загрузка...
 
ДЕНТИН
Повернутись до змісту

ДЕНТИН

Дентином называют слой внеклеточного матрнкса, расположенный между пульпой зуба и эмалью (в коронке) или цементом (в корневой части). Компоненты его выделяются одон- тобластами и, накапливаясь, постепенно оттесняют границу с эмалевым органом. Соответственно удлиняется и отросток каждого одонто- бласта, сохраняя при этом концевое ветвление на уровне приграничья с эмалью (в корне зуба

с цементом). По мере удлинения главный ствол отростка (диаметром 0,5-1 мкм) через каждые 1-2 мкм дает боковые веточки (толщиной 0,1-0,2 мкм). Они облегчают питание дентина и, в свою очередь, тоже делятся, образуя концевые контакты с веточками соседних одонтобластов.

Плазматическая мембрана отростков покрыта снаружи слоем основного вещества. Эта периппазматтеская зона толщиной 150-200 нм состоит преимущественно из протеогликанов и практически не содержит коллагеновых волокон. Поэтому здесь не могут возникать центры кристаллизации. Так появляется не подвергаемая минерализации дентинная трубочка, окружающая отросток (и имеющая ответвления для каждой из его боковых веточек). В зрелой ткани эти трубочки выглядят как поры в минерализованном матриксе. Диаметр их вблизи тела клетки составляет 2-3 мкм, а к концу (у границы с эмалью или цементом) уменьшается до 0.5-1 мкм. Помимо сильно гидратированных протеогликанов в просвете дентинной трубочки есть и свободная вода - дентинная жидкость. Она представляет собой транссудат капилляров пульпы и по составу близка плазме крови. Заполняемое ею пространство внутри дентинной трубочки служит важным путем транспорта растворимых веществ от пульпы до границы с эмалью или цементом.

Обилие дентинных трубочек обеспечивает очень высокую проницаемость дентина. Отсюда - быстрая реакция дентина и пульпы на внешние повреждения зуба и легкость распространения инфекции при кариесе.

По ходу дентиногенеза состав секретируе- мого материала закономерно изменяется. Поэтому дентин — понятие, строго говоря, собирательное, т.к. он состоит из слоев, различающихся по структурной организации матрикса и по степени минерализации (или отсутствием таковой). Эти различия отражают временную динамику биогенеза дентина, соответствующую разным этапам функционирования одон- тобластов.

Плащевой дентин начинает создаваться еще на стадии преодонтобластов. Выделяемые молекулы проколлагена, превращаясь в тропо- коллаген, используются для формирования толстых (0,1-0,2 мкм) колпагеновых волокон. Они состоят из коллагена типа I в сочетании с небольшим количеством коллагена-У и ориентированы поперек базальной мембраны эмалевого органа. В основном веществе доминируют протеогликаны, фибронектин, остеонектин и С1а-протеины. Однако здесь отсутствуют остеопонтин и иные фосфорилированные сиало- протеины, необходимые для построения центров зарождения кристаллов. Поэтому минерализация плащевого дентина, которая стартует в конце 5-го месяца внутриутробного развития, осуществляется исключительно механизмом гомогенной нуклеации, зависящим от матрикс- ных везикул. Октакальиийфосфат (ОКФ), доставляемый ими к коллагеновым волокнам, спонтанно трансформируется в кристаллы гидроксиапатита, которые по мере роста образуют минеральную фазу. Она получается при этом не сплошной, а в виде минерализованных глобул диаметром около 2 мкм, расположенных разрозненно или группами.

Образование плашевого дентина завершается по мере дозревания юных одонтоблаетов и перехода их к выработке качественно иного дентина, называемого интертубулярным. С его накоплением плащевой дентин все более оттесняется от клеток, сохраняясь у границы с эмалью в виде полосы толщиной от 5 до 30 мкм.

Интертубулярный дентин заполняет почти все пространство между дентинными трубочками. Он начинает вырабатываться, когда биосинтетический аппарат одонтоблаетов достигает наибольшей мощности. Это проявляется, в частности, накоплением секреторных пузырьков в апикальном отделе клеток, переходящем в отросток. Их изобилие указывает на интенсивность потока макромолекул, отправляемых в среду путем экзоцитоза. Одновременно между соседними одонтобластами, неподалеку от их отростков, образуются соединительные комплексы, которые (вместе с телами клеток) отграничивают пульпу зуба от пространства, в которое секретируются белки ВКМ.

Органический матрикс дентина по составу близок остеоиду кости. Волокна строятся здесь тоже в основном из коллагена типа I и не содержат коллагена-Ш; доля коллагена V очень невелика. Как и во всех клетках, вырабатывающих проколлаген, значительная часть его не выделяется в среду, а подвергается внутриклеточному расщеплению, — вероятно, путем слияния части секреторных пузырьков с лизосомами. Вне клеток проколлаген постепенно проходит все стадии созревания, описанные в разделе 10.2.2, и формирует коллагеновые фибриллы, вытянутые поперек дентинных трубочек. Вблизи одонтоблаетов они тонкие (около 20 нм), но со временем утолщаются до 55-75 нм. Этому сопутствует ковалентное связывание молекул. Как и в костной ткани, из бифункциональных сшивок здесь преобладают гидроксилизино-5-кетонорлейциновые (рис. 10-2, V). Позднее многие из них вовлекаются в создание трифункционапьных перемычек - ли- зил-пиридинолиновых и, в меньшей степени, лизил-пиррольных (см. рис. 10-3).

Всего на долю коллагена приходится до 90% органического матрикса дентина. Около 8% составляют неколлагеновые белки. Почти все они относятся к числу тех, что есть и в ос- теоиде. Среди них относительно немного про- теогликанов - в основном декорина и биглика- на (см. табл. 10-5). В основном же неколлагеновые белки представлены, как и в костной ткани, определенным набором гликопротеинов (они перечислены в табл. 11-1).

Особенности состава интертубулярного дентина сводятся к следующему. Во- первых, в нем нет фибронектина. Во-вторых, хотя здесь и имеются остеопонтин и костный сиалопротеин II (отсутствующие в плащевом дентине), представлены они далеко не так обильно, как в кости. В-третьих, интертубулярный дентин содержит такие белки, которых нет в любой другой ткани, включая костную. В их числе - дентинный сиалопротеин и фос- фофорин. Уже по названиям этих белков можно заключить, что они как бы возмещают собой упомянутую недостаточность костных сиапо- фосфопротеинов.

Неожиданным оказалось, что оба уникальных для дентина белка кодируются одним геном. У человека он расположен в 4-й хромосоме (локус 4д21), неподалеку от генов остеопон- тина и костного сиапопротеина II. Лишь в ходе посттрансляционного процессинга продукт этого гена - дентинный сиалофосфопротеин - расщепляется на два отдельных белка, сильно разнящихся по составу и строению. Установлено, что именно в участке расположения названных генов находятся те фрагменты ДНК, дефекты которых проявляются в виде дисплазии дентина и несовершенного дентиногенеза типа II

Фосфофорин (дентинный фосфопротеин) составляет в интертубулярном дентине не менее половины всех неколлагеновых белков. Он прочно связан с коллагеном, а по строению уникален тем, что содержит до 40% аспарагиновой кислоты и около 50% остатков серина, подавляющее большинство которых фосфорилирова- но. Такое изобилие анионных групп делает фосфофорин самым кислым из всех известных белков (р1 = 1,1 !). Неподалеку от 1Ч-конца выявлен ИСО-центр связывания с клетками.

Для первичной структуры фосфофорина характерно обилие фрагментов, в каждом из которых многократно повторяется звено, состоящее из аспартата и следующих за ним двух (реже - одного или трех) остатков фосфосерина. Пространственная организация фрагментов такова, что на противоположных сторонах поли- пептидного стержня фосфатные группы формируют два продольных гребня, рядом с которыми проходят аналогичные выступы, составленные карбоксильными группами аспартата.

Дентинный сиалопротеин составляет здесь 5-8% от всех неколлагеновых белков интертубулярного дентина. Примерно на 30% он состоит из углеводных компонентов, богатых сиаповыми кислотами. В коровом белке доминируют аепартат, глутамат, серин и глицин, но отсутствует 1ЮО-центр, обычный для других сиалопротеинов.

Минерализация интертубулярного дентина осуществляется механизмом прямой кристаллизации гидроксиапатита (гетерогенная иуклеация), типичным для зрелой кости. Однако здесь есть своя специфика. Она обусловлена тем, что дентин, в отличие от кости, не подвергается ремоделированию. Иными словами, он строится раз и навсегда. Это обеспечивается не только спецификой состава неколлагеновых белков (наличие фосфофорина и дентинного сиапопротеина). Важную роль играет также структурная организация дентина, обеспечивающая разделение путей доставки макромолекул к местам формирования центров кристаллизации гидроксиапатита.

Главный организатор центров нуклеации - коллаген - секретируется дистальной частью одонтобластов. По мере созревания он все более оттесняется новыми порциями материала, непрерывно секретируемого клетками. Поэтому формирование фибриллярных структур с типичными «зазорами» между концами молекул тропоколлагена заканчивается на некотором расстоянии от тел одонтобластов. Именно на этом удалении в матрикс поступают другие компоненты центров нуклеации - фосфофорин и дентинный сиалопротеин. Они доставляются сюда по отросткам одонтобластов (т.е., в обход слоя, в котором еще не завершено дозревание коллагена). Здесь эти фосфопротеины взаимодействуют с уже созревшими коллагеновыми фибриллами, вытесняя из «зазоров» внедрившиеся ранее макромолекулы (в частности, про- теогликаны).

С завершением образования центров нуклеации появляются первые кристаллы ГАП. Так возникает фронт минерализации. Он постепенно продвигается в сторону одонтобластов, захватывая все новые (дозревшие) слои секретируемого матрикса и оставляя позади себя полностью минерализованный интертубулярный дентин (смыкающийся с плащевым). Однако клеток он никогда не достигает. Ибо соотношение темпа созревания матрикса со скоростью секреции белков одонтобластами (и их отростками) таково, что не готовый к минерализации слой составляет обычно 15-20 мкм (при интенсивности секреции органического матрикса в среднем 4 мкм в сутки). Этот неми- нерализуемый слой, отделяющий интертубулярный дентин от остеобластов, обозначают как предентин. Он сохраняется даже после завершения биосинтетической активности одонтобластов.

В интертубулярном дентине ведущим фрагментом центров нуклеации является фос- фофорин. Часть его молекул очень прочно связывается со специфическими участками коллагена вблизи «зазоров». Именно фиксация этого белка на нерастворимой подложке коллагена играет решающую роль в инициации отложения кристаллов.

Как уже отмечалось, по бокам полипеп- тидного стержня фосфофорина формируются продольные гребни, каждый из которых состоит из серии либо фосфатных остатков, либо карбоксильных групп аспартата. Вместе с коллагеном и, по-видимому, некоторыми другими белками они обеспечивают особую стереохи- мическую геометрию реактивных групп, которая комплементарна определенным граням кристалла, формируемого на их поверхности. Конформаиионные соотношения позволяют связывать ионы фосфата и Са2+ в таком пространственном взаиморасположении, которое снижает энергию активации процесса образования кристаллов гидроксиапатита. Благодаря этому минеральная фаза возникает из раствора, в котором концентрации Са2+ и фосфат-ионов находятся в пределах физиологических границ и не достигают насыщения (при нейтральных значениях pH).

Таким образом, фосфофорин является бел- ком-нуклеатором, так как обеспечивает зарождение начальных кристаллов гидроксиапатита. Этот эффект он оказывает уже в минимальной концентрации (10 мкг/мл, или 67 нМ). Однако с ее увеличением возникает угнетающее действие фосфофорина на рост кристаллов и формирование новых. Похоже, оно обусловлено нарастанием количества белка, не фиксированного на коллагеновых фибриллах. Следует отметить, однако, что его содержание в дентине корня зуба (особенно на периферии) в несколько раз меньше, чем в коронковой части.

Помимо фосфофорина, в регулировании роста кристаллов и ограничении их конечных размеров участвуют и другие неколлаге новые белки дентина, в том числе остеопонтин и ос- теонектин. Гораздо слабее действие дентинного сиалопротеина, который тоже замедляет рост начальных кристаллов. Свой вклад вносят и малые протеогликаны. Их гликозаминоглика- новые цепи (особенно хондронтин-4-сульфат) обладают высоким сродством к кристаллам гидроксиапатита и способностью связывать значительные количества ионов Са2+, тогда как белковая часть молекулы легко «приякоривается» к коллагеновым фибриллам. Такое сочетание свойств позволяет малым протеогликанам вносить свой вклад в регулирование процессов минерализации дентина.

Снижение концентраций фосфата и Са2+ из-за перехода их в кристаллическую фазу компенсируется притоком этих ионов, - в конечном счете из кровеносного русла. При этом продвижение фосфатных ионов через тела одонтобластов и их отростки к фронту минерализации не нуждается в специальных механизмах, т.к. анионы сравнительно легко проникают через биомембраны, а их концентрации внутри и вне клеток, если и различаются, то обычно не очень сильно. Кроме того, при необходимости могут быть мобилизованы фосфатные группы фосфопротеинов и низкомолекулярных веществ (включая нуклеозидфосфа- ты), отщепляемые различными фосфатазами.

Что же касается ионов Са2+, то их доставка к растущим кристаллам требует преодоления ряда барьеров. Как известно, распределение этого катиона между вне- и внутриклеточными пространствами чрезвычайно неравномерно. В плазме крови кальция содержится до 3 мМ, из которых около половины - в ионизированной форме. В цитоплазме же большинства клеток содержание кальция на 3-4 порядка ниже. Так, в одонтобластах оно находится на уровне 0,5 мкМ. Более того, ионы Са2+ пребывают здесь преимущественно не в свободной форме, а в виде комплексов с органическими лигандами. Прежде всего — с Са2+-связывающими белками, которые обратимо присоединяют значительные количества Са2+ и тем самым играют важную роль в распределении его между разными субклеточными структурами.

Из-за высокого градиента концентраций клетки не нуждаются в специальных механизмах захвата кальция, которые требовали бы расходования АТФ. Однако, контроль за интенсивностью потока в клетку необходим. Он осуществляется разными типами кальциевых каналов, каковые есть и в одонтобластах.

С другой стороны, поток Са2+ из клеток в сторону дентина направлен против градиента концентраций, причем, очень высокого. Для преодоления его используется механизм Ка+/Са2+-обмена с участием специального трансмембранного белка. Однако гораздо более существенный вклад вносит Са2+-активируемая АТФаза. Локализованная в плазматической мембране одонтобластов, она способна обеспечивать выход ионов Са2+ из цитоплазмы непосредственно в предентин. Очень высокая активность фермента сосредоточена также в мембране везикул, происходящих из аппарата Гольджи и очень многочисленных в дистальной части тела одонтобластов. С помощью Са2+-АТФазы эти везикулы накапливают Са2+ и путем экзоцитоза переносят его во внеклеточную среду вблизи клеток или (через отростки) непосредственно к фронту минерализации. В целом концентрация ионов Са2+ в предентине втрое выше, чем в пульпе зуба.

Транспорт кальция через одонтобласты и по их отросткам проходит быстро: меченый Са2+ появляется в минеральной фазе уже через 10-15 мин после его внутривенного введения.

Конечным итогом всех перечисленных особенностей является гораздо более высокая степень минерализации дентина и его прочности (в сравнении с компактной костью). Кристаллы имеют здесь пластинчатую форму; толщина их составляет 2-3 нм при длине около 60 нм. Ориентированы они вдоль волокон, располагаясь внутри и между коллагеновыми фибриллами. Из-за отсутствия ремоделйрова- ния обновление минеральной фазы может осуществляться только посредством медленных процессов ионного обмена в уже готовых кристаллах. В весовом отношении зрелый интертубулярный дентин содержит в среднем 70% минеральных веществ, 20% органических и 10% воды. По объему эти компоненты составляют соответственно 45, 30 и 25%. Довольно высокий уровень воды объясняется обилием дентинных трубочек, сравнительно богатых свободной водой.

Все перечисленные слои дентина появляются в процессе развития зуба. Но есть и такие образования, становление которых происходит у взрослых людей, много лет спустя после оформления функционально готового, прорезавшегося зуба. К ним относятся перитубулярный, вторичный и репаративный варианты дентина.

Перитубулярный дентин — термин, принятый для обозначения того материала, который откладывается изнутри на стенках уже сформировавшихся дентинных трубочек (поэтому правильнее его называть интратубуляр- ным). Механизм его образования неизвестен. Процесс протекает непрерывно и только в присутствии жизнеспособных одонтобластов. Перитубулярный дентин отличается отсутствием фибриллярных структур, наличием протеогли- канов и значительно повышенной степенью минерализации. Кристаллы здесь имеют форму параллелепипедов размерами 36x26x10 нм и представлены в основном гидроксиапатитом, но богаты также магнием и содержат карбонат, чем обусловлена их сравнительно легкая растворимость. С годами толщина этого слоя может достигать 0,5-1 мкм, приводя к заметному уменьшению просвета дентинных трубочек.

Вторичный дентин представлен сравнительно узким слоем, который расположен между предентином и интертубулярным дентином. Формирование его происходит крайне медленно и растягивается на всю оставшуюся жизнь. Судя по всему, оно отражает остаточную активность одонтобластов, сохраняющуюся после периода интенсивного дентиногенеза. От интертубулярного вторичный дентин отличается гораздо меньшей упорядоченностью колла- геновых волокон и пониженной степенью минерализации. Его образование идет неравномерно, из-за чего с возрастом наступает не только уменьшение объема пульпарной камеры, но и изменение ее формы.

Репаративный (третичный) дентин развивается в ответ на механические и, возможно, бактериальные повреждения уже сформированного матрикса. Реализуется эта постнаталь- ная репарация путем активации одонтобластов, которые поддерживаются в пульпе в виде особой популяции клеток-предшественников. Третичный дентин выполняет функцию защитного барьера для предохранения пульпы. Он отличается от вторичного еще меньшей регулярностью структуры как органического матрикса, так и минеральной фазы.



загрузка...