия, отравление дыхательными ядами или смерть), то мышца переходит в состояние окоченения. Почти все поперечные мостики толстых (миозиновых) нитей присоединены при этом к тонким актиновым нитям, следствием чего и является полная неподвижность мышцы.

БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В МЫШЦАХ ПРИ ПАТОЛОГИИ

Общими для большинства заболеваний мышц (прогрессирующие мышечные дистрофии, атрофия мышц в результате их денервации, тенотомия, полимиозит, некоторые авитаминозы и т.д.) являются резкое снижение в мышцах содержания миофибриллярных белков, возрастание концентрации белков стромы и некоторых саркоплазматических белков, в том числе миоальбумина. Наряду с изменениями фракционного состава мышечных белков при поражениях мышц наблюдается снижение уровня АТФ и креа-тинфосфата. Например, через 12 дней после денервации содержание АТФ в денервированной икроножной мышце кролика снижается более чем в 2 раза. Отмечаются также снижение АТФазной активности контрактиль-ных белков (миозина), уменьшение количества имидазолсодержащих дипептидов.

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1360.jpg

Рис. 20.9. Схематическое изображение происхождения креатинурии при прогрессирующей мышечной дистрофии (по Д.Л. Фердману).

При прогрессирующих мышечных дистрофиях и других заболеваниях, связанных с распадом мышечной ткани, часто отмечаются сдвиги в фос-фолипидном составе мышц: значительно снижается уровень фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина, концентрация сфингомиелина и лизо-фосфатидилхолина повышается. До сих пор истинные механизмы изменения фосфолипидного состава мышечной ткани при патологии не выяснены, неизвестна также роль этих сдвигов в патогенезе мышечных дистрофий.

Для многих форм патологии мышечной ткани характерны нарушение метаболизма креатина и его усиленное выделение с мочой (креатинурия). Несмотря на многочисленные исследования и обилие фактического материала, вопрос о причинах креатинурии при заболеваниях мышц не может считаться окончательно решенным.

Принято считать, что креатинурия у больных миопатией является результатом нарушения в скелетной мускулатуре процессов фиксации (удержания) креатина и его фосфорилирования. Если нарушен процесс синтеза креатинфосфата, то не образуется и креатинина; содержание последнего в моче резко снижается. В результате креатинурии и нарушения синтеза креатинина резко повышается креатиновый показатель (креа-тин/креатинин) мочи. При патологии мышечной ткани можно наблюдать определенную закономерность в изменении активности ферментов в мышцах: уменьшается активность ферментов, локализованных в саркоплазме; незначительно изменяется активность ферментов, связанных с митохондриями; заметно возрастает активность лизосомальных ферментов. Наконец, показано, что при многих заболеваниях мышечной системы наступают сдвиги в системе цАМФ: снижается содержание цАМФ в мышечной ткани, повышается активность фосфодиэстеразы и нарушается способность аденилатциклазы активироваться под влиянием адреналина и фторида натрия.

Нарушение метаболизма сердечной мышцы при ишемической болезни сердца. Для ишемизированного миокарда характерны сниженное окислительное фосфорилирование и повышенный анаэробный обмен. Раннее увеличение гликогенолиза и гликолиза за счет имеющегося в сердечной мышце гликогена и глюкозы, усиленно поглощаемой миокардом в начальной стадии ишемии, происходит в результате повышения внутриклеточной концентрации катехоламинов и цАМФ, что в свою очередь стимулирует образование активной формы фосфорилазы – фосфорилазы а и активацию фосфофруктокиназы – ключевого фермента гликолиза. Однако даже максимально усиленный анаэробный метаболизм не способен длительно защищать уже поврежденный гипоксический миокард. Очень скоро запасы гликогена истощаются, гликолиз замедляется вследствие внутриклеточного ацидоза, который ингибирует фосфофруктокиназу.

Содержание АТФ и креатинфосфата в клетке резко снижается в результате нарушения окислительного фосфорилирования в митохондриях. Одно из первых проявлений этого состояния – нарушение мембранной проницаемости. Нарушение целостности мембран способствует выходу из клетки ионов, в том числе ионов К+, а также ферментов. Дефицит энергетических ресурсов и нарушение ионного состава, существенные изменения различных мембранных «резервуаров», обеспечивающих контроль за уровнем внутриклеточного кальция, обусловливают торможение функциональной активности мышечных клеток и их постепенную гибель. В этот же период выявляются изменения состава белков миокарда (резкое снижение содержания миофибриллярных белков и накопление белков стромы). Нарушение обмена углеводов, белков и липидов (свободные жирные кислоты не окисляются, а преимущественно включаются в триглицериды) при инфаркте миокарда находит отражение в жировой инфильтрации сердечной мышцы.

Размер повреждения миокарда при возникновении ишемии, снижение активности ферментов в сердечной мышце и возрастание активности соответствующих ферментов в сыворотке крови (например, креатинкиназы) в значительной мере коррелируют друг с другом. Следует признать, что в диагностике инфаркта миокарда определение активности креатинкиназы, АсАТ и ЛДГ в сыворотке крови – наиболее чувствительные тесты. Повышение активности указанных ферментов, особенно креатинкиназы, является постоянным и наиболее высоким. Важно также исследование в сыворотке крови изоферментных спектров креатинкиназы (повышение активности изофермента MB) и ЛДГ (увеличение активности изоферментов ЛДГ1 и ЛДГ2). В последние годы четко показано, что определение в сыворотке крови миокардиально специфичных белков (миоглобин, тропонин Т и др.) – весьма чувствительный ранний тест повреждения миокарда.

СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ТКАНЬ

Соединительная ткань составляет примерно 50% от массы тела. Рыхлая соединительная ткань подкожной клетчатки, компактная кость и зубы, сухожилия и межмышечные фасциальные прослойки, кожа и внутриорган-ная строма паренхиматозных органов, нейроглия и брюшина – все это соединительная ткань.

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1362.jpg

Рис. Строение соединительной ткани (схема по А.И. Слуцкому).

I - тучная клетка; II - ретикулиновые волокна; III - эластическое волокно; IV - коллагеновые волокна; V - фибробласт.

http://www.youtube.com/watch?v=WNd6H7l4sOI

 

Все разновидности соединительной ткани, несмотря на их морфологические различия, построены по общим, единым принципам, которые в основном заключаются в следующем (рис. 21.1):

а) соединительная ткань, как всякая другая, содержит клетки, однако межклеточное вещество занимает больше места, чем клеточные элементы;

б) для соединительной ткани характерно наличие своеобразных волокнистых (фибриллярных) структур: коллагеновых, эластических и ретикулиновых волокон, расположенных в окружении межклеточной субстанции;

в) межклеточное вещество соединительной ткани имеет очень сложный химический состав.

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1364.jpg

Рис. Различные уровни структурной организации коллагена (по Кону). 1 - третичная структура; 2 - молекула тропоколлагена; 3 - коллагеновое волокно.

МЕЖКЛЕТОЧНЫЙ ОРГАНИЧЕСКИЙ МАТРИКС СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ

Коллаген

 

Описание: Описание: http://www.krugosvet.ru/articles/118/1011840/1840_313.gif

Характерным компонентом структуры соединительной ткани являются коллагеновые волокна. Они построены в основном из своеобразного белкаи – коллагена. Коллаген составляет 25–33% от общего количества белка организма взрослого человека, или 6% от массы тела.

Видимые в оптическом микроскопе коллагеновые волокна состоят из различимых в электронном микроскопе фибрилл – вытянутых в длину белковых молекул, названных тропоколлагеном. Тропоколлаген – основная структурная единица коллагена

Описание: Описание: http://medbiol.ru/medbiol/ssb/images/bss15-11.gif

Рис. Формирование коллагеновых (тропоколлагеновых) волокон

Необходимо четко разграничивать понятия «коллагеновые волокна» и «коллаген». Первое понятие по существу является морфологическим и не может быть сведено к биохимическим представлениям о коллагене как о белке. Коллагеновое волокно представляет собой гетерогенное образование и содержит, кроме белка коллагена, другие химические компоненты. Молекула тропоколлагена – это белок коллаген. Одной из отличительных черт данного белка является то, что 1/3 всех его аминокислотных остатков составляет глицин, 1/3пролин и 4-гидроксипролин, около 1% – гидроксилизин; некоторые молекулярные формы коллагена содержат также 3-гидроксипролин, хотя и в весьма ограниченном количестве:

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1366.jpg

Молекулярная масса тропоколлагена около 285000. Тропоколлаген состоит из трех полипептидных цепей одинакового размера, которые сливаются в спиралевидный триплет. Тройная спираль стабилизируется многочисленными межцепочечными поперечными сшивками между лизи-новыми и гидроксилизиновыми остатками. Каждая полипептидная цепь тропоколлагена содержит около 1000 аминокислотных остатков. Таким образом, основная структурная единица коллагена имеет очень большие размеры, например в 10 раз больше, чем химотрипсин.

Изучение аминокислотного состава и последовательности чередования аминокислот в полипептидных цепях тропоколлагена показало, что существует два типа цепей – цепи α1 и α2, а также четыре разновидности цепи α1: α1 (I), α1 (II), α1 (III) и α1 (IV). В табл. 21.1 представлены данные о структуре коллагенов различных тканей.

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1368.jpg

Как и все белки, коллаген синтезируется клетками из свободных аминокислотных остатков. Аминокислотные остатки, специфичные для молекулы коллагена, гидроксипролин и гидроксилизин не образуются из соответствующих свободных аминокислот. Эти аминокислотные остатки появляются после включения пролина и лизина в полипептидную цепь с участием ферментов пролилгидроксилазы или лизилгидроксилазы и кофактора – аскорбиновой кислоты.

Учитывая наличие разных молекулярных форм в пределах одного типа (например, коллаген типа 1 имеет состав [α1 (I)]2 α2 либо [α1 (I)]3, есть основание считать, что существует по крайней мере не менее 10 молекулярных форм коллагена (Е.С. Северин).

Напомним, что коллаген – внеклеточный белок, но он синтезируется в виде внутриклеточной молекулы-предшественника, которая перед образованием фибрилл зрелого коллагена подвергается посттрансляционной модификации. Предшественник коллагена (сначала препроколлаген, а затем проколлаген) претерпевает процессинг в ходе прохождения через эндо-плазматический ретикулум и комплекс Гольджи до появления во внеклеточном пространстве. Внеклеточные амино- и карбоксипротеаза проколлагена удаляют соответственно аминоконцевой и карбоксиконцевой про-пептиды. Вновь образованные молекулы коллагена спонтанно собираются в коллагеновые фибриллы. В результате перекрестного связывания цепей и спиральных молекул фибрилл через основания Шиффа и альдольную конденсацию (т.е. перекрестное связывание их рядом ковалентных связей) образовавшиеся фибриллы приобретают силу напряжения зрелых коллагеновых фибрилл.

Эластин

Эластин – основной белковый компонент, из которого состоят эластические волокна. Он отличается от коллагена по химическому составу и молекулярной структуре. Общими для эластина и коллагена являются большое содержание глицина и пролина, наличие оксипролина, хотя последнего в эластине примерно в 10 раз меньше, чем в коллагене. Как и в коллагене, в эластине мало метионина и отсутствуют триптофан и цистеин. В отличие от коллагена в эластине значительно больше валина и ала-нина и меньше глутаминовой кислоты и аргинина. В целом характерной особенностью первичной структуры эластина является слишком малое содержание полярных аминокислотных остатков. При ферментативном гидролизе эластина в гидролизате обнаруживаются десмозин и изодесмо-зин. Эти соединения содержатся только в эластине. Структура их довольно необычна: 4 остатка лизина, соединяясь своими радикалами, образуют замещенное пиридиновое кольцо. Считают, что при образовании десмозина сначала 3 остатка лизина окисляются до соответствующих ε-альдегидов, а затем происходит их соединение с четвертым остатком лизина:

Очевидно, именно благодаря своей структуре десмозин и изодесмозин могут одновременно входить в состав четырех пептидных цепей. По-видимому, этим можно объяснить, что эластин в отличие от других фибриллярных белков способен растягиваться в двух направлениях. В гидролизатах эластина найдена еще одна необычная «аминокислота», пик которой на хроматограммах располагается между орнитином и лизином. Оказалось, что это лизиннорлейцин, который обеспечивает наряду с десмозином и изодесмозином поперечные связи в молекуле эластина:

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1372.jpg

Эластин вместе с коллагеном, протеогликанами и рядом глико- и муко-протеинов является продуктом биосинтетической деятельности фиброблас-тов. Непосредственным продуктом клеточного биосинтеза считается не эластин, а его предшественник – тропоэластин (в коллагене – проколлаген). Тропоэластин не содержит поперечных связей, обладает растворимостью. В последующем тропоэластин превращается в зрелый эластин, нерастворимый, содержащий большое количество поперечных связей .

Протеогликаны

Протеогликаны – высокомолекулярные углеводно-белковые соединения. Они образуют основную субстанцию межклеточного матрикса соединительной ткани. На долю протеогликанов приходится до 30% от сухой массы соединительной ткани. Полисахаридная группа протеогликанов сначала получила название мукополисахаридов. Эти вещества обнаруживали преимущественно в слизистых субстратах, поэтому к названию «полисахариды» был добавлен префикс «муко». В дальнейшем эти соединения стали называть гликозаминогликанами. Это название и принято в настоящее время.

Гликозаминогликаны (мукополисахариды)

Гликозаминогликаны соединительной ткани – это линейные неразветвленные полимеры, построенные из повторяющихся дисахаридных единиц. В организме гликозаминогликаны не встречаются в свободном состоянии, т.е. в виде «чистых» углеводов. Они всегда связаны с большим или меньшим количеством белка. В их состав обязательно входят остатки мономера либо глюкозамина, либо галактозамина. Второй главный мономер дисахаридных единиц также представлен двумя разновидностями: D-глюкуроновой и L-идуроновой кислотами. В настоящее время четко расшифрована структура шести основных классов гликозаминогликанов.

Гиалуроновая кислота впервые была обнаружена в стекловидном теле глаза. Из всех гликозаминогликанов гиалуроновая кислота имеет большую мол. массу (100000–10000000). Доля связанного с гиалуроновой кислотой белка в молекуле (частице) протеогликана составляет не более 1–2% от его общей массы. Считают, что основная функция гиалуроновой кислоты в соединительной ткани – связывание воды.

В результате такого связывания межклеточное вещество приобретает характер желеобразного матрикса, способного «поддерживать» клетки. Важна также роль гиалуроновой кислоты в регуляции проницаемости тканей. Приводим структуру повторяющейся дисахаридной единицы в молекуле гиалуроновой кислоты:

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1374.jpg

Хондроитин-4-сульфат и хондроитин-6-сульфат построены по одному плану. Отличие между ними заключается в локализации сульфатной группы. Несмотря на минимальные различия в химической структуре, физико-химические свойства хондроитин-4-сульфата и хондроитин-6-сульфата су-

Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1376.jpg

щественно различаются; последние различаются также распределением в разных видах соединительной ткани (табл.).

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1378.jpg

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1380.jpg

Дерматансульфат особенно характерен для дермы (кожи). Он резистентен к действию гиалуронидаз (тестикулярной и бактериальной). В этом одно из отличий дерматансульфата от хондроитинсульфатов. Кроме того, в состав дисахаридной единицы дерматансульфата входит L-идуроновая, а не D-глюкуроновая кислота (в малом количестве D-глюкуроновую кислоту можно обнаружить в повторяющихся единицах дерматансульфата):

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1382.jpg

О биологической роли дерматансульфата почти ничего неизвестно. Роль этого гликозаминогликана не может быть сведена только к стабилизации коллагеновых пучков, так как дерматансульфат обнаруживается и в тканях эктодермального происхождения, не содержащих коллагена.

Кератансульфат впервые был выделен из роговой оболочки глаза быка, отсюда и название этого гликозаминогликана. В противоположность всем остальным гликозаминогликанам кератансульфат не содержит ни D-глю-куроновой, ни L-идуроновой кислоты:

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1384.jpg

Установлено, что кератансульфат, выделенный из роговицы глаза (кера-тансульфат I), и кератансульфат, полученный из хрящевой ткани (кера-тансульфат II), различаются по степени сульфатированности и строению связи между кератансульфатом и пептидной частью протеогликана.

Гепарин известен прежде всего как антикоагулянт. Однако его следует относить к гликозаминогликанам, так как он синтезируется тучными клетками, которые являются разновидностью клеточных элементов соединительной ткани. Он может входить в состав протеогликанов; с гликоз-аминогликанами его объединяет и химическая структура.

Описание: Описание: Описание: Описание: Описание: http://www.xumuk.ru/biologhim/bio/img1386.jpg

Гепаринсульфат в отличие от гепарина в дисахаридных единицах чаще содержит N-ацетильные группы, чем N-сульфатные. Кроме того, степень О-сульфатирования гепаринсульфата ниже, чем гепарина.

Биосинтез гликозаминогликанов. Известно, что синтез глюкозамина и глюкуроновой кислоты, входящих в состав гиалуроновой кислоты, происходит из D-глюкозы. Непосредственные предшественники гиалуро-новой кислоты – нуклеотидные (уридиндифосфонуклеотидные) производные N-ацетилглюкозамина и глюкуроновой кислоты.

Предшественником углеводных остатков сульфатированных гликоза-миногликанов, как и у гиалуроновой кислоты, является молекула D-глю-козы. Далее происходит эпимеризация глюкозамина в галактозамин, а глюкуроновой кислоты при синтезе дерматансульфата – в идуроновую кислоту. Нуклеотидные производные этих соединений утилизируются при биосинтезе сульфатированных гликозаминогликанов, при этом сульфат включается в биосинтез гликозаминогликанов в виде 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфата (ФАФС). В процессе биосинтеза гликозаминогликанов принимает участие большое количество различных ферментов, в том числе трансфераз.

Образование и катаболизм протеогликанов

В соединительной ткани все гликозаминогликаны находятся в соединении с белками. Термин «протеогликан» используют для обозначения веществ, в которых полипептидная и полисахаридная части молекулы соединены прочной ковалентной связью.

Примером протеогликана может служить гиалуропротеин, выделенный из синовиальной жидкости и содержащий всего 2,2–2,3% белка. У разных протеогликанов белковые компоненты различны; они не имеют ничего общего с фибриллярными белками соединительной тканиколлагеном и эластином.

Считают, что в большинстве случаев остаток серина служит той точкой полипептидной цепи молекулы протеогликанов, к которой присоединяется гликозаминогликан. В соединительной ткани протеогликаны образуют ряд «монтажей» последовательно возрастающей сложности, своего рода «иерархии» макромолекулярных агрегатов. Функции протеогликанов в соединительной ткани во многом определяются свойствами входящих в их состав гликозаминогликанов. Так, ионообменная активность гликозаминогликанов как полианионов обусловливает активную роль протеогликанов в распределении ряда катионов в соединительной ткани. Например, накопление кальция в очагах оссификации связано с одновременным накоплением хондроитин-сульфатов, активно фиксирующих катионы кальция. Такие функции про-теогликанов, как функция связывания экстрацеллюлярной воды и регуляции процессов диффузии, также в значительной мере зависят от свойств входящих в их состав гликозаминогликанов. При помощи радиоактивных изотопов была установлена высокая скорость обмена протеогликанов. Процессы деполимеризации гликопротеиновых полимеров пока изучены мало. Из ферментов, способных гидролизовать гликозаминогликаны, наиболее изучена β-гиалуронидаза. Последняя относится к лизосомальным ферментам. β-Гиалуронидаза млекопитающих гидролизует β-1,4-гликозидную связь между дисахаридными единицами гиалуроновой кислоты. В результате образуется дисахарид – глюкуроновая кислота (β1–>3) N-ацетилглюкозамин, который дальше гидролизуется под влиянием лизосомальной β-гликозидазы. Хондроитин-сульфаты также способны расщепляться под влиянием β-гиалуронидазы. К факторам, регулирующим метаболизм соединительной ткани, прежде всего следует отнести ферменты, гормоны и витамины.

Многие гормоны оказывают воздействие преимущественно на отдельные определенные разновидности соединительной ткани. В данном разделе рассматриваются гормональные влияния, которые носят общий характер. Так, ряд глюкокортикоидных гормонов (кортизон и его аналоги) угнетают биосинтез коллагена фибробластами, тормозят и другую важнейшую метаболическую функцию фибробластовбиосинтез гликозаминогликанов.

По-видимому, действие глюкокортикоидных гормонов на соединительную ткань не ограничивается угнетением биосинтетической активности фибробластов. Предполагают, что под их влиянием происходит активация ферментного катаболизма коллагена. Минералокортикоидные гормоны (альдостерон, дезоксикортикостерон) надпочечников, напротив, стимулируют пролиферацию фибробластов и одновременно усиливают биосинтез «основного вещества» соединительной ткани. Известно также, что тироксин вызывает усиленную деполимеризацию гиалуроновой кислоты, а соматотропный гормон передней доли гипофиза стимулирует включение пролина в полипептидную цепь тропоколлагена.

БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ ПРИ СТАРЕНИИ И НЕКОТОРЫХ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

Общим возрастным изменением, которое свойственно всем видам соединительной ткани, является уменьшение содержания воды и отношения основное вещество/волокна. Показатель этого соотношения уменьшается как за счет нарастания содержания коллагена, так и в результате снижения концентрации гликозаминогликанов. В первую очередь значительно снижается содержание гиалуроновой кислоты. Однако не только уменьшается общее количество кислых гликозаминогликанов, но изменяется и количественное соотношение отдельных гликанов. Одновременно происходит также изменение физико-химических свойств коллагена (увеличение числа и прочности внутри- и межмолекулярных поперечных связей, снижение эластичности и способности к набуханию, развитие резистентности к кол-лагеназе и т.д.), повышается структурная стабильность коллагеновых волокон (прогрессирование процесса «созревания» фибриллярных структур соединительной ткани). Следует помнить, что старение коллагена in vivo неравнозначно износу. Оно является своеобразным итогом протекающих в организме метаболических процессов, влияющих на молекулярную структуру коллагена. Среди многих поражений соединительной ткани особое место занимают коллагенозы. Для них характерно повреждение всех структурных составных частей соединительной ткани: волокон, клеток и межклеточного основного вещества. К коллагенозам обычно относят ревматизм, ревматоидный артрит, системную красную волчанку, системную склеродермию, дерма-томиозит и узелковый периартериит. Каждое из этих заболеваний имеет своеобразное течение и сугубо индивидуальные проявления. Среди многочисленных теорий развития коллагенозов наибольшее признание получила теория инфекционно-аллергического происхождения. Наконец, необходимо отметить, что нарушение процесса гидроксили-рования коллагена – один из биохимических дефектов при цинге. Коллаген, синтезированный в отсутствие или при дефиците аскорбиновой кислоты, оказывается недогидроксилированным и, следовательно, имеет пониженную температуру плавления. Такой коллаген не может образовать нормальные по структуре волокна, что и приводит к поражению кожи и ломкости сосудов, столь четко выраженных при цинге.

 

Сравнительная характеристика биохимического состава тканей зуба.

Зуб построен из трех рдел кальцифікованої ткани: эмали, дентину и цементу. Полость зуба заполнена пульпой. Пульпа окружена дентином – основной кальцификованою тканью. На выступающей части зуба дентин покрыт эмалью. Погруженные в челюсть коренные зубов покрытые цементом.

Описание: C:\Users\admin\Desktop\Русский\13Биохимия тканей зуба и слюны.files\image001.jpg

Рис. 1 Продольный разрез зуба (схема)

1 – физиологический десенный карман; 2 – эпителий; 3–соединительо-тканная подкладка десен; 4 – круговая связка зуба; 5 – пространства для костного мозгу; 6 – пульпа с сосудами и нервами; 7 – костная ткань челюсти; 8 – связь с сосудами периодонта; 9 – нерв; 10 – артерия; 11 – вены; 12 –нижне-челюстной канал; 13 – апикальное отверстие; 14 – периодонт; 15,18 –дентин; 16 – цемент; 17 – круговая свзка; 19 – эмаль.

http://www.youtube.com/watch?v=48wLYSm-EDY&feature=related

Эти составные части зуба отличаются между собой за  химическим составом, особенностями обмена веществ и, соответственно, функциональным назначением. Основными компонентами тканей является вода, органические соединения, неорганические соединения и минеральные компоненты, содержание которых в тканях зуба приведено в таблице:

Таблица. Биохимический состав тканей зуба.

Составные части

пульпа

дентин

эмаль

цемент

 

Вода

                                                                    

в грамме на 100 граммов ткани

30 - 40

13

2,5

3,2

Органические соединения

40

20

4

25

Неорганические соединения

20 - 30

69

96

70

 

Ca

в грамме на 100 граммов золы

30

35

36

35,5

Mg

0,8

1,2

0,5

0,9

Na

0,2

1,2

0,2

1,1

K

0,1

0,1

0,3

0,1

P

17,0

17,4

17,3

17,1

F

0,02

0,02

0,02

0,02

Цитрат

-

1,0

0,3

-

 

Органические компоненты зуба.

         Органические компоненты зуба – это белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты, витамины, ферменты, гормоны, органические кислоты.

         Основу органических соединений зуба, несомненно, составляют белки, которые разделяются на растворимые и нерастворимые белки.

Растворимые белки тканей зуба: альбуміни, глобулины, гликопротеины, протеоглікани, ферменты, фосфопротеин. Растворимые (неколлагеновые) белки характеризуются высокой метаболической активностью, выполняют ферментную (каталитическую), защитную, транспортную и ряд других функций. Наивысшее содержание альбумінів и глобулинов - в пульпе. Пульпа является богатой на ферменты гликолиза, цикла трикарбонових кислот, дыхательной цепи, пептозофосфатного пути расщепления углеводов, биосинтеза белка и нуклеиновых кислот. К растворимым белкам-ферментов принадлежат два важных фермента пульпы – щелочная и киснула фосфатаза, которые принимают непосредственное участие в минеральном обмене тканей зуба.

         Щелочная фосфатаза – катализирует перенесение остатков фосфорной кислоты (фосфатных анионов) от фосфорных эфиров глюкозы на органический матрикс. То есть, фермент принимает участие в образовании ядер кристаллизации и, тем самым, способствует минерализации тканей зуба.

         Киснула фосфатаза – имеет противоположный, деминерализирующий эффект. Она принадлежит к лизосомальным кислым гідролаз, которые усиливают растворение  (“рассасывание”) как минеральных так и органических структур тканей зуба. Частичная  резорбция тканей зуба является нормальным физиологичным процессом, но особенно она растет при патологических процессах. 

         Важную группу растворимых белков составляют гликопротеины. Гликопротеины являются белково-углеводными комплексами, которые содержат от 3-5 до нескольких сотен моносахаридных остатков и могут формировать от 1 до 10-15 олігосахаридних цепей. Обычно содержание углеводных компонентов в молекуле гликопротеинов редко перевищуе 30% массы всей молекулы. В состав гликопротеинов входит: глюкоза, галактоза, манноза, фукоза, N-ацетилглюкозамін, N-ацетилнейрамінова (сіалова) кислота, которые не имеют регулярный повтор (дисахаридних единиц). Сиалови кислоты является специфическим компонентом группы гликопротеинов – сіалопротеїнів, содержание которых является особенно высоким в дентине.

         Одним из важных гликопротеинов тканей зуба и костной ткани есть фибронектин. Фибронектин синтезируется клетками и секретируется в межклеточное пространство. Он имеет свойства “липкого“ белка. Связываясь с углеводными группами сіалогліколіпідів на поверхности плазматических мембран, он забеспечує взаимодействую клеток между собой и компонентами межклеточного матрикса. Взаимодействуя с коллагеновыми фибриллами, фибронектин обеспечивает образование перицелюлярного матрикса. Для каждого соединения, с которым он связывается, фибронектин имеет свой, специфический центр связывания.

         Содержание растворимых белков в тканях зуба является меньше в сравнении с содержанием нерастворимых белков. Однако ткани зуба являются исключительно чувствительными к уменьшению содержания именно растворимых белков. В частности, при кариесе, в первую очередь нарушается обмен неколлагеновых белков.

http://www.youtube.com/watch?v=DeG29VvLQDA&feature=related

Нерастворимые белки тканей зуба представлены преимущественно двумя белками – это коллаген и специфический белок эмали, который не растворяется в ЕДТА (етилендиамінотетраоцтовій кислоте) и Нсl (соляной кислоте). Благодаря чрезвычайно высокой стойкости, этот белок эмали исполняет роль скелета всей структуры эмали, образовывая каркас – “корону” на поверхности зуба.

Коллаген – особенности строения, роль в минерализации зуба. Коллаген является основным фібрилярним белком соединительной ткани и главным нерастворимым белком в тканях зуба. Его содержание составляет около трети всех белков организма. Больше всего коллагену в сухожилиях, связках, коже (выдублена кожа одежды – это практически 100% коллаген), хрящах, костной ткани и тканях зуба.

Коллаген имеет уникальную структуру, которая получила название коллагеновая спираль, – она является левозакрученной спиралью, которая существенно отличается от структуры -спіралі белков. На один виток коллагеновой спирали приходится 3 аминокислотных остатки (а не 3,6 - как в -спіралі), но шаг спирали является значительно больше (0,9 нм), чем в -спіралі (0,54 нм). То есть, первичная коллагеновая спираль является более вытянутой и менее закрученной. Такая структура предопределяется специфической аминокислотной последовательностью. Каждая третья аминокислота в цепи являются глицином (его содержание составляет 33-35%), 11% составляет содержание аланіну.

Наиболее характерным для коллагена является чрезвычайно высокое содержание пролина и гидроксипролина – 20-21%. Высокое содержание пролина и гидроксипролина – аминокислот, которые препятствуют (перерывают) образованию классической -спіралі, предоставляют цепи коллагена жесткую, выгнутую конформацию. Три спиральных полипептидных цепи плотно обвиваются один вокруг второго и образуют правозакручений шнур – структурную единицу, которая получила назву- тропоколлаген. Стержневидни молекулы тропоколлагена имеют длину 300 нм и диаметр 1,5 нм. Прочность соединения полипептидных цепей в структуре тропоколлагена предопределяется чрезвычайно большим количеством межцепных водородных связей между –С=О×××××H–N– группами и ковалентных связей необычного типа, которые образуются между двумя остатками лизина соседних цепей согласно реакции:

Стержневидни молекулы тропоколлагена заключаются в микрофибриллы. Микрофибриллы формируют фибриллы, из которых образуются волокна и щепотки волокон коллагена. Структурной особенностью коллагенового волокна является то, что молекулы тропоколлагена, которые заключаются вдоль коллагеновой фибриллы в виде колагеновіх пучков, не связываются между собой в тяжі по принципу “председатель-хвост”. Между концом одной молекулы и началом следующей есть промежуток с периодом 64 нм. Считается, что промежутки играют важную роль в процессе минерализации, они являются первичными центрами откладывания минеральных соединений. Образованные первичные кристаллы становятся ядрами минерализации и откладывания гідроксиапатиту.

         Структура коллагена обусловливает его чрезвычайную прочность на разрыв -  он практически не растягивается. Коллагеновый пучок діаметром 1 мм2 способен выдерживать нагрузка – 100Н (10кг). Стальний провод такого же диаметра может выдержать нагрузку – 93 Н (ньютон)

Описание: C:\Users\admin\Desktop\Русский\13Биохимия тканей зуба и слюны.files\image002.jpg

Особенности биосинтеза и дозревания коллагена.

         Коллаген синтезируется фибробластами в виде высокомолекулярного, функционально неактивного предшественника – проколлагена. Биосинтез и дозревание коллагена (превращение проколлагена в коллаген) включает следующие стадии:

·                   стадия трансляции, синтез полипептидной цепи проколлагена;

·                   внутриклеточная посттрансляційна модификация полипептидных цепей;

·                   трансмембранне перенесение коллагена в межклеточное пространство;

·                   внеклеточная модификация, которая завершает образование коллагеновых волокон.

Стадия трансляции, синтез полипептидной цепи проколлагена. Пептидные цепи проколлагена синтезируются на полирибосомах, связанных с мембранами гранулярного эндоплазматического ретикулуму. Уже в процессе трансляции каждой отдельной полипептидной цепи происходит модификация – гидроксилирование боковых групп пролінових и лізинових аминокислотных остатков. Специальные ферменты-гідроксилази (монооксигеназа), которые находятся в міхурцях эндоплазматического ретикулуму, катализируют превращение пролина в 4-гідрооксипролін и лизину в d(дельта) -гідроксилізин.

         Гидроксилази (монооксигеназа) катализируют включение в молекулу, которая окисляется, лишь одного атома кислорода из молекулы О2. Второй атом переходит в состав воды. Поэтому характерной особенностью монооксигеназы является потребность в присутствии дополнительного возобновленного субстрату (косубстрату), который возобновляет второй атом кислорода в Н2о. Железосодержащие ферменты (Fе2+) пролін- и лизин-гідроксилази в качестве косубстрату используют -кетоглутарат, который при этом декарбоксилюється, а атом кислорода присоединяется к карбонильной группе -кетоглутарату и превращает ее в карбоксильную группу сукцината согласно уравнению реакции.

 

В процессе гидроксилирования атом железа (Fе2+) в активном центре фермента отдает электроны и окисляется в Fе3+. Обновляющим агентом, который забеспечує возобновление железа к Fе2+   в активном центре, является аскорбиновая кислота. Аскорбиновая кислота считается косубстратом (иногда ее не совсем правильно называют коферментом) в пролін- и лизин-гідроксилазах. Поэтому недостаточность витамина С тормозит синтез коллагена на стадии гидроксилирования и препятствует образованию полноценных молекул тропоколлагена, поскольку именно гидроксилировал производные пролина и лизина обеспечивают правильную сборку и формирование трехмерной структуры коллагеновых волокон.

         Как известно, зубы в лунках альвеолярного отростка фиксируются периодонтальной связкой, образованной коллагеновыми волоконами. При скорбуте (цинга), который возникает при недостаточности витамина С, кровеносные сосуды становятся ломкими, возникает множественное точечное кровоизлияние (петехии). Нарушение структуры коллагена уменьшает биомеханические свойства периодонтальной связки и других навколозубних тканей, как следствие расшатываются и выпадают зубы. Собственно кровоточивость десен является ранним проявлением цинги, а нарушение в структуре и функции коллагена является первопричиной развития патологических процессов соединительной, костной, мускульной и других тканей.

Гидроксилирование остатков пролина и лизина продолжается и на других этапах дозревания  коллагена и завершается лишь после формирования полноценных триланцюгових молекул тропоколлагена.

         Внутриклеточная посттрансляційна модификация полипептидных цепей. Новосинтезовани молекулы проколлагена, благодаря наличию на их N-кінцях специальных сигнальных гидрофобных последовательностей из 20-30 аминокислотных остатков, проникают через мембрану внутрь эндоплазматического ретикулуму (ЕПР). В мембранах ЕПР происходит глікозилювання проколлагену, то есть присоединение остатков галактозы или галактозы-глюкозы к гидроксильным группам гідроксилізину с образованием О-гликозидних зв’зків. Катализируют эти реакции специфические ферменты - нуклеотид-моно(ди) сахарид-глікозилтрансферази: глікозил-трансферази и галактозил-трансферази.

    Трансмембранне перенесения коллагена в межклеточное пространство. Часково модифицированы молекулы проколлагена перемещаются из ЕПР в аппарат Гольджи, где включаются в состав секреторных гранул и путем экзоцитоза высвобождаются во внеклеточное пространство.

    Внеклеточная модификация, которая завершает образование коллагеновых волокон. Во внеклеточном матриксе проходят завершающие стадии внеклеточной модификации молекул проколлагена, которые включают следующие последовательно протекающие процессы. В частности, отщепление N- и С-кінцевих компонентов от молекулы проколлагена под действием специфических ферментов аміно- и карбокси-проколаген-пептидаз. Укороченные из N- и С-кінця молекулы собственно и является тропоколлагеном, который способен к полімерізації и агрегации в фибриллы с образованием функционально активного коллагена. При формировании фибрилл коллагена, молекулы тропоколлагена соединяются между собой путем образования поперечных  ковалентных связей необычного типа, какие отсутствующие в других белках. Процесс образования поперечных связей инициирующий окислением остатков лизина и гідроксилізину в разных цепях к альдегидным группам, что вызывает превращение остатков лизина в алізин, а остатков гідроксилізину в гідроксиалізин. Реакции каталізуються мідьвмісним ферментом- лізилоксидазою. Образовании альдегидные группы могут вступать в реакции нескольких типов, которая ведет к образованию поперечных связей:

1)     Образование шиффових основ между аминогруппой немодифицированного остатка лизина и альдегидной группой алізину, или гідроксиалізину:

2)     Альдольная конденсация двух альдегидов с отщеплением молекулы воды:                    

3)     Продукт альдольной  конденсации может реагировать дальше: імідазольна группа боковой цепи гистидина может присоединяться по двойной (углерод-углеродистому) связи, а аминогруппа боковой цепи лизина может образовывать шиффову основу со свободным альдегидом, образовывая продукт – гистидин-оксимеродесмозин, в котором соединены 4 боковых группы разных аминокислот.

         Благодаря чрезвычайно большому количеству поперечных связей, разветвленные и переплетены волокна коллагена образуют трехмерную сетку, которая заполняется другими веществами межклеточного матрикса и предоставляет прочности тканям.

         Посттрансляцийни модификации коллагена является исключительно важными для процесса минерализации. Откладывание минеральных соединений на матрице коллагена возможно лишь в том случае, если коллаген приобретает определенную структуру и появляются реакційноздатні группы, которые могут выступать центрами кристаллизации.

Углеводы органического матрикса зуба.

         В состав органического матрикса зуба входят разные углеводы: моносахариды, дисахарид и полисахариды. В тканях зуба обнаружены моносахариды: глюкозу, галактозу, мальтозу, фруктозу, ксилозу и дисахарид – сахарозу. Чрезвычайно важными углеводными компанентами органического матрикса есть гомо- и гетерополісахариди: гликоген, глікозаміноглікани (гиалуроновая кислота, хондроїтинсульфати) и их комплексы с белками: протеоглікани и гликопротеины.

Гомополисахарид – гликоген выполняет три основных функции в тканях зуба. По первое, он является основным источником энергии для процессов формирования ядер кристаллизации и локализуется в местах образования центров кристаллизации. Содержание гликогена в ткани является прямо пропорциональным к интенсивности процессов минерализации, поскольку характерной особенностью тканей зуба является преобладание анаэробных процессов энергообразования – гликогенолиза и гликолиза. Даже при условии достаточной обеспеченности кислородом, 80% энергетических потребностей тканей зуба покрывается за счет анаэробного гликолиза, а соответственно и расщепление гликогена.

По второе, гликоген является источником фосфорных эфиров глюкозы – субстратов щелочной фосфатазы, фермента, который отщепляет ионы фосфорной кислоты          (фосфатные ионы) от глюкозомонофосфатів и переносит их на белковые матрицы, то есть инициирующий образование неорганической матрицы зуба.

Кроме того, гликоген также является источником глюкозы, которая превращается в N- ацетилглюкозамін, N-ацетилгалактозамін, глюкуроновую кислоту и другие производные, которые принимают участие в синтезе гетерополісахаридів, – активных компонентов  и регуляторов минерального обмена в тканях зуба.

Гетерополисахариди органического матрикса представлены глікозаміногліканами (мукополисахаридом): гиалуроновой кислотой и хондроітин-6-сульфатом.  Подавляющее количество глікозаміногліканів находится в связанном с белками состоянии, образовывая комплексы разной степени сложности, которые существенно отличаются за содержанием белка и полисахаридов. Различают два вида таких комплексов – гликопротеина (в комплексе значительно преобладает белковый компонент) и протеоглікани, которые содержат 5-10% белка и 90-95% полисахаридов. Протеогликани образуют более сложные агрегаты, схематическое изображение которых представлено на рисунку:

Описание: C:\Users\admin\Desktop\Русский\13Биохимия тканей зуба и слюны.files\image003.gif

Рис. 2 Схема строения протеогліканового комплекса

 

Мономеры протеогліканів (состоят из стержней сердцевинного белка и большого количества цепей хондроїтинсульфату и кератансульфату) размещаются с регулярными интервалами по оба бока центральной цепи гиалуроновой кислоты. Последовательность присоединения мономеров к гиалуроновой кислоте та правильность формирования агрегатов обеспечивается связывающими белками.

Гликозаминогликани есть гетерополісахаридами, построенными из дисахаридних единиц. Дисахарид гиалуроновой кислоты включает глюкуроновую кислоту и N-ацетилглюкозамін, соединенные d(1>3) -глікозидним связью. Между собой дисахарид соединен d(1>4)-глікозидними связками:

Описание: C:\Users\admin\Desktop\Русский\13Биохимия тканей зуба и слюны.files\image004.gif

         Дисахаридни единицы хондроїтинсульфатів (ХС-4) и (ХС-6) построенные из глюкурової кислоты и N-ацетилгалактозаміну, соединенных d(1>3) -глікозидним зв’зком. Между собой дисахарид соединяется d(1>4) -глікозидними связками:

 

Описание: C:\Users\admin\Desktop\Русский\13Биохимия тканей зуба и слюны.files\image005.gif

 

Функциональное значение протеогліканів определяется свойствами глікозаміногліканів, которые входят в их состав. Гликозаминогликани содержат большое количество гетероатомов, карбоксильных и сульфатных групп, благодаря высокой реакционной способности которых они могут взаимодействовать с другими макромолекулами и, тем самым, принимать участие в структурной организации тканей зуба и выполнять определенные специфические функции.

         Протеогликани регулируют процессы агрегации (рост и ориентацию) коллагеновых фибрилл, а также стабилизируют структуру коллагеновых волокон. Благодаря высокой гидрофильности протеоглікани играют роль пластификаторов коллагеновой сетки, повышая ее способность к растягиванию и набуханию. Наличие большого количества кислотных остатков (ионизированных карбоксильных и сульфатных групп) в молекулах глікозаміногліканів, обусловливает поліаніонний характер протеогліканів, высокую способность связывать катионы и, тем самым, принимать участие в образовании ядер (центров) минерализации.

         Обязательным компонентом тканей зуба является Цитрат (лимонная кислота).  Содержание Цитрата в слюне составляет 0,2%, а в дентине и эмали – до 1,0%. Цитрат, благодаря высокой способности к комплексоутворення, связывает ионы Са2+, образовывая растворимую транспортную форму кальция. Кроме тканей зуба он обеспечивает оптимальное содержание кальция в сыворотке крови и слюне,  тем самым регулируя скорость процессов минерализации и деминерализации. Содержание Цитрата, как и содержание кальция, в крови и тканях регулируется гормонами паращитовидної железы. Введение паратгормону увеличивает как содержание кальция так и содержание Цитрата. Механизм повышения содержания Цитрата может заключаться в інгібуванні ізоцитратдегідрогенази в цикле трикарбонових кислот и уменьшенном его использовании клетками.

         Содержание липидов в тканях зуба колеблется в пределах 0,2 - 0,6%. Фосфолипиды, которые несут негативный заряд, могут связывать ионы Са2+ и другие катионы, и, таким образом, принимать участие в образовании ядер кристаллизации. Липиде могут исполнять роль стабилизатора аморфного фосфата кальция.

         Нуклеиновые кислоты содержатся преимущественно в пульпе зуба. Значительное увеличение содержания нуклеиновых кислот и, в частности, РНК наблюдается в остеобласте и одонтобластах в период минерализации и реминерализации зуба и связано с повышением синтеза белков этими клетками.

                                                                     

Характеристика минерального матрикса зуба.

Минеральную основу тканей зуба составляют кристаллы разного апатита. Основным является гідроксиапатит Ca10(PO4)6(OH)2  и восьмикальциевый фосфат  Ca8H2(PO4)6 · 5H2O. Другие виды апатита, который присутствует в тканях зуба приведенные в таблице:

Таблица.  Состав апатита тканей зуба.

Апатит (название)

Формула

 

Гидроксиапатит

Ca10(PO4)6(OH)

Восьмикальциевый фосфат

Ca8H2(PO4)6 · 5H2O

Карбонатный апатит

Ca10(PO4)6CO3 или Ca10(PO4)5CO3(OH)2

Хлорный апатит

Ca10(PO4)6Cl

Стронциевый апатит

SrCa9(PO4)6(OH)

Фторапатит

Ca10(PO4)6F2

 

Схематическое строение (архитектоника) основного гідроксиапатиту представлено на рисунку.

Описание: C:\Users\admin\Desktop\Русский\13Биохимия тканей зуба и слюны.files\image006.jpg

Рис. 3 Архитектоника строения гідроксиапатиту.

 

Отдельные виды апатита различаются за химическими и физическими свойствами – прочностью,  способностью растворяться (разрушаться) под действием органических кислот, а их соотношение в тканях зуба обусловливается характером питания, обеспеченностью организма микроэлементами но др.

Химические и физические свойства апатита существенно изменяются при включении к их составу таких элементов как  Sr2+  и  F2. В частности, стронций активно конкурирует с кальцием за место связывания в кристаллической решетке гідроксиапатиту. Хотя Ca2+  и Sr2+  имеют подобные химические свойства, замена кальция на стронций изменяет архитектонику гідроксиапатиту. Стронциевый апатит является менее стойким и легче разрушается под действием органических кислот, которое ведет к повышению ломкости зуба. Повышено содержание стронция в пищевых продуктах способствует увеличению содержания стронциевого апатита и повышает степень риска развития кариеса. Особенно опасным является поступление в организм радиоактивного стронция, который, включаясь в структуру апатита, может вызывать локальное лучевое поражение тканей.

Стронций можно вытеснить из состава апатита большим количеством кальция. Установлено, что пятикратное увеличение кальция в диете ведет к уменьшению включение стронция на 50%. Поэтому в случаях попадания радиоактивного стронция в организм целесообразно употреблять еду, обогащенную кальцием.

Карбонатный апатит, как и стронциевый, имеет высшую растворимость в кислой среде в сравнении из гідроксиапатитом. Усиленному образованию карбонатного апатита способствуют углеводные пищевые продукты, особенно при их длительном пребывании в ротовой полости. Кроме того, из углеводных продуктов образуется большое количество органических кислот, под действием этих кислот карбонатный апатит легко разрушается.

Среди всего апатита наивысшую стойкость имеет фторапатит. Образование фторапатита повышает прочность эмали, снижает ее проницаемость и повышает резистентность к карієсогенних факторам. Фторапатит в 10 раз хуже растворяется в кислотах, чем гідроксиапатит. При достаточной обеспеченности фтора резко (в 4 разы) уменьшается количество случаев заболевания кариеса.

 

Процессы минерализации-демінералізіції – основа

минерального обмена тканей зуба. 

Основу минерального обмена тканей зуба составляют три взаємозумовлених процесса, которые постоянно протекают в тканях зуба: минерализация, деминерализация и реминерализация.

Минерализация тканей  зуба – это процесс образования органической основы, прежде всего коллагена, и насыщения ее солями кальция. Минерализация является особенно  интенсивной в период прорізування зубов и формирования твердых тканей зуба. Зуб прорезывается с неминерализованной эмалью. Различают две основных стадии минерализации.

Первая стадия – образование органической, белковой матрицы. Ведущую роль на этой стадии играет пульпа. В клетках пульпы - одонтобластах и фибробластах синтезируются и высвобождаются в межклеточный матрикс  фибриллы коллагена, неколлагеновые  белки-протеоглікани (остеокальцин)  и глікозаміноглікани. Коллаген, протеоглікани и  глікозаміноглікани формируют поверхность, на которой будет формироваться кристаллическая решетка. В цьму процессе протеоглікани играют роль пластификаторов коллагена, то есть повышают его способность к набуханию и увеличивают общую поверхность. Под действием лизосомальных ферментов, которые высвобождаются в матрикс, гетерополісахариди протеогліканів расщепляются с образованием высокореактивных анионов, которые способны связывать ионы  Са2+  и другие катионы.

 Вторая стадия – кальцификация, откладывание апатита на матрице. Ориентирован рост кристаллов начинается в точках кристаллизации или в точках нуклеації – участках с высокой концентрацией ионов кальция и фосфатов. Локально высокая концентрация этих ионов обеспечивается способностью всех компонентов органической матрицы связывать кальций и фосфаты. В частности: в коллагене гідроксигрупи остатков серина, треоніну, тирозину, гидроксипролину и гідроксилізину связывают фосфат ионы; свободные карбоксильные группы остатков дикарбоновых кислот в коллагене, протеогліканах и гликопротеинах связывают ионы Са2+; остатки   -карбоксиглутамінової  кислоты  кальційзв’язуючого  белка – остеокальцину (кальпротеїну) связывают ионы  Са2+  (остеокальцин – белок из М.м. 6.500 Да содержит 4 остатка  -карбоксиглутамінової кислоты). Ионы кальция и фосфата концентрируются вокруг ядер кристаллизации и образуют первые микрокристаллы.  

Существуют две теории инициирующей процесса минерализации тканей зуба. Согласно первой – процесс кристаллизации начинается присоединением фосфатному аниону к гидроксильным группам серина и  гідроксилізину в молекуле коллагена. Дальше к фосфатному аниону присоединяется Са2+ .

В соответствии со второй теорией, инициатором процесса минерализации является связывание  Са2+ с остатками    -карбоксиглутамінової кислоты в молекулах остекальцину.

Скорее всего, эти два процесса дополняют один другой, что делает инициирующую кристаллизации скорым и эффективным процессом.

Оптимальное для минерализации соотношение Са2+/ Р в слюне составляет 1,67. Такие элементы как Mg2+, Mn2+, Zn2+, Cu2+, кремний (Si2+) усиливают процесс минерализации. Селен (Se4+) – наоборот, замедляет минерализацию тканей зуба.

Деминерализация является физиологически обратным процессом, который в норме уравновешивается минерализацией. В процессе обмена веществ в тканях зуба имеет место уравновешенный процесс кристаллизации и декристаллизации гідроксиапатиту, образуются и разрываются связки с молекулами органической субстанции. Понятно, что процесс деминерализации усиливается при нарушениях синтеза коллагена и неколлагеновых белков, снижении содержания Са2+ в слюне и увеличении кислых продуктов обмена. Чувствительным показателем перехода деминерализации как физиологичного процесса в патологический процесс есть снижение в эмали зуба коэффициента  Са2+/ Р ниже за 1,3.

Реминерализация – включает два важных процесса: 1) процесс возобновления поврежденных участков зуба; 2) ионное замещение гідроксиапатиту в зависимости от характера питания и состояния обменных процессов в тканях зуба. В частности, избыточное поступання фтору и стронцию будет приводить к замене гідроксиапатиту на фторапатит и стронциевый апатит, поскольку гидроксильные группы апатита заміщуються на F, а кальций заміщується на стронций.

Эмаль – особенности биохимического состава и обмена

веществ в эмали.

Описание: Описание: Описание: biotene_2

Эмаль – наиболее твердая, стойка к изнашиванию минерализована ткань, которая внешне покрывает коронку зуба. Эмаль размещается поверх дентина и тесно с ним связанная, как структурно так и функционально. Эмаль составляет 20-25% зубной ткани, толщина ее слоя является максимальной в участке жевательных горбов, где она достигает 2,3-3,5 мм, а на латеральных поверхностях составляет 1,0-1,3 мм

Высокая твердость эмали (выдерживает давление до 30 кг) предопределяется высокой степенью минерализации ткани. Эмаль содержит 96% минеральных веществ, 1,2% органических соединений и 2,3% воды. Часть воды находится в связанной форме, формируя гідратну оболочку кристаллов, а часть - в форме свободной воды - заполняет микропространства.

Основным структурным компонентом эмали являются эмалевые призмы діаметром 4-6 мкм. Эмалевые призмы концентрируются в щепотки и образуют S-подібні изгибы. Общее количество призм в эмали колеблется от 5 до 12 млн в зависимости от размера зуба. Эмалевые призмы состоят из плотно упакованных кристаллов, преимущественно, гідроксиапатиту  Ca8H2(PO4)6·5H2O. Другие виды апатита представлены незначительно:  кристаллы гідроксиапатиту в зрелой эмали приблизительно в 10 раз большие кристаллов в дентине, цементе и костной ткани.

В составе минеральных веществ эмали кальций составляет 37%, а фосфор – 17%. Свойства эмали в значительной мере зависят от соотношения Са/р, которое изменяется с возрастом и зависят от ряда факторов. В эмали зубов взрослых лиц соотношения Са/р составляет 1,67. В эмали детей это соотношение является ниже. Дан показатель также уменьшается при деминерализации эмали.

Органические вещества эмали представлены белками, углеводами и липидами. Среди белков эмали важное место занимают коллаген и фібрилярний кислоторозчинний кальційзв’язуючий белок – кальпротеїн. Белки эмали играют важную роль в упорядоченном расположении кристаллической фазы и инициирующей минерализации.

Обмен веществ эмали.

Эмаль является аваскулярною тканью, секреторным продуктом клеток – амелобластів.  Амелогенез включает 3 стадии:

1. Стадия секреции и первичной минерализации эмали. Амелобласти выделяют органическую основу, которая сразу испытывает первичную минерализацию. Образованная таким образом эмаль сравнено мягкой тканью и содержит много органических соединений.

2. Стадия дозревания (вторичной минерализации) эмали. В течение второй стадии проходит последующая минерализация (звапнення) путем дополнительного включения в состав эмали минеральных солей, а также путем удаления большей части органического матрикса.

3. Стадия окончательного дозревания (третичной минерализации) эмали. Эта стадия осуществляется после прорізування зубов, особенно интенсивно в течение первого года. Основным источником ионов неорганических веществ, которые поступают в эмаль, является ротовая жидкость – слюна. Раньше считали, что все вещества в эмаль поступают согласно следующей последовательности пульпа > дентин > эмаль. На данное время есть неопровержимые доказательства того, что основным источником неорганических соединений, которые поступают в эмаль, является слюна,  а из дентина поступает лишь их незначительная часть. В связи с этим особенное значение для минерализации эмали имеет минеральный состав слюны, то есть наличие в ней необходимого количества ионов кальция, фосфатов и фтора. Последние включаясь в кристаллы гідроксиапатиту, повышают  их стойкость к действию кислоты.

Проницаемость эмали зубов обеспечивается наличием микропространств между кристаллами гідроксиапатиту, которые заполнены эмалевой жидкостью, которая является транспортной средой для ионов и небольших молекул. Эмалевая жидкость за составом существенно отличается от дентиновой жидкости.  Микропоры эмали имеют малые размеры и не пропускают макромолекулы, которых есть много в дентиновой жидкости. Из ротовой жидкости в эмаль поступают как неорганические, так и органические соединения. Скорость их поступання является разной, в частности, легко проникают в эмаль: глюкоза, лимонная кислота, никотинамид и другие витамины. Одновалентные ионы имеют высшую проницаемость, чем двувалентные.

Проницаемость эмали снижается с возрастом, при действии щелочной среды ротовой жидкости и паратгормону. Повышают проницаемость эмали – гормон кальцитонин, кальцитріол, фермент гіалуронідаза, каротин, низкие значения pH (кислая среда), ультразвук, электрофорез. Ионы фтора после аппликации фторида натрия быстро проникают в эмаль и резко снижают проницаемость эмали. Это явление необходимо учесть в клинике при проведении реминерализации зубов.

 

Дентин – особенности биохимического состава

но обмену веществ.

Дентин – минерализованная, бесклеточная, бессосудистая (обызвествленная) ткань зуба, которая образует основную его массу и за строением занимает промежуточное положение между костной тканью и эмалью. Он более крепок от кости и цемента, но в 4-5 раз более мягкий от эмали. Зрелый дентин содержит 69% неорганических веществ, 18% органических и 13% воды (что соответственно в 10  и в 5 раз больше чем в эмали). Дентин построен из минерализованного межклеточного вещества пронизанной численными дентиновыми канальцами.

Органический матрикс дентина составляет около 20% общей массы и за составом является близким  к органическому матриксу костной ткани. Минеральную основу дентина составляют кристаллы апатита, который откладывается в виде зерен, брилок и шаровидных образований – калькосферитів. Кристаллы откладываются между коллагеновыми фибриллами, на их поверхности и внутри самих фибрилл.

 Различают: первичный дентин, который образуется в период формирования и прорізування зубов, откладывается одонтобластами и является основой этой ткани; вторичный дентин – регулярный или физиологичный вторичный дентин, образуется в сформированном зубе после прорізування и является продолжением первичного; третичный дентин – иррегулярный, репаративний, заместительный дентин, который образуется в ответ на действие патогенных факторов и формируется локально в определенных участках зуба.

Кроме того различают перитубулярний дентин и інтратубулярний дентин. Перитубулярний – слой дентина, который окружает каждую дентинную трубочку и образует ее стенку. Он имеет высшее содержание минеральных веществ, чем інтратубулярний.

Дентинные канальцы (трубочки) – их количество колеблется от 30 до 75 тысяч на 1 мм дентина. В просветительстве дентинных канальцев расположены отростки одонтобластов периферийного слоя пульпы. В дентинных канальцах циркулирует дентинная жидкость, которая содержит органические и неорганические соединения, которые принимают участие в обновлении дентина. Жидкость являет собой трансудат периферийных капилляров пульпы и за белковым составом является похожей с плазмой крови. Следовательно, поступання питательных веществ в дентин осуществляется через сосуды пульпы. Изнутри стенка дентинного канальца покрыта тонкой пленкой органического вещества (мембраной Неймана), которое содержит высокие концентрации глікозаміногліканів.

Благодаря чрезвычайно большому количеству дентинных канальцев дентин, не ввиду высокой прочности, имеет очень высокую проницаемость. Это определяет быструю реакцию пульпы на повреждение дентина. При развитии кариеса дентинные канальцы служат путями распространения микроорганизмов и воспалительного процесса. Обмен  веществ в дентине протекает в 15-20 раз интенсивнее, чем в эмали, но медленнее, чем в костной ткани.

 

Пульпа – особенности биохимического состава и обмена.

Пульпа зуба – это сильно васкуляризированная и иннервированная специализирована пышная волокнистая соединительная ткань, которая заполняет пульпову камеру коронки и канала корня. Она состоит из клеток (одонтобластов, фибробластов, макрофагов, дендритных клеток, лимфоцитов, тучных клеток) и межклеточного  вещества, а также содержит волокнистые структуры.

Функция клеточных элементов пульпы – одонтобластов и фибробластов -  заключается в образовании основного межклеточного вещества и синтезе коллагеновых фибрилл. Поэтому клетки имеют мощный білок-синтезуючий аппарат и синтезируют большое количество коллагена, протеогліканів, гликопротеинов и других водорастворимых белков, в частности, альбумінів, глобулинов, ферментов. В пульпе зуба обнаружена высокая активность ферментов углеводного обмена, цикла три карбоновых кислот, дыхательных ферментов, щелочной и кислой фосфатазы, и тому подобное. Активность ферментов пентозофосфатного пути является особенно высокой  в период активной продукции дентина одонтобластами.

Пульпа как соединительная ткань выполняет следующие функции:

1. Пластичная функция – участие в образовании дентина.

2. Трофическая функция – хорошо развитая кровеносная и лимфатическая системы забезпечуть трофику дентина коронки и корня зуба.

3. Сенсорная функция – за счет наличия в пульпе большого количества нервных окончаний сенсорные рецепторы получают и передают информацию в центральную нервную систему.

 

Витамины в регуляции процессов минерализации тканей зуба.

На  метаболизм  тканей зуба и процессы минерализации значительное влияние имеют витамины, в частности А, С, К, Д, Е.

Витамин А принимает участие в следующих процессах:

1. Активирует синтез белков – гликопротеинов и протеогліканів, поскольку является кофактором     глікозил-трансфераз – ферментов, которые переносят углеводные остатки от нуклеозидмоносахаридів (УДФ-глюкоза, УДФ-галактоза, Удф-n-ацетилгалактозамин) на гидроксильные (-ОН) группы  серина и треоніну во время синтеза олігосахаридних цепей гликопротеинов. Активируя синтез протеогліканів и гликопротеинов, витамин А обеспечивает эффективное протекание процесса  минерализации тканей  зуба.

2. Обеспечивает образование активной формы сульфатов – фосфоаденозин-фосфосульфату (ФАФС), который является источником сульфата для синтеза сульфатирующих глікозаміногліканівхондроїтин-4-сульфату и хондроїтин-6-сульфату, что принимают участие в процессе формирования протеогліканових комплексов.

3. Гликопротеины и протеоглікани является основными структурными компонентами муцина – белков слизевых образований, которые укрывают эпителиальные ткани (в том числе полости рта), обеспечивая их барьерную функцию.

При недостаточности витамина А имеют место следующие нарушения:

·                  подавляется активность одонтобластов и фибробластов;

·                  нарушается кальцификация эмали и дентина;

·                  задерживается прорізування зубов в детей, неправильное их размещение и развитие;

·                  характерным признаком гиповитаминоза А есть сухость слизевых оболочек рта, кожи, трещины и эрозии в уголках губ. Как следствие теряются барьерные, защитные функции слизевых оболочек рта, растет инфекционная пораженность.

Витамин А широко используется в стоматологической практике как средство, которое убыстряет эпителизацию эрозий, нормализует обменные процессы в эпителии, возобновляет слизевые покровы ротовой полости.

Витамин С - аскорбиновая кислота.

Аскорбиновая кислота является необходимым фактором в процессах гидроксилирования, что каталізуються ферментами гідроксилазами (монооксигеназой). Реакции гидроксилирования привлечены в фундаментальные процессы, которые протекают в тканях зуба.

Прежде всего, аскорбиновая кислота обеспечивает гидроксилирование пролина в гидроксипролин и лизина в гідроксилізин в составе белка-коллагена. Коллаген становится функционально активным лишь после гидроксилирования, потому гиповитаминоз С вызывает торможение синтеза коллагена (образованный коллаген имеет меньшую стабильность и прочность), нарушает формирование кристаллов гідроксиапатиту, тормозит процессы минерализации и усиливает деминерализацию тканей зуба: эмали и дентину.

Кроме того, зубы в лунках альвеолярного отростка фиксируются периодонтальной связкой, которая образована коллагеновыми волокнами. При скорбуте (цинга) снижения биомеханических свойств периодонтальной связки и других навколозубних тканей ведет к расшатыванию и выпадению зубов.

Параллельно, в результате усиления проницаемости и ломкости капилляров развиваются клинические симптомы гиповитаминоза – множественное точечное кровоизлияние (петехии), развиваются воспалительные процессы десен. Прогрессирующие изменения в тканях полости рта при долговременном гиповитаминозе вызывают развитие   язвенного гингивита.

Витамин D. Биологически активной формой является витамин D31,25- дигідрокси-холекальциферол (кальцитріол). Физиологичное действие витамин D3 заключается в усилении всасывания Са2+ в кишечнике путем стимуляции синтеза высокоспецифического Са2+-зв’язуючего и Са2+-транспортуючего белка. Следовательно, кальцитріол регулирует процессы кальцификации тканей зуба за механизмом, подобным действию стероидных гормонов.

Гиповитаминоз D у детей в период формирования тканей зуба предопределяет неполноценную минерализацию, гипопластические дефекты и кариес молочных зубов. На состояние постоянных зубов у взрослых витамин D имеет меньшее влияние, однако последствия гиповитаминоза в детском возрасте проявляются у взрослых в виде  гипоплазии эмали, нарушении процессов минерализации тканей зуба, который содействует развитию кариеса.

Витамин К. Хоча витамин К более известен как фактор свертывания крови, он принимает непосредственное (прямую) участие в процессах минерализации тканей зуба. Первичными центрами связывания Са2+ с белками (коллагеном, протеогліканами, кальцій-зв’язуючим белком – кальпротеїном, или остеокальцином) является две карбоксильных группы остатков  -карбоксиглутамінової кислоты.  -Карбоксиглутамінова кислота образуется путем карбоксилирования глутаминовой кислоты в  -положенні под действием фермента –  -глутамілкарбоксилази. Показано, что кофактором фермента является витамин К.

Недостаточность витамина К тормозит образование  -карбоксиглутамінової кислоты в молекулах кальпротеїну, а следовательно снижает его способность связывать ионы Са2+ в точках нуклеації, что в целом тормозит минерализацию тканей зуба.

Витамин Е. Биологична действие витамина Е связано из его антиоксидантними свойствами. Он інгібує свободнорадикальные реакции, тормозит перекиснет окисление высших ненасыщенных жирных кислот – структурных компонентов биологических мембран и, тем самым, стабилизирует структуру и обеспечивает нормальное функционирование биологических мембран клеток.

Недостаточность витамина Е вызывает депигментацию эмали, уменьшает стойкость тканей зуба, повышает проницаемость капилляров десен.

Витамин Е используют в лечении парадонтоза в форме внутрішньом’язевих инъекций, введения в парадонтальні кармане а также для аппликаций на эрозии язв при заболеваниях слизевой оболочки ротовой полости.

 

Гормональная регуляция гомеостаза кальция.

  Ионы  Са2+ являются интегральными компонентами многих биоструктур и эволюционно древнейшими внутриклеточными месенджерами, что регулируют множественные метаболические процессы и физиологичные функции.

  Путем изменения своей внутриклеточной концентрации кальций контролирует ход жизненно важных биохимических реакций и принимает участие в реализации эффектов большинства физиологически активных соединений, которые влекут активацию физиологичных функций разнообразных клеток, что позволило образно назвать этот макроэлемент “королем месенджерів” (H.Rasmussen, B.Goodman, 1977).

Распределение кальция в организме. Общее количество кальция в теле взрослого человека достигает 1кг, около 99% которое локализовано в костях, где кальций вместе с фосфатами образует кристаллы гідроксиапатиту, что составляют основу неорганической структуры скелету. Зовнишнеклитинна концентрация ионов кальция (Са2+) является величиной порядка 10-3М, внутриклеточная - 10-6 – 10-8М. Внутри клеток кальций локализован  преимущественно в митохондриях и структурах эндоплазматического (саркоплазматического) ретикулума. Биологически активные соединения (гормоны, медиаторы, лекарственные средства) влекут рост концентрации ионов в цитозолі за счет его входа извне через каналы плазматических мембран и  высвобождения Са2+ из внутренне клеточных депо (мобилизация внутренне клеточного кальция).

  Концентрация кальция в плазме крови является одной из гомеостатических констант организма человека и составляет в норме 2,25-2,85 ммоль/л. Кальций в плазме крови находится в виде трех молекулярных форм:

·       в ионизированном состоянии (1,05-1,20 ммоль/л) – как наиболее биологически активный кальций;

·       в виде кальция, связанного с белками, преимущественно с сывороточным альбуміном (приблизительно половина всего кальция плазмы);

·       в виде слабо дисоціюючих солей с анионами органических и неорганических кислот, в частности, Цитратом, фосфатом и тому подобное (около 6% общего кальция в плазме).

Гомеостаз кальция. 

Как общее количество кальция в организме, так и концентрация его ионизированной формы в экстрацеллюлярных пространствах и в середине клеток, то есть гомеостаз кальция определяется функционированием таких анатомо  -фізіологічних систем: 

1.                       Костей скелета – резервуара кальция.

Клетки костной ткани не только обеспечивают собственное образование костей, но и выполняют важную функцию контроля кальциевого гомеостаза в организме:

·       остеобласт обеспечивает как биосинтез компонентов остеоида - органического матрикса костной ткани (содержит коллаген, гликопротеины и протеоглікани), так и откладывание вдоль коллагеновых фибрилл кристаллов гідроксиапатиту кальция, то есть минерализацию остеоида;

·       остеокласт (производные моноцитов) осуществляет резорбцию костной ткани и освобождения кальция, который связан с органическим матриксом костей,  а также выход Са2+ в кровь.

2.                Тонкой кишки, в верхних отделах которой осуществляется всасывания (абсорбция и реабсорбция) кальция и фосфатов, которые потребляются в составе продуктов питания или поступают в полость кишечника в следствие высвобождения этих ионов в процессе метаболизма.

3.     Почек, вдоль канальцев которых происходит реабсорбция ионов кальция и фосфвтів.

В свою очередь, ефекторна функция костей, кишечника и почек относительно гомеостаза кальция является объектом гуморального контроля за участием трех физиологически активных соединений: паратгормону, кальцитріолу (витамину D3) и кальцитонину.

 

Паратгормон (паратиреоидный гормон)соединение, которое синтезируется в главных и ацидофильных клетках паращитовидних желез.

За химической природой является простым белком, который имеет одну полипептидную цепь, которая состоит из 84 аминокислотных остатков. Паратгормон синтезируется на рибосомах в форме препропаратгормону (115 аминокислотных остатков), который подлежит процессингу в эндоплазматическом ретикулумі и аппарате Гольджи с образованием сначала пропаратгормону (90 аминокислотных остатков), а затем – паратгормону.

Паратгормон имеет гіперкальціємічний эффект, в то же время уменьшая концентрацию в крови фосфатов, которые являются результатом его влияния на такие ткани:

-      в костной ткани паратгормон стимулирует функциональную активность остеокласта, которая приводит к резорбции как органического матрикса, так и неорганических структур кости с высвобождением кальция и фосфатов и выходом их в экстрацеллюлярное пространство и кровь. Внутриклеточными посредниками действия паратгормону на остеокласт выступают ионы кальция, которые поступают в клетки в результате взаимодействия гормона с мембранными рецепторами и, после соединения из кальмодуліном, влекут активацию синтеза ферментов, которые принимают участие в резорбции костной ткани;

-      в почках паратгормон увеличивает реабсорбцию Са2+ в дистальных отделах канальцев и подавляет реабсорбцию фосфатов, которая может приводить (при аномальном росте количества гормона в организме) к фосфатурії и гіпофосфатемії;

-      в кишечнике действие паратгормону приводит к стимуляции всасывания Са2+ в кровь через апікальні мембраны энтероцитов. Этот эффект гормона усиливается кальцитріолом, который является настоящим активатором абсорбции кальция в кишечнике.

Аналогичное действие к паратгормону имеет соматотропный гормон, который усиливает всасывание кальция и фосфатов в кишечнике.

Кальцитриол (1,25-дигідроксихолекальциферол). Кальцитриол соединение гормонального типа действия, которое образуется в организме из биологического предшественника, которым в организме человека и высших животных есть жирорастворимый витамин D3 (холекальциіерол).

Биологическая функция кальцитріолу заключается в стимуляции всасывания Са2+ и фосфатов в кишечнике. Кальцитриол является единственным естественным физиологически активным соединением, эффект которого заключается в транспортировке  Са2+ против концентрационного градиента, который существует на мембране энтероцитов; тем самым кальцитріол поддерживает физиологичные концентрации кальция и фосфатов в плазме крови, которая обеспечивает условия для нормального построения костной ткани и тканей зуба.

Молекулярные механизмы действия кальцитріолу принципиально подобны другим стероидным гормонам: у цитозолі клеток кишечника гормон связывается с белковым рецептором и в виде білок-гормонального комплекса транслокується в ядро. В ядре комплекс, взаимодействуя с ядерным хроматином и регуляторными участками ДНК, активирует экспрессию генов, которые контролируют синтез Са-зв’язуючих белков. Кальцитриолзалежни Са-зв’язуючі белки энтероцитов и есть биохимическими ефекторами, необходимыми для транспорта кальция в кишечнике через апікальні мембраны энтероцитов. В условиях D-авітамінозу  (клинически проявляется, как рахит) Са-зв’язуючі белки в клетках кишечника отсутствуют, что определяет комплекс биохимических и патофизиологических изменений, свойственных этой патологии.

 

Кальцитонин- гормон, который синтезируется в парафолікулярних (С-клітинах) щитовидной железы. Это полипептид, который состоит из 32 аминокислотных остатков и синтезируется в виде препрокальцитоніну, который в итоге посттрансляційного процессингу последовательно превращается на прокальцитонін и кальцитонин.

В отличие от паратгормону и кальцитріолу, кальцитонин является гормоном гіпокальціємійної действия, которое уменьшает концентрацию в плазме крови Са2+ и неорганических фосфатов. Механизм действия кальцитонина заключается в притеснении функций остеокласта и замедлении их образования из клеток предшественников. В результате этих клеточных эффектов резорбция как органической, так и неорганической составляющей костного матрикса тормозится, что приводит к уменьшению поступления в кровь кальция и фосфатов.   Физиологичным стимулятором секреции кальцитонина является рост концентрации Са2+ в плазме крови.

 

Нарушение кальциевого гомеостаза

Наиболее распространенными клинически очерченными нарушениями гомеостаза кальция являются патологические синдромы, связанные из дефицита витамина D3 (какие проявляются как рахит в детей и разные формы остеопороза во взрослом и наклонном возрасте) и заболевания, вызванные первичной патологией паращитовидних желез, – гіпер- и гипопаратиреоз.

Рахит – заболевание дитячогого возраста, которое влечется уменьшенным поступлением и синтезом в организме витамина D3. Достоверность заболевания значительно растет в условиях недостаточного облучения кожи ребенка солнечным светом, который является необходимым для образования витамина D3 из 7-дегідрохолестеролу. Основными проявлениями рахита является гіпокальціємія и гіпофосфатемія, которые приводят к глубоким нарушениям кальцификации костной ткани и спецефічних изменений скелету.

Гиперпаратиреоз – группа заболеваний, развитие которых связано с избыточной секрецией паратгормону, аномальным увеличением вследствие этого концентрации кальция в сыворотке крови и гіпофосфатемією. Первичный гиперпаратиреоз – паталогія, что влечется наличием в паращитовидних железах гормонально активных опухолей – аденомы, карциномы или гиперплазией железы. Ведущими симптомами заболеваний этой группы является поражение костной системы (проявляется деминерализацией костей – остеопорозом) и почек с развитием мочекаменной болезни (в результате откладывания солей и образования камней, которые состоят из оксалату и фосфату кальция) и нефрокальциноза.

 

Биохимические изменения в тканях зуба при патологиях.

Кариес зубов. Одним из самих распространенных заболеваний зубов есть кариес. Кариес зубов (Caries dentis) – это процесс разрушения твердых тканей зубов, в основе которого лежит деминерализация и их размягчение с последующим образованием дефекта в виде полости. В экономически развитых странах пораженность населения кариесом составляет 95-98%. Кариес, как патологический процесс, есть необратимом. Разрушены эмаль и дентин не возобновляются.

Описание: Описание: Описание: 140px-Toothdecay

Процесс деминерализации эмали сопровождается изменением формы, размера и пространственной организации кристаллов гідроксиапатиту. К определенному моменту потеря Са2+ не сопровождается разрушением кристаллической решетки гідроксиапатиту. Но в дальнейшем рядом с Са2+ теряются фосфаты и кристаллогидраты разрушаются. В участках карієсного поражения понижается содержание кальция, фосфора, фтора и других элементов.

Существуют много теорий, которые объясняют возникновение и развитие этого патологического процесса, поскольку кариес обусловливается комплексом эндогенных и экзогенных факторов, в частности:

·                   типом питания;

·                   наследственными факторами (структура и состав тканей зуба);

·                   действием экстремальных факторов (влияний) на организм;

·                   нарушениями состава и свойств ротовой жидкости, и тому подобное.

Ведущим фактором, согласно современных взглядов, является снижение рН и усилено образование органических кислот в ротовой жидкости, которая ведет к прогрессирующей деминерализации тканей зуба. Органические кислоты образуются в результате ферментативного  расщепления углеводов под действием микрофлоры полости рта. Продуктами анаэробного брожения являются органические кислоты: молочная, пировиноградная, муравьиная, масляная, пропінова и другие. При избытке углеводов в диете активность ферментов микрофлоры растет и повышается образование  органических кислот. Следовательно углеводная диета является карієсогенним фактором. Причем не столько количество углеводов, как долгое время пребывание сладких продуктов в полости рта является карієсогенним фактором.

Поэтому у рабочих кондитерских производств, которые длительное время вдыхают углеводную пыль с воздухом, углеводы оседают на слизевых оболочках рта и поддаются брожению с образованием органических кислот, что резко повышает степень риска развития кариеса.

Механизм декальцификации апатита под действием органических кислот заключается в вытеснении Са2+ с гідроксиапатиту ионами водорода, концентрация которых резко растет при закисленні среды. Реакция имеет следующий вид:

Са10 (Ро4)6(ЭВОН)2 + 2Н+   >    Са9н2 (Ро4)6(ЭВОН)2 + Са2+

Высвобожден Са2+ будет использоваться для нейтрализации кислых продуктов, связываться с ними и выводиться из тканей. Но при этом будет понижаться соотношение Са/р, а процессы деминерализации будут преобладать над процессами минерализации. Кислотный некроз является профессиональным заболеванием у рабочих химических предприятий.

В лечении кариеса широко используют глицерофосфат и глюконат кальцию, как средство ремінералізуючої терапии и фторирования, как способ повышения стойкости (резистентности) эмали. Известно, что фторапатит является наиболее прочным среди всех видов апатита эмали и хуже растворяется в органических кислотах. При оптимальному поступанні фтору в ткани зуба гідроксиапатит присоединяет фтор и  превращается в фторапатит:

Са10 (Ро4)6(ЭВОН)2  + 2F-  >  Са10 (Ро4)6F2 + 2(ЭВОН)-

 

С целью профилактика кариеса использует разные пути введения фтора:

·                   искусственное фторирование питьевой воды. Следует помнить, что оптимальное для здоровья количество фтора в питьевой воде должно составлять 0,5-1,2 мг/л;

·                   фторирование кухонной соли;

·                   фторирование молока;

·                   фторирование зубных паст;

·                   аппликации и полоскания  зубов раствором фторида натрия (NAF).

Дорос человек на сутки должна получать 0,5-1,1 мг фтору  с пищевыми продуктами и 2,2-2,5 мг фтору с питьевой водой,  потому что именно из питьевой воды фтор усваивается лучше.

Избыточное поступление в организм фтора приводит к развитию флюороза зубов. Повышено содержание фтора в питьевой воде свыше 1,5 мг/л приводит к развитию эпидемического флюороза. При содержании фтора свыше 5 мг/л флюороз зубов развивается у 100% населения. Наблюдается п’ятниста "крапчата" эмаль в детей и пористость зубов у взрослых.

Биохимический механизм действия избытка фтора заключается в образовании с ионами Са2+ комплекса фторида кальция – Саf2,  который выводится из тканей. В результате наблюдается деминерализация тканей зуба.

Недостаточное поступання кальцию при этих условиях усиливает токсичность фтора, а  поступання повышенных количеств Са2+ – нейтрализует токсичность фтора.

Гиперплазия – избыточное образование тканей зуба, в частности эмали наблюдается при недостаточном поступанні Са2+ и избыточном поступлении фтора в ткани зуба.

Гипоплазия – недоразвивание зуба и его тканей. Это заболевание связано с нарушением кальцій-фосфорного обмена. Причиной является гипофункция паращитовидної железы, рахит в детском возрасте и недостаточная обеспеченность витамином D, который регулирует всасывание Са2+ в кишківнику.

Кислотный некроз – профессиональное заболевание, которое возникает у работников химических предприятий. Его причиной является постоянное вдыхание парів кислот, что вызывает снижение рН слюны и усиливает кислотную деминерализацию тканей зуба.

 

Слюна является секретом слюнных желез и важной биологической средой полости рта, а потому ее свойства и химический состав существенно влияют на состояние зубов и слизевой оболочки полости рта.

Слюну выделяют три больших парных железы: околоушные, подъязычные, подчелюстные и мелкие слюнные железы полости рта. Секрет каждой железы имеет свой особенный состав и свойства:

·                                           Околоушные железы – выделяют секрет серозного типа.

·                                           Подчелюстные железы – выделяют секрет серозно-слизистого типа.

·                                           Подъязычные железы – выделяют секрет слизевого типа.

В полости рта слюна смешивается и превращается в ротовую жидкость, в которой кроме собственно слюны как секрету слюнных желез содержится также злущені эпителиальные клетки, лейкоциты, бактерии, остатки еды, и тому подобное.

http://www.youtube.com/watch?v=HUhdVaH2xMM&feature=related

 

За сутки в среднем выделяется 1,5-2,0 л. слюны при  общей массе всех желез - 5-6 граммов. Наибольшее количество – 71% выделяют подчелюстные железы, 25% - околоушные мелкие слюнные железы, 3-4% - подъязычные.

Скорость секреции нестимулируемой слюны составляет 0,02-0,10мл/хв.(по другим данным 0,3-0,5мл/хв.). Стимулируемая слюна, которая образуется при действии раздражителя, выделяется со скоростью – 1,5-2,3мл/хв.

Описание: Описание: Описание: Image Preview

Функции слюны.

http://www.youtube.com/watch?v=HrFtnFudzYw&feature=related

 

1. Пищеварительная функция. Слюна является первым пищеварительным соком на пути переваривания пищевых продуктов. Слюна увлажняет, размягчает еду и формирует первичную пищевую грудку. Процесс переваривания еды  сопровождается механическим подрібленням и насыщением муцином и гидролитическими ферментами: ?-амілазою, мальтазой, трипсиноподібними ферментами, пепсиногеном, нуклеазой, калекреїнподібними липазами. Поэтому еда начинает перевариваться уже в ротовой полости, а растворенные в слюне соединения влияют на вкусовые рецепторы и стимулируют функцию желудочно-кишечного тракта.

2. Минерализирующая функция – участие в образовании и поддержании состава твердого апатита тканей зуба и прежде всего эмали. Снабжение эмали питательными соединениями осуществляется преимущественно за счет компонентов слюны. В слюне содержатся все необходимы факторы минерализации – неорганические и органические соединения, а также гормоны и витамины, которые регулируют этот процесс.

Изменения биохимического состава слюны являются основной причиной заболеваний зубов. В частности при гипосаливации и особенно – ксеростомии (отсутствие слюны) быстро развивается заболевание слизевой оболочки рта, а через 3-5 месяцев наступает множественное поражение зубов кариесом.

3. Защитная функция. Слюна является первым барьером на пути проникновения в организм вредных факторов, а потому содержит мощную ферментативную и иммунную систему защиты, которая включает: защитный фермент - лизоцим, ингибиторы протеїназ, факторы свертывания крови, муцин, систему секреторного иммуноглобулина А, лейкоциты.

4. Буферная функция  - обусловленная наличием фосфатного буфера и белков. Слюна поддерживает слабощелочную реакцию в ротовой жидкости, которая является исключительно важным для оптимального протекания процессов минерализации и реминерализации эмали. Слабощелочная буферная система слюны позволяет успешно противодействовать деминерализирующему влиянию органических кислот (конечно в определенных пределах).

5. Функция выдела – со слюной выделяются конечные продукты азотистого обмена, метаболіти гормонов, минеральные соли, продукты превращения лекарств, токсинов. В частности, важной функцией слюны является выведение из организма роданідів – продуктов обеззараживания (детоксикации) цианидов в тканях (содержание 0,02-0,03г/л). Особенно высоким содержание роданідів является в слюне курильщиков (0,06-0,12г/л).

6. Регуляторная функция – это способность слюны поддерживать гомеостаз полости рта. В составе слюны выделяются гормоны и регуляторные пептиды, которые имеют высокую биологическую активность, в частности гормоны: кортизол, естрогени, прогестерон, тетростерон, паротин и пепдиди: фактор роста эпителия, фактор роста нервов, белки с высоким родством к Са2+.

Физико-химические свойства слюны.

    Смешана слюна – это вязкая жидкость с удельным весом 0,001-0,017. Вязкость слюны зависит от содержания муцину, который является основой слизевых образований и предотвращает повреждение слизевой оболочки рта и пищевода, формирует защитное покрытие зубной пеликули.

    рН слюны колеблется от 6,4 до 7,8 в зависимости от гигиены ротовой полости, характера питания, индивидуальных особенностей метаболизма. Сдвиг рН слюны в кислый бок (<6,2) приводит к демінералізаціі эмали и развитию кариеса. Такие условия влекутся в частности избыточным развитием ацидофильных бактерий, которые образуют большое количество органических кислот, и рядом заболеваний, которые сопровождаются развитием тканниної гипоксии, – сахарный диабет, разного рода гемофилии, ацидурії.

    Оптимальным для процессов минерализации и реминерализации тканей зуба является слабощелочное значение рН слюны – 7,2-7,8.

 

Биохимический состав слюны.

Слюна является сложным секретом, в котором содержится 99% воды и 1% растворенных органических и неорганических соединений.

 

Таблица. Содержание органических веществ в смешанной слюне человека.

 

Компоненты

 

Содержание

Компоненты

Содержание

1

Общий белок

2,0-5,0 граммов/л

10

Остаточный азот

7,7-14,7 ммоль/л

2

Муцин

2,0-3,0 граммов/л

11

3,5- цАМФ

5-50 нмоль/л

3

Амилаза

0,2-0,5 граммов/л

12

Глюкоза

0,05-0,10 ммоль/л

4

Гликопротеины

2,0-2,5 граммов/л

13

Нейраминована кислота

0,01 граммов/л

5

Серомукоид

0,29-0,35 граммов/л

14

Пируват

22,0-45,0 мкмоль/л

6

Лизоцим

0,15-0,25 граммов/л

15

Лактат

0,21-0,44 ммоль/л

7

Иммуноглобулин А

0,3 граммов/л

16

Цитрат

10-104 мкмоль/л

8

Свободные аминокислоты

1,5-2,2 ммоль/л

17

Холестерол

0,025-0,09 граммов/л

9

Мочевина

1,5-2,0 ммоль/л

18

Липидный фосфор

0,015-0,030 граммов/л

 

  Органические компоненты слюны. Среди органических компонентов важнейшими являются белки, содержание которых составляет 2,0 – 5,0 граммов/л. В частности: муцин, гликопротеины, протеоглікани, альбумін α-глобулін, b-глобулін-глобуліни, а также ферменты: лизоцим, амилаза, кислая и щелочная фосфатаза, пероксидаза, амінотрансферази, лактатдегидрогеназа, и тому подобное. Кроме того, в слюне содержатся углеводы (моно-, дисахарид, глікозаміноглікани), липиды (свободные жирные кислоты, фосфоацилглицероли, холестерол и его эфиры), небелковые азотистые соединения, витамины, гормоны.

Большую часть белков – 2-3 грамма/л составляет гликопротеин-муцин, который синтезируется в подчелюстных железах и благодаря наличию в его составе до 60% углеводов предоставляет слюне густого слизевого характера. Компонентами является глюкуроновая кислота, N-ацетилглюкозамін, фруктоза, галактоза. Агрегаты муцину образуют надмолекулярные комплексы больших размеров, они связывают и удерживают воду, благодаря чему имеют высокую вязкость.

Негативный, полианионний заряд углеводных компонентов в муцине обусловливает их способность адсорбироваться на поверхности гідроксиапатитів зубной эмали и защищать эмаль от  влияния негативных факторов – в частности органических кислот.

В слюне содержится большое количество (до 10% общего содержания белка) фермента α-амілази (0,2- 0,5 граммов/л). 70% ?-амілази продуцируется околоушными слюнными железами, остальные 30% - подчелюстными железами. ?-Амілаза катализирует гидролиз полисахаридов - гликогену и крахмалю к дисахариду (мальтозы) и остаточным олигосахаридам и декстринів. α-Амилаза слюны за свойствами подобная к α-амилазе поджелудочной железы. Активность α-амылазы смешанной  слюны в норме составляет 623±20 международных единиц.

Лизоцим (мурамідаза) слюны – фермент, содержание которого составляет 0,15-0,25 граммов/л, то есть около 5% всех белков слюны. Основным источником является секрет подчелюстных желез, в околоушных железах его содержание меньше. Лизоцим имеет высокие актибактеріальні свойства, поскольку разрушает клеточную стенку бактерий. Клетки бактерий покрытых жесткой пористой оболочкой пептидогликанової природы – муреином. Муреин построен из длинных (нитей) цепей полисахаридов, которые состоят из N-ацетилглюкозамину и N-ацетилмурамової кислоты. Полисахаридни цепи сшиты между собой белковыми (пента- и тетра-пептидними) фрагментами. Клеточная стенка - (муреин) это гіганська мешковидная молекула пептидоглікану, что охватывает всю клетку. Лизоцим расщепляет гликозидные связки между N-ацетилглюкозамином и N-ацетил мурамовой кислотой в полисахаридах и клетка погибает.

Среди защитных ферментов слюны следует отметить пероксидазу и каталазу. Различают лактопероксидазу и миелопероксидазу, которые продуцируются соответственно железами или лейкоцитами. Лактопероксидаза слюны за своими свойствами подобная пероксидазе молока. Миелоперосидаза продуцируется лейкоцитами. Оба фермента ингибируют процессы перекисного окисления липидов, перерывая свободнорадикальные реакции, поскольку удаляют гидроперекиси из цепного процесса.

Ферменты: щелочная фосфотаза, которая усиливает процессы реминерализации и киснула фосфотаза, которая имеет деминерализирующую действие, образуются слюнными железами, микроорганизмами и лейкоцитами. Они проникают в эмаль зуба и существенно влияют на процессы минерализации – деминерализации.

Активность протеолитических ферментов в слюне является низкой в результате высокого содержания ингибиторов протеаз в слюне. В частности:

·         железы продуцируют кислотостабільні ингибиторы трипсиноподібних протеїназ (КСИ);

·         из плазмы поступают: α-антитрипсин но α2-макроглобулін;

·         лейкоциты и микроорганизмы также продуцируют ряд ингибиторов.

В смешанной слюне определяют активность больше 100 ферментов. Кроме зазаначених, в слюне присутствуют: гіалуронідаза, нуклеаза, уреаза, ферменты   гликолиза, переаминирования, декарбоксилирования, цикла трикарбонових кислот, тканевого дыхания, супероксиддисмутаза, нейрамінідаза, холінестереза и другие. Поэтому исследования нарушений ферментативной активности слюны находят все более широкое приложение в ензимодіагностиці патологических процессов при ряде заболеваний.

  Особенную группу белков слюны представляют иммуноглобулины. Полость рта имеет иммунитет в известной мере независимый от общей иммунной системы организма. Известно 5 классов иммуноглобулинов крови: IgG, IgМ, IgA, IgD, IgE. В сыворотке основным классом иммуноглобулинов является IGG, в слюне преобладает секреторный IGA, который отличается от IGA плазмы крови. Основную массу  его содержания (до 90%) продуцируют околоушные железы.

Две 4-цепных молекулы IGA соединяются в димер с помощью полипептида, так называемого секреторного компонента (S), и образуют функционально активную форму – sIgA. Полный комплекс sIgA  имеет ряд свойств, которые определяют его способность защищать слизевые оболочки от инородных агентов, которые имеют антигенную природу, а именно:

·        высокую стойкость к действию проеїназ;

·        неспособность связывать компоненты комплемента, который обусловливает отсутствие повреждающей действию на слизевые оболочки;

·        способность  передшкоджати  адгезии мікрооганізмів и их токсинов, а также аллергенов, на эпителии и слизевых оболочках, что блокирует их проникновение во внутрішне среду организма.

Антиадгезивные свойства sIgA обусловливают его антибактериальные, антивирусные и антиаллергические свойства. Важной является также его способность активировать систему клеточного комплемента.

Низкомолекулярные органические компоненты слюны включают:

мочевину – 1,5-2,0 ммоль/л

остаточный азот – 7,7-14,7 ммоль/л

аминокислоты – 1,5-2,2 ммоль/л и на порядок меньшие количества глюкозы, лактата, пирувата, тиоцианата, и тому подобное.

В слюне найдены  витамины В, С, РР, А, Д.

Слюнные железы секретируют специфический гормон – паротин. Он снижает уровень Са2+ крови и усиливает его поступление в ткани, тем самым способствует минерализации зубов и костной ткани. Особенную группу соединений слюны составляют стероидные гормоны. Со слюной в ротовую полость выделяются: глюкокортикоиды, половые, тиреоидные гормоны, и тому подобное. Слюна содержит приблизительно 10-15% гормонов от их концентрации в крови. Поэтому определение содержания гормонов в слюне является информативным показателем состояния надпочечников, половых желез и гонадотропной функции гипофиза. 

Слюна содержит ряд белковых факторов свертывания крови и фибринолиза. В слюне обнаружены соединения, которые имеют тромбопластичну и антигепаринову активность, а также естественные антикоагулянты – плазминоген и его активаторы. В смешанной слюне активность факторов свертывания крови и фибринолиза больше в сравнении со слюной проливов, которая свидетельствует о взаимном активирующем влияние всех компонентов смешанной слюны.

При нормальных физиологичных условиях активность прокоагулянта более высока, чем антикоагулянтов. При повреждениях тканей ротовой полости существенно повышается активность фибринолитических ферментов. Это способствует очистке слизевых оболочек от фібринозного налета и продуктов распада (автолізу) белков.

         

Минеральный состав слюны.

 Особенностью слюны является преобладание содержания К+ (в 4-5 раз) и низшее содержание Na+  (в 5-10 раз) по сравнению с их содержанием в плазме крови. Содержание Са2+ в смешанной слюне такой же как в крови – 0,1г/л. Слюна отличается высоким содержанием фосфата, который в 2 разы превышает его содержание в крови и составляет 0,1г/л.

   Таблица. Содержание минеральных элементов в смешанной слюне человека.

 

Компоненты

Содержание

 Компоненты

Содержание

1

Калий

0,5-0,74 граммов/л

6

Хлор

0,3-0,8 граммов/л

2

Натрий

0,26-0,31 граммов/л

7

Фтор

0,06-1,8 мг/л

3

Кальций

0,048-0,103 граммов/л

8

Медь

16,471,03 мкг%

4

Магний

0,047 граммов/л

9

Цинк

58,583,12 мкг%

5

Фосфор

0,098 граммов/л

10

Никель

16,471,03 мкг%

  

Чрезвычайно важной является роль слюны в поддержании растворимых форм кальцій-фосфатних солей в точках кристаллизации.

Специальные пролінзбагачені белки слюны обеспечивают существование кальциевых фосфатов в коллоидном состоянии в растворах перенасыщенных гідроксиапатитом. Они удерживают ионы Са2+ и препятствуют неконтролированному осаждению кальция из перенасыщенных растворов. Именно благодаря таким белкам слюны, какие богатые на пролин, тирозин и гистидин и имеют высокое родство к гідроксиапатитів, процесс формирования кристаллов носит упорядоченный характер.

Нарушение слюноотделения.

 Слюне железы являются чувствительными к нейрогуморальних влияниям. Расстройства слюноотделения проявляются в двух формах: гиперсаливации и гипосаливации.

  Гиперсаливация (птиализм, сиалорея) – увеличение секреции слюны слюнными железами. Она наблюдается при стоматите, пульпите, гингивите, пародонтите, одонтогенных воспалительных процессах, язвенной болезни желудка и 12-ти палой кишки, отравлениях свинцом, ртутью, болезнях ЦНС и периферической нервной системы, при наличии разных металлов в полости рта. Следствием гиперсаливации является потеря компонентов слюны, которая может привести к истощению организма. Кроме того избыточное поступление слюны слабощелочной реакции в желудок ведет к нейтрализации Нсl в желудке и к нарушению пищеварения белков.

Гипосаливация (олигоптиализм) – уменьшение секреции слюны, может возникать в результате хирургических вмешательств, при острых инфекционных заболеваниях, обезвоживании организма, заболеваниях системы пищеварения, сильных эмоциях, болевых синдромах, эндокринных расстройствах, авитаминозах и заболеваниях нервной системы.

У пациентов, которые пользуются пластиночными протезами также снижается секреторная активность слюнных желез. Очень тяжелая форма гипосаливации (сухость полости рта) называется – ксеростомия. Она развивается при злокачественном малокровии, некоторых заболеваниях нервной системы, а также при синдроме Шенгера, для которых характерным является поражение слюнных и слезных желез. Следствием длительной гипосаливации является послабление физиологичной роли слюны. Нарушение минерализирующей функции слюны вызывает деминерализацию зубов и костной ткани парадонту и приводит к развитию кариеса, гингивита и парадонтиту.

 Недостаточность защитной функции слюны ослабляет иммунитет полости рта, в результате чего возникают: воспаление слизевой оболочки, множественный кариес зубов, а также поражение тканей пародонтаутвоюються патологические зубоясенні карманы и наблюдается остеолиз альвеол.

 Существенную роль в механизме возникновения остеолиза при гипосаливации играет недостатанє выделение со слюной остеотропних факторов – паротину и калликреину, которые способствуют минерализации зубов и костной ткани пародонта.

Недостаточность секреции нейропептидов – фактора роста нервов и фактора роста эпителия снижает пролиферативную активность клеток эпителия ротовой полости и его защитную функцию.

Проникновение бактерий в слюнные железы на фоне снижения иммунитета полости рта вызывает развитие сіалоденіту. Плохо подріблена еда при гипосекреции слюнных желез и недостаточном образовании муцину травмирует слизевую оболочку пищевода и желудка и приводит к развитию воспалительных процессов.

 

Биохимические исследования слюны в диагностике заболеваний.

Исследование слюны является достаточно ценным неінвазивним методом оценки общего состояния организма и органов полости рта.

Анализ смешанной слюны с успехом используется для імуноферментної диагностики гепатитов А, В, С, а также для тестирования Вич-инфекции.

 Снижение активности лизоцима в слюне наблюдается у больных раком желудка. Определения -фетопротеїна в слюне используют для диагностики раку печенки. При системной красной волчанке уровень специфических IGA в слюне хорошо коррелирует с его содержанием в сыворотке крови. Диагностика порфирий возможна на основании определения порфирина в слюне. У больных сахарным диабетом достаточно информативными диагностическими тестами является измерение активности цитозольних ферментов (ЛДГ, АСАТ и АЛАТ) и иммунореактивного инсулина в смешанной слюне.

 Существует корреляция между содержанием в слюне и сыворотке крови алкоголя, никотина, наркотиков, пестицидов и других токсичных веществ.

 Определение стероидных и пептидных гормонов является перспективным методом диагностики дисфункций эндокринных желез, стресорних реакций и циркадних ритмов.

 Ферменты смешанной слюны отображают состояние метаболизма органов полости рта. Активация протеолізу при пародонтиті способствует повышению содержания аминокислот в составе слюны.

 Пародонтит характеризуется повышением активности кислой фосфатазы, катепсинов Д и В и гиалуронидазы. При этом содержание лизоцима в слюне значительно уменьшается. Хронический паротит сопровождается увеличением в составе ротовой жидкости соотношения альбуминов и глобулинов.

 Достаточно информативным тестом клеточного повреждения при пародонтиті является повышение концентрации в ротовой жидкости продуктов свободнорадикального окисления (гидроперекиси, дієнові кон’югати, малоновый диальдегід).

 Состав слюны зависит от характера питания, возраста, состояния организма и других факторов, что требует соблюдения стандартных условий забора и хранения слюны для исследования и клинической оценки ее показателей.