Головна

іонного обміну

  1. II. Нормовані показники аероіонного складу повітря
  2. III. Вимоги до проведення контролю аероіонного складу повітря
  3. O Потім під впливом стимулюючих сигналів з боку організаційного оточення здійснює певні дії.
  4. Адаптаційного стресу у дітей
  5. Активатори церебрального обміну речовин.
  6. Алгоритм підготовки та проведення імітаційного моделювання
  7. Аналіз зовнішнього і внутрішнього середовища інноваційного підприємства

Як випливає з таблиці 1, ступінь мінералізації тканин зуба знижується в послідовності: емаль> дентин> цемент> кістка, а вміст води в тканинах зуба зменшується в послідовності: кістка> цемент> дентин> емаль. Мінеральні речовини твердих тканин зуба організовані, головним чином, у вигляді апатитів. Апатити мінералізованих тканин мають вигляд кристалів гексагональної форми, в них розрізняють ядро, периферичну частина і гідратний шар товщиною ~ 1нм - шар води, пов'язаний з кристалами апатитів, який грає важливу роль в забезпеченні іонного обміну і процесів ремінералізації (рис 13).

Рис.13. Просторова структура кристала гідроксиапатиту.

Поряд з типовою гексогональний формою гідроксіапатиту можуть мати паличкоподібну, ромбоподібну або игольчатую форму кристалів. З гідроксиапатиту в емалі формуються емалеві призми, є структурною одиницею емалі. Емалеві призми зібрані в пучки. Гидратная оболонка є реактивної частиною апатиту, в якій відбувається ізоіонний обмін. Розміри апатитів мінералізованих тканин широко варіюють залежно від виду тканини: - від 120 до 1000 нм в довжину і від 2 до 100 нм в ширину. Апатити емалі мають більші розміри, ніж апатити дентину, розміри яких перевищують розміри апатитів кістки. Основним видом апатитів мінералізованих тканин є гідроксіапатиту, що відповідають загальній формулі Са10(РО4)6(OH)2. Кристали гідроксиапатиту мають ідеальну гексогональний форму. Хімічна структура гідроксиапатиту представлена ??на малюнку 14.

Рис.14. Формула десятікальціевого гідроксиапатиту.

Іони в кристалічній решітці гідроксиапатиту можуть заміщатися іншими іонами, близькими за хімічними властивостями і розміром іонного радіусу. Такі заміщення називаються ізоморфними. Катіони кальцію можуть заміщатися на іони натрію, калію, молібдену, стронцію, магнію, барію, свинцю, гидроксония (Н3О+). Фосфатіон може заміщатися на (НРО4)2, Карбонат та інші аніони. Іони гідроксилу найчастіше заміщуються іонами хлору, фтору, йоду, карбонату. В результаті подібного роду замін можуть формуватися інші різновиди апатитів. Тому в мінералізованих тканинах поряд з гідроксиапатиту присутні, хоча і в меншій кількості, карбонатні апатити - Са10(РО4)5(CО3) (ОН)2, Хлорапатіти - Са10(РО4)6Cl2, Фторапатити -Са10(РО4)6 F2, Гідроксіфторапатіти - Са10(РО4)6 (ОН) F, магнієві - Са9Мg (РО4)6(OH)2, Стронцієві - Са9Sr (РО4 )6(OH)2 та інші види апатитів. Іонний радіус стронцію ~ в 2 рази більше іонного радіусу кальцію, тому кристал стронцієвого апатиту деформований і відрізняється підвищеною крихкістю. Іони цитрату проникають тільки в гідратний шар апатиту, так як мають великий розмір. Співвідношення різних видів апатитів в мінералізованих тканинах зуба носить індивідуальний характер і, безумовно, впливає на їх каріесорезістентность.

Частина мінеральних елементів твердих тканин не включається до складу апатитів і знаходиться в аморфному стані, у вигляді різних солей: Са8Н2(РО4)6 * 5Н2Про - октакальціевого фосфату пентагідрату, САНРЕЙ4* 2Н2Про - брушіта, Са (НСО3)2 - Кальцію гідрокарбонату та інших. Неапатітние форми мінеральних компонентів складають ~ 2%.

Найважливішою характеристикою мінерального компонента твердих тканин є зміст в них кальцію і фосфору, а також їх співвідношення - кальцієво - фосфатний коефіцієнт (Са / Р), величина якого в гідроксиапатит Са10(РО4)6(ОН)2, Найбільш поширеному, ідеальному за формою і властивостями вигляді апатитів, становить 10/6 або 1,67. У апатитах інших видів величина фосфатно-кальцієвого коефіцієнта може варіювати в межах 2,0 - 1,33. Таким чином, кількість атомів кальцію в структурі апатиту може коливатися від12 до 8. Зменшення вмісту кальцію в складі апатитів емалі може бути наслідком изоморфного заміщення його іншими іонами, а також може відбуватися в результаті утворення «вакантних місць» в кристалічній решітці. Якщо кількість атомів кальцію в апатитах становить менше 8, то вони поступово руйнуються. Цей факт може бути пояснений зміною заряду апатиту. Ідеальний кристал гідроксиапатиту Са10(РО4)6(ОН)2 має заряд, рівний нулю: 2х10 = 3х6 + 1х2. Якщо в кристалі міститься, наприклад, 8 іонів кальцію, то його він набуває негативний заряд: 8х2 = 16 (число позитивних зарядів); 3х6 + 1х2 = 20 (число негативних зарядів). Такі кристали стають нестійкими і можуть руйнуватися. Необхідно підкреслити, що кальцієво-фосфатний коефіцієнт твердих тканин зуба у дорослих вище, ніж у дітей. Він різний в межах шару емалі одного і того ж зуба, що свідчить про неоднорідність будови емалі та неоднаковою схильності до карієсу різних ділянок зуба. Молярне співвідношення кальцію і фосфору по-різному навіть в межах одного і того ж шару емалі: в поверхневому шарі і в області емалево-дентинної кордону воно вище, ніж в серединному шарі. З цим фактом пов'язана велика стійкість поверхневих шарів емалі зуба до дії органічних кислот, які містяться в слині, в зубному нальоті. У апатитах емалево-дентинної кордону фосфати можуть заміщатися на карбонати в зв'язку з підвищеним утворенням вуглекислого газу одонтобластами, що призводить до зростання Са / Р коефіцієнта.

При карієсі і інших патологічних станах, що супроводжуються демінералізацією твердих тканин, Са / Р коефіцієнт зменшується. Коефіцієнт Са / Р є одним з критеріїв стійкості емалі до карієсу: чим більше його величина, тим триваліше емаль здатна протистояти дії кислот. Дані про вміст кальцію і фосфору в мінералізованих тканинах представлені в таблиці 2.


Таблиця 2. Вміст кальцію і фосфору в мінералізованих тканинах

(В г% сухої маси тканини).

 Хімічні елементи  емаль  дентин  цемент  Кость компактна
 кальцій  32 - 39  26 - 28  21 - 24
 фосфат  16 - 18  12 - 13  10 - 12

Як випливає з таблиці, в емалі зуба міститься більше кальцію і фосфору, ніж в дентині, а в дентині - більше, ніж в цементі і кістки. Поряд з кальцієм і фосфором, як основними мінеральними компонентами твердих тканин зуба, в них містяться також іони магнію, натрію, калію, фтору, хлору, свинцю, цинку, заліза, стронцію, барію та інші. Дані літератури про їхній зміст в тканинах зуба не наводяться тут в зв'язку з їх суперечливістю. Вважається, що іонний склад зуба залежить від концентрації іонів в тканинах, що оточують зубний зачаток в період закладки матриці, прорізування зубів, і в меншій мірі - від їх вмісту в їжі після прорізування зубів і протягом подальшого життя. Кальцій і фосфор рівномірно розподіляються в емалі до прорізування зубів, а після прорізування відзначається збільшення ступеня мінералізації поверхневого шару емалі і відносне зменшення вмісту кальцію і фосфору в серединних шарах емалі. Велика щільність поверхневого шару емалі поєднується з його більш високою стійкістю до кислот.

Емаль зуба характеризується найбільшим з усіх мінералізованих тканин вмістом неорганічних речовин і найменшим вмістом води (див. Таблицю 1). Ці особливості хімічного складу емалі визначають її найбільш характерна властивість - велику твердість. Емаль (enamelum) - сама мінералізована, сама тверда і найміцніша тканина в організмі, що захищає дентин і пульпу від механічних, хімічних і температурних впливів. Концентрація мінеральних речовин в поверхневому шарі емалі, як уже зазначалося, найбільша, а до емалево-дентинної кордоні поступово знижується, що поєднується зі зниженням міцності емалі в зазначеному напрямку. У більш глибоких шарах емалі концентрація органічних речовин, навпаки, вище, ніж в поверхневому шарі. Незважаючи на високу твердість, емаль є крихкою структурою. Її крихкість, проте, компенсується пружними властивостями дентину, що дозволяє зубу витримувати великі жувальні навантаження. В емалі зуба відсутні клітини, нервові закінчення, колагенові і еластичні волокна, судини. На жувальних поверхнях зуба товщина емалі складає 1,5 - 1,7 мм, на бічних - значно тонше, а до шийки зуба вона сходить нанівець.

Структурні компонентом емалі є емалеві призми діаметром 4 - 6 мкм. Довжина призми відповідає товщині шару емалі або перевищує її, якщо призма має звивисте будова. Основною структурною одиницею емалевої призми є кристали апатитів, загальна характеристика яких розглядалася вище. Серед кристалів апатитів, розташованих упорядковано і компактно, зустрічається невелика кількість аморфного неорганічної речовини. Між кристалами апатитів в емалі і інших шарах зуба, а також в кістки є мікропори полігональної форми - межкристаллической простору. З'єднуючись між собою, вони утворюють міжпризматичні простору. І ті, і інші мають велике значення в здійсненні обміну речовин в мінералізованих тканинах. Основними видами апатитів емалі є гідроксіапатиту, що становлять 75% всіх апатитів; карбонатні апатити - 12 - 19%; хлорапатіти - 4,4%; фторапатити і гідроксіфторапатіти - ~ 1%, а також магнієві, цитратні і інші. У аморфному вигляді міститься карбонат кальцію, що становить 1,33%, а також карбонат магнію - 1,62%.

Іонний обмін в емалі зуба і інших твердих тканинах має фізико-хімічний характер. У ньому можна умовно виділити три стадії. Перша - дифузія іонів за градієнтом концентрації з вільної води в воду гідратної оболонки апатитів - швидка, що триває хвилини. Друга стадія - заміщення поверхневих іонів кристала апатиту катіонами і аніонами з гідратної оболонки - більш повільний процес, тривалість якого вимірюється годинами. Третя стадія - ще більш повільний процес проникнення іонів вглиб кристала, що триває дні і місяці. Всі три стадії іонного обміну оборотні. Проникнення іонів в кристал залежить від їх радіусу, рівня енергії, якою вони володіють. Склад і властивості апатитів багато в чому залежать від іонного складу рідини, що омиває його, а також від іонного складу гідратної оболонки. Тому можна цілеспрямовано змінювати іонний склад твердих тканин зуба шляхом застосування реминерализующих розчинів з метою профілактики і лікування карієсу. Процес проникнення іонів кальцію і фосфору всередину кристала апатиту - реминерализация знаходиться в рівновазі з процесом виходу цих іонів з кристала - демінералізацією:

реминерализация <===> демінералізація

Спрямованість цього процесу в емалі зуба залежить від іонного складу і рН слини і не залежить від вмісту кальцію в крові. Іони кристалічної решітки апатитів можуть заміщатися також іншими іонами, подібними за величиною іонного радіусу або за хімічними властивостями (изоморфное заміщення). Деякі іони, наприклад, іони калію і хлору, проникають тільки в гідратний шар і потім залишають його, не проникаючи вглиб кристалів. У поверхневий шар кристалів проникають іони кальцію, фосфату, карбонату, фтору, натрію, стронцію. У глибокі шари апатитів проникають тільки іони кальцію, стронцію, фтору, фосфату. Обмін іонів, що відбувається в кристалічній решітці гідроксиапатиту істотно впливає на властивості і спрямований зростання кристалів за типом епітаксії, т. Е. Незалежно від матриці мінералізації. Негативно позначається на подальшому зростанні кристалів апатитів изоморфное заміщення іонів кальцію на іони магнію, стронцію, барію, хрому, кадмію, водню, іон гідроксонію (Н3О+):

Са10(РО4)6(ОН)2 + Мg2+ і Cа9Мg (PO4)6(OH)2 + Са2+

Са10(РО4)6(OH)2 + Sr2+ і Cа9Sr (PO4)6(OH)2 + Cа2+

Са10(PO4)6(OH)2 + 2Н+ і Са9+(РО4)6(OH)2 + Cа2+

10(РО4)6(OH)2 + H3O+ і Cа9(H3O+) (РО4)6(OH)2 + Ca2+

При заміщенні іонів кальцію іонами магнію, стронцію та іншими катіонами, а також при виході іонів кальцію з кристалічної решітки апатитів без заміщення їх на інші іони зменшується Са / Р коефіцієнт, в результаті чого знижується міцність кристалів і їх стійкість до впливів хімічних реагентів. При включенні в кристали апатитів стронцію, іонний радіус якого ~ в 2 рази більше іонного радіусу кальцію, утворюються апатити неправильної форми, що істотно знижує їх міцність. Стронцій витискає іони кальцію із складу апатитів, а потім сам покидає кристалічну решітку апатитів, що призводить до розрідження твердих тканин. При підвищеному вмісті стронцію в навколишньому середовищі він накопичується не тільки в зубах, але і в кістках скелета, обумовлюючи їх підвищену крихкість і часті, т. Н. «Звичні» переломи кісток. Цю патологію називають «уровской хворобою», так як вона зустрічається в басейні річки Уров в Забайкаллі, де в грунті міститься багато стронцію і мало кальцію. Більшою мірою цієї ендемічною хворобою страждають діти, у яких порушуються процеси окостеніння, виникає короткопалость, уражаються суглоби, зуби, виникають часті переломи кісток спонтанного характеру. Аналогічні симптоми відзначаються також у тварин. При забрудненні місцевості радіоактивним стронцієм, останній, включаючись до складу апатитів трубчастих кісток, зберігається в них тривалий час і може сприяти розвитку лейкозів.

Високі концентрації Н+ - Іонів можуть викликати кислотне руйнування гідроксиапатиту, що має місце при карієсі:

Са10(РО4)6(ОН)2 + 8 Н+ і 10 Са2+ + 6 НРО4 2 + 2 Н2О

Фосфатіони в складі гідроксиапатиту можуть заміщатися карбонатом з утворенням карбонатапатітов Са10(РО4)4(СО3)2(ОН)2, Які характеризуються підвищеною розчинністю в кислотах, меншою міцністю, що негативно позначається на властивостях мінералізованих тканин, в тому числі - на карієсрезистентності зуба. Джерелом карбонатів в організмі є реакції декарбоксилювання піровиноградної, ізолімонной і альфа - кетоглютарової кислот, а також реакції декарбоксилювання різних амінокислот. З вуглекислого газу і води під дією ферменту карбангідрази утворюється вугільна кислота, яка дисоціює з утворенням карбонатаніона НСО-3. Перераховані вище кислоти утворюються в результаті катаболізму деяких амінокислот і глюкози. Процеси катаболізму білків і вуглеводів в організмі стимулюються при стресі, що призводить до накопичення карбонатапатітов в мінералізованих тканинах, підвищуючи їх крихкість і розчинність. Накопиченню карбонатів в слині і надходженню їх в емаль сприяє також підвищений вміст вуглеводів, особливо сахарози, в їжі.

Зміст карбонатапатітов в емалі збільшується в напрямку від її поверхні до емалево-дентинної межі. З віком їх зміст в поверхневому шарі емалі ще більш знижується, що вносить свій внесок в підвищення її карієсрезистентності.

Іони гідроксилу в складі гідроксиапатиту також можуть заміщатися або карбонатом з утворенням апатитів типу Са10(РО4)63, Або іонами хлору, фтору та ін. Загальний вміст карбонатапатітов в емалі складає близько 19%. Збільшення їх кількості в емалі зуба знижує її резистентність і сприяє розвитку карієсу. Хлорапатіти Са10(РО4)6Сl2 локалізуються, головним чином, в глибоких шарах емалі. При взаємодії гідроксиапатиту з фтором (в концентрації <2 мг / л) можуть утворюватися гідроксіфторапатіти Са10(РО4)6(ОН) F і фторапатити Са10(РО4)6F2, Що володіють високою стійкістю до кислот. Заміщення навіть однією з 50 гідрокси - груп в гідроксиапатиту на фтор значно підвищує кариесрезистентность зуба, а Кислоторозчинні його при цьому падає. Освіта фторапатитов в емалі зуба значно підвищує її щільність і стійкість до кислот. Зміст фторапатитов в поверхневих шарах емалі значно вище, ніж в підлягають, що є одним з факторів, що визначають стійкість емалі до дії кислот і розвитку карієсу. Але при впливі на мінералізовані тканини високих концентрацій фтору (> 2 мг / л) замість фторапатитов і гідроксіфторапатітов утворюється нерозчинний у воді з'єднання - фторид кальцію СаF2, Який у лужному середовищі залишає поверхню зуба, залишаючи вакантні місця. Кальцієво-фосфатний коефіцієнт при цьому знижується, гідроксіапатиту руйнуються, розвивається флюороз.

Са10 (РО4)6(ОН)2 + 10 F2 = 10 СаF2 + 6 РВ43 + 2 ОН-

Таким чином, незаміщені гідроксіапатиту, що відповідають формулі - Са10(РО4)6(ОН)2, а також їх Фторзамещенниє похідні - гідроксіфторапатіти і фторапатити є найміцнішими, стійкими до дії кислот і тому сприяють підвищенню карієсрезистентності зуба. Крім реакцій изоморфного заміщення в кристалах гідроксиапатиту і їх похідних може відбуватися адсорбція різних іонів, в тому числі - мікроелементів за рахунок наявності в їх кристалічній решітці вакантних місць, які утворюються при формуванні кристала або в результаті вимивання іонів під дією кислот.

Дефіцит кальцію і фосфату в організмі, що виникає при недостатньому їх вмісті в їжі або порушення всмоктування в тонкому кишечнику, сприяє активації реакцій изоморфного заміщення в гідроксиапатиту. Достатнє надходження в організм солей кальцію, навпаки, сприяє витісненню зі складу апатитів антагоністів кальцію, в тому числі - стронцію. Вакантні місця при цьому займають іони кальцію, тобто відбувається процес ремінералізації, який значно інтенсифікується при наявності фтору в складі апатитів.

Отже, найбільш мінералізованих є поверхневий шар емалі, що містить найбільш високі концентрації кальцію, фосфату і фтору. Це забезпечує стійкість емалі до дії кислот і розвитку карієсу, а також захист дентину і пульпи від зовнішніх, в тому числі механічних, впливів. В серединних і глибоких шарах емалі зростає вміст води, іонів магнію, натрію, хлору, а також карбонату, який продукується одонтобластами у вигляді вуглекислого газу. Є дані про рівномірний розподіл по товщині емалі стронцію, калію, алюмінію, міді. Склад і властивості апатитів емалі не є постійними. Вони змінюються залежно від іонного складу гідратного шару, який визначається складом слини. Всі стадії іонного обміну емалі оборотні, тому, хімічний склад і властивості апатитів можна змінювати в потрібному напрямку, змінюючи склад слини.



Кісткова тканина як різновид мінералізованою сполучної тканини. | Органічні компоненти емалі зуба.

Фосфорно-кальцієвий обмін і його регуляція. | Біологічні функції фтору. Залежність стану зубів і кісткової системи від вмісту фторидів у воді. | Загальна характеристика сполучної тканини. | Волокнисті структури сполучної тканини. | Б. Вітамін С, антискорбутний, аскорбінова кислота, участь в синтезі колагену і інші метаболічні функції. | Основна речовина сполучної тканини. Структурна організцією міжклітинної матриксу | Біохімічні зміни в сполучної тканини в процесі старіння і при деяких патологічних станах. | Проникність емалі зуба і процес її дозрівання | Дентин. Особливості хімічного складу і обмінних процесів. | Цемент, його біологічні функції, хімічний склад, особливості метаболізму. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати