Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
§ 2.4. Химический состав и структура дентино-эмалевой границы
ДЭГ представляет собой особую, прочную ткань зуба, необходимую для соединения эмали и дентина, функция которой заключается в предотвращении серьезных повреждений зуба посредством затупления трещин и поглощения энергии их распространения [86].
В процессе формирования зуба амелогенез и одонтогенез начинаются именно в области ДЭГ: образование эмали происходит радиально и направлено вовне относительно ДЭГ, а дентина, соответственно, внутрь. ДЭГ имеет раковинообразный рельеф образуя трехуровневую микроструктуру слоев, расположенных в иерархической последовательности: первый слой выемок (раковинообразных поверхностей) размер которых варьируется в диапазоне от 25 мкм до 100 мкм; далее слой подобных микро–выемок размером 2–5 мкм, а наименьший слой имеет чешуйчатую структуру [87, 88]. При этом выпуклые части раковинообразных выемок направлены к дентину, а вогнутые – к эмали [86, 89]. Подобное приспособление предположительно предназначено для более прочного соединения этих тканей зуба.
Таким образом, размер раковинообразных структур в пределах зуба варьируется от 25 до 100 мкм. При этом каждая выемка в свою очередь также имела свои различия по микроструктуре. Обнаружено, так же, что концентрация выемок и их размер зависит от расположения внутри зуба [90–92]. Однако, в работе [87] показано, что диаметр выемок ДЭГ существенно не менялся в зависимости от расположения внутри зуба. Тем не менее они имелись для различных видов зубов: средний размер углубления ДЭГ в резцах составлял 29,4 ± 5,5 мкм, а для моляров уже 42,3 ± 8,5 мкм [93].
С помощью различных методов исследована функциональная ширина ДЭГ. Так, например, в работе [44] с помощью метода ЛИФ удалось установить, что средняя ширина ДЭГ приблизительно равна 10 мкм (это значение могло колебаться от 7 до 15 мкм и не зависело от внутризубного расположения). При этом ДЭГ имела резкие и четко очерченные границы, на стыках как с эмалью, так и с дентином. И дентинные канальцы, и эмалевые призмы, доходя до ДЭГ, резко заканчивались. В работе [94] показано, что функциональная ширина ДЭГ была равна примерно 12 мкм и существенно не менялась не только внутри зуба, но и от зуба к зубу.
В работе [87] для определения функциональной ширины ДЭГ были проведены исследования ее механических свойств, химического профиля, а также были применены методы электронной и рентгеновской микроскопии. Полученные значения оказались равными не более 12 мкм.
Вместе с тем, морфология ДЭГ свидетельствует о том, что ДЭГ не следует рассматривать как просто узкую инертную область между дентином и эмалью. ДЭГ представляет собой область, включающую внутреннюю апризматическую эмаль и плащевой дентин [95]. Другими словами, ДЭГ представляет собой переходную зону с пространственно–временным градиентом в эмаль и в дентин [96].
В работе методом конфокальной рамановской микроскопии [97] исследовано химическое строение ДЭГ на молекулярном уровне. Обнаружено, что отношение интенсивности полосы около 1450 см–1 (C–H, органическая фаза) к интенсивности полосы около 960 см–1 (P–O, минеральная фаза) постепенно уменьшалось и по мере продвижения через ДЭГ приближалось к нулю. Ширина этой переходной зоны зависела от расположения внутри зуба и в окклюзионной области составляла величину 12,9 ± 3,2 мкм, а в пришеечной области зуба было равно 6,2 ± 1,3 мкм. При этом граница ДЭГ имела четкие очертания в пришеечной области, в отличие от окклюзионной области, где она была размыта. Подобная зависимость была связана с разницей во времени развития эмали в окклюзионной и пришеечной областях. Эта разница также может быть обусловлена функциональными различиями, поскольку окклюзионная поверхность подвергается большим нагрузкам в процессе жевания, чем пришеечная область. В результате, исследуя профиль химического состава (отношение органической фазы к минеральной фазе) в этой работе была измерена ширина ДЭГ, которая зависела от внутризубного расположения.
Также были обнаружены другие спектральные различия как в органическом, так и неорганическом веществе на протяжении ДЭГ. Например, отношение полосы 1243 см–1 (амид III) к полосе 1450 см–1 (C–H) в пределах ДЭГ оказались ниже, чем соответствующие значения для дентина; однако, отношение полосы 1665 см–1
(амид I) к полосе 1450 см–1 (C–H) внутри ДЭГ были выше, чем в дентине. К тому же, отношение полосы 1070 см–1 (карбонатная фаза) к полосе 960 см–1 (фосфатная фаза) в дентине были ниже по сравнению с ДЭГ. При этом распределение вышеприведенных значений внутри ДЭГ было неодинаковым в окклюзионной позиции и пришеечной области зуба.
В этой работе было доказано, что обнаруженные спектральные различия были обусловлены главным образом молекулярными/структурными изменениями. Уменьшение пиков ответственных за дефформационные колебания группы CH2 авторы работы объяснили возрастанием разупорядоченности функциональных групп органической фазы в ДЭГ.
Наблюдаемые особенности химического строения ДЭГ связаны прежде всего с механизмом образования ДЭГ. Как известно образование ДЭГ происходит на ранних стадиях морфогенеза зуба и, предположительно, связано со смешением белков дентина, выделяемых одонтобластами и белков эмали, выделяемых амелобластами [98–100]. В работах [86, 88] обнаружено, что коллагеновые фибриллы I типа располагались в наиболее крупных раковистых выемках, а также в микро-выемках ДЭГ. При этом коллагеновые фибриллы по-видимому происходили из дентина, после чего объединялись в крупные волокна диаметром около 100 нм, проходящие через ДЭГ и оканчивающиеся в минерале эмалевого слоя. Отмечается, что волокна коллагена I типа имеют большое значение для предотвращения образования и роста трещин [88]. Для более тщательного исследования внутренней структуры коллагеновых волокон применялась микрокомпьютерная томография на базе синхротронного излучения [101].
В результате белки, связанные с формированием ДЭГ и пучками коллагеновых волокон, пересекающих переходную зону и вторгающихся в эмалевый слой [88], могут являться причиной изменений и отклонений распределения в составе и структуре органического матрикса в пределах ДЭГ.
В работах [102, 103] было обнаружено, что кристаллическая структура минерала эмали и дентина также различается. Исследуя фосфатную полосу при 960 см–1 было показано, что кристалличность минерала в составе ДЭГ практически не отличается от минеральной составляющей дентина. Однако, соотношение интенсивности пика от 1070 до 960 см–1 увеличивался от дентина к эмали на протяжении всей области ДЭГ, обнаруживая наличие большего количества карбоната в эмали. С другой стороны, дальнейшее исследование по рамановской технологии указывает на то, что это, относительно более высокое, содержание карбоната было выявлено только в узкой полосе эмалевого слоя, прилегающего к ДЭГ. Что касается части эмали ближе к поверхности зуба, здесь наблюдалось минимальное содержание карбоната – гораздо ниже, чем в дентине [104]. Эти различия в количестве карбоната важны по той причине, что чем больше уровень содержания карбоната, тем более минерал восприимчив к распаду (разложению) [105]. Так, минимальное содержание карбоната во внешнем слое эмали делает ее более устойчивой к влиянию кислотных (кислотообразующих) субпродуктов зубного налета. Однако, увеличение количества карбоната в области эмали вблизи ДЭГ может объяснить тот факт, почему кариозный распад происходит быстрее и проникает глубже по мере приближения к ДЭГ [106].
В работе [107] методом фотоакустической ИК Фурье спектроскопии исследовано профиль распределения карбонат замещенных кристаллов гидроксилапатитов кальция в различных точках эмали, а также изменения кристалличности апатита внутри эмали. Оказалось, что концентрация карбоната в основной массе эмали выше, чем во внешних слоях эмали. Так, например, показано, что соотношение CO3–2 с PO4–3 значительно увеличивается (на 50 %) при первичном углублении на 20 мкм внутрь эмали зуба.
В некоторых работах показано, что ионы CO3–2 в основном занимают две анионных локации внутри апатитной структуры эмали [108, 109]. Карбонаты могут являться заменителями как для фосфатного (тип B), так и гидроксильного (тип A) ионов в апатитной кристаллической решетке. Замещения карбонатом типа B, очевидно, преобладают. Распределение ионов CO3–2 в вакансиях решетки варьируется хаотично в процессе формирования и созревания эмали [110]. Несмотря на то, что в ходе этих процессов общая концентрация карбонатов остается неизменной, концентрация и градиент (перепад) ионов CO3–2 варьируются от зуба к зубу [111].
При этом в работе [107] показано, что карбонаты типа A несколько увеличиваются по отношению к карбонатам типа В в пределах глубины эмали равной 40 мкм. Степень кристалличности апатитов эмали снижается по мере проникновения вглубь эмали. Данный факт был связан с возросшим содержанием карбонатов, а также с изменением в распределении вакансий решетки. Кроме того, помимо карбоната, в глубинном профиле зуба обнаруживается определенное возрастание белковой составляющей по сравнению с поверхностью эмали. Данный фактор может также оказывать влияние на изменения в кристалличности апатитов первичной эмали.