Hüdroksüapatiidi kristallid. Hüdroksülapatiit on kõige olulisem kaltsiumfosfaat.
Mineraliseeritud kudesid, mille hulka kuuluvad luukude, dentiin, rakuline ja rakuline tsement ning hambaemail, iseloomustab kõrge mineraalkomponendi sisaldus, mille põhikomponendiks on kaltsiumfosfaatsoolad.
3.1. MINERALISEERITUD KOE KEEMILINE KOOSTIS
Mineraalkomponendi teke ja lagunemine neis kudedes on tihedalt seotud kaltsiumi ja fosfori ainevahetusega organismis. Mineraliseeritud kudede rakkudevahelises maatriksis ladestub kaltsium, mis täidab ka struktuurset funktsiooni. Rakkudes mängib kaltsium rakusisese signaaliülekande mehhanismides sekundaarse sõnumitooja rolli.
Kõigi mineraliseerunud kudede, välja arvatud emaili ja rakulise tsemendi, tunnuseks on väike arv pika protsessiga rakke ja suur rakkudevaheline maatriks on täidetud mineraalidega. Maatriksvalkudes moodustuvad kristallisatsioonikeskused, mis moodustavad mineraalse komponendi - apatiitide - kristalle. Hammaste email ja rakuline tsement moodustuvad ektodermist ning ülejäänud mineraliseerunud koed mesodermi tüvirakkudest. Mineraalühenditega küllastumine sõltub kõvakoe tüübist, topograafilisest paiknemisest koes, vanusest ja keskkonnatingimustest.
Kõik mineraliseerunud koed erinevad vee, mineraalsete ja orgaaniliste ühendite sisalduse poolest (tabel 3.1).
Emailis määratakse teiste kõvade kudedega võrreldes kõrgeim kaltsiumi ja fosfaatide kontsentratsioon ning nende mineraalide hulk väheneb suunaga pinnalt emaili-dentiini piirile. Dentiinis koos kaltsiumi ja fosfaadi ioonidega määratakse magneesiumi ja naatriumi üsna kõrge kontsentratsioon. Kõige väiksemas koguses kaltsiumi ja fosfaate leidub luukoes ja tsemendis (tabel 3.2).
Hammaste ja luude kõvade kudede koostis sisaldab sooli HPO 4 2- või PO 4 3-. Kaltsiumiortofosfaadid võivad olla monoasendatud kujul
Tabel 3.1
Vee, anorgaaniliste ja orgaaniliste ainete protsentuaalne jaotus
mineraliseeritud kudedes
Tekstiil | Ained, % |
||
mineraalne | orgaaniline | vesi |
|
emailiga | |||
Dentiin | |||
Tsement | |||
Luu |
Tabel 3.2
Mineraliseeritud kudede keemiline koostis
Tekstiil | Keemilised elemendid, % kuivkaalust |
|||||
Ca 2+ | po 4 3- | Mg 2+ | K+ | Na+ | Cl- |
|
emailiga | 32-39 | 16-18 | 0,25-0,56 | 0,05-0,3 | 0,25-0,9 | 0,2-0,3 |
Dentiin | 26-28 | 12-13 | 0,8-1,0 | 0,02-0,04 | 0,6-0,8 | 0,3-0,5 |
Tsement | 21-24 | 10-12 | 0,4-0,7 | 0,15-0,2 | 0,6-0,8 | 0,03-0,08 |
Luu | 22-24 | 0,01 |
ioonid (H 2 PO 4-), diasendatud (HPO 4 2-) või fosfaat ioonid (PO 4 3-). Pürofosfaate leidub ainult hambakivis ja luukoes. Pürofosfaadi ioonil on lahustes oluline mõju osade kaltsiumortofosfaatide kristalliseerumisele, mis väljendub kristallide suuruse reguleerimises.
Kristallide omadused
Enamik fosfori-kaltsiumisoolasid kristalliseeruvad, moodustades olenevalt sissetulevatest elementidest erineva suuruse ja kujuga kristalle (tabel 3.3). Kristallid ei esine mitte ainult mineraliseerunud kudedes, vaid võivad tekkida ka teistes kudedes patoloogiliste moodustiste kujul.
Aatomite ja molekulide paigutust kristallis saab uurida kristallvõrede röntgendifraktsioonanalüüsi abil. Osakesed paiknevad reeglina kristallis sümmeetriliselt; neid nimetatakse kristalli elementaarrakkudeks. Rakkude moodustatud võrku nimetatakse kristallmaatriksiks. Neid on 7 erinevat
Tabel 3.3
Kristallilised moodustised esinevad erinevates kudedes
Loomamaailma mineraliseerunud kudedes domineerivad apatiidid. Nende üldvalem on Ca10(PO4)6X2, kus X on esindatud fluori anioonide või hüdroksüülrühmaga (OH-).
Hüdroksüapatiit (hüdroksülapatiit) - mineraliseerunud kudede peamine kristall; on 95-97% hambaemailis, 70-75% dentiinis ja 60-70% luukoes. Hüdroksüapatiidi valem on Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2. Sel juhul on Ca/P molaarsuhe (kaltsiumfosfaadi suhe) 1,67. Hüdroksüapatiidi võre on kuusnurkse struktuuriga (joon. 3.1, A). Hüdroksüülrühmad paiknevad piki kuusnurkset telge, samas kui fosfaatrühmad, mis on kaltsiumioonide ja hüdroksüülrühmadega võrreldes suurimad, on jaotunud võrdhaarsete kolmnurkadena ümber kuusnurkse telje. Kristallide vahel on veega täidetud mikroruumid (joon. 3.1, B). Hüdroksüapatiidid on
Riis. 3.1. Hüdroksüapatiit:
A -hüdroksüapatiidi molekuli kuusnurkne kuju; B - asukoht
hüdroksüapatiidi kristallid hambaemailis.
üsna stabiilsed ühendid ja neil on väga stabiilne ioonvõre, milles ioonid on elektrostaatiliste jõudude toimel tihedalt pakitud ja koos hoitud. Sideme tugevus on otseselt võrdeline ioonide laenguga ja pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga. Hüdroksüapatiit on elektriliselt neutraalne. Kui hüdroksüapatiidi struktuur sisaldab 8 kaltsiumiooni, omandab kristall negatiivse laengu. Samuti võib see olla positiivselt laetud, kui kaltsiumiioonide arv jõuab 12-ni. Sellised kristallid on reaktiivsed, tekib pinna elektrokeemiline tasakaalutus ja nad muutuvad ebastabiilseks.
Hüdroksüapatiidid vahetuvad kergesti keskkonnaga, mille tulemusena võivad nende koostisesse ilmuda teised ioonid (tabel 3.4). Levinumad ioonivahetuse võimalused on: Ca 2+ asendatakse katioonidega Sr 2+, Ba 2+, Mo 2+, harvem Mg 2+, Pb 2+.
Kristallide pinnakihi Ca 2+ katioonid võivad lühiajaliselt
aeg asendada katioonidega K +, Na +.
PO 4 3- vahetus NPO 4 2-, CO 3 2-ga.
OH - on asendatud halogeeni anioonidega Cl - , F - , I - , Br - .
Apatiitide kristallvõre elemendid võivad vahetada kristalli ümbritseva lahuse ioonidega ja muutuda selles lahuses sisalduvate ioonide tõttu. Elussüsteemides muudab see apatiitide omadus nad väga tundlikuks vere ja rakkudevahelise vedeliku ioonse koostise suhtes. Vere ja rakkudevahelise vedeliku ioonne koostis sõltub omakorda tarbitava toidu ja vee iseloomust. Kristallvõre elementide vahetusprotsess ise toimub mitmes etapis erineva kiirusega.
Ioonide vahetus hüdroksüapatiidi kristallvõres muudab selle omadusi, sealhulgas tugevust, ning mõjutab oluliselt kristallide suurust (joonis 3.2).
Mõned ioonid (K +, Cl -) sisenevad hüdraati mõne minuti jooksul difusiooni teel ümbritsevast bioloogilisest vedelikust.
Tabel 3.4
Asendatavad ja asendavad ioonid ja molekulid apatiitide koostises
Vahetatavad ioonid | Asendusioonid |
RO 4 3- | AsO 3 2-, NPO 4 2-, CO 2 |
Ca 2+ | Sr 2+, Ba 2+, Pb 2+, Na+, K+, Mg 2+, H 2 O |
TEMA - | F-, Cl-, Br-, I-, H2O |
2OH | CO 3 2-, O 2 - |
Riis. 3.2.Erinevate apatiitide kristallide suurused.
hüdroksüapatiidi kiht ja siis jääb see ka kergesti maha. Teised ioonid (Na +, F -) tungivad kergesti läbi hüdratatsioonikihi ja on peatumata ehitatud kristalli pinnakihtidesse. Ca 2+, PO 4 3-, CO 3 2-, Sr 2+, F- ioonide tungimine hüdroksüapatiidi kristallide pinnale hüdratatsioonikihist toimub väga aeglaselt, mitme tunni jooksul. Ainult mõned ioonid: Ca 2+, PO 4 3-, CO 3 2-, Sr 2+, F - on sügavale ioonvõre sisse ehitatud. See võib kesta mitu päeva kuni mitu kuud. Valdav tegur, mis määrab asendamise võimaluse, on aatomi suurus. Tasude sarnasus on teisejärguline. Seda asenduspõhimõtet nimetatakse isomorfseks asenduseks. Kuid sellise asendamise ajal säilib üldine laengujaotus.
põhimõte: Ca 10 x (HPO 4) x (PO 4) 6 x (OH) 2 x, kus 0<х<1. Потеря Ca 2+ частич- -+ но компенсируется потерей OH и частично H , присоединённых к
fosfaat.
Happelises keskkonnas saab kaltsiumiioone asendada prootonitega
diagramm:
See asendus on ebatäiuslik, kuna prootonid on mitu korda väiksemad kui kaltsiumkatioon.
See asendus viib hüdroksüapatiidi kristallide hävimiseni happelises keskkonnas.
Fluorapatiidid Ca 10 (PO 4) 6 F 2 on kõigist apatiitidest kõige stabiilsem. Need on looduses laialt levinud ja peamiselt mulla mineraalidena. Fluorapatiidi kristallid on kuusnurkse kujuga. Veekeskkonnas sõltub fluori ja kaltsiumfosfaatide vaheline reaktsioon fluori kontsentratsioonist. Kui see on suhteliselt madal (kuni 500 mg/l), siis tekivad fluorapatiidi kristallid:
Fluor vähendab järsult hüdroksüapatiitide lahustuvust happelises keskkonnas.
Suure fluori kontsentratsiooni korral (>2 g/l) kristalle ei moodustu:
Fluoroosiks nimetatakse haigust, mis tekib fluoriidi liigsel kontsentratsioonil vees ja pinnases, hammastes ja luudes luuskeleti ja hammaste pisikute moodustumisel.
Karbonaat apatiit sisaldab mitu protsenti karbonaati või vesinikkarbonaati. Bioloogiliste apatiitide mineraliseerumise protsessi määrab suuresti karbonaadiioonide olemasolu ja paiknemine kristallvõres. Karbonaatradikaalid CO 3 2- võivad hüdroksüapatiidi võres asendada nii OH - (A-koht) kui ka PO 4 3- (B-sait). Näiteks umbes 4% hambaemaili apatiidist koosneb karbonaatrühmadest, mis asendavad vastavalt nii fosfaati kui ka hüdroksüülioone vahekorras 9:1. Sarnane olukord on tüüpiline ka teistele looduslikku päritolu hüdroksüapatiitidele. Tavaliselt võib karboniseeritud hüdroksüapatiidi keemilise valemi kirjutada kui Ca 10 [(PO 4) 6 -x(CO 3)x][(OH) 2 -2y(CO 3)y], kus X iseloomustab B-asendust ja juures- A-asendus. Hambaemaili hüdroksüapatiidi jaoks x=0,039, y=0,001. Karbonaat vähendab apatiidi kristallilisust ja muudab selle
amorfsem ja hapram. Kõige sagedamini asendatakse apatiitide fosfaatanioonid HCO 3-ioonidega vastavalt järgmisele skeemile:
Asendamise intensiivsus sõltub moodustunud süsivesinike arvust. Organismis toimuvad pidevalt dekarboksüleerimisreaktsioonid ning tekkivad CO 2 molekulid interakteeruvad H 2 O molekulidega.Karboanhüdraasi poolt katalüüsitud reaktsioonis tekivad HCO 3 - anioonid, mis asendavad fosfaadi anioone.
Karbonaatapatiidid on tüüpilisemad luukoele. Hambakudedes tekivad need emaili-dentiini piiri vahetus läheduses odontoblastide poolt HCO 3 anioonide tootmise tõttu. HCO 3- molekulide moodustumine on võimalik tänu hambakatu aeroobse mikrofloora aktiivsele metabolismile. Saadud HCO 3- kogus nendes piirkondades võib ületada PO 4 3-, mis aitab kaasa karbonaatapatiidi tekkele emaili pindmistes kihtides. Karbonaatapatiidi kogunemine üle 3-4% hüdroksüapatiidi kogumassist suurendab emaili vastuvõtlikkust kaariesele. Vanusega suureneb karbonaatapatiitide hulk.
Strontsiumapatiit . Apatiitide kristallvõres võib Sr 2+ Ca 2+ vabad kohad välja tõrjuda või asendada.
See põhjustab kristallide struktuuri häireid. Transbaikaalias, väikese Urovi jõe kaldal, on kirjeldatud haigust, mida nimetatakse Urovi haiguseks. Sellega kaasneb luuskeleti kahjustus, jäsemete vähenemine inimestel ja loomadel. Radionukliididega saastunud piirkondades seostatakse strontsiumapatiidi ebasoodsat väärtust inimorganismile radioaktiivse strontsiumi ladestumise võimalusega.
Magneesiumapatiit tekib Ca 2+ asendumisel Mg 2+ ioonidega.
Mineraliseeritud kudede orgaanilist ainet esindavad peamiselt valgud, samuti süsivesikud ja lipiidid.
3.2. RAKUVAHELINE MAATRIKS VALGUD
MINERALISERITUD MESENHÜMAALNE KUDE
PÄRITOLU
Mineraliseeritud kudede valgud moodustavad aluse mineraalide kinnitumisel ja määravad mineraliseerumisprotsessid. Kõikide mineraliseerunud kudede valkude tunnuseks on fosfoseriini, glutamaadi ja aspartaadi jääkide olemasolu, mis on võimelised siduma Ca 2+ ja seega osalema algstaadiumis apatiidi kristallide moodustumisel. Teiseks tunnuseks on süsivesikute olemasolu ja aminohappejääkide järjestus arg-gli-asp valkude primaarstruktuuris, mis tagab nende seondumise rakkudega või valkudega, mis moodustavad rakkudevahelise maatriksi.
Mõned valgud leidub enamiku mineraliseerunud kudede rakkudevahelises maatriksis. Need on adhesioonivalgud, kaltsiumi siduvad valgud, proteolüütilised ensüümid, kasvufaktorid. Teised eriomadustega valgud on antud koele ainulaadsed ja on seotud teatud protsessidega, mis on iseloomulikud sellele koele.
Osteonektiin - glükoproteiin, mis esineb suurtes kogustes mineraliseerunud koes. Valku sünteesivad osteoblastid, fibroblastid, odontoblastid ja väikestes kogustes kondrotsüüdid ja endoteelirakud. Osteonektiini N-terminaalne piirkond sisaldab suurt hulka negatiivselt laetud aminohappeid. Moodustunud α-heeliksis N-terminaalses piirkonnas on kuni 12 sidumissaiti Ca 2+ jaoks, mis on osa hüdroksüapatiidist. Osteonektiin seondub I tüüpi kollageeniga oma süsivesikute komponendi kaudu. Seega tagab osteonektiin maatriksi komponentide koostoime. Samuti reguleerib see rakkude proliferatsiooni ja osaleb paljudes protsessides mineraliseerunud kudede arengu ja küpsemise ajal.
Osteopontiin - valk mol. kaaluga ~32 000 kDa, sisaldab mitmeid asparagiinhapperikkaid kordusi, mis annavad osteopontiinile võime seostuda hüdroksüapatiidi kristallidega.
Molekuli keskmine osa sisaldab RGD (argglu-asp) järjestust, mis vastutab raku kinnitumise eest. See valk mängib võtmerolli mineraliseerunud maatriksi, raku-maatriksi interaktsioonide ja anorgaaniliste ioonide transpordis.
Luu sialoproteiin - mineraliseeritud kudede spetsiifiline valk mol. kaaluga ~70 kDa, 50% koosneb süsivesikutest (millest 12% on siaalhape). Enamikku süsivesikuid esindavad O-seotud oligosahhariidid, mis sisalduvad valgu N-terminaalses piirkonnas. See valk läbib türosiini sulfatsioonireaktsioonides mitmesuguseid modifikatsioone. Luu siaaloproteiin sisaldab kuni 30% fosforüülitud seriinijääke ja korduvaid glutamiinhappejärjestusi, mis on seotud Ca 2+ sidumisega. Luu siaaloproteiine tuvastati luudes, dentiinis, tsemendis, hüpertrofeerunud kondrotsüütides ja osteoklastides. See valk vastutab rakkude kinnitumise eest ja osaleb maatriksi mineralisatsioonis.
Luu happeline glükoproteiin-75 - valk mol. kaalub 75 kDa, on selle koostis 30% homoloogne osteopontiiniga. Suure hulga glutamiin- (30%), fosfor- (8%) ja siaalhappe (7%) jääkide olemasolu tagab selle võime siduda Ca 2+. Valku leidub luukoes, dentiini ja kõhre kasvuplaadis ning seda ei tuvastata mineraliseerimata kudedes. Luu happeline glükoproteiin-75 pärsib resorptsiooniprotsesse mineraliseerunud kudedes.
Gla valgud . Gla valgu perekonna eripäraks on 7-karboksüglutamiinhappe jääkide olemasolu nende primaarses struktuuris. Need erinevad mol. 7-karboksüglutamiinhappe jääkide kaal ja arv. 7-karboksüglutamiinhappe moodustumine toimub glutamiinhappejääkide translatsioonijärgse modifikatsiooni käigus K-vitamiinist sõltuvaks karboksüülimisreaktsiooniks. Täiendava karboksüülrühma olemasolu 7-karboksüglutamiinhappes tagab Ca 2+ ioonide lihtsa sidumise ja vabanemise.
Gla valkude hulka kuuluvad osteokaltsiin ja maatriks Gla valk.
Osteokaltsiin (luu glutamiini valk) - valk mol. kaaluga 6 kDa. Koosneb 49 aminohappejäägist, millest 3 on esindatud 7-karboksüglutamiinhappega. Valk esineb hamba luukoes ja dentiinis. See sünteesitakse eelkäijana (joonis 3.3).
Riis. 3.3.Osteokaltsiini aktiivse vormi moodustumine.
Pärast signaalpeptiidi lõhustumist moodustub pro-osteokaltsiin, mis seejärel läbib translatsioonijärgse modifikatsiooni. Esmalt oksüdeeritakse glutamiinhappe jäägid ja seejärel lisatakse K-vitamiinist sõltuva glutamaatkarboksülaasi osalusel CO 2 molekulid (joonis 3.4). Selle ensüümi aktiivsus väheneb K-vitamiini antagonisti varfariini juuresolekul.
Looduslik osteokaltsiin seob Ca 2+, mis läheb hüdroksüapatiidi kristallide moodustumiseks. Vereplasma sisaldab nii looduslikku osteokaltsiini kui ka selle fragmente.
Matrix Gla valk sisaldab 5 7-karboksüglutamiinhappe jääki ja on võimeline seonduma hüdroksüapatiidiga. Valku leidub hambapulpas, kopsudes, südames, neerudes, kõhres ja see ilmub luukoe arengu varases staadiumis.
Riis. 3.4.Glutamiinhappe jääkide translatsioonijärgne modifikatsioon pro-osteokaltsiini molekulis. A - glutamiinhappe hüdroksüülimine; B - kaltsiumiioonide sidumine 7-karboksüglutamiinhappega.
Proteiin S sisaldab 7-karboksüglutamiinhappe jääke ja sünteesitakse peamiselt maksas. Seda tuvastatakse luukoes ja selle defitsiidi korral tuvastatakse muutused luuskeletis.
Komplekssete ainete, sealhulgas hüdroksüapatiidi (HA) kristallide füüsikalised omadused, erinevalt lihtsamatest ühenditest, nagu metallid, grafiit, lauasool, on oma olemuselt heterodesmilised. Nende jaoks on sisesidemetel koos tugevate kovalentsete sidemetega ka teisi, näiteks ioonseid, van der Waalsi sidemeid, mis moodustavad fragmente. Neid lisandeid, mis koosnevad eelkõige SO 4 2-, NO 3 -, CO 3 2-, SiO 4 2-st jne, võib esitada "saarte", karkasside, ahelate, kihtidena. Vaba energia, mis määratakse järgmise valemiga:
kus U on kristalli sidumisenergia, S on entroopia, T on temperatuur, on kõrgeima väärtusega, võrdne kovalentsete jõudude puhul ligikaudu 20-100 kcal/mol ja van der Waalsi jõudude puhul 1-10 kcal/mol. Viimased mängivad võtmerolli biopolümeeride ja valkude adhesiooniprotsessides (Bokiy, 1971; Kittel, 1978; Prokhorov et al., 1995).
Vaba energia määramine on praegu võimalik peamiselt lihtsatel juhtudel, kasutades 1928-1934 välja pakutud ribateooriat. F. Bloch ja J. Brillouin, mille kohaselt paiknevad aatomid tahkes aines (TiO 2, MgO, Ti-Ni jne) aatomite endi suurusjärgus vahemaadel. Sel juhul võivad valentselektronid levida üle kogu kristalli, moodustades suletud energiaribasid. Sõltuvalt selle tsooni olemusest, nagu näitas A. Wilson (1931) (osaliselt täidetud, täitmata, keelatud, juhtivus, määramatu valents jne), on kristallidel juhi, dielektriku või pooljuhi omadused. Ilmselt on amorfsetes kehades kvaasikeelatud energiapiirkonnad, mis on ribastruktuuri analoogid, mis võimaldab neil avaldada metallide, dielektrikute ja pooljuhtide omadusi (Kaganov, Frenkel, 1981; Kittel, 1978; Peierls, 1956). . HA ja OCP kristallvõre struktuuri omadused on toodud tabelites.
OCP ja GA kristallograafilised omadused: OCP ja GA võimalike h00 piikide arvutatud d-vahede võrdlus (Brown, 1962, Brown et al., 1981)
d h00, A |
d h00 , A |
||
OCP ja HA kristallide struktuuri tunnused
Veevaba dikaltsiumfosfaadi ja tetrakaltsiumfosfaadi pulbritest saadud biolagunevatest kaltsiumfosfaatmaterjalidest valmistati vardad või kettad algse Ca/P suhtega 1,5 ning pärast täiendavat töötlemist ja pressimist tekkis madalkristalliline hüdroksüapatiit (HA). Vardad implanteeriti rottide reieluusse ja luude sissekasvamist uuriti 1-5 nädala jooksul. Kettad kultiveeriti luurakkudega in vitro süsteemis. Sel juhul asendati kaltsiumfosfaatmaterjal selle ümberkujundamise protsessi tõttu uue luuga. Esiteks resorbeerisid osteoklastid ja mitmetuumalised rakud materjali ning seejärel taastasid osteoblastid 3 nädala jooksul uue luu. Anumad kasvasid materjalis moodustunud, luurakkudega vooderdatud 0,75 mm laiusteks koonusteks ning neoosteogeneesi tsoon ise laienes järk-järgult (Foster et al., 1998).
Makrotekstuuriga hüdroksüapatiidi pindadel on tavaliste siledate materjalidega võrreldes suurem võime luukoega integreeruda (Ricci et al., 1998).
Hambaapatiit sisaldab rohkem karbonaati ja fluori, Mg 2+, Na +. Sel juhul suurendab OH asendamine F-ga materjali kõvadust ja vastupidavust hävimisele, kuid vähendab koe osteoinduktiivseid ja osteokonduktiivseid omadusi.
Kaltsiumi- ja magneesiumiioonid osalevad rakkude adhesiooniprotsessides (Goldberg et al., 1992). On üsna loogiline eeldada, et kui kaltsiumfosfaat (CP) keraamikasse sisestada magneesiumioone, võib see suurendada materjali pinna võimet osteogeenseid rakke enda külge kinnitada ja seeläbi soodustada luukoe sidumisprotsessi. See leidis kinnitust küülikutega tehtud katsetes, mille käigus implanteeriti reieluusse plasmapihustatud HA keraamikaga kaetud TiAlV sulamist vardad. Materjali sisestati täiendavalt magneesiumioone, kasutades ioonide implanteerimist annuses 1x10 7 cm 2. Selgus, et katserühmas ületas 3 nädala pärast, kuid mitte varem luukoe integreerumine implantaadiga oluliselt kontrollväärtusi, mida tõestati üliõhukestel lõikudel, kasutades fluorestseeruvaid märgiseid (tetratsükliin, kaltseiinsinine, kaltseiiniroheline, alisariin). punane). Eeldatakse, et see toime on tingitud magneesiumi mõjust mitte ainult luurakkude adhesioonile, vaid ka osteoblastide funktsionaalsele aktiivsusele (Zhang et al., 1998).
Luu kasv hõlmab amorfse apatiidikihi esialgset moodustumist, mis vee juuresolekul võib osaliselt hüdrolüüsida, moodustades hüdroksüapatiidi kristalse struktuuri. Sel juhul tekkivad moodustised on ilmselgelt keeruka struktuuri ja sümmeetriaga. Reaalsetes tingimustes on kõik kristallid jagatud mosaiikplokkideks, milles struktuurid on väikeste nurkade all üksteise suhtes desorienteeritud. Luukoes hüdroksüapatiidi kristallid orienteeritud piki kollageenikiude. Tuleb märkida, et viimastel on keeruline struktuur, mille kollageen paikneb piki pingejooni. Järelikult peab hüdroksüapatiidi kristalliseerumisprotsess seda omadust arvesse võtma näiteks polükristallilises ahelas olevate kristallide deformeerumise tõttu, mis võimaldab korrata kiudude ruumilist struktuuri. See tähendab, et selleks, et hüdroksüapatiidi kristallid saaksid täita oma biomehaanilist rolli luukoes, peavad nende kuju, suurus ja sümmeetria varieeruma. Vastasel juhul kahjustatakse luu kui lihas-skeleti organi struktuurset ja funktsionaalset terviklikkust.
Sellest järeldub oluline praktiline järeldus: uute hüdroksüapatiidil põhinevate biomaterjalide väljatöötamisel tuleks kasutada muutuva kujuga anisotroopseid kristalle.
Ülaltoodut kokku võttes võib suure tõenäosusega väita, et looduslik hüdroksüapatiit omab rangelt spetsiifilist ruumikorraldust, anisotroopiat, mida on kunstlikes tingimustes ülimalt raske taasluua. Mikroelementide, anioonide või katioonide põhjustatud CP struktuuri rikkumine toob kaasa muutused hüdroksüapatiitmaterjalide füüsikalis-keemilistes ja bioloogilistes omadustes, mis on ilmselgelt üheks põhjuseks, mis põhjustab traumatoloogias ja ortopeedias kasutamisel mitmesuguseid tüsistusi. Kahjuks, nagu me juba ütlesime, ei suuda siiani ükski hüdroksüapaptiidi sünteesi skeemidest täpselt reprodutseerida selle loodusliku isomeeri kristallstruktuuri tunnuseid. Kaasaegse tehnoloogia tase on veel kaugel sellest, et suudaks taasluua hüdroksüapatiidi kristallide suunatud kasvu kunstlikes tingimustes isegi natiivsetest seemnemaatriksitest. Esiteks on see tingitud kristallide kasvu tasakaalutingimuste rikkumisest ja protsessi lisandite püüdmisest, samuti HA-katete implantaatidele kandmise meetoditest. Ülaltoodud protsesside tagajärjeks on punktdefektide, dislokatsioonide ja kristalli sektorite tekkimine hüdroksüapatiidi struktuurid, koos kõigi sellest tulenevate tagajärgedega.
A.V. Karpov, V.P. Šahhov
Optimaalse biomehaanika välised fikseerimissüsteemid ja regulatsioonimehhanismid
Hüdroksüapatiit SP-1 on looduslikku päritolu mineraal, selle kristallrakk sisaldab kahte molekuli.
Ligikaudu 70% luu tahkest jahvatusest moodustavad anorgaanilised ühendid, mille põhikomponendiks on anorgaaniline mineraal hüdroksüapatiit. Lisanditeta, see on peamine mineraal hambaemaili ja dentiini koostises.
Hüdroksüapatiit on luukoe ja kõva hambakoe peamine mineraal. Sellel põhinev keraamika ei põhjusta äratõukereaktsiooni ja on võimeline aktiivselt seonduma terve luukoega. Tänu nendele omadustele saab hüdroksüapatiiti edukalt kasutada kahjustatud luude taastamisel, aga ka bioaktiivse kihi osana implantaadi paremaks sissekasvamiseks.
Vahetusreaktsioonid hamba pinnal
Meie hammaste valgedus sõltub dentiini värvist, mida nimetatakse ka elevandiluuks. Dentiin on hamba lupjunud kude, mis moodustab selle põhimassi ja määrab selle kuju. Dentiini peal on email, keha kõige kõvem kude, mis kaitseb dentiini ja hambapulpi välistegurite eest. Meie hammaste ilu sõltub emaili seisukorrast. Terve hamba email on poolläbipaistev, selle värvus on lähedane elevandiluu tõelisele värvile. Kui email kattub hambakatu ja plekkidega, satub äkilisele mehaanilisele pingele ning ka demineralisatsiooni- ja remineralisatsiooniprotsesside tasakaalustamatuse tagajärjel muutub hamba pind tuhmiks ja häguseks ning hammas ise vajab professionaalset ravi. .
Dentiini (70%) ja emaili (97%) põhikomponent on hüdroksüapatiit – bioloogiline kaltsiumfosfaat ja meie keha suuruselt kolmas komponent (vee ja kollageeni järel). Inimese sülg, mis sisaldab suures koguses kaltsiumiioone ja fosfaadiioone, on omamoodi hüdroksüapatiidi küllastunud lahus. See kaitseb hambaid, neutraliseerides hambakatu happeid ja täiendab demineraliseerimise käigus kaotatud mineraale.
Kui suhkur siseneb suuõõnde, muudavad hambakatu bakterid suhkru happeks ja hambakatu pH langeb järsult. Kuni see näit jääb happevahemikku ja hambakatu vedelikud on hamba mineraalidega võrreldes alaküllastunud, difundeeruvad bakterite toodetud happed läbi hambakatu ja hambasse, leostades emailist kaltsiumi ja fosforit. Toimub demineraliseerumine.
Happe moodustumise perioodide vahel difundeeruvad süljes olevad leeliselised puhvrid naastu ja neutraliseerivad olemasolevad happed, mis peatab kaltsiumi ja fosfori kadu. Toimub remineraliseerumine.
Remineraliseerumine toimub demineraliseerumisperioodide vahel.
Demineraliseerimine
Remineraliseerimine
Ideaalis, kui need hambapinnal toimuvad protsessid on dünaamilises tasakaalus, mineraalide kadu ei toimu.
Kuid liigse naastude moodustumise, vähenenud süljeerituse ja süsivesikuterikka toidu tarbimise korral nihkub tasakaal täielikult demineraliseerimise suunas. Selle tulemusena tekib hammaste lagunemine.
Teatavasti saab demineraliseerumise varases ehk “valgete laikude” staadiumis kaariese teket ära hoida, kui varustada õigeaegselt vajaliku koguse mineraalaineid.
Selle tulemusena moodustuvad terviklikud hambakoed, mis stabiliseerivad haiguse ja selle tüsistuste edasist arengut.
Innovatsioon suuhooldustoodete turul
1970. aastal töötas Sangi Co., Ltd elanikkonna vajaduste rahuldamiseks välja hüdroksüapatiidi nanoosakesi sisaldava remineraliseeriva hambapasta. Selle tootmist alustas esmakordselt 1980. aastal Apagardi maja, müük ulatus üle 50 miljoni toru. Seejärel viidi läbi hambapasta aktiivsete koostisosade ulatuslikud laboratoorsed testid, enne kui hüdroksüapatiit 1993. aastal Jaapanis kaariesevastase ainena heaks kiideti. Seda nimetati meditsiiniliseks hüdroksüapatiidiks, et eristada seda teist tüüpi hüdroksüapatiidist (hambaabrasiivid).
Sangi toodetud hüdroksüapatiidi osakeste suurust mõõdeti nanomeetrites (enamasti 100 nm ja rohkem). 2003. aastal võimaldas hüdroksüapatiidi tootmise täiustatud tehnoloogia saada väiksemate osakestega (20-80 nm) hüdroksüapatiiti.
Laboratoorsed testid on näidanud nende suuremat remineraliseerivat võimet hambaemaili vastu. (1 nanomeeter = 0,000001 millimeetrit)
Sangi väljatöötatud meditsiinilise nanohüdroksüapatiidiga remineraliseerivad hambapastad ja suuhooldustooted jagunevad kahte põhitüüpi:
Tooted tavatarbijale, mida müüakse apteekides kaubamärgi Apagard® all.
Professionaalsed hooldustooted, mida turustatakse kaubamärgi Renamel® all ainult hambaarstidele. Nende hulka kuuluvad After-PMTC® Finishing Paste ja After Bleach® Enamel Conditioner, samuti Apagard Renamel®, esmaklassiline remineraliseeriv hambapasta koduseks kasutamiseks.
1993. aastal, kaaludes täiendavaid võimalusi nanokristallilise meditsiinilise hüdroksüapatiidi (nano mHAP) kasutamiseks kaariesevastase ainena, avastasid Jaapani eksperdid selle kolm peamist funktsiooni:
Aitab eemaldada hambakattu
Adhesioon naastude osakestele koos järgneva eemaldamisega
Nano mHAP-il on kõrge võime seonduda valkudega. Harjamise ajal kleepub see bakterite ja hambakatu osakeste külge, muutes selle loputamise ja suust eemaldamise lihtsamaks.
Taastab emaili sileduse
Mikropragude taastamine emaili pinnal
Nano mHAP toimib identselt täidisega, "müürides kinni" emaili pinnale tekkivad väikesed lohud ja praod. Selle tulemusena muutub email läikivaks, siledaks ja vastupidavamaks naastude bakteritele ja määrdumisele.
Täidab kaotatud mineraalaineid
Emaili sisemise kihi demineraliseeritud piirkondade remineraliseerimine (kaariese algstaadium)
Nano mHAP annab mineraalaineid emaili pinna all olevatele piirkondadele, kus need on kadunud (nn valge laigu staadium kaariese tekkimisel). Tänu sellele taastab email oma esialgse tiheduse ja läbipaistvuse, kaitstes hambaid hävimise eest.
Nanokristalliline mHAP ei oma abrasiivseid omadusi ja on bioühilduv hambakoega. See mitte ainult ei aita eemaldada hambakattu, vaid tagab ka mineraalide voolu emailikihtidesse, parandades neis mikroskoopilisi kahjustusi. Tänu sellele muutub email uuesti tihedaks ja siledaks, pakkudes hammastele ilu ja esteetilist välimust.
Sangiga tutvumine
Sangi tundis esimest korda tõsist huvi hüdroksüapatiidi vastu pärast seda, kui sai NASA-lt 1970. aastal patendi selle kasutamiseks. Meie keha kolmas põhikomponent vee ja kollageeni järel, hüdroksüapatiit, on selle suurepärase biosobivuse tõttu laialdaselt kasutusel meditsiinis ja hambaarstipraksises. Luukoe taastava materjalina kasutatakse seda hambaravis, ortopeedias, näo-lõualuu kirurgias luusiirdamisel ja implantatsioonil. Hüdroksüapatiiti lisatakse ka parfüümidele, kosmeetikale ja toiduainetele, peamiselt hambapastadele.
Tänapäeval on suuhooldustooted ettevõtte peamine sissetulekuallikas, kuigi hüdroksüapatiit sisaldub ka paljudes teistes nende toodetes: toidulisandites, kosmeetikatoodetes ning kromatograafiliseks analüüsiks ja muudeks uuringuteks kasutatavates adsorbentides.
Nende tegevuse prioriteetseks suunaks on tootearendus. Sangi on üle 30 aasta keskendunud teadus- ja arendustegevusele, kaitstes hoolikalt oma patenti. Neil on rohkem kui 70 heakskiidetud patenti, mis hõlmavad erinevaid rakendusvaldkondi, ja veel umbes sada on kaalumisel Jaapanis ja teistes riikides. Sangi on praegu maailma suurim hüdroksüapatiidi tootja.
See artikkel ja foto on juba mõnda aega Internetis ringelnud, loeme:
Revolutsiooni suuhügieeni vallas viib läbi Jaapani teadlane Kause Yamagashi. Ta leiutas hambapasta, mis taastab kiiresti ja valutult hambaemaili ning tihendab auke ja pragusid hammastes. Ja seda kõike ilma hambaarstide abita! Pasta koostis saadi hüdroksüülapatiidiga – hammaste põhikomponendiga – tehtud katsete tulemusena ja see on sarnane hambaemaili koostisele.
Pasta saab kanda otse hamba kahjustatud alale. Esiteks lahustab aines sisalduv hape veidi pragunenud emaili pinda. Kolme minuti pärast pasta kristalliseerub ja tehismaterjal integreerub kindlalt loodusliku emaili struktuuri.
Jaapani hambaarstide testid näitavad, et sellise pastaga töödeldud hammas ei erine tervest. Erinevus pole nähtav isegi mikroskoobi all.
Aga mis tegelikult?
Alustame sellest, et pildil on must Korea pasta Charcle aktiivsöega (halva hingeõhu kõrvaldamiseks)
Siin on see, mida nad ühes foorumis kirjutavad:
Hiljuti on RuNetist üle lennanud rida artikleid hüdroksüapatiidiga hambapasta kohta. Fotodel oli tõepoolest kõikjal must Korea pasta. See ajendas meid Jaapanis Adguardi pastasid tellima. Selle pasta müüjad leiti kiiresti eBayst tasuta kohaletoimetamise ja hinnaga 15 dollarit. Ma valetasin kohaletoimetamise kohta = 3,6 dollarit
Niisiis, tellimus 1.03 saabus posti teel 27.03. Vähem kui kuu, mis on minu arvates piisavalt kiire. Analoogi hind Venemaal on 1150 rubla.
Pasta saabus väikeses pakis.
Pakend on väljaspool kiitust. Pasta ise asetatakse lainepapist ja pakitakse pudelisse
Pasta on muide valge...
Ja nüüd natuke rohkem pastast endast ja tootjast:
Hüdroksüapatiit SP-1 on looduslikku päritolu mineraal, selle kristallrakk sisaldab kahte molekuli.
Ligikaudu 70% luu tahkest jahvatusest moodustavad anorgaanilised ühendid, mille põhikomponendiks on anorgaaniline mineraal hüdroksüapatiit. Lisanditeta, see on peamine mineraal hambaemaili ja dentiini koostises.
Hüdroksüapatiit on luukoe ja kõva hambakoe peamine mineraal. Sellel põhinev keraamika ei põhjusta äratõukereaktsiooni ja on võimeline aktiivselt seonduma terve luukoega. Tänu nendele omadustele saab hüdroksüapatiiti edukalt kasutada kahjustatud luude taastamisel, aga ka bioaktiivse kihi osana implantaadi paremaks sissekasvamiseks.
Vahetusreaktsioonid hamba pinnal
Meie hammaste valgedus sõltub dentiini värvist, mida nimetatakse ka elevandiluuks. Dentiin on hamba lupjunud kude, mis moodustab selle põhimassi ja määrab selle kuju. Dentiini peal on email, keha kõige kõvem kude, mis kaitseb dentiini ja hambapulpi välistegurite eest. Meie hammaste ilu sõltub emaili seisukorrast. Terve hamba email on poolläbipaistev, selle värvus on lähedane elevandiluu tõelisele värvile. Kui email kattub hambakatu ja plekkidega, satub äkilisele mehaanilisele pingele ning ka demineralisatsiooni- ja remineralisatsiooniprotsesside tasakaalustamatuse tagajärjel muutub hamba pind tuhmiks ja häguseks ning hammas ise vajab professionaalset ravi. .
Dentiini (70%) ja emaili (97%) põhikomponent on hüdroksüapatiit – bioloogiline kaltsiumfosfaat ja meie keha suuruselt kolmas komponent (vee ja kollageeni järel). Inimese sülg, mis sisaldab suures koguses kaltsiumiioone ja fosfaadiioone, on omamoodi hüdroksüapatiidi küllastunud lahus. See kaitseb hambaid, neutraliseerides hambakatu happeid ja täiendab demineraliseerimise käigus kaotatud mineraale.
Kui suhkur siseneb suuõõnde, muudavad hambakatu bakterid suhkru happeks ja hambakatu pH langeb järsult. Kuni see näit jääb happevahemikku ja hambakatu vedelikud on hamba mineraalidega võrreldes alaküllastunud, difundeeruvad bakterite toodetud happed läbi hambakatu ja hambasse, leostades emailist kaltsiumi ja fosforit. Toimub demineraliseerumine.
Happe moodustumise perioodide vahel difundeeruvad süljes olevad leeliselised puhvrid naastu ja neutraliseerivad olemasolevad happed, mis peatab kaltsiumi ja fosfori kadu. Toimub remineraliseerumine.
Remineraliseerumine toimub demineraliseerumisperioodide vahel.
Demineraliseerimine
Remineraliseerimine
Ideaalis, kui need hambapinnal toimuvad protsessid on dünaamilises tasakaalus, mineraalide kadu ei toimu. Kuid liigse naastude moodustumise, vähenenud süljeerituse ja süsivesikuterikka toidu tarbimise korral nihkub tasakaal täielikult demineraliseerimise suunas. Selle tulemusena tekib hammaste lagunemine.
Teatavasti saab demineraliseerumise varases ehk “valgete laikude” staadiumis kaariese teket ära hoida, kui varustada õigeaegselt vajaliku koguse mineraalaineid. Selle tulemusena moodustuvad terviklikud hambakoed, mis stabiliseerivad haiguse ja selle tüsistuste edasist arengut.
Innovatsioon suuhooldustoodete turul
1970. aastal töötas Sangi Co., Ltd elanikkonna vajaduste rahuldamiseks välja hüdroksüapatiidi nanoosakesi sisaldava remineraliseeriva hambapasta. Selle tootmist alustas esmakordselt 1980. aastal Apagardi maja, müük ulatus üle 50 miljoni toru. Seejärel viidi läbi hambapasta aktiivsete koostisosade ulatuslikud laboratoorsed testid, enne kui hüdroksüapatiit 1993. aastal Jaapanis kaariesevastase ainena heaks kiideti. Seda nimetati meditsiiniliseks hüdroksüapatiidiks, et eristada seda teist tüüpi hüdroksüapatiidist (hambaabrasiivid).
Sangi toodetud hüdroksüapatiidi osakeste suurust mõõdeti nanomeetrites (enamasti 100 nm ja rohkem). 2003. aastal võimaldas hüdroksüapatiidi tootmise täiustatud tehnoloogia saada väiksemate osakestega (20-80 nm) hüdroksüapatiiti.
Laboratoorsed testid on näidanud nende suuremat remineraliseerivat võimet hambaemaili vastu. (1 nanomeeter = 0,000001 millimeetrit)
Sangi väljatöötatud meditsiinilise nanohüdroksüapatiidiga remineraliseerivad hambapastad ja suuhooldustooted jagunevad kahte põhitüüpi:
Sangi tundis esimest korda tõsist huvi hüdroksüapatiidi vastu pärast seda, kui sai NASA-lt 1970. aastal patendi selle kasutamiseks. Meie keha kolmas põhikomponent vee ja kollageeni järel, hüdroksüapatiit, on selle suurepärase biosobivuse tõttu laialdaselt kasutusel meditsiinis ja hambaarstipraksises. Luukoe taastava materjalina kasutatakse seda hambaravis, ortopeedias, näo-lõualuu kirurgias luusiirdamisel ja implantatsioonil. Hüdroksüapatiiti lisatakse ka parfüümidele, kosmeetikale ja toiduainetele, peamiselt hambapastadele.
Tänapäeval on suuhooldustooted ettevõtte peamine sissetulekuallikas, kuigi hüdroksüapatiit sisaldub ka paljudes teistes nende toodetes: toidulisandites, kosmeetikatoodetes ning kromatograafiliseks analüüsiks ja muudeks uuringuteks kasutatavates adsorbentides.
Nende tegevuse prioriteetseks suunaks on tootearendus. Sangi on üle 30 aasta keskendunud teadus- ja arendustegevusele, kaitstes hoolikalt oma patenti. Neil on rohkem kui 70 heakskiidetud patenti, mis hõlmavad erinevaid rakendusvaldkondi, ja veel umbes sada on kaalumisel Jaapanis ja teistes riikides. Sangi on praegu maailma suurim hüdroksüapatiidi tootja.
Selle kõige tegelikku efektiivsust tuleb mõistagi praktikas ja kogemuses näha. Otsige Internetist ja lugege, mida nad kirjutavad. Üldiselt olen skeptiline igasuguste pastade, šampoonide jms suhtes. Tihti juhtub, et see on vähemalt ohutu ja see on hea, rääkimata ainulaadsetest omadustest... Siin on teile veel mõned ilmutused: näiteks, aga kas see on tõesti tõsi? Aga nad ütlevad, et see on ka Algne artikkel on veebisaidil InfoGlaz.rf Link artiklile, millest see koopia tehti -
Hambaemail on hambakrooni välimine kaitsekiht. See on inimkeha kõige kõvem kude, mis koosneb 97% ulatuses hüdroksüapatiidi kristallidest. Emaili struktuur sisaldab ka vähesel määral vett (2-3%) ja orgaanilisi aineid (1-2%).
Emaili demineraliseerimine on mineraalide ja soolade, eelkõige kaltsiumisoolade kadu hambaemailist. Demineraliseerimisprotsess algab emaili pikaajalisest kokkupuutest hapetega, mida eritavad suus elavad bakterid. Pidev süsivesikuterikaste toitude tarbimine ja halb suuhügieen soodustavad hambakatu ladestumist, milles need bakterid elavad ja paljunevad. Kui hambakattu õigeaegselt ei eemaldata, jätkub emaili demineraliseerumine, mille tulemuseks on mõne aja pärast kriitjas plekk ja seejärel kaariese ilmumine.
Valge laigu staadiumis on kaaries pöörduv. Õigeaegsed meetmed emaili tugevdamiseks aitavad plekki vähendada ja isegi täielikult eemaldada. Emaili tugevdamine (remineraliseerimine) on emaili küllastumine puuduvate mineraalidega, soodustades selle taastumist ja suurendades vastupidavust hapetele. Seda saab teha nii hambaarsti kabinetis kui ka kodus.
Näidustused emaili tugevdamiseks
- Kaariese olemasolu.
- Lapsepõlv.
- Raseduse ja imetamise periood.
- Kaariese esialgne staadium (valgetäpi staadium).
- Suurenenud hammaste tundlikkus.
- Perioodid enne ja pärast hammaste valgendamist.
- Paigaldatud ortodontiliste konstruktsioonide (klambrite) saadavus.
Emaili tugevdamise viisid
Teine tõhus viis emaili tugevdamiseks on remineraliseerimine meditsiinilise nanohüdroksüapatiidi (nano"mHAP") abil, mis on koostiselt identne hambaemaili ja dentiini põhikomponendiga. Hambapastade komponendina kasutatakse meditsiinilist nanohüdroksüapatiiti, mille regulaarne kasutamine aitab taastada ja tugevdada emaili. Olles põimitud hambaemaili kristallvõre, tihendab meditsiiniline hüdroksüapatiit mikropraod, vähendab hammaste tundlikkust ja kõrvaldab kaariese valgelaiku staadiumis. Seda ainulaadset komponenti leidub pastades Apadent, Apagard, Biorepair, Miradent jne.
Samuti saate tugevdada emaili ja ennetada kaariese tekkimist sisaldavate toodetega amorfne kaltsiumfosfaat. Suheldes sülje ja hüdroksüapatiidiga, moodustab see hammaste pinnale biokile, mis kaitseb emaili hapete kahjuliku mõju eest. Samuti tungib tänu sellele kilele biosaadav kaltsium emaili – toimub selle remineraliseerumine. Amorfne kaltsiumfosfaat on GC Tooth Mousse ja Mi Paste Plus pastade peamine aktiivne komponent, mida kasutatakse hambakreemina – kantakse emaili pinnale mõneks minutiks. Seda ravimit ei tohi kasutada patsiendid, kellel on piimavalgu talumatus, kuna amorfne kaltsiumfosfaat ekstraheeritakse lehmapiima kaseiinist.
Uusim viis emaili tugevdamiseks on kasutada teobromiin- kakaoubade ekstrakt. Teobromiini efektiivsus emaili tugevdamisel põhineb selle aine võimel stimuleerida omaenda hüdroksüapatiidi kristallide teket, mille tulemusena muutub email happekindlamaks. Teobromiiniga tugevdavaid hambapastasid toodab Theodent ja need kuuluvad luksuskosmeetika hulka.