Медицина

Біохімія сполучної тканини: будова, властивості, функції, регуляція, патологія

 

БІОХІМІЯ СПОЛУЧНОЇ ТКАНИНИ: БУДОВА, ВЛАСТИВОСТІ, ФУНКЦІЇ, РЕГУЛЯЦІЯ, ПАТОЛОГІЯ. БІОХІМІЯ ТКАНИН ЗУБА: БУДОВА, ВЛАСТИВОСТІ, ФУНКЦІЇ, РЕГУЛЯЦІЯ, ПАТОЛОГІЯ. БІОХІМІЯ СЛИНИ: ПОХОДЖЕННЯ, ФУНКЦІЇ, ХІМІЧНИЙ СКЛАД.

РЕГУЛЯЦІЯ І ПАТОЛОГІЯ СЛИНОВИДІЛЕННЯ

 

КОЛАГЕН, ЕЛАСТИН
І ПРОТЕОГЛІКАНИ СПОЛУЧНОЇ ТКАНИНИ

Електроннограма з колагеновими та еластичними волокнами

 

Загальна характеристика

 

Сполучна тканина надзвичайно поширена в організмі. Вона є у всіх органах і служить основою для їх утворення та виправлення пошко­джень. До сполучнотканинних утворень відносять шкіру, підшкірну жирову тканину, кістки, зуби, фасції, строму паренхіматозних внутрішніх органів, нейроглію, стінки великих кровоносних судин тощо.

Усі різновиди сполучної тканини містять клітини, волокнисті структури і основну міжклітинну речовину (рис.).

 

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

 

Волокна побудовані із фібрилярних білків колагену і еластину, а вуглеводно-білкові комплекси, протеоглі­кани, утворюють основну міжклітинну речовину. Вуглеводними компонентами протеогліканів є гетерополісахариди глікозаміноглікани (стара назва мукополісахариди). Основні низькомолекулярні компоненти сполучної тканини – вода й іони натрію. Вміст волокнистих структур, основної речовини й води неоднаковий у різних видах сполучної тканини. В середньому частка основної міжклітинної речовини в організмі складає 20 % маси тіла, а вся сполучна тканина – близько 50 % маси тіла. З віком у сполучній тканині зменшується вміст води і глікозаміно­гліканів, а зростає вміст колагену; одно­час­но змінюються фі­зико-хімічні властивості ­волокон.

Макромолекули, із яких побудовані волокнисті структури, і основна речовина сполучної тканини, синтезуєються в клітинах (фіб­робластах, хондробластах тощо). Після виходу із клітин в міжклітинний простір окремі макромолекули внаслі­док міжмолекулярної взаємодії утворюють складніші структури (комплекси про­теогліканів, волокна, агрегати протео­гліканів, глікопротеїнів і волокнистих елементів). Розпад макромолекул відбувається під дією ферментів лізосом (протеїназ, глікозидаз, сульфатаз). Швидкість оновлення для глікозаміногліканів складає декілька днів чи тижнів, а для колагену – декілька місяців.

В основі ряду спадкових захворювань (мукополісахаридозів) лежить відсутність чи недостатня активність різних ферментів, які розщеплюють окремі глікозаміноглікани; останні накопичуються в сполучній тканині. Інші спадкові хвороби, досить рідкісні, зумовлені порушеннями утворення колагенових волокон, дефектами в їх структурі (синдром Марфана, Елерса-Данлоса, незавершений остеогенез). При недостатності в організмі вітаміну С також порушується формування колагенових волокон, проявляються клінічні симптоми цинги. Та значно поширенішими є системні хвороби сполучної тканини (колагенози), які розвиваються внаслідок ­автоімунних порушень і характеризуються пошкодженнями як волокнис­тих структур, так і основної міжклітинної речовини, клітин і мікроцир­куляторного русла.

 

Структура колагену

 

Фібрилярний білок колаген – найпоширеніший білок в організмі людини. На його частку припадає 25-33 % усього білка, тобто приблизно 6 % маси тіла. Молекула колагену (іноді її називають тропоколагеном) має довжину близь­ко 300 нм, товщину – 1,5 нм, молекулярну масу приблизно 300 000 дальтон, вона побудована з трьох поліпептидних лан­цюгів, що мають форму лівозакрученої спіралі з трьома амінокислотними залишками на один виток, тобто відрізняється від альфа‑спіралі глобулярних білків. Три лівоспіральних лан­цюги разом закручуються у праву спіраль, як кабель (рис. ).

 

 

Кожний ланцюг містить приблизно 1000 амінокислотних залишків, з яких 33 % становить гліцин, близько 21 % – пролін і оксипролін, 11 % – аланін і тільки приблизно 35 % – усі інші амінокислоти. Послідовність амінокислот у ланцюзі досить регулярно повторюється: майже у кожному 3-му положенні знаходиться залишок гліцину, часто зустрічаються трипептидні фрагменти – гліцин-Х-пролін, гліцин-Х-оксипролін, гліцин-пролін-окси­пролін, де Х – інші амінокислоти. Оксипролін, за винятком колагену і еластину, дуже рідко зустрічається в інших білках. Колаген містить ще одну рідкісну амінокислоту – оксилізин.

Колаген – складний білок, глікопротеїн, в якому до частини залишків оксилізину поліпептидного ланцюга 0-глікозидним зв'язком приєднуються вуглеводи – моносахарид галактоза або дисахарид галактозилглюкоза.

В організмі людини відкрито 12 типів колагенів, які відрізняються первинною структурою, набором ланцюгів у молекулі, вмістом вуглеводів, органною та тканинною локалізаціями. Перші 4 типи більше поширені (табл. ), а інші знайдені в невеликих кількостях і ще мало вивчені.

Надзвичайно високий вміст у колагені гліцину – амінокислоти, в якій відсутня R-група, й імінокислот (проліну та оксипроліну), які утворюють вигини в поліпептидних ланцюгах, що зумовлює унікальну структуру молекули колагену – триланцюгову спіраль. Між ланцюгами за рахунок СО- і NН-груп пептидних зв'язків, а також ОН-групи оксипроліну, виникають водневі зв'язки, які стабілізують спіраль. Молекули колагену (тропоколагену) розташовуються регулярним чином у поздовжньому і поперечному напрямках і утворюють фібрили, з яких послідовно формуються пучки фібрил, волокна і пучки волокон. Молекули в паралельних ланцюжках фібрили зміщені одна відносно одної приблизно на 1/4 довжини (64 нм). Цим зумовлюється характерна для колагенових фібрил поперечна посмугованість з періодом повторюваності 64 нм.

У колагенових фібрилах утворюються поперечні ковалентні зшиви. Спосіб їх виникнення такий. Спочатку мідьвмісний фермент лізил­оксидаза каталізує реакцію окиснювального дезамінування залишків лізину й оксилізину з утворенням альдегідних форм – аллізину і оксиаллізину. Останні взаємодіють між собою або з іншими залишками лізину чи оксиаллізину, утворюючи поперечні зшиви декількох типів (рис. ). Поперечні зв'язки зшивають як попіпептидні ланцюги у молекулі тропоколагену, так і розміщені поряд у фібрилах молекули.

 

При рідкісній спадковій хворобі (синдром Елерса-Данлоса, тип V) внаслідок відсутності чи зниженої активності лізилоксидази в колагенових фібрилах зменшене число поперечних зв'язків і механічні властивості волокон погіршені.

Колагенові фібрили різними способами організовані у волокнах сполучної тканини, залежно від їх біологічної функції.

Зокрема, у сухожиллях фібрили розміщені у вигляді поперечно-зв'язаних пучків колагену типу І, які надзвичайно міцні і практично не розтягуються.

При кип'ятінні у воді нерозчинних колагенових волокон отримують розчин желатини. Деякі ковалентні зв'язки колагену гідролізуються, в результаті чого утворюється суміш розчинних поліпептидів, які можуть перетравлюватись протеолітичними ферментами шлунково-кишкового тракту. Катаболізм тканинного колагену починається з дії специфічних колагеназ, які розщеплюють певні пептидні зв'язки у всіх 3 ланцюгах тропоколагену. Утворені поліпептиди розчинні у воді і гідролізуються тканинними протеїназами до амінокислот. Про інтенсивність розпаду колагену судять на основі вмісту вільного оксипроліну в крові і сечі. Підвищений розпад колагену при деяких ураженнях сполучної тканини, суглобів і кісток супроводжується збільшенням секреції оксипроліну.

 

Біосинтез колагену

 

Поліпептидні ланцюги молекул колагену синтезуються на рибосомах, зв'язаних із мембранами ендоплазматичного ретикулума, в клітинах фібробластичного ряду сполучної тканини. Спочатку синтезуються високомолекулярні попередники (проколагени), які мають додаткові пептидні послідовності з обох кінців ланцюга. Амінокислотний склад цих ділянок (пропептидів) відрізняється від складу основного ланцюга. Зокрема, вони містять залишки цистеїну. Одночасно з ростом поліпептидного ланцюга відбувається реакція гідроксилювання деяких залишків проліну і лізину, яку каталізують, відповідно, пролін- і лізингідроксилаза. Для дії ферментів необхідні як субстрати молекулярний кисень і альфа-кетоглутарова кислота, а як кофактори – іон Fe2+ і аскорбінова кислота. При недостатності в організмі вітаміну С гальмуються гідроксилювання і утворення поперечних зв'язків, а в результаті погіршуються механічні властивості колагенових волокон. Аналогічні зміни спостерігаються при спадковому дефіциті лізингідроксилази (синдром Елерса-Данлоса, тип VІ).

Після гідроксилювання до частини залишків оксилізину і оксипроліну приєднуються галактоза і глюкоза. Реакцію глікозилювання ката­лізують відповідні глікозилтрансферази в канальцях гранулярної ендо­плазматичної сітки, куди потрапляють поліпептидні ланцюги проколагену. Після гідроксилювання і глікозилювання поліпептидні ланцюги формують триланцюгову спіраль, чому сприяє утворення дисульфідних зв'язків між ланцюгами на С-кінцях. Проколаген секретується в складі міхурців із клітини в міжклітинний простір, де під дією протеолітичних ферментів (проколагенпептидаз) відщеплюються кінцеві пропептиди. Утворені молекули тропоколагену формують фібрили, які прошиваються поперечними ковалентними зв'язками. В структурну організацію колагенових волокон вносять вклад зв'язані з колагеном протеоглікани. Із кожним колагеновим мономером зв'язується за рахунок електростатичної взаємодії від 2 до 5 полісахаридних ланцюгів. Протеоглікани, вірогідно, захищають колаген від дії колагеназ і протеаз.

Інтенсивний синтез колагену має місце під час загоювання ран. Швидкість загоювання гальмується при недостатності в організмі аскорбінової кислоти, заліза, низькому парціальному тиску кисню в рані. Усі перераховані фактори потрібні для активності пролін- і лізингідроксилаз. Надмірне утворення колагенових фібрил спостерігається при ряді захворювань сполучної тканини (прогресуючому системному склерозі, склеродермії, поліміозиті), фіброзі легень, цирозі печінки. З віком змінюється співвідношення типів колагенів в тканинах, збільшується число поперечних зшивок, лабільні зшивки замінюються стабільними, що робить колагенові фібрили жорсткішими і крихкішими. Причиною вікових структурних змін колагену, вірогідно, є зміни вмісту ферментів, необхідних для синтезу поліпептидних ланцюгів, їх модифікації, утворення поперечних зв'язків. Структурні зміни колагену призводять до зменшення еластичності шкіри, кровоносних судин, збільшення ламкості кісток, погіршення механічних властивостей сухожилків і хрящів.

 

Еластин

 

Білок еластин – основний складник еластичних волокон, яких багато у зв'язках, стінках великих артерій, легенях. Його молекули містять приблизно 800 амінокислотних залишків, мають глобулярну форму, діаметр – 2,8 нм. Вони об'єднуються у волокнисті тяжі за допомогою жорстких поперечних зшивок. У склад волокон входять глікопротеїни, які впливають на просторову організацію молекул еластину у волокнах.

Як і колаген, еластин містить багато гліцину і аланіну, трохи менше проліну, більше валіну; відсутні оксилізин, цистеїн. Поліпептидний ланцюг складається із багатих залишками глі­цину спіральних ділянок, розділених коротшими, які містять залишки лізину й аланіну. Са­ме залишки лізину беруть участь в утворенні поперечних ковалентних зв'язків. Для цього 3 залишки лізину окиснюються ферментативним шляхом до альдегідів (аллізинів), а потім конденсуються з четвертим залишком лізину: утворюються гетероциклічні сполуки, які називаються десмозином чи ізодесмозином (рис.).

Ці нестандартні амінокислоти відкриваються у гідролізаті еластину. В утворенні десмозину і ізодесмозину беруть участь залишки лізинів з 2, 3 чи 4 різних поліпептидних ланцюгів (молекул еластину), зшиваючи їх у сіткову структуру, здатну зворотно розтягуватись у всіх напрямках у два і більше раз. Розтягнення забезпечується збільшенням довжини спіральних ділянок поліпептидних ланцюгів, яка при знятті навантаження повертається до вихідної величини. Еластинові волокна, хоч набагато слабші за колагенові, досить міцні на розрив завдяки ковалентному характеру зв'язків. З віком еластичність їх знижується.

 

Структура і функції протеогліканів

 

Основну міжклітинну речовину сполучної тканини утворюють протеоглікани, що складаються з невеликої білкової частини, до якої ковалентними зв'язками приєднані полісахаридні ланцюги (декілька десятків, а інколи більше 100). Молекулярна маса протеогліканів може досягати десятків мільйонів. На відміну від глікопротеїнів, у протеогліканах основна частина маси припадає на вуглеводну частину (до 93-97 %).

Глікозаміноглікани (або кислі мукополісахариди) – це полісахариди, які побудовані з великої кількості однакових дисахаридних одиниць. Ос­кільки до складу дисахаридних одиниць входять два різні мономери, глікозаміноглікани відносяться до гетерополісахаридів. Звичайно дисахаридна одиниця складається з аміноцукру (N-ацетилглюкозаміну чи N-ацетилгалактозаміну) й уронової кислоти (глюкуронової чи ідуронової). До аміноцукрів в 4-чи 6-му положенні часто приєднаний залишок сульфату.

Відомі 7 типів глікозаміногліканів (табл. ), які відрізняються за мономерами, типом глікозидних зв'язків, а також за кількістю і місцем приєднання сульфатних груп.

На рис. показаний як приклад фрагмент гіалуронової кислоти.

До складу кератансульфату замість уронової кислоти входить галактоза. Із усіх типів тільки гіалуронова кислота не містить залишків сульфатів. У гепарині частина глюкозамінних залишків містить N-сульфатні групи, а не N-ацетильні. Гепарансульфат має менше, ніж гепарин, N- і О-сульфатних груп. Крім того, в гепарансульфаті переважає глюкуронова кислота, а в гепарині – ідуронова.

Кількість дисахаридних одиниць і, відповідно, молекулярна маса різних глікозаміногліканів різна. Найбільші молекули гіалуронової кислоти (молекулярна маса 105-107).

Завдяки наявності негативно заряджених при фізіологічних значеннях рН карбоксильних груп і сульфогруп усі глікозаміноглікани є поліаніонами, що має важливе значення для їх функцій. Зокрема, вони зв'язують та утримують катіони натрію. Глікозаміноглікани добре розчинні у воді з утворенням в'язких розчинів. Величина в'язкості залежить від форми і розмірів молекул. Найбільша в'язкість характерна для розчинів гіалуронової кислоти, довгі ланцюги якої укладаються неупорядкованим чином і займають великий простір, заповнений, в основному, молекулами води. Високий вміст гіалуронової кислоти знайдено в склоподібному тілі ока, слизовій тканині пупкового канатика зародка, синовіальній рідині. Желеподібна структура розчину гіалуронової кислоти забезпечує функцію синові­альної рідини у суглобах як мастила, що зменшує тертя суглобових поверхонь. В'язкість синовіальної рідини у пацієнтів з ревматизмом чи артритом низька, що пов'язано з деполімеризацією гіалуронової кислоти.

Гепарин відрізняється від інших глікозаміногліканів за локалізацією в тканинах та функціями.

Синтезується він тканинними базофілами (інакше огрядними клітинами) і знаходиться в гранулах. Ці клітини часто локалізуються за ходом кровоносних судин мікроциркуляторного русла. Під час дегрануляції тканинні базофіли викидають гепарин у міжклітинний простір. Гепарин бере участь в регулюванні коагуляції крові. Він підвищує звільнення в плазму ферменту ліпопротеїнліпази, зв'язаної з стінками капілярів, і, таким чином, сприяє гідролізу тригліцеридів хіломікронів і ЛПДНГ. Антикоагуляційний ефект гепарину полягає в посиленні дії інгібітора факторів коагуляції антитромбіну ІІІ. Гепарин використовується в клінічній практиці як антикоагулянт.

Основну міжклітинну речовину складають протеогліканові агрегати з гіалуронової кислоти, низькомолекулярних білків і великої кількості мономерних субодиниць протеогліканів. На частку останніх припадає до 99 % маси агрегатів. Мономери протеогліканів побудовані з білка (так званого "корового") і ковалентно зв'язаних із ним полісахаридних ланцюгів сульфатованих глікозаміногліканів. Молекули хондроїтинсульфатів приєднані О-глікозидним зв'язком між ксилозою і серином полі­пептидного ланцюга. Ксилоза не входить до дисахаридних одиниць, а виконує фун­к­цію додаткового складника, який зв'язує полісахарид із білком. Інші глікозаміноглікани можуть приєднуватись глікозидними зв'язками між N-ацетилглюкозаміном чи N-ацетилгалактозаміном і серином чи аспарагіном поліпептиду. В типовому протеоглікані хрящової тканини до білка приєднано приблизно 150 молекул хондроїтинсульфатів і кератансульфатів (рис. ).

Протеоглікани різних тканин (шкіри, хрящів, сухожиль, зв'язок, кісток, стінок судин, внутрішніх органів) розрізняються молекулярною масою, розмірами, набором глікозаміногліканів, відносним вмістом білка.

Протеогліканові мономери за допомогою низькомолекулярних білків нековалентно приєднуються до гіалуронової кислоти, утворюючи протеогліканові агрегати. Їх структура нагадує гілочку ялини (або щітку для пляшок). Перпендикулярно до нитки гіалуронової кислоти і вздовж усієї нитки рівномірно розміщені протеогліканові мономери. Довжина молекули гіалуронової кислоти може бути різною (від 450 до 4200 нм) і до неї може приєднуватись понад 100 протеогліканових мономе­рів. Усі складники протео­гліканових агрегатів утримуються разом зв'язками різ­них типів: іонними, водневими, ­дисульфідними.

Полісахаридні ланцюги глікозаміногліканів у протеогліканових агрегатах внаслідок гідратації і відштовхування однойменно заряджених груп витягнуті й розміщені не впритул один до одного. При зовнішньому тиску молекули води частково видавлюються з проміжків і полісахаридні ланцюги зближуються. У міру зближення опір тиску зростає, а при знятті тиску відновлюються форма і об'єм гідратованих агрегатів. Таким чином, якщо колагенові волокна надають міцності хрящам та іншим різновидам сполучної тканини, то основна міжклітинна речовина (желеподібна структура із протеогліканів) забезпечує тургор, пружно-еластичні властивості. Крім того, протеоглікани обмежують дифузію, переміщення через сполучну тканину молекул, які мають розмі­ри альбумінів чи імуноглобулінів. Гідроліз гіалуронової кислоти під дією гіалуронідази збільшує проникність міжклітинної речовини. Багато патогенних мікроорганізмів виділяють гіалуронідазу, що допомагає їм рухатись у ­тканинах.

Із віком у хрящовій тканині знижується кількість протеогліканів, зростає вміст колагенових волокон, які можуть затримувати солі кальцію і звапнюватися. Усі ці зміни викликають зменшення ступеня гідратації протеогліканів і втрату пружності хрящової тканини.

 

Обмін протеогліканів

 

Синтез протеогліканів подібний до синтезу глікопротеїнів. Спочатку "коровий" білок синтезується на рибосомах, зв'язаних з ендоплазматичним ретикулом (ЕР). До поліпептидного ланцюга в ЕР послідовно під дією специфічних глікозилтрансфераз приєднуються моносахаридні залишки. Процес продовжується в апараті Гольджі. Після утворення полісахаридного ланцюга певної довжини відбувається приєднання залишків сірчаної кислоти до моносахаридів. Реакція каталізується сульфотрансферазами, а донором служить 3-фосфоаденозин-5-фосфосульфат (ФАФС). Молекули протеогліканів потрапляють у гранули і секретуються з клітин. У міжклітинному просторі відбувається об'єднання складників протеогліканових ­агрегатів, а також взаємодія їх із колагеновими волокнами.

На обмін протеогліканів і колагену в сполучній тканині впливають ряд гормонів. Так, гормон росту стимулює синтез протеогліканів і колагену. Дія його опосередковується соматомединами. Синтез глікозаміногліканів знижується при недостатності інсуліну. Глюкокортикоїди пригнічують синтез протеогліканів і колагену у сполучній тканині, кістках, шкірі, а також підвищують катаболізм білків у цих тканинах. Тому при гіперфункції кори надниркових залоз спостерігаються потовщення шкіри та кровоносних судин, остеопороз. На клітинному рівні гормон росту стимулює проліферацію фібробластів, а глюкокортикоїди гальмують.

У тканинах організму протеоглікани постійно оновлюються. Розпад відбувається в лізосомах, куди протеоглікани потрапляють шляхом ендоцитозу. Білкова частина розщеплюється катепсинами, а вуглеводна – сп­ецифічними глікозидазами. Гіалуронідаза ссавців гідролізує альфа-1,4-глікозидні зв'язки між дисахаридними одиницями в гіалуроновій кислоті, а також у хондроітинсульфатах, з утворенням тетрасахаридів, які під дією інших глікозидаз розпадаються до моносахаридів. Від сульфатованих моносахаридів спочатку усувається під дією сульфатаз сульфат. На рис. показана схема розпаду хондроїтинсульфату.

Генетично зумовлена недостатність навіть однієї лізосомальної глікозидази викликає аномальне накопичення в клітинах субстратів і виникнення багатьох клінічних ознак. Продукти неповного розщеплення глікозаміногліканів у підвищеній кількості виводяться з сечею. Ці спадкові хвороби називаються мукополісахаридозами. Відомо понад 8 типів мукополісахаридозів із різними клінічними ознаками: малорухомі суглоби, деформації скелета, мутна рогівка ока, низький ріст, затримка розумового розвитку (табл. ).

Діагностика окремих типів грунтується на ідентифікації метаболітів у сечі та виявленні дефектів ферментів у культурі фібробластів. Мукополісахаридози можна діагностувати і під час вагітності шляхом визначення активності відповідних ферментів у клітинах амніотичної рідини. Розробляють методи замінної терапії мукополісахаридозів ферментами.

Мукополісахаридоз І типу (синдром Гурлера) Хлопчику 3 роки

Мукополісахаридоз II типу (синдром Хантера) Хлопчику 7 років

Хвороба Гоше – спадкове захворювання з групи сфінголіпідозів, зумовлене нестачею лізосомального ферменту — глюкоцереброзидази

 

Порівняльна характеристика біохімічного складу тканин зуба.

Зуб побудований з трьох шарів кальцифікованої тканини: емалі, дентину та цементу. Порожнина зуба заповнена пульпою. Пульпа оточена дентином – основною кальцифікованою тканиною. На виступаючій частині зуба дентин покритий емаллю. Занурені в щелепу корені зубів покриті цементом.

Рис. 1 Поздовжній розріз зуба (схема)

1 – фізіологочна ясенна кишеня; 2 – епітелій; 3 – сполучнотканинна

підкладка ясен; 4 – кругова зв’язка зуба; 5 – простори для кісткового

мозку; 6 – пульпа з судинами та нервами; 7 – кісткова тканина щелепи;

8 – звязок з судинами периодонта; 9 – нерв; 10 – артерія; 11 – вени; 12 –

нижньощелепний канал; 13 – апікальний отвір; 14 – периодонт; 15,18 –

дентин; 16 – цемент; 17 – кругова зв’зка; 19 – емаль.

 

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

Ці складові частини зуба відрізняються між собою за  хімічним складом, особливостями обміну речовин і, відповідно, функціональним призначенням. Основними компонентами тканин є вода, органічні сполуки, неорганічні сполуки та мінеральні компоненти, вміст яких в тканинах зуба наведено в таблиці:

 

Складові частини

Пульпа

Дентин

Емаль

Цемент

 

В г на 100 г тканини

Вода

30 - 40

13

2,5

3,2

Органічні сполуки

40

20

4

25

Неорганічні сполуки

20 - 30

69

96

70

 

В г на 100 г золи

Ca

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

-

 

Органічні компоненти зуба

Органічні компоненти зуба – це білки, вуглеводи, ліпіди, нуклеїнові кислоти, вітаміни, ферменти, гормони, органічні кислоти.

Основу органічних сполук зуба, безсумнівно, складають білки, які поділяються на розчинні та нерозчинні білки.

Розчинні білки тканин зуба: альбуміни, глобуліни, глікопротеїни, протеоглікани, ферменти, фосфопротеїни. Розчинні (неколагенові) білки характеризуються високою метаболічною активністю, виконують ферментну (каталітичну), захисну, транспортну та ряд інших функцій. Найвищий вміст альбумінів і глобулінів - в пульпі. Пульпа є багатою на ферменти гліколізу, циклу трикарбонових кислот, дихального ланцюга, пептозофосфатного шляху розщеплення вуглеводів, біосинтезу білка і нуклеїнових кислот. До розчинних білків-ферментів належать два важливих ферменти пульпи – лужна та кисла фосфатаза, які приймають безпосередню участь в мінеральному обміні тканин зуба.

Лужна фосфатаза – каталізує перенесення залишків фосфорної кислоти (фосфат-аніонів) від фосфорних ефірів глюкози на органічний матрикс. Тобто, фермент приймає участь в утворенні ядер кристалізації і, тим самим, сприяє мінералізації тканин зуба.

Кисла фосфатаза – має протилежний, демінералізуючий ефект. Вона належить до лізосомальних кислих гідролаз, які посилюють розчинення  (“розсмоктування”) як мінеральних так і органічних структур тканин зуба. Часткова  резорбція тканин зуба є нормальним фізіологічним процесом, але особливо вона зростає при патологічних процесах.  

Важливу групу розчинних білків складають глікопротеїни. Глікопротеїни є білково-вуглеводними комплексами, які містять від 3-5 до декількох сотень моносахаридних залишків та можуть формувати від 1 до 10-15 олігосахаридних ланцюгів. Звичайно вміст вуглеводних компонентів в молекулі глікопротеїнів рідко перевищуе 30% маси всієї молекули. До складу глікопротеїнів входить: глюкоза, галактоза, маноза, фукоза, N-ацетилглюкозамін, N-ацетилнейрамінова (сіалова) кислота, які не мають регулярного повтору (дисахаридних одиниць). Сіалові кислоти є специфічним компонентом групи глікопротеїнів – сіалопротеїнів, вміст яких є особливо високим в дентині.

Одним з важливих глікопротеїнів тканин зуба та кісткової тканини є фібронектин. Фібронектин синтезується клітинами та секретується в міжклітинний простір. Він має властивості “липкого“ білка. Зв’язуючись з вуглеводними групами сіалогліколіпідів на поверхні плазматичних мембран, він забеспечує взаємодію клітин між собою та компонентами міжклітинного матриксу. Взаємодіючи з колагеновими фібрилами, фібронектин забезпечує утворення перицелюлярного матриксу. Для кожної сполуки, з якою він зв’язується, фібронектин має свій, специфічний центр зв’язування.

Вміст розчинних білків в тканинах зуба є меншим у порівнянні з вмістом нерозчинних білків. Однак тканини зуба є виключно чутливими до зменшення вмісту саме розчинних білків. Зокрема, при карієсі, в першу чергу порушується обмін неколагенових білків.

Нерозчинні білки тканин зуба представлені переважно двома білками – це колаген та специфічний білок емалі, який не розчиняється в ЕДТА (етилендиамінотетраоцтовій кислоті) та НСl (соляній кислоті). Завдяки надзвичайно високій стійкості, цей білок емалі виконує роль скелета всієї структури емалі, утворюючи каркас – “корону” на поверхні зуба.

Колаген – особливості будови, роль в мінералізації зуба. Колаген є основним фібрилярним білком сполучної тканини та головним нерозчинним білком в тканинах зуба. Його вміст складає біля третини всіх білків організму. Найбільше колагену в сухожиллях, зв’язках, шкірі (видублена шкіра одягу – це практично 100% колаген), хрящах, кістковій тканині та тканинах зуба.

 

Вуглеводи органічного матриксу зуба.

До складу органічного матриксу зуба входять різні вуглеводи: моносахариди, дисахариди та полісахариди. В тканинах зуба виявлено моносахариди: глюкозу, галактозу, мальтозу, фруктозу, ксилозу та дисахарид – сахарозу. Надзвичайно важливими вуглеводними компанентами органічного матриксу є гомо- та гетерополісахариди: глікоген, глікозаміноглікани (гіалуронова кислота, хондроїтинсульфати) та їх комплекси з білками: протеоглікани та глікопротеїни.

Гомополісахарид – глікоген виконує три основних функції в тканинах зуба. По перше, він є основним джерелом енергії для процесів формування ядер кристалізації і локалізується в місцях утворення центрів кристалізації. Вміст глікогену в тканині є прямо пропорційним до інтенсивності процесів мінералізації, оскільки характерною особливістю тканин зуба є переважання анаеробних процесів енергоутворення – глікогенолізу та гліколізу. Навіть за умови достатньої забезпеченості киснем, 80% енергетичних потреб тканин зуба покривається за рахунок анаеробного гліколізу, а відповідно і розщеплення глікогену.

По друге, глікоген є джерелом фосфорних ефірів глюкози – субстратів лужної фосфатази, ферменту, який відщеплює іони фосфорної кислоти          (фосфат-іони) від глюкозомонофосфатів і переносить їх на білкові матриці, тобто ініціює утворення неорганічної матриці зуба.

Крім того, глікоген також є джерелом глюкози, яка перетворюється в N- ацетилглюкозамін, N-ацетилгалактозамін, глюкуронову кислоту та інші похідні, які беруть участь в синтезі гетерополісахаридів – активних компонентів  та регуляторів мінерального обміну в тканинах зуба.

Гетерополісахариди органічного матриксу представлені глікозаміногліканами (мукополісахаридами): гіалуроновою кислотою та хондроітин-6-сульфатом.  Переважна кількість глікозаміногліканів знаходиться в зв’язаному з білками стані, утворюючи комплекси різного ступеня складності, які суттєво різняться за вмістом білка та полісахаридів. Розрізняють два види таких комплексів – глікопротеїни (в комплексі значно переважає білковий компонент) і протеоглікани, які містять 5-10% білка і 90-95% полісахаридів.

Обов’язковим компонентом тканин зуба є цитрат (лимонна кислота).  Вміст цитрату в слині складає 0,2% , а в дентині та емалі – до 1,0%. Цитрат, завдяки високій здатності до комплексоутворення, зв’язує іони Са2+, утворюючи розчинну транспортну форму кальцію. Крім тканин зуба він забезпечує оптимальний вміст кальцію в сироватці крові та слині,  тим самим регулюючи швидкість процесів мінералізації та демінералізації. Вміст цитрату, як і вміст кальцію, в крові і тканинах регулюється гормонами паращитовидної залози. Введення паратгормону збільшує як вміст кальцію так і вміст цитрату. Механізм підвищення вмісту цитрату може полягати в інгібуванні ізоцитратдегідрогенази в циклі трикарбонових кислот та зменшеному його використанні клітинами.

Вміст ліпідів в тканинах зуба коливається в межах 0,2 - 0,6%. Фосфоліпіди, які несуть негативний заряд, можуть зв’язувати іони Са2+ та інші катіони, і, таким чином, приймати участь в утворенні ядер кристалізації. Ліпіді можуть виконувати роль стабілізатора аморфного фосфату кальцію.

Нуклеїнові кислоти містяться переважно в пульпі зуба. Значне збільшення вмісту нуклеїнових кислот і, зокрема, РНК спостерігається в остеобластах та одонтобластах в період мінералізації та ремінералізації зуба і пов’язано з підвищенням синтезу білків цими клітинами.

 

Характеристика мінерального матрикса зуба.

Мінеральну основу тканин зуба складають кристали різних апатитів. Основним є гідроксиапатит Ca10(PO4)6(OH)2  та восьмикальцієвий фосфат  Ca8H2(PO4)6 · 5H2O. Інші види апатитів, що присутні в тканинах зуба наведені в таблиці:

Таблиця.  Склад апатитів тканин зуба.

Апатит (назва)

Формула

 

Гідроксиапатит

Ca10(PO4)6(OH)2  

Восьмикальцієвий фосфат

Ca8H2(PO4)6 · 5H2O

Карбонатний апатит

Ca10(PO4)6CO3 або Ca10(PO4)5CO3(OH)2

Хлорний апатит

Ca10(PO4)6Cl

Стронцієвий апатит

SrCa9(PO4)6(OH)2  

Фторапатит

Ca10(PO4)6F2

Схематична будова (архітектоніка) основного гідроксиапатиту представлена на рисунку.

Рис. 3 Архітектоніка будови гідроксиапатиту.

Окремі види апатиту розрізняються за хімічними та фізичними властивостями – міцністю,  здатністю розчинятися (руйнуватися) під дією органічних кислот, а їх співвідношення в тканинах зуба обумовлюється характером харчування, забезпеченістю організму мікроелементами та ін.

Хімічні та фізичні властивості апатитів суттєво змінюються при включенні до їхнього складу таких елементів як  Sr2+  та  F2. Зокрема, стронцій активно конкурує з кальцієм за місце зв’язування в кристалічній решітці гідроксиапатиту. Хоча Ca2+  і Sr2+  мають подібні хімічні властивості, заміна кальцію на стронцій змінює архітектоніку гідроксиапатиту. Стронцієвий апатит є менш стійким і легше руйнується під дією органічних кислот, що веде до підвищення ламкості зуба. Підвищений вміст стронцію в харчових продуктах сприяє збільшенню вмісту стронцієвого апатиту та підвищує ступінь ризику розвитку карієсу. Особливо небезпечним є надходження в організм радіоактивного стронцію, який, включаючись в структуру апатитів, може викликати локальне променеве ураження тканин.

Стронцій можна витіснити зі складу апатитів великою кількістю кальцію. Встановлено, що п’ятикратне збільшення кальцію в дієті веде до зменшення включення стронцію на 50%. Тому у випадках попадання радіоактивного стронцію в організм доцільно вживати їжу, збагачену кальцієм.

Карбонатний апатит, як і стронцієвий, має більш високу розчинність в кислому середовищі у порівнянні з гідроксиапатитом. Посиленому утворенню карбонатного апатиту сприяють вуглеводні харчові продукти, особливо при їх тривалому перебуванні в ротовій порожнині. Крім того, з вуглеводних продуктів утворюється велика кількість органічних кислот, під дією цих кислот карбонатний апатит легко руйнується.

Серед всіх апатитів найвищу стійкість має фторапатит. Утворення фторапатиту підвищує міцність емалі, знижує її проникність та підвищує резистентність до карієсогенних факторів. Фторапатит в 10 разів гірше розчиняється в кислотах, ніж гідроксиапатит. При достатній забезпеченості фтору різко (в 4 рази) зменшується кількість випадків захворювання карієсу.

 

Процеси мінералізації-демінералізіції – основа

мінерального обміну тканин зуба.

Основу мінерального обміну тканин зуба складають три взаємозумовлених процеси, які постійно протікають в тканинах зуба: мінералізація, демінералізація та ремінералізація.

Мінералізація тканин  зуба – це процес утворення органічної основи, перш за все колагену, та насичення її солями кальцію. Мінералізація є особливо  інтенсивною в період прорізування зубів та формування твердих тканин зуба. Зуб прорізується з немінералізованою емаллю. Розрізняють дві основні стадії мінералізації.

Перша стадія – утворення органічної, білкової матриці. Провідну роль на цій стадії відіграє пульпа. В клітинах пульпи - одонтобластах та фібробластах синтезуються та вивільняються в міжклітинний матрикс  фібрили колагену, неколагенові  білки-протеоглікани (остеокальцин) та глікозаміноглікани. Колаген, протеоглікани та  глікозаміноглікани формують поверхню, на якій формуватиметься кристалічна решітка. В цьму процесі протеоглікани відіграють роль пластифікаторів колагену, тобто підвищують його здатність до набухання та збільшують загальну поверхню. Під дією лізосомальних ферментів, що вивільняються в матрикс, гетерополісахариди протеогліканів розщеплюються з утворенням високореактивних аніонів, які здатні зв’язувати іони  Са2+  та інші катіони.

Друга стадія – кальцифікація, відкладання апатитів на матриці. Орієнтований ріст кристалів розпочинається в точках кристалізації або в точках нуклеації – ділянках з високою концентрацією іонів кальцію та фосфатів. Локально висока концентрація цих іонів забезпечується здатністю всіх компонентів органічної матриці зв’язувати кальцій і фосфати. Зокрема: в колагені гідроксигрупи залишків серину, треоніну, тирозину, гідроксипроліну та гідроксилізину зв’язують фосфат іони; вільні карбоксильні групи залишків дикарбонових кислот в колагені, протеогліканах та глікопротеїнах зв’язують іони Са2+; залишки  γ-карбоксиглутамінової  кислоти  кальційзв’язуючого  білка – остеокальцину (кальпротеїну) зв’язують іони  Са2+  (остеокальцин – білок з М.м. 6.500 Да містить 4 залишки γ-карбоксиглутамінової кислоти). Іони кальцію і фосфату концентруються довкола ядер кристалізації і утворюють перші мікрокристали.  

Існують дві теорії ініціації процесу мінералізації тканин зуба. Згідно першої – процес кристалізації розпочинається приєднанням фосфат-аніону до гідроксильних груп серину та  гідроксилізину в молекулі колагену. Далі до фосфат-аніону приєднується Са2+ .

Відповідно до другої теорії, ініціатором процесу мінералізації є зв’язування  Са2+ з залишками   γ-карбоксиглутамінової кислоти в молекулах остекальцину.

Скоріш за все, ці два процеси доповнюють один інший, що робить ініціацію кристалізації швидким та ефективним процесом.

Оптимальне для мінералізації співвідношення Са2+/ Р в слині складає 1,67. Такі елементи як Mg2+, Mn2+, Zn2+, Cu2+, кремній (Si2+) посилюють процес мінералізації. Селен (Se4+) – навпаки, сповільнює мінералізацію тканин зуба.

Демінералізація є фізіологічно зворотним процесом, який в нормі урівноважується мінералізацією. В процесі обміну речовин в тканинах зуба має місце врівноважений процес кристалізації та декристалізації гідроксиапатиту, утворюються та розриваються зв’язки з молекулами органічної субстанції. Зрозуміло, що процес демінералізації посилюється при порушеннях синтезу колагену та неколагенових білків, зниженні вмісту Са2+ в слині та збільшенні кислих продуктів обміну. Чутливим показником переходу демінералізації як фізіологічного процесу в патологічний процес є зниження в емалі зуба коефіцієнта  Са2+/ Р нижче за 1,3.

Ремінералізація – включає два важливих процеси: 1) процес відновлення ушкоджених ділянок зуба; 2) іонне заміщення гідроксиапатиту в залежності від характеру харчування і стану обмінних процесів в тканинах зуба. Зокрема, надлишкове поступання фтору та стронцію призводитиме до заміни гідроксиапатиту на фторапатит та стронцієвий апатит, оскільки гідроксильні групи апатиту заміщуються на F, а кальцій заміщується на стронцій.

 

Емаль. Особливості біохімічного складу та обміну

речовин в емалі.

Емаль – найбільш тверда, стійка до зношування мінералізована тканина, яка зовні покриває коронку зуба. Емаль розміщується поверх дентину і тісно з ним зв’язана, як структурно так і функціонально. Емаль складає 20-25% зубної тканини, товщина її шару є максимальною в ділянці жувальних горбиків, де вона досягає 2,3-3,5 мм, а на латеральних поверхнях складає 1,0-1,3 мм.

http://www.youtube.com/watch?v=xRmv1Yy5N2w&feature=related

Висока твердість емалі (витримує тиск до 30 кг) зумовлюється високим ступенем мінералізації тканини. Емаль містить 96% мінеральних речовин, 1,2% органічних сполук та 2,3% води. Частина води знаходиться в зв’язаній формі, формуючи гідратну оболонку кристалів, а частина - у формі вільної води - заповнює мікропростори.

Основним структурним компонентом емалі є емалеві призми діаметром 4-6 мкм. Емалеві призми концентруються у пучки і утворюють S-подібні вигини. Загальна кількість призм в емалі коливається від 5 до 12 млн залежно від розміру зуба. Емалеві призми складаються із щільно упакованих кристалів, переважно, гідроксиапатиту  Ca8H2(PO4)6·5H2O. Інші види апатитів представлені незначно:  кристали гідроксиапатиту в зрілій емалі приблизно в 10 разів більші кристалів в дентині, цементі та кістковій тканині.

В складі мінеральних речовин емалі кальцій складає 37%, а фосфор – 17%. Властивості емалі значною мірою залежать від співвідношення Са/Р, яке змінюється з віком та залежать від ряду факторів. В емалі зубів дорослих осіб співвідношення Са/Р складає 1,67. В емалі дітей це співвідношення є нижчим. Даний показник також зменшується при демінералізації емалі.

Органічні речовини емалі представлені білками, вуглеводами та ліпідами. Серед білків емалі важливе місце посідають колаген та фібрилярний кислоторозчинний кальційзв’язуючий білок – кальпротеїн. Білки емалі відіграють важливу роль в упорядкованому розташуванні кристалічної фази та ініціації мінералізації.

 

Обмін речовин емалі.

Емаль є аваскулярною тканиною, секреторним продуктом клітин – амелобластів.  Амелогенез включає 3 стадії:

1. Стадія секреції та первинної мінералізації емалі. Амелобласти виділяють органічну основу, яка відразу зазнає первинної мінералізації. Утворена таким чином емаль є порівняно м’якою тканиною і містить багато органічних сполук.

2. Стадія дозрівання (вторинної мінералізації) емалі. Протягом другої стадії проходить подальша мінералізація (звапнення) шляхом додаткового включення до складу емалі мінеральних солей, а також шляхом видалення більшої частини органічного матриксу.

3. Стадія остаточного дозрівання (третинної мінералізації) емалі. Ця стадія здійснюється після прорізування зубів, особливо інтенсивно протягом першого року. Основним джерелом іонів неорганічних речовин, які надходять в емаль, є ротова рідина – слина. Раніше вважали, що всі речовини в емаль поступають згідно наступної послідовності пульпа → дентин → емаль. На даний час є незаперечні докази того, що основним джерелом неорганічних сполук, які поступають в емаль, є слина,  а з дентину поступає лише їх незначна частина. У зв’язку з цим особливе значення для мінералізації емалі має мінеральний склад слини, тобто наявність у ній необхідної кількості іонів кальцію, фосфатів і фтору. Останні включаючись в кристали гідроксиапатиту, підвищують  їхню стійкість до дії кислоти.

Проникність емалі зубів забезпечується наявністю мікропросторів між кристалами гідроксиапатиту, які заповнені емалевою рідиною, що є транспортним середовищем для іонів та невеликих молекул. Емалева рідина за складом суттєво відрізняється від дентинової рідини.  Мікропори емалі мають малі розміри і не пропускають макромолекули, яких є багато в дентиновій рідині. З ротової рідини в емаль поступають як неорганічні, так і органічні сполуки. Швидкість їх поступання є різною, зокрема, легко проникають в емаль: глюкоза, лимонна кислота, нікотинамід та інші вітаміни. Одновалентні іони мають вищу проникність, ніж двовалентні.

Проникність емалі знижується з віком, при дії лужного середовища ротової рідини і паратгормону. Підвищують проникність емалі – гормон кальцитонін, кальцитріол, фермент гіалуронідаза, каротин, низькі значення pH (кисле середовище), ультразвук, електрофорез. Іони фтору після аплікації фториду натрію швидко проникають в емаль і різко знижують проникність емалі. Це явище необхідно врахувати в клініці при проведенні ремінералізації зубів.

 

Дентин. Особливості біохімічного складу

та обміну речовин.

Дентин – мінералізована, безклітинна, безсудинна (звапнована) тканина зуба, яка утворює основну його масу і за будовою займає проміжне положення між кістковою тканиною та емаллю. Він міцніший від кістки та цементу, але в 4-5 разів м’якший від емалі. Зрілий дентин містить 69% неорганічних речовин, 18% органічних та 13% води (що відповідно в 10  та в 5 разів більше ніж в емалі). Дентин побудований з мінералізованої міжклітинної речовини пронизаної чисельними дентиновими канальцями.

Органічний матрикс дентину становить біля 20% загальної маси і за складом є близьким  до органічного матриксу кісткової тканини. Мінеральну основу дентину складають кристали апатитів, які відкладаються у вигляді зерен, брилок та кулястих утворів – калькосферитів. Кристали відкладаються між колагеновими фібрилами, на їх поверхні та всередині самих фібрил.

 Розрізняють: первинний дентин, який утворюється в період формування та прорізування зубів, відкладається одонтобластами і є основою цієї тканини; вторинний дентин – регулярний або фізіологічний вторинний дентин, утворюється в сформованому зубі після прорізування і є продовженням первинного; третинний дентин – іррегулярний, репаративний, замісний дентин, який утворюється у відповідь на дію патогенних чинників і формується локально в певних ділянках зуба.

Крім того розрізняють перитубулярний дентин та інтратубулярний дентин. Перитубулярний – шар дентину, що оточує кожну дентинну трубочку і утворює її стінку. Він має більш високий вміст мінеральних речовин, ніж інтратубулярний.

Дентинні канальці (трубочки) – їх кількість коливається від 30 до 75 тисяч на 1 мм дентину. В просвіті дентинних канальців розташовані відростки одонтобластів периферійного шару пульпи. В дентинних канальцях циркулює дентинна рідина, що містить органічні та неорганічні сполуки, які приймають участь у оновленні дентину. Рідина являє собою трансудат периферійних капілярів пульпи і за білковим складом є схожою з плазмою крові. Отже, поступання поживних речовин в дентин здійснюється через судини пульпи. Зсередини стінка дентинного канальця покрита тонкою плівкою органічної речовини (мембраною Неймана), яка містить високі концентрації глікозаміногліканів.

Завдяки надзвичайно великій кількості дентинних канальців дентин, не зважаючи на високу міцність, має дуже високу проникність. Це визначає швидку реакцію пульпи на ушкодження дентину. При розвитку карієсу дентинні канальці служать шляхами розповсюдження мікроорганізмів та запального процесу. Обмін  речовин в дентині протікає в 15-20 разів інтенсивніше, ніж в емалі, але повільніше, ніж в кістковій тканині.

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

 

Пульпа – особливості біохімічного складу та обміну.

Пульпа зуба – це сильно васкуляризована та іннервована спеціалізована пухка волокниста сполучна тканина, яка заповнює пульпову камеру коронки та каналу кореня. Вона складається з клітин (одонтобластів, фібробластів, макрофагів, дендритних клітин, лімфоцитів, тучних клітин) та міжклітинної  речовини, а також містить волокнисті структури.

Функція клітинних елементів пульпи – одонтобластів та фібробластів -  полягає в утворенні основної міжклітинної речовини та синтезі колагенових фібрил. Тому клітини мають потужний білок-синтезуючий апарат і синтезують велику кількість колагену, протеогліканів, глікопротеїнів та інших водорозчинних білків, зокрема, альбумінів, глобулінів, ферментів. В пульпі зуба виявлена висока активність ферментів вуглеводного обміну, циклу три карбонових кислот, дихальних ферментів, лужної та кислої фосфатази, тощо. Активність ферментів пентозофосфатного шляху є особливо високою  в період активної продукції дентину одонтобластами.

Пульпа як сполучна тканина виконує наступні функції:

1. Пластична функція – участь в утворенні дентину.

2. Трофічна функція – добре розвинута кровоносна та лімфатична системи забезпечуть трофіку дентину коронки і кореня зуба.

3. Сенсорна функція – за рахунок наявності в пульпі великої кількості нервових закінчень сенсорні рецептори отримують і передають інформацію в центральну нервову систему.

 

Вітаміни в регуляції процесів мінералізації тканин зуба.

На  метаболізм  тканин зуба та процеси мінералізації значний вплив мають вітаміни, зокрема А, С, К, Д, Е.

Вітамін А приймає участь в наступних процесах:

1. Активує синтез білків – глікопротеїнів та протеогліканів, оскільки є кофактором     глікозил-трансфераз – ферментів, які переносять вуглеводні залишки від нуклеозидмоносахаридів (УДФ-глюкоза, УДФ-галактоза, УДФ-N-ацетилгалактозамін) на гідроксильні (-ОН) групи  серину та треоніну під час синтезу олігосахаридних ланцюгів глікопротеїнів. Активуючи синтез протеогліканів та глікопротеїнів, вітамін А забезпечує ефективне протікання процесу  мінералізації тканин  зуба.

2. Забезпечує утворення активної форми сульфатів – фосфоаденозин-фосфосульфату (ФАФС), який є джерелом сульфату для синтезу сульфатованих глікозаміногліканів – хондроїтин-4-сульфату та хондроїтин-6-сульфату, що беруть участь в процесі формування протеогліканових комплексів.

3. Глікопротеїни та протеоглікани є основними структурними компонентами муцинів – білків слизових утворень, які вкривають епітеліальні тканини (в тому числі порожнини рота), забезпечуючи їх бар’єрну функцію.

При недостатності вітаміну А мають місце наступні порушення:

·     пригнічується активність одонтобластів та фібробластів;

·     порушується кальцифікація емалі і дентину;

·     затримується прорізування зубів у дітей, неправильне їх розміщення та розвиток;

·     характерною ознакою гіповітамінозу А є сухість слизових оболонок рота, шкіри, тріщини та ерозії в куточках губ. Як наслідок втрачаються бар’єрні, захисні функції слизових оболонок рота, зростає інфекційна ураженість.

Вітамін А широко використовується в стоматологічній практиці як засіб, що прискорює епітелізацію ерозій, нормалізує обмінні процеси в епітелії, відновлює слизові покриви ротової порожнини.

Вітамін С - аскорбінова кислота.

Аскорбінова кислота є необхідним фактором в процесах гідроксилювання, що каталізуються ферментами гідроксилазами (монооксигеназами). Реакції гідроксилювання залучені в фундаментальні процеси, які протікають в тканинах зуба.

Перш за все, аскорбінова кислота забезпечує гідроксилювання проліну в гідроксипролін та лізину в гідроксилізин в складі білка-колагену. Колаген стає функціонально активним лише після гідроксилювання, тому гіповітаміноз С викликає гальмування синтезу колагену (утворений колаген має меншу стабільність та міцність), порушує формування кристалів гідроксиапатиту, гальмує процеси мінералізації та посилює демінералізацію тканин зуба: емалі та дентину.

Крім того, зуби в лунках альвеолярного відростка фіксуються періодонтальною зв’язкою, яка утворена колагеновими волокнами. При скорбуті (цинга) зниження біомеханічних властивостей періодонтальної зв’язки та інших навколозубних тканин веде до розхитування та випадіння зубів.

Паралельно, внаслідок посилення проникності та ламкості капілярів розвиваються клінічні симптоми гіповітамінозу – множинні точкові крововиливи (петехії), розвиваються запальні процеси ясен. Прогресуючі зміни в тканинах порожнини рота при довготривалому гіповітамінозі викликають розвиток   виразкового гінгівіту.

Вітамін D. Біологічно активною формою є вітамін D3 – 1,25- дигідрокси-холекальциферол (кальцитріол). Фізіологічна дія вітамін D3 полягає в посиленні всмоктування Са2+ в кишечнику шляхом стимуляції синтезу високоспецифічного Са2+-зв’язуючого та Са2+-транспортуючого білка. Отже, кальцитріол регулює процеси кальцифікації тканин зуба за механізмом, подібним до дії стероїдних гормонів.

Гіповітаміноз D у дітей в період формування тканин зуба зумовлює неповноцінну мінералізацію, гіпопластичні дефекти і карієс молочних зубів. На стан постійних зубів у дорослих вітамін D має менший вплив, однак наслідки гіповітамінозу в дитячому віці проявляються у дорослих у вигляді  гіпоплазії емалі, порушенні процесів мінералізації тканин зуба, що сприяє розвитку карієсу.

 

Вітамін К. Хоча вітамін К більш відомий як фактор згортання крові, він бере безпосередню (пряму) участь в процесах мінералізації тканин зуба. Первинними центрами зв’язування Са2+ з білками (колагеном, протеогліканами, кальцій-зв’язуючим білком – кальпротеїном, або остеокальцином) є дві карбоксильні групи залишків γ-карбоксиглутамінової кислоти. γ-Карбоксиглутамінова кислота утворюється шляхом карбоксилювання глутамінової кислоти в γ-положенні під дією фермента – γ-глутамілкарбоксилази. Показано, що кофактором ферменту є вітамін К.

Недостатність вітаміну К гальмує утворення γ-карбоксиглутамінової кислоти в молекулах кальпротеїну, а отже знижує його здатність зв’язувати іони Са2+ в точках нуклеації, що в цілому гальмує мінералізацію тканин зуба.

Вітамін Е. Біологічна дія вітаміну Е пов’язана з його антиоксидантними властивостями. Він інгібує вільнорадикальні реакції, гальмує перекисне окислення вищих ненасичених жирних кислот – структурних компонентів біологічних мембран і, тим самим, стабілізує структуру та забезпечує нормальне функціонування біологічних мембран клітин.

Недостатність вітаміну Е викликає депігментацію емалі, зменшує стійкість тканин зуба, підвищує проникність капілярів ясен.

Вітамін Е використовують в лікуванні парадонтозу в формі внутрішньом’язевих ін’єкцій, введення в парадонтальні кишені а також для аплікацій на ерозії виразок при захворюваннях слизової оболонки ротової порожнини.

http://www.youtube.com/watch?v=pq-V3fGRBBs&feature=related

Гормональна регуляція гомеостазу кальцію.

  Іони  Са2+ є інтегральними компонентами багатьох біоструктур та еволюційно прадавніми внутрішньоклітинними месенджерами, що регулюють множинні метаболічні процеси і фізіологічні функції.

  Шляхом зміни своєї внутрішньоклітинної концентрації кальцій контролює перебіг життєво важливих біохімічних реакцій і бере участь у реалізації ефектів більшості фізіологічно активних сполук, які спричиняють активацію фізіологічних функцій різноманітних клітин, що дозволило образно назвати цей макроелемент “королем месенджерів” (H.Rasmussen, B.Goodman, 1977).

Розподіл кальцію в організмі. Загальна кількість кальцію в тілі дорослої людини досягає 1кг, близько 99% якого локалізовано в кістках, де кальцій разом із фосфатами утворює кристали гідроксиапатиту, що складають основу неорганічної структури скелету. Зовнішньоклітинна концентрація іонів кальцію (Са2+) є величиною порядку 10-3М, внутрішньоклітинна - 10-6 – 10-8М. Всередині клітин кальцій локалізований  переважно в мітохондріях та структурах ендоплазматичного (саркоплазматичного) ретикулума. Біологічно активні сполуки (гормони, медіатори, лікарські засоби) спричиняють зростання концентрації іонів в цитозолі за рахунок його входу ззовні через канали плазматичних мембран та  вивільнення Са2+ із внутрішньо клітинних депо (мобілізація внутрішньо клітинного кальцію).

Концентрація кальцію в плазмі крові є однією з гомеостатичних констант організму людини і складає в нормі 2,25-2,85 ммоль/л. Кальцій у плазмі крові знаходиться у вигляді трьох молекулярних форм:

в іонізованому стані (1,05-1,20 ммоль/л) – як найбільш біологічно активний кальцій;

у вигляді кальцію, зв’язаного з білками, переважно з сироватковим альбуміном (приблизно половина всього кальцію плазми);

у вигляді слабо дисоціюючих солей з аніонами органічних та неорганічних кислот, зокрема, цитратом, фосфатом тощо (близько 6% загального кальцію в плазмі).

Гомеостаз кальцію. 

Як загальна кількість кальцію в організмі, так і концентрація його іонізованої форми в екстрацелюлярних просторах та в середині клітин, тобто гомеостаз кальцію визначається функціонуванням таких анатомо  -фізіологічних систем: 

1. Кісток скелета – резервуару кальцію.

Клітини кісткової тканини не тільки забезпечують власне утворення кісток, але й виконують важливу функцію контролю кальцієвого гомеостазу в організмі:

остеобласти забезпечують як біосинтез компонентів остеоїду - органічного матриксу кісткової тканини (містить колаген, глікопротеїни та протеоглікани), так і відкладання вздовж колагенових фібрил кристалів гідроксиапатиту кальцію, тобто мінералізацію остеоїду;

остеокласти (похідні моноцитів) здійснюють резорбцію кісткової тканини та звільнення кальцію, що зв’язаний з органічним матриксом кісток,  а також вихід Са2+ в кров.

2. Тонкої кишки, у верхніх відділах якої здійснюється всмоктування (абсорбція та реабсорбція) кальцію і фосфатів, які споживаються у складі продуктів харчування або надходять у порожнину кишечника в наслідок вивільнення цих іонів у процесі метаболізму.

3. Нирок, уздовж канальців яких відбувається реабсорбція іонів кальцію та фосфвтів.

У свою чергу, ефекторна функція кісток, кишечника та нирок відносно гомеостазу кальцію є об’єктом гуморального контролю за участю трьох фізіологічно активних сполук: паратгормону, кальцитріолу (вітаміну D3) та кальцитоніну.

Паратгормон (паратиреоїдний гормон) – сполука, що синтезується в головних і ацидофільних клітинах паращитовидних залоз.

За хімічною природою є простим білком, який має один поліпептидний ланцюг, що складається з 84 амінокислотних залишків. Паратгормон синтезується на рибосомах у формі препропаратгормону (115 амінокислотних залишків), який підлягає процесингу в ендоплазматичному ретикулумі та апараті Гольджі з утворенням спочатку пропаратгормону (90 амінокислотних залишків), а потім – паратгормону.

Паратгормон має гіперкальціємічний ефект, водночас зменшуючи концентрацію в крові фосфатів, що є результатом його впливу на такі тканини:

- у кістковій тканині паратгормон стимулює функціональну активність остеокластів, що призводить до резорбції як органічного матриксу, так і неорганічних структур кістки із вивільненням кальцію та фосфатів і виходом їх у екстрацелюлярний простір та кров. Внутрішньоклітинними посередниками дії паратгормону на остеокласти виступають іони кальцію, які надходять у клітини внаслідок взаємодії гормону з мембранними рецепторами і, після з’єднання з кальмодуліном, спричиняють активацію синтезу ферментів, що беруть участь у резорбції кісткової тканини;

- в нирках паратгормон збільшує реабсорбцію Са2+ в дистальних відділах канальців та пригнічує реабсорбцію фосфатів, що може призводити (при аномальному зростанні кількості гормону в організмі) до фосфатурії та гіпофосфатемії;

- в кишечнику дія паратгормону призводить до стимуляції всмоктування Са2+ в кров через апікальні мембрани ентероцитів. Цей ефект гормону посилюється кальцитріолом, який є справжнім активатором абсорбції кальцію в кишечнику.

Аналогічну дію до паратгормону має соматотропний гормон, який посилює всмоктування кальцію та фосфатів в кишечнику.

Кальцитріол (1,25-дигідроксихолекальциферол). Кальцитріол – сполука гормонального типу дії, що утворюється в організмі з біологічного попередника, яким в організмі людини та вищих тварин є жиророзчинний вітамін D3 (холекальциіерол).

Біологічна функція кальцитріолу полягає в стимуляції всмоктування Са2+ та фосфатів в кишечнику. Кальцитріол є єдиною природною фізіологічно активною сполукою, ефект якої полягає в транспортуванні  Са2+ проти концентраційного градієнта, що існує на мембрані ентероцитів; тим самим кальцитріол підтримує фізіологічні концентрації кальцію і фосфатів у плазмі крові, що забезпечує умови для нормальної побудови кісткової тканини та тканин зуба.

Молекулярні механізми дії кальцитріолу принципово подібні до інших стероїдних гормонів: в цитозолі клітин кишечника гормон зв’язується з білковим рецептором і у вигляді білок-гормонального комплексу транслокується в ядро. В ядрі комплекс, взаємодіючи з ядерним хроматином та регуляторними ділянками ДНК, активує експресію генів, що контролюють синтез Са-зв’язуючих білків. Кальцитріолзалежні Са-зв’язуючі білки ентероцитів і є біохімічними ефекторами, необхідними для транспорту кальцію в кишечнику через апікальні мембрани ентероцитів. В умовах D-авітамінозу  (клінічно проявляється, як рахіт) Са-зв’язуючі білки в клітинах кишечника відсутні, що визначає комплекс біохімічних та патофізіологічних змін, властивих цій патології.

Кальцитонін- гормон, який синтезується в парафолікулярних (С-клітинах) щитовидної залози. Це поліпептид, що складається з 32 амінокислотних залишків і синтезується у вигляді препрокальцитоніну, який у результаті посттрансляційного процесингу послідовно перетворюється на прокальцитонін і кальцитонін.

На відміну від паратгормону та кальцитріолу, кальцитонін є гормоном гіпокальціємійної дії, що зменшує концентрацію в плазмі крові Са2+ та неорганічних фосфатів. Механізм дії кальцитоніну полягає в пригніченні функцій остеокластів та сповільненні їх утворення з клітин попередників. У результаті цих клітинних ефектів резорбція як органічної, так і неорганічної складової кісткового матриксу гальмується, що призводить до зменшення надходження в кров кальцію та фосфатів.   Фізіологічним стимулятором секреції кальцитоніну є зростання концентрації Са2+ в плазмі крові.

 

Порушення кальцієвого гомеостазу

Найбільш поширеними клінічно окресленими порушеннями гомеостазу кальцію є патологічні синдроми, пов’язані з дефіциту вітаміну D3 (які проявляються як рахіт у дітей і різні форми остеопорозу в дорослому та похилому віці) та захворювання, спричинені первинною патологією паращитовидних залоз – гіпер- та гіпопаратиреоз.

Рахіт – захворювання дитячогого віку, яке спричиняється зменшеним надходженням та синтезом в організмі вітаміну D3. Вірогідність захворювання значно зростає в умовах недостатнього опромінення шкіри дитини сонячним світлом, що є необхідним для утворення вітаміну D3 з 7-дегідрохолестеролу. Основними проявами рахіту є гіпокальціємія та гіпофосфатемія, які призводять до глибоких порушень кальцифікації кісткової тканини та спецефічних змін скелету.

Гіперпаратиреоз – група захворювань, розвиток яких пов’язаний із надлишковою секрецією паратгормону, аномальним збільшенням внаслідок цього концентрації кальцію в сироватці крові і гіпофосфатемією. Первинний гіперпаратиреоз – паталогія, що спричиняється наявністю в паращитовидних залозах гормонально активних пухлин – аденоми, карциноми або гіперплазією залози. Провідними симптомами захворювань цієї групи є ураження кісткової системи (проявляється демінералізацією кісток – остеопорозом) та нирок із розвитком сечокам’яної хвороби (внаслідок відкладання солей та утворення каменів, що складаються з оксалату та фосфату кальцію) і нефрокальцинозу.

 

Біохімічні зміни в тканинах зуба при патологіях

Карієс зубів. Одним з самих поширених захворювань зубів є карієс. Карієс зубів (Caries dentis) – це процес руйнування твердих тканин зубів, в основі якого лежить демінералізація та їх розм’якшення з подальшим утворенням дефекту в вигляді порожнини. В економічно розвинених країнах ураженість населення карієсом складає 95-98%. Карієс, як патологічний процес, є незворотнім. Зруйновані емаль та дентин не відновлюються.

 

Процес демінералізації емалі супроводжується зміною форми, розміру та просторової організації кристалів гідроксиапатиту. До певного моменту втрата Са2+ не супроводжується руйнуванням кристалічної решітки гідроксиапатиту. Але в подальшому поряд з Са2+ втрачаються фосфати і кристалогідрати руйнуються. В ділянках карієсного ураження понижується вміст кальцію, фосфору, фтору та інших елементів.

Існує багато теорій, які пояснюють виникнення та розвиток цього патологічного процесу, оскільки карієс обумовлюється комплексом ендогенних та екзогенних факторів, зокрема:

· типом харчування;

· спадковими факторами (структура та склад тканин зуба);

· дією екстремальних чинників (впливів) на організм;

· порушеннями складу і властивостей ротової рідини, тощо.

Провідним фактором, згідно сучасних поглядів, є зниження рН та посилене утворення органічних кислот в ротовій рідині, що веде до прогресуючої демінералізації тканин зуба. Органічні кислоти утворюються внаслідок ферментативного  розщеплення вуглеводів під дією мікрофлори порожнини рота. Продуктами анаеробного бродіння є органічні кислоти: молочна, піровиноградна, мурашина, масляна, пропінова та інші. При надлишку вуглеводів в дієті активність ферментів мікрофлори зростає та підвищується утворення  органічних кислот. Отже вуглеводна дієта є карієсогенним фактором. Причому не стільки кількість вуглеводів, як довгий час перебування солодких продуктів в порожнині рота є карієсогенним чинником.

Тому у робітників кондитерських виробництв, які тривалий час вдихають вуглеводний пил з повітрям, вуглеводи осідають на слизових оболонках рота та піддаються бродінню з утворенням органічних кислот, що різко підвищує ступінь ризику розвитку карієсу.

Механізм декальцифікації апатитів під дією органічних кислот полягає в витісненні Са2+ з гідроксиапатиту іонами водню, концентрація яких різко зростає при закисленні середовища. Реакція має наступний вигляд:

Са10 (РО4)6(ОН)2 + 2Н+   →    Са9Н2 (РО4)6(ОН)2 + Са2+

Вивільнений Са2+ буде використовуватись для нейтралізації кислих продуктів, зв’язуватись з ними і виводитись з тканин. Але при цьому буде понижуватись співвідношення Са/Р, а процеси демінералізації будуть переважати над процесами мінералізації. Кислотний некроз є професійним захворюванням у робітників хімічних підприємств.

В лікуванні карієсу широко використовують гліцерофосфат та глюконат кальцію, як засіб ремінералізуючої терапії та фторування, як спосіб підвищення стійкості (резистентності) емалі. Відомо, що фторапатит є найміцнішим серед всіх видів апатитів емалі і гірше розчиняється в органічних кислотах. При оптимальному поступанні фтору в тканини зуба гідроксиапатит приєднує фтор і  перетворюється на фторапатит:

Са10 (РО4)6(ОН)2  + 2F-  →  Са10 (РО4)6F2 + 2(ОН)-

 

З метою профілактики карієсу використовують різні шляхи введення фтору:

· штучне фторування питної води. Слід пам’ятати, що оптимальна для здоров’я кількість фтору в питній воді повинна складати 0,5-1,2 мг/л;

· фторування кухонної солі;

· фторування молока;

· фторування зубних паст;

· аплікації та полоскання  зубів розчином фториду натрію (NaF).

Доросла людина на добу повинна отримувати 0,5-1,1 мг фтору  з харчовими продуктами та 2,2-2,5 мг фтору з питною водою,  бо саме з питної води фтор засвоюється краще.

Надмірне надходження в організм фтору призводить до розвитку флюорозу зубів. Підвищений вміст фтору у питній воді понад 1,5 мг/л приводить до розвитку епідемічного флюорозу. При вмісті фтору понад 5 мг/л флюороз зубів розвивається у 100% населення. Спостерігається п’ятниста "крапчата" емаль у дітей та пористість зубів у дорослих.

 Біохімічний механізм дії надлишку фтору полягає в утворенні з іонами Са2+ комплексу фториду кальцію – СаF2,  який виводиться з тканин. В результаті спостерігається демінералізація тканин зуба, реакція протікає згідно рівняння:

Са10 (РО4)6(ОН)2  + 20F-  →   10CаF2 + 6РО4 3- + 2(ОН)-

 

Недостатнє поступання кальцію за цих умов посилює токсичність фтору, а  поступання підвищених кількостей Са2+ – нейтралізує токсичність фтору.

Гіперплазія – надлишкове утворення тканин зуба, зокрема емалі спостерігається при недостатньому поступанні Са2+ та надлишковому надходженні фтору в тканини зуба.

Гіпоплазія – недорозвиток зуба та його тканин. Це захворювання пов’язане з порушенням кальцій-фосфорного обміну. Причиною є гіпофункція паращитовидної залози, рахіт в дитячому віці та недостатня забезпеченість вітаміном D, який регулює всмоктування Са2+ в кишківнику.

Кислотний некроз – професійне захворювання, яке виникає у працівників хімічних підприємств. Його причиною є постійне вдихання парів кислот, що викликає зниження рН слини та посилює кислотну демінералізацію тканин зуба.

 

Слина є секретом слинних залоз та важливим біологічним середовищем порожнини рота, а тому її властивості і хімічний склад суттєво впливають на стан зубів та слизової оболонки порожнини рота.

Описание: Описание: Описание: Image Preview

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

Слину виділяють три великі парні залози: привушні, під'язикові, підщелепні та дрібні слинні залози порожнини рота. Секрет кожної залози має свій особливий склад та властивості:

Привушні залози

секрет серозного типу

Підщелепні залози

секрет серозно-слизового типу

Під'язикові залози

секрет слизового типу

 

В порожнині рота слина змішується і перетворюється на ротову рідину, в якій крім власне слини як секрету слинних залоз міститься також злущені епітеліальні клітини, лейкоцити, бактерії, залишки їжі, тощо.

За добу в середньому виділяється 1,5-2,0 л. слини при  загальній масі всіх залоз - 5-6 г. Найбільшу кількість – 71% виділяють підщелепні залози, 25% - привушні дрібні слинні залози, 3-4% - під'язикові.

Швидкість секреції нестимульованої слини складає 0,02-0,10мл/хв.(за іншими даними 0,3-0,5мл/хв.). Стимульована слина, що утворюється при дії подразника, виділяється зі швидкістю – 1,5-2,3мл/хв.

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

Функції слини

 

1

Травна функція.

Слина є першим травним соком на шляху перетравлення харчових продуктів. Слина зволожує, розм’якшує їжу та формує первинну харчову грудку. Процес перетравлення їжі  супроводжується механічним подрібленням та насиченням муцином і гідролітичними ферментами: α-амілазою, мальтазою, трипсиноподібними ферментами, пепсиногеном, нуклеазами, калекреїнподібними ліпазами. Тому їжа починає перетравлюватись вже в ротовій порожнині, а розчинені в слині сполуки впливають на смакові рецептори і стимулюють функцію шлунково-кишкового тракту

2

Мінералізуюча функція

Бере участь в утворенні та підтриманні складу твердих апатитів тканин зуба і перш за все емалі. Постачання емалі поживними сполуками здійснюється переважно за рахунок компонентів слини. В слині містяться всі необхідні фактори мінералізації – неорганічні та органічні сполуки, а також гормони та вітаміни, які регулюють цей процес

3

Захисна функція

Слина є першим бар’єром на шляху проникнення в організм шкідливих чинників, а тому містить потужну ферментативну та імунну систему захисту, яка включає: захисний фермент - лізоцим, інгібітори протеїназ, фактори згортання крові, муцин, систему секреторного імуноглобуліну А, лейкоцити

4

Буферна функція 

обумовлена наявністю фосфатного буфера і білків. Слина підтримує слаболужну реакцію в ротовій рідині, що є виключно важливим для оптимального протікання процесів мінералізації та ремінералізації емалі. Слаболужна буферна система слини дозволяє успішно протидіяти демінералізуючому впливу органічних кислот (в певних межах)

5

Видільна функція

із слиною виділяються кінцеві продукти азотистого обміну, метаболіти гормонів, мінеральні солі, продукти перетворення ліків, токсинів. Зокрема, важливою функцією слини є виведення з організму роданідів – продуктів обеззараження (детоксикації) ціанідів в тканинах (вміст 0,02-0,03г/л). Особливо високим вміст роданідів є в слині курців (0,06-0,12г/л)

6

Регуляторна функція

це здатність слини підтримувати гомеостаз порожнини рота. В складі слини виділяються гормони та регуляторні пептиди, що мають високу біологічну активність, зокрема гормони: кортизол, естрогени, прогестерон, тетростерон, паротин та пепдиди: фактор росту епітелію, фактор росту нервів, білки з високою спорідненістю до Са2+

 

Зміни біохімічного складу слини є основною причиною захворювань зубів. Зокрема при гіпосалівації і особливо – ксеростомії (відсутність слини) швидко розвивається захворювання слизової оболонки рота, а через 3-5 місяців настає множинне ураження зубів карієсом.

http://www.youtube.com/watch?v=WB1V0knT30A&NR=1

Фізико-хімічні властивості слини

Змішана слина – це в’язка рідина з питомою вагою 0,001-0,017. В’язкість слини залежить від вмісту муцину, який є основою слизових утворень і запобігає ушкодженню слизової оболонки рота і стравоходу, формує захисне покриття зубної пеликули.

рН слини коливається від 6,4 до 7,8 залежно від гігієни ротової порожнини, характеру харчування, індивідуальних особливостей метаболізму. Зсув рН слини в кислий бік (<6,2) приводить до демінералізаціі емалі та розвитку карієсу. Такі умови спричиняються зокрема надмірним розвитком ацидофільних бактерій, що утворюють велику кількість органічних кислот, та рядом захворювань, які супроводжуються розвитком тканниної гіпоксії – цукровий діабет, різного роду гемофілії, ацидурії.

Оптимальним для процесів мінералізації та ремінералізації тканин зуба є слаболужне значення рН слини – 7,2-7,8.

 

Біохімічний склад слини.

Слина є складним секретом, в якому міститься 99% води та 1% розчинених органічних та неорганічних сполук.

Склад слини людини

 

Складник

Люди, стійкі до карієсу

Люди, схильні до карієсу

Плазма крові

Рівень секреції, мл/хв

0,4±0,02

0,31±0,02

 

Осад, мл/100 мл

6,76±0,38

10,14±0,52

 

рН

7,25±0,02

7,06±0,03

7,4

Сухий залишок, г/л

15±1,5

 

70±10

Неорганічні речовини, г/л

8±0,8

 

8 – 9

Органічні речовини, г/л

7±0,7

 

62±8

Неорганічні компоненти, мілі-еквів./л (г/л)

Na+

90 (2,07)

 

130 (3)

K+

12,5 – 17,5 (0,5 – 0,7)

 

5 (0,2)

Ca2+

2,3±0,05 (0,046±0,001)

2,45±0,05 (0,049±0,001)

5 (0,1)

Mg2+

3,9 (0,047)

 

2 (0,024)

Cl-

87,9 (3,12)

 

105 (3,72)

HPO42-

4,02 (0,193±0,008)

3,5 (0,168±0,006)

0,83 (0,04)

Ca/P

0,257±0,007

 

1,9 – 2,1

Загальний білок, г/л

2,5±0,9

 

7±0,5

Муцин, г/л

1 – 3

 

 

Ig A, г/л

0,3 – 0,8

 

 

Амілаза, г/л

Лізоцим, г/л

0,2 – 0,3

0,15 – 0,2

 

 

0,0085

Гексози, г/л

0,13±0,01

0,15±0,04

 

Гексоза міни, г/л

0,15±0,02

0,16±0,02

 

Нейрамінова кислота, г/л

0,02±0,002

0,02±0,002

 

Уронові кислоти, г/л

0,02±0,002

0,024±0,002

 

Молочна кислота, г/л

0,033±0,004

0,045±0,008

 

Піровиноградна кислота, г/л

0,009±0,001

0,01±0,001

 

Ферменти(U/л)

Амілаза

2700±130

2260±120

 

Кисла фосфатаза

0,27±0,02

0,29±0,01

2,2 – 4,3

Лужна фосфатаза

0,07±0,003

0,07±0,004

20 – 50 (24 – 80)

АлАТ

2,58±0,32

3,6±0,38

12(30)

АсАТ

3,68±0,25

4,92±0,4

8,3(8 – 27)

Альдолаза

255±11

357±30

2000±8000

Небілкові азотисті компоненти крові (г/л)

Залишковий азот

0,1 – 0,2

 

0,3

Азот амінокислот

0,081±0,004

0,077±0,003

 

Сечовина

0,05 – 0,1

 

0,3

 

 

 

 

 

 

 

Вміст органічних речовин у змішаній слині людини.

 №

Компоненти

 

Вміст

Компоненти

Вміст

1

Загальний білок

2,0-5,0 г/л

10

Залишковий азот

7,7-14,7 ммоль/л

2

Муцин

2,0-3,0 г/л

11

3,5- цАМФ

5-50 нмоль/л

3

Амілаза

0,2-0,5 г/л

12

Глюкоза

0,05-0,10 ммоль/л

4

Глікопротеїни

2,0-2,5 г/л

13

Нейрамінована кислота

0,01 г/л

5

Серомукоїди

0,29-0,35 г/л

14

Піруват

22,0-45,0 мкмоль/л

6

Лізоцим

0,15-0,25 г/л

15

Лактат

0,21-0,44 ммоль/л

7

Імуноглобулін А

0,3 г/л

16

Цитрат

10-104 мкмоль/л

8

Вільні амінокислоти

1,5-2,2 ммоль/л

17

Холестерол

0,025-0,09 г/л

9

Сечовина

1,5-2,0 ммоль/л

18

Ліпідний фосфор

0,015-0,030 г/л

 

Органічні компоненти слини.

Серед органічних компонентів найважливішими є білки, вміст яких складає 2,0 – 5,0 г/л.

Зокрема: муцин, глікопротеїни, протеоглікани, альбумін, α глобулін, b

глобулін, γ глобуліни

ферменти: лізоцим, амілаза, кисла та лужна фосфатаза, пероксидаза, амінотрансферази, лактатдегідрогеназа, тощо.

Вуглеводи (моно, дисахариди, глікозаміноглікани)

ліпіди (вільні жирні кислоти, фосфоацилгліцероли, холестерол та його ефіри)

небілкові азотисті сполуки, вітаміни, гормони

 

Більшу частину білків – 2-3 г/л складає глікопротеїн-муцин, який синтезується в підщелепних залозах і завдяки наявності в його складі до 60% вуглеводів надає слині густого слизового характеру. Компонентами є глюкуронова кислота, N-ацетилглюкозамін, фруктоза, галактоза. Агрегати муцину утворюють надмолекулярні комплекси великих розмірів, вони зв’язують і утримують воду, завдяки чому мають високу в’язкість.

Негативний, поліаніонний заряд вуглеводних компонентів в муцинах обумовлює їх здатність адсорбуватись на поверхні гідроксиапатитів зубної емалі і захищати емаль від  впливу негативних чинників – зокрема органічних кислот.

В слині міститься велика кількість (до 10% загального вмісту білка) ферменту α-амілази (0,2- 0,5 г/л). 70% α-амілази продукується привушними слинними залозами, решта 30% - підщелепними залозами. α-Амілаза каталізує гідроліз полісахаридів - глікогену та крохмалю до дисахаридів (мальтози) та залишкових олігосахаридів і декстринів. α-Амілаза слини за властивостями подібна до α-амілази пішлункової залози. Активність α-амілази змішаної  слини в нормі складає 623±20 міжнародних одиниць.

Важливе місце у складному ланцюгу взаємопов’язаних процесів і численних спеціалізованих систем забезпечення постійності внутрішнього середовища організму займає імунна система, у тісному функціональному зв’язку з якою знаходяться фактори місцевого неспецифічного захисту організму – лізоцим і секреторний імуноглобулін А (sIgA).

 Лізоцим перешкоджає вільнорадикальному окисненню, бере участь в регуляції імунних і метаболічних процесів, у антигістамінних, антиантацидних, антитоксичних процесах, є загальною ланкою систем, які забезпечують мембраностабілізуючий ефект. Крім того, лізоцим перешкоджає проникненню чужорідних агентів до внутрішнього середовища організму шляхом стимуляції фагоцитозу, сприяє розпізнаванню антигенів, посилює кооперативні функції Т популяцій лімфоцитів, бактеріолітичні й антиадгезивні властивості sIgA.

 Секреторний імуноглобулін є одним з головних факторів гуморального імунітету слизових оболонок, який забезпечує пригнічення адгезії і колонізації цих оболонок патогенними і умовно)патогенними бактеріями, здатний нейтралізувати віруси, зв’язувати токсини, аглютинувати бактерії і зв’язуватися з різними харчовими алергеннами ]. Дефіцит лізоциму і sIgA у травному тракті призводить до зниження антиадгезивних і біфідогенних властивостей перетравлювальних секретів, порушення процесів травлення, посилення активності агресивних сполук, зниження колонізаційної резистентності слизової оболонки, створює умови для хронізації захворювань травної системи, формування бактеріоносійства при кишкових інфекціях та/або їх тяжкого і тривалого перебігу.

Лізоцим (мурамідаза) слини – фермент, вміст якого складає 0,15-0,25 г/л, тобто біля 5% всіх білків слини. Основним джерелом є секрет підщелепних залоз, в привушних залозах його вміст менший. Лізоцим має високі актибактеріальні властивості, оскільки руйнує клітинну стінку бактерій. Клітини бактерій вкриті жорсткою пористою оболонкою пептидогліканової природи – муреїном. Муреїн побудований з довгих (ниток) ланцюгів полісахаридів, що складаються з N-ацетилглюкозоміну та N-ацетилмурамової кислоти. Полісахаридні ланцюги зшиті між собою білковими (пента- та тетра-пептидними) фрагментами. Клітинна стінка - (муреїн) це гіганська мішковидна молекула пептидоглікану, що охоплює всю клітину. Лізоцим розщеплює глікозидні зв’язки між N-ацетилглюкозаміном та N-ацетил мурамовою кислотою в полісахаридах і клітина гине.

Серед захисних ферментів слини слід відзначити пероксидазу і каталазу. Розрізняють лактопероксидазу і мієлопероксидазу, які продукуються відповідно залозами або лейкоцитами. Лактопероксидаза слини за своїми властивостями подібна до пероксидази молока. Мієлоперосидаза продукується лейкоцитами. Обидва ферменти інгібують процеси перекисного окислення ліпідів, перериваючи вільнорадикальні реакції, оскільки видаляють гідроперекиси з ланцюгового процесу.

Ферменти: лужна фосфотаза, яка посилює процеси ремінералізації та кисла фосфотаза, яка має демінералізуючу дію, утворюються слинними залозами, мікроорганізмами та лейкоцитами. Вони проникають в емаль зуба і суттєво впливають на процеси мінералізації – демінералізації.

Активність протеолітичних ферментів у слині є низькою внаслідок високого вмісту інгібіторів протеаз у слині. Зокрема:

·          залози продукують кислотостабільні інгібітори трипсиноподібних протеїназ (КСІ);

·          з плазми поступають: α-антитрипсин та α2-макроглобулін;

·          лейкоцити і мікроорганізми також продукують ряд інгібіторів.

У змішаній слині визначають активність більше 100 ферментів. Крім зазаначених, в слині присутні: гіалуронідаза, нуклеаза, уреаза, ферменти   гліколізу, переамінування, декарбоксилювання, циклу трикарбонових кислот, тканинного дихання, супероксиддисмутаза, нейрамінідаза, холінестереза та інші. Тому дослідження порушень ферментативної активності слини знаходять все ширше застосування в ензимодіагностиці патологічних процесів при ряді захворювань.

  Особливу групу білків слини представляють імуноглобуліни. Порожнина рота має імунітет певною мірою незалежний від загальної імунної системи організму. Відомо 5 класів імуноглобулінів крові: IgG, IgМ, IgA, IgD, IgE. В сироватці основним класом імуноглобулінів є IgG, в слині переважає секреторний IgA, який відрізняється від IgA плазми крові. Основну масу  його вмісту (до 90%) продукують привушні залози.

Дві 4-ланцюгові молекули IgA з’єднуються в димер за допомогою поліпептиду, так званого секреторного компонента (S), і утворюють функціонально-активну форму – sIgA. Повний комплекс sIgA  має ряд властивостей, які визначають його здатність захищати слизові оболонки від чужорідних агентів, що мають антигенну природу, а саме:

· високу стійкість до дії проеїназ;

· нездатність звязувати компоненти комплементу, що обумовлює відсутність ушкоджуючої дії на слизові оболонки;

· здатність  передшкоджати  адгезії мікрооганізмів та їх токсинів, а також алергенів, на епітелії і слизових оболонках, що блокує їх проникнення у внутрішне середовище організму.

Антиадгезивні властивості sIgA обумовлюють його антибактеріальні, антивірусні та антиалергічні властивості. Важливою є також його здатність активувати систему клітинного комплементу.

Низькомолекулярні органічні компоненти слини включають:

сечовину – 1,5-2,0 ммоль/л

залишковий азот – 7,7-14,7 ммоль/л

амінокислоти – 1,5-2,2 ммоль/л та на порядок менші кількості глюкози, лактату, пірувату, тіоціанату, тощо.

В слині знайдено  вітаміни В, С, РР, А, Д.

Слинні залози секретують специфічний гормон – паротин. Він знижує рівень Са2+ крові та посилює його надходження в тканини, тим самим сприяє мінералізаціі зубів та кісткової тканини. Особливу групу сполук слини складають стероїдні гормони. Зі слиною в ротову порожнину виділяються: глюкокортикоїди, статеві, тиреоїдні гормони, тощо. Слина містить приблизно 10-15% гормонів від їх концентрації у крові. Тому визначення вмісту гормонів у слині є інформативним показником стану наднирників, статевих залоз та гонадотропної функції гіпофіза. 

Слина містить ряд білкових факторів згортання крові та фібринолізу. В слині виявлено сполуки, які мають тромбопластичну та антигепаринову активність, а також природні антикоагулянти – плазміноген і його активатори. У змішаній слині активність факторів згортання крові та фібринолізу більша у порівнянні з слиною проток, що свідчить про взаємний активуючий вплив всіх компонентів змішаної слини.

За нормальних фізіологічних умов активність прокоагулянтів вища, ніж антикоагулянтів. При ушкодженнях тканин ротової порожнини суттєво підвищується активність фібринолітичних ферментів. Це сприяє очищенню слизових оболонок від фібринозного нальоту і продуктів розпаду (автолізу) білків.

 

Мінеральний склад слини.

 Особливістю слини є переважання вмісту К+ (в 4-5 разів) та нижчий вміст Na+  (в 5-10 разів) в порівнянні з їх вмістом в плазмі крові. Вміст Са2+ в змішаній слині такий же як у крові – 0,1г/л. Слина відрізняється високим вмістом фосфату, який в 2 рази перевищує його вміст у крові і складає 0,1г/л.

   Таблиця. Вміст мінеральних елементів у змішаній слині людини.

 

Компоненти

Вміст

 Компоненти

Вміст

1

Калій

0,5-0,74 г/л

6

Хлор

0,3-0,8 г/л

2

Натрій

0,26-0,31 г/л

7

Фтор

0,06-1,8 мг/л

3

Кальцій

0,048-0,103 г/л

8

Мідь

16,47±1,03 мкг%

4

Магній

0,047 г/л

9

Цинк

58,58±3,12 мкг%

5

Фосфор

0,098 г/л

10

Нікель

16,47±1,03 мкг%

  

Надзвичайно важливою є роль слини в підтриманні розчинних форм кальцій-фосфатних солей в точках кристалізації.

Спеціальні пролінзбагачені білки слини забезпечують існування кальцій-фосфатів у колоїдному стані в розчинах перенасичених гідроксиапатитом. Вони утримують іони Са2+ і перешкоджають неконтрольованому осадженню кальцію з перенасичених розчинів. Саме завдяки таким білкам слини, які багаті на пролін, тирозин та гістидин і мають високу спорідненість до гідроксиапатитів, процес формування кристалів носить упорядкований характер.

Порушення слиновиділення.

Розлади слиновиділення проявляються у двох формах: гіперсалівації та гіпосалівації.

  Гіперсалівація (птиалізм, сіалорея) – збільшення секреції слини слинними залозами. Вона спостерігається при стоматиті, пульпіті, гінгівіті, парадонтиті, одонтогенних запальних процесах, виразковій хворобі шлунка та 12-ти палої кишки, отруєннях свинцем, ртуттю, хворобах ЦНС та периферичної нервової системи, за наявності різних металів в порожнині рота. Наслідком гіперсалівації є втрата компонентів слини, що може привести до виснаження організму. Крім того надмірне надходження слини слаболужної реакції в шлунок веде до нейтралізації НСl в шлунку та до порушення травлення білків.

Гіпосалівація (олігоптиалізм) – зменшення секреції слини, може виникати внаслідок хірургічних втручань, при гострих інфекційних захворюваннях, зневодненні організму, захворюваннях системи травлення, сильних емоціях, больових синдромах, ендокринних розладах, авітамінозах та захворюваннях нервової системи.

У пацієнтів, які користуються пластинковими протезами також знижується секреторна активність слинних залоз. Украй важка форма гіпосалівації (сухість порожнини рота) називається – ксеростомія. Вона розвивається при злоякісному малокрів’ї, деяких захворюваннях нервової системи, а також при синдромі Шенгера, для яких характерним є ураження слинних і слізних залоз. Наслідком тривалої гіпосалівації є послаблення фізіологічної ролі слини.

 

Порушення мінералізуючої функції слини викликає демінералізацію зубів і кісткової тканини парадонту та призводить до розвитку карієсу, гінгівіту та парадонтиту.

Недостатність захисної функції слини послаблює імунітет порожнини рота, внаслідок чого виникають: запалення слизової оболонки, множинний карієс зубів, а також ураження тканин пародонта – утвоюються патологічні зубоясенні кишені та спостерігається остеоліз альвеол.

Суттєву роль у механізмі виникнення остеолізу при гіпосалівації відіграє недостатанє виділення із слиною остеотропних факторів – паротину та калікреїну, які сприяють мінералізації зубів і кісткової тканини пародонта.

Недостатність секреції нейропептидів – фактору росту нервів та фактору росту епітелію знижує проліферативну активність клітин епітелію ротової порожнини і його захисну функцію.

Проникнення бактерій у слинні залози на фоні зниження імунітету порожнини рота викликає розвиток сіалоденіту. Погано подріблена їжа при гіпосекреції слинних залоз і недостатньому утворенні муцину травмує слизову оболонку стравоходу і шлунку та приводить до розвитку запальних процесів.

 

Біохімічні дослідження слини в діагностиці захворювань.

Дослідження слини є досить цінним неінвазивним методом оцінки загального стану організму та органів порожнини рота.

Аналіз змішаної слини з успіхом використовується для імуноферментної діагностики гепатитів А, В, С, а також для тестування ВІЛ-інфекції.

 Зниження активності лізоциму в слині спостерігається у хворих на рак шлунка. Визначення a-фетопротеїну в слині використовують для діагностики раку печінки. При системному червоному вовчаку рівень специфічних IgA в слині добре корелює з його вмістом у сироватці крові. Діагностика порфірій можлива на підставі визначення порфіринів у слині. У хворих на цукровий діабет досить інформативними діагностичними тестами є вимірювання активності цитозольних ферментів (ЛДГ, АсАТ і АлАТ) та імунореактивного інсуліну в змішаній слині.

Існує кореляція між вмістом у слині і сироватці крові алкоголю, нікотину, наркотиків, пестицидів та інших токсичних речовин.

Визначення стероїдних та пептидних гормонів є перспективним методом діагностики дисфункцій ендокринних залоз, стресорних реакцій та циркадних ритмів.

Ферменти змішаної слини відображають стан метаболізму органів порожнини рота. Активація протеолізу при пародонтиті сприяє підвищенню вмісту амінокислот у складі слини.

Пародонтит характеризується підвищенням активності кислої фосфатази, катепсинів Д і В та гіалуронідази. При цьому вміст лізоциму в слині значно зменшується. Хронічний паротит супроводжується збільшенням у складі ротової рідини співвідношення альбумінів і глобулінів.

Досить інформативним тестом клітинного ушкодження при пародонтиті є підвищення концентрації в ротовій рідині продуктів вільнорадикального окислення (гідроперекиси, дієнові кон’югати, малоновий диальдегід).

Склад слини залежить від характеру харчування, віку, стану організму та інших факторів, що вимагає дотримання стандартних умов забору та зберігання слини для дослідження і клінічної оцінки її показників.