загрузка...
 
ПЕРИОДОНТ (ПЕРИОДОНТАЛЬНАЯ СВЯЗКА)
Повернутись до змісту

ПЕРИОДОНТ (ПЕРИОДОНТАЛЬНАЯ СВЯЗКА)

Заполняя зазор между цементом и стенкой зубной альвеолы, периодонтальная связка в разных участках корня имеет толщину от 0,15 до 0,4 мм. Внеклеточный матрикс периодонта представлен сплетением волнообразных фибрилл коллагена типа I, погруженных в высоко- гидратированное основное вещество. Лишь вблизи границы с цементом фибриллы собираются в толстые пучки, идущие параллельно друг другу. Пересекая эту границу, они оказы- ваютея инфильтрированными минеральной фазой. В толще цемента нучки коллагеновых волокон вновь разветвляются за счет того, что составляющие их фибриллы опять изгибаются и расходятся. Именно физическая непрерывность волокон, а не просто смыкание периодонтальной связки с цементом лежит в основе неразрывного единства этих структур.

Аналогичным образом другая сторона связки прочно скрепляется с компактной костью стенки альвеолы. Благодаря этим особенностям центральная зона периодонта метаболически более активна и быстрее обновляется, чем та часть коллагеновых волокон, которая внедрена в окружающие твердые ткани кости и цемента. Этому способствуют обильное кровоснабжение и богатая иннервация периодонтальной связки, которые обеспечиваются идущими из костного окружения сосудами и нервными волокнами, образующими соответственно капиллярное и нервное сплетения вокруг корня зуба.

Основное вещество внеклеточного матрикса периодонта по составу напоминает рыхлую соединительную ткань. Из числа гликопротеинов здесь преобладает фибронектин, обеспечивающий интеграцию межклеточного вещества и взаимодействие его компонентов с клетками. Вместе с тем, обилие протеогликанов (включая декорин, в основном ассоциированный с колла- геновыми волокнами) придает межклеточному пространству периодонта характер очень вязкого геля, способного удерживать большое количество воды. Это имеет важное функциональное значение, поскольку облегчает амортизацию перемежающихся нагрузок на зуб.

Среди клеточных элементов периодонта преобладают фибробласты, которые благодаря обилию межклеточных контактов формируют единую трехмерную сеть. Они обладают высоким уровнем митохондриального окисления и биосинтетических процессов в сочетании с выраженной способностью к вне- и внутриклеточному перевариванию коллагена. Показательно, что скорость обновления коллагена здесь в 4 раза выше, чем в коже. Поэтому, в частности, самые ранние признаки недостаточности витамина С, участвующего в биогенезе этого белка, проявляются в виде расшатывания и выпадения зубов (цинга), свидетельствуя о глубоком поражении периодонта. Некоторые биохимические характеристики фибробластов периодонтальной связки (высокая активность щелочной фосфатазы, способность синтезировать остеокальцин) свидетельствуют о возможности дифференциации их в остеобласты и це~ ментобласты.

В зоне смыкания периодонта с цементом сосредоточены цементобласты, а на границе с альвеолярной костью - остеобласты и остеокласты. Интерстиций периодонта содержит макрофаги, дендритные антиген-представляю- щие клетки, тучные клетки и, в меньшей степени, лейкоциты. Обычно этих клеток-защит- ников немного (особенно лимфоцитов и грану- лоцитов), но становится гораздо больше при воспалении.

Воспалительные заболевания периодонта составляют группу инфекций, которые ведут к необратимому разрушению поддерживающего аппарата зуба. Клиническое течение болезни очень варьирует. Четко выделяют два варианта: юношеский (ювенильный) периодонтит и хронический периодонтит взрослых. Последний поражает более 10% населения и более 30% людей в возрастной группе 55-64 лет. Болезнь может сильно прогрессировать еще до появления болей или других симптомов и часто завершается потерей зубов. Инициаторами разрушения периодонтальной связки и ее окружения являются микроорганизмы. Долгое время доминировала концепция «неспецифического зубного налета», в соответствии с которой причиной периодонтальных заболеваний является чрезмерное отложение бактерий на зубной поверхности. Следствием таких представлений стало преобладание хирургического подхода к лечению: удаление воспаленных тканей десны для уменьшения глубины десневых карманов и повышения эффективности механических процедур, предупреждающих колонизацию бактериями. Однако в конце XX века все более утверждалась гипотеза «специфического зубного налета», отдающая приоритет микрофлоре, специфичной для пародонтита. Оказалось, что определенные штаммы самых разных микроорганизмов (стрептококки, лактобактерии, актином ицеты, спирохеты, тре- понемы) ответственны за развитие пародонтита. Уже проводятся исследования по выяснению тех особенностей структуры микробной ДНК, с которыми связана избирательная агрессивность в отношении периодонта. Выяснено также, что важную роль играет и индивидуальная чувствительность человека к патогенным штаммам, обусловленная генетически. В частности, мутации гена катепсина С в участке хромосомы lq4 способствует развитию юношеского периодонтита.

По современным представлениям, антимикробная терапия призвана устранять причину заболевания, а хирургическое лечение снижает результативность периодонтальной инфекции. Критичная стадия в развитии воспалительного процесса — это прикрепление патогенных микробов к тканям хозяина. Поэтому разработка новых препаратов нацелена на создание таких антибиотиков, которые могли бы лишать микроорганизмы способности периодонтального прикрепления.

У курильщиков заболевания периодонта встречаются в 2,5-6 раз чаще, чем у некурящих. Более того, тяжесть клинических проявлений оказалась пропорциональной числу выкуриваемых сигарет. Механизм этой связи пока неясен. Возможно, главной причиной является способность компонентов табачного дыма разрушать а1-антитрипсин. Как уже отмечалось в разделе 10.3.6, этот ингибитор блокирует про- тенназы нейтрофилов, а они известны своей ведущей ролью в деградации матрикса при воспалении. Во всяком случае, твердо установлено: после отказа от курения риск развития хронического периодонтита взрослых снижается до уровня, типичного для тех, кто никогда не курил.

ЭМАЛЬ ЗУБА

Зрелая эмаль - наиболее минерализованное, самое твердое и долговечное образование в теле млекопитающих. Будучи лишенной клеток (после прорезывания зуба), она представляет собой только внеклеточный матрикс, к тому же бессосудистый и совсем не иннервируемый. По весу здесь содержится около 95% минеральных веществ, примерно 1% органических компонентов и не более 4% воды (в объемном соотношении эти параметры составляют соответственно 86, 2 и 12%). Структурная организация эмали позволяет на протяжении всей жизни организма эффективно противостоять механическим нагрузкам и обеспечивать устойчивость к истирающим воздействиям.

Формирование эмали амелобласты осуществляют в две стадии. Сначала происходит интенсивный синтез эмалевых белков с секрецией их через апикальную поверхность клеток в сторону дентина. Накопление белкового матрикса приводит к постепенному утолщению эмали (у человека - со скоростью около

мкм в сутки). При этом каждый амелобласт, удаляясь от границы с дентином, оставляет после себя шлейф в виде эмалевой призмы. Она имеет форму прутка поперечником 3-5 мкм, проходящего радиально через всю эмаль и несколько изогнутого 8-образно. Остановка клеток по окончании секреторной стадии определяет толщину созданной эмали и завершается образованием базальной мембраны амелобла- стов, отграничивающей их снаружи. В развитии постоянных зубов человека вся начальная стадия занимает 500-600 дней.

Вторая стадия — стадия созревания — наступает после короткого периода коренной перестройки амелобластов. Интенсивная выработка белков эмали сменяется резким усилением процессов: (а) секреции протеиназ через апикальную мембрану; (б) поглощения продуктов частичного протеолиза из эмали с последующей полной деградацией их внутри клеток; (в) транспорта минеральных ионов через клетку в эмалевый слой.

В постоянных зубах человека стадия созревания эмали длится адвое дольше секреторной. За этот срок из матрикса почти полностью удаляются белки н в очень значительной степени — вода. Гексагональные кристаллы гидро- ксиапатита, возникшие и несколько выросшие в длину на первой стадии, начинают утолщаться. Зарождения новых не происходит; напротив, общее число их даже уменьшается. В итоге кристаллы ГАП в эмали оказываются гораздо более крупными, чем в костной ткани, дентине или цементе. Они имеют продолговатую форму: при толщине 25-40 нм и ширине 40-90 нм их длина может достигать 1000 нм. Каждый покрыт гидратной оболочкой толщиной ~1 нм, а межкристаллические пространства (0,9-2,5 нм в поперечнике) заполнены свободной водой.

содержащей различные ионы и органические молекулы Сэмалевая жидкость).

Наиболее плотно кристаллы упакованы внутри призмы, где они ориентированы вдоль ее оси. По периферии плотность укладки несколько меньше, а белковый компонент матрикса соответственно более значителен. Из-за этого поверхностный слой не вполне удачно обозначили как «оболочку» призмы (ее «чехол»). В целом зрелая эмаль выглядит как конгломерат тесно спрессованных призм с очень тонкими прослойками межпризменного пространства, в котором кристаллы ориентированы под углом к призмам, а плотность их упаковки вновь возрастает, не достигая, однако, такой степени, как в призмах.

Таблица 12-1

Процентный состав аминокислот в белках эмали

Органическая основа эмали уникальна. Она не содержит белков, свойственных матриксу других соединительнотканных структур, включая кости и дентин. В ней нет ни коллагена, ни протеогликанов, ни костных или дентиновых гликопротеинов. Преобладающим белком, вырабатываемым амелобластами (и только ими!), является амелогенин. Во время секреторной стадии он составляет 90% органического матрикса эмали (по некоторым данным - даже 97%). Остальные белки - амелобластин и эна- мелин. Не нашли подтверждения сообщения о наличии туфтелинов, амелинов и других белков, считавшихся поначалу самостоятельными.

Аминокислотный состав белков эмали представлен в табл. 12-1. Единственное, что роднит их с коллагеном - это высокое содержание пролина. В амелогенинах оно достигает 23-28%, а в остальных — вдвое ниже. Вместе с тем, глицина в амелогенинах почти в 10 раз меньше, чем в коллагене. Даже в амелобласти- нах его доля достигает лишь 7-9%, т.е., слишком мала, чтобы обеспечить чередование триады . ..-гли-про-Х-..., присущее коллагенам. Следовательно, полипептидные цепи эмалевых белков неспособны формировать коллагеновую спираль и фибриллярные структуры типа тропоколлагена. Более того, в белках эмали совершенно отсутствуют гидроксилнзин и гидро- ксипролин. Значит, здесь не могут возникать


ковалентные сшивки между молекулами (равно как и дисульфидные мостики в амелогенинах и амелобластинах, совершенно лишенных цистеина). Общим для всех белков эмали является высокое содержание аминокислот с крупным гидрофобным радикалом, - оно достигает 25%, и лишь в энамелинах чуть ниже.

Амелогенин вносит решающий вклад в формирование нормальной эмали. У человека этот белок на 90% является продуктом одного из генов Х-ромосомы, мутации которого (их выявлено уже 8) приводят к врожденным дефектам эмали (несовершенный амелогенез). Остальная часть - продукт Y-хромосомной копии амелогенинового гена. Постсинтетическая модификация сводится лишь к фосфорилиро- ванию радикала серина в положении 16. Глико- зилирование отсутствует, хотя в молекуле есть подходящие для этого места. Зрелая молекула амелогенина состоит из единственной полипептидной цепи (менее 200 АО), преобладающая часть которой изобилует неполярными радикалами. В коротком С-концевом отрезке сосредоточены аспартат и глутамат, выступающие на поверхность глобулы, образуемой белком. После секреции в матрикс эти глобулы подвергаются спонтанной самоагрегации, - в основном за счет гидрофобных взаимодействий. В результате быстро возникают сферические образования («наносферы») диаметром

нм или больше. На поверхность их тоже выступают карбоксильные группы С-концевых фрагментов амелогенина, придавая наносферам способность взаимодействовать с апатитами.

Амелобластин и энамелин соответственно вдвое и в 5-6 раз крупнее амелогенина. В отличие от последнего, они несут единичные углеводные фрагменты, структура которых, однако, пока не выяснена. Энамелин содержит также несколько фосфатных групп. Он очень прочно связан с кристаллами, но быстро исчезает из эмали в начале стадии созревания. Амелобластин, напротив, имеет слабое сродство к апатиту и, кроме того, отличается биполярностью: положительные заряды сосредоточены bN-koh- цевом участке молекулы, а отрицательные - в С-концевом. В развивающемся матриксе эмали этот белок рано подвергается ограниченному протеолизу, после которого N-концевые фрагменты концентрируются в «оболочках» эмалевых призм, тогда как С-концевые - в самих призмах и межпризменном пространстве. Как и амелогенин, амелобластин существует в нескольких изоформах, возникающих в результате альтернативного сплайсинга мРНК.

Минерализация эмали стартует с самого начала секреторной стадии. Способ зарождения кристаллов гидроксиапатита остается пока невыясненным. Твердо установлено, что матриксные везикулы в эмали не появляются. Не работает здесь и механизм прямой кристаллизации на заранее подготовленных центрах (типичный для зрелой кости и дентина), ибо в эмали нет ни коллагеновых структур, ни соответствующих гликопротеинов. Наконец, гипотеза о прорастании уже имеющихся минералов дентина в эмаль тоже отвергнута, так как даже начальные кристаллы эмали четко обособлены от минеральной фазы дентина. Остаются лишь предположения, что сиалофосфопротеины поверхности дентина каким-то образом способствуют зарождению кристаллов в амелогениновом слое, возникающем на дентино-эмалевой границе. Не исключается, впрочем, и возможность появления зародышевых кристаллов рядом с мембраной амелобластов, - опять-таки, в среде, состоящей почти исключительно из амелогенина.

Так или иначе, но первичная минерализация эмали происходит очень быстро. Уже в первые минуты после секреции амелогенина на границе с дентином вдруг возникают многочисленные тонкие (1,5 нм) кристаллы гидроксиапатита с заметной прнмесью карбонатапа- тита. Они сильно вытянуты в направлении движения амелобластов и своими боковыми гранями образуют ионные связи с наносферами амелогенина. Фиксируясь на кристаллах, эти наносферы определяют расстояние между ними (20 нм) и блокируют их боковой рост (утолщение), но не мешают отложению минералов по торцам. Поэтому на протяжении секреторной стадии кристаллы растут только в длину. В итоге к концу стадии создается около 14% будущей минеральной фазы эмали.

С переходом в стадию созревания эмали кристаллы перестают расти в длину и начинают утолщаться. Такую возможность создает удаление амелогеннновых наносфер под действием протеиназ, к выработке которых приступают функционально перестроившиеся аме- лобласты. Начальную атаку осуществляют мат- риксные металлопротеиназы (особенно ММП- 20). Они удаляют заряженный С-конец амело- генина, прекращая тем самым фиксацию наносфер на кристаллах. Гидрофобные остатки наносфер постепенно тоже подвергаются частичной фрагментации этими ферментами (рис.

1). Более глубокую деградацию белков матрикса производят малоспецифичные протеиназы из числа сериновых. Образующиеся пептиды захватываются клетками, где подвергаются тотальному протеолизу.

Рис. 12-1. Роль эмалевых белков и процессов протеолиза в биогенезе эмали:

1 - секреция белков эмали «ранними» амелобластами; 2 - спонтанная агрегация амелогениновых молекул с образованием «наносфер»; 3 - удлинение первичных кристаллических «нитей» путем торцовой минерализации;

4 - протеолитическое удаление С-концевых анионных пептидов с поверхности наносфер;

5 - начало бокового роста минеральной фазы: 6. 7 - протеолиз гидрофобной сердцевины наносфер лротеиназами вплоть до почти полного исчезновения белков, сопровождаемый утолщением кристаллических образований.

Почти полное удаление белков из эмали завершается в середине стадии созревания. К этому моменту накапливается около 50% минеральной фазы (вдобавок к упомянутым 14%). Остальные 30-35% минералов откладываются уже после расчистки белков. Это значит, что рост кристаллов происходит теперь за счет их экспансии в остаточные, заполненные водой межкристаллические пространства. Объемная доля воды, высокая в период секреторной стадии (50-60%), снижается до 40% к моменту удаления белков, после чего убывает еще примерно втрое. Оккупация кристаллами водных пространств вызывает дегидратацию матрикса и ведет к формированию крупных, часто смыкающихся кристаллов, что обеспечивает исключительную твердость и прочность эмали.

Отложение минералов сопровождается подкислением среды. В расчете на ячейку кристаллической решетки Г АП освобождается обычно 8 протонов (уравнение [12-1]).

Поскольку эмаль фактически изолирована от сосудистого русла, становится проблемой согласование доставки минеральных веществ в матрикс с удалением из него протонов и избыточной воды. Природа разрешила это противоречие путем организации цикличной работы амелобластов стадии созревания. Половину каждого цикла клетки энергично транспортируют в матрикс не только протеиназы, но и ионы Са2+ и фосфата, необходимые для включения в кристаллическую решетку гидроксиапа- тита. Кроме того, именно в этот период вблизи апикальной мембраны клеток появляется активная карбоангидраза. Сильно ускоряя гидратацию метаболического СО2, она способствует образованию бикарбоната, который тоже сек- ретируется в матрикс.

Вне клеток карбоангидраза отсутствует. Однако катализируемая ею обратимая гидратация СО2 (ур-ние [11-8]) легко протекает и спонтанно, достигая равновесия в течение 30 с. Поэтому освобождаемые в матриксе протоны быстро нейтрализуются бикарбонатом (ур-ние [12-2]), который поступает из клеток.

рых в плазме крови много выше, чем в эмалевой жидкости. Избыток протонов, напротив, покидает эмалевую жидкость, и ее pH быстро возвращается к физиологическому уровню (7,2-7,4). По завершении такой «корректировки» ионного состава эмалевой жидкости аме- лобласты претерпевают очередную перестройку (занимающую последнюю четверть цикла), после чего вступают в следующий из многократно повторяющихся циклов. Точная продолжительность каждого из них установлена пока только для резца крыс, -8 ч. Следовательно, за 15 дней созревания эмали у них повторяется 45 таких циклов.

В одном и том же состоянии пребывают одновременно не все амелобласты стадии созревания, а только полоса их, кольцеобразно охватывающая коронку. Переход их в следующее функциональное состояние сопровождается трансформацией соседней круговой полосы клеток. Волны такой модуляции клеток проходят одна за другой по всей поверхности эмали.



Эта нейтрализация протонов не вполне успевает за темпом их появления. Из-за этого в эмалевой жидкости наряду с увеличением концентрации СО2 происходит неуклонное снижение pH (до 6,8-6,1).

По-видимому, именно подкисление эмалевой жидкости служит сигналом для перехода амелобластов в состояние второй фазы, занимающей примерно четверть цикла. Снижается функциональная активность клеток, изменяется внешний ввд мембраны, а главное - «разрыхляются» плотные межклеточные соединения. Во все иные времена они служат барьером, который герметизирует эмаль снаружи и проницаем только для газов. Теперь же через «приоткрытые» пространства между амелобла- стами свободно проходит вода с растворенными в ней веществами. Этим обеспечивается устранение возникшего ионного дисбаланса между эмалевой жидкостью и межклеточной жидкостью, которая по составу практически тождественна плазме крови (не считая белковых компонентов). В частности, в эмаль поступают ионы Са2+ и НСОз”, концентрации кото-

Это продолжается до полного завершения построения эмалевого покрытия коронки зуба, когда амелобласты подвергаются регрессии и отмирают путем апоптоза по мере прорезывания зуба (исчезает так называемая «врожденная пелликула»).

Именно поэтому зрелая эмаль не содержит клеток и неспособна к регенерации прн повреждении. Однако процессы деминерализации и реминерализации протекают постоянно благодаря реакциям ионного обмена, направленность которых в значительной степени определяется составом ротовой жидкости и слюны как ее главного компонента.



загрузка...