CC BY
62
УДК 616.314.13
ЕМАЛЬ ЗУБА ЯК ОСОБЛИВИЙ СТАН Р1ДКИХ КРИСТАЛ1В А.П. Гасюк, В.1. Доценко, *П.А. Гасюк
ВДНЗУ "Украшська медична стоматологiчна академiям, м. Полтава *Терношльський державний медичний ушверситет iM. 1.Я. Горбачевського
Резюме
Представлены результаты поляризационного и электронно-микроскопического исследования эмали, свидетельствующие об ее термотропном жидкокристаллическом строении. Так, эмалевым призмам присуща нематичная с нитевидной текстурой, линиям Ретциуса -смектичная с конфокальной, а их пучкам - холестеричная со ступеневидной текстурой дислокация кристаллов.
Ключевые слова: эмаль, зуб, жидкий кристалл.
Summary
The results of polarized and submicroscopic enamel studies indicating its thermotropic and mesomorphic structure have been represented. Thus, enamel prisms usually have nematic filariform texture, at Retzius links it is smectical with confocal, and at their fasciculi it is wholesteric with stair-like texture of crystals dislocation.
Key words: enamel, tooth, liquid crystal.
Л^ература
1. Шибаев В.П. Необычные кристаллы или загадочные жидкости / В.П.
Шибаев //Соросовский образовательный журнал. - 1996.- №11.- С.
37-46.
2. Чандрасекар С. Жидкие кристаллы / С. Чандрасекар. - М.: Мир,
1980.- 344 с.
3. Пикин С.А. Жидкие кристаллы / Пикин С.А., Блинов Л.М. - М.: Наука, 1982. - 208 с.
4. Браун Г. Жидкие кристаллы и биологические структуры / Браун Г., Уолкен Д. - М.: Мир, 1982.- 198 с.
5. Wolken I.I. Photoprocesses / I.I. Wolken // Photoreceptors and Evolution Academic. Press.-New York, 1975.
6. Уотсон Дж. Молекулярна биология гена / Дж. Уотсон. - М.: Мир, 1967.
Bernal J.D. Lipid crustals and anisotropic melts / J.D. Bernal // Trans. Faraday Soc. - 1933.- № 29. - Р. 1082.
Рщю кристали - це особливий склад речовини, яка перебувае в промiжному сташ мiж твердим i рщким станом. Саме рiдкокристалiчнi шдикатори стали основою сучасних комп,ютерiв, портативних Notebook's, плоских телевiзорiв i багатьох сучасних електронно-техшчних та побутових приладiв [1, 2, 3].
Не менш цiкавi рiдкi кристали з точки зору бюлогп та процесiв життедiяльностi [4].
Так, функцюнування клiтинних мембран ДНК [5] мiелiнових волокон i фоторецепторiв [6] пов'язанi з мiжмолекулярною взаемодiею складових компонентiв рiдких кристалiв.
Сшд згадати пророчi слова видатного англшського фiзика Джона Бернара [7], який ще 70 рокiв тому спробував розглядати окремi внутрiшньоклiтиннi структури й органи як особливi рiдкокристалiчнi системи.
Рщю кристали залежно вiд фiзико-хiмiчних особливостей подiляються на лiотропнi та термотропш. Останнi при нагрiваннi або ди магнiтного й електричного поля здатш змiнювати свiй колiр (ашзотрошя) завдяки
рiзному розташуванню молекул. При цьому слщ розрiзняти 1'хню холестеричну, нематичну i смектичну структуру, яка чiтко виявляеться в поляризацiйному свiтлi. Крiм того, термотропш рiдкi кристали у вакуумному середовишд здатнi утворювати певну текстуру, тобто переважну орiентацiю кристалiчних зерен у полжристалах - ниткоподiбну, конфокальну або сходинко подiбну - завдяки шiльностi !х дислокацiй.
Метою дослщження е вивчення в поляризованому свга^ а також за допомогою сканувально!' та трансмiсiйноi електронно!' мiкроскопii рiзних дiлянок емалi для зв'язування и рiдкокристалiчноi будови.
Матерiал i методи дослщження
Матерiалом для дослiдження слугували 12 зубiв рiзних класiв (4 мал^ 5 великих кутнiх i 3 рiзцi), видалених за ортодонтичними показаннями без виражених карiозних i некарiозних патологiчних процесiв iхнiх коронок у межах емаль
Залежно вщ методiв морфологiчного дослiдження весь матерiал подiлили на 2 групи.
У першш групi пiсля фiксацii матерiалу в 10% нейтральному формалiнi на спещально сконструйованому приладi виготовляли тоню шлiфи (до 15 мкм), як забарвлювали ШИК-альцiановим синiм i дослщжували в поляризованому свiтлi за допомогою призми Школя рiзнi дiлянки емалг пучки, призми, лiнii Ретцiуса при схрещенш призм на 90° та фотографували мжрофотом мОлiмпусм.
Дослiдження в другш групi проводили пiсля фшсаци в 4% глютаральдегiдi. Пiсля фшсаци механiчно вiдокремлювали коронку вiд кореня i розколювали и в рiзних напрямках. Дослiдний зразок наклеювали електропровщним клеем, помiшали у вакуумну установку та напиляли золотом. Напилену поверхню зразка вивчали за допомогою сканувального
електронного мжроскопа "КоуоБеап 30". З поверхш емалi тих же зубiв готували вугiльнi реплiки, як1 вивчали в трансмiсiйному електронному мiкроскопi "Тев1а-Б 8-613". Електронограми емалевих пучкiв, призм i лiнiй Ретцiуса порiвнювали з фотографiями цих структур, одержаних за допомогою поляризацiйноi мiкроскопii.
Результати дослiдження та 1х обговорення
Установлено, що на малому збшьшенш мiкроскопа при вивченш в поляризацiйному свiтлi тонких шлiфiв, забарвлених ШИК-альцiановим синiм, пучки емалевих призм у пришийковш дiлянцi коронки мають трохи звивистий хiд i рiзнокольорову гаму вiдтiнкiв. Так, виявляються два види пучкiв емалевих призм. Перший iз них у поляризованому свiтлi забарвлюеться в жовто-червоний тшр, йде вiд кутикули до емалево-дентинноi межi. Другий вид пучюв емалевих призм вужчий i представлений темними смужками, як поблизу екватора коронки зуба поступово зникають (рис. 1). Сканувальна електронна мiкроскопiя св^ить, що пучки емалевих призм у д^нщ шийки коронки зуба мають поздовжнш хiд i без чггких меж переходять один у шший. Проте емалевi призми утворюють двi зони: центральну i периферичну. Центральна зона складаеться переважно з емалевих призм iз паралельним ходом. Натомють на периферii емалевого пучка розташоваш призми, як1 мають косий напрямок. Завдяки цьому вони переплiтаються iз сусiднiми пучками i утворюють уздовж ходу спiралеподiбнi, холестеричнi структури рщких кристалiв (рис.2). Останнi мають високий стушнь анiзотропii в поляризованому свiтлi i вiдповiдають кольоровим смужкам пучюв емалевих призм.
При поляризацiйнiй мiкроскопii гiстохiмiчно забарвлених шлiфiв ШИК-альцiановим синiм у емалевих призмах слщ розрiзняти два типи
морфолопчних структур: призми з вираженою поперечною посмуговашстю i лiнii бiомiнералiзацii Ретщуса (рис. 3).
Перший тип представлений тонкими (6-8 мкм) паралельними призмами, яю забарвлюються або в голубуватий, або в бузковий колiр. Вони мiж собою вiдокремлюються гомогенною мiжпризмовою речовиною темно-голубого кольору.
У дшянках емалi лiнiй Ретцiуса виявляються паралельш смужки темно-фiолетового кольору, що йдуть шд кутом 60° до поздовжнього ходу емалевих призм i контактують iз мiжпризмовою речовиною.
Подальше вивчення окремих дшянок емалевих призм провели на сканувальному елекронному мiкроскопi. Виявлено, що вони становлять собою паралельш структури, в яких виявляються голiвки i хвости. Голiвки призм мають вигляд ч^ко вiдмежованих паралелепiпедiв, а хвости розташоваш в мiжпризмових просторах у виглядi мклиноподiбнихм структур, яю оточують кожну сусiдню голiвку (рис. 4).
Проведеним трансмiсiйним електронно-мiкроскопiчним
дослщженням виявлено, що голiвки i хвости емалевих призм та лшш Ретщуса мають рiзне гiстотопографiчне розташування: нематичного або смектичного типу.
Установлено, що поперечна посмуговашсть призм зумовлена наявшстю в них голiвок, оточених свгаою оболонкою, яка без чiтких меж переходить у хвости призм. Велик дiаметри голiвок утворюють паралельнi умовш лiнii, тодi як малi дiаметри, а також центри голiвок знаходяться на рiзних рiвнях вiдносно ходу емалевих призм. Таке розташування характерне для нематичноi будови рщких кристалiв (рис. 5).
Крiм того, в дшянках лшш Ретщуса спостер^аеться особливе смектичне розташування голiвок i хвоспв емалевих призм. При цьому
голiвки сплющуються, а ïxhï оболонки частково руйнуються. Проте напротивагу нематичнiй будовi в лiнiях Ретцiуса спостерiгаeться паралельна орieнтацiя емалевих призм - як вертикально за великим дiаметром, так i горизонтально за малим дiаметром. Це вiдбуваeться за рахунок сплющення хвостiв призм, якi зливаються з мiжпризмовими просторами (рис. 6).
Отже, складовi морфологiчнi компоненти емалi (пучки, призми i лшп Ретцiуса) ультраструктурно нагадують будову вiдповiдно холестеричного, нематичного та смектичного типу рщких кристалiв, якi зумовлюють анiзотропiю в поляризацшному свiтлi. Ефект анiзотропiï термотропних рщких кристалiв пов'язаний iз текстурою, тобто орiентащею зерен у монокристалах. При цьому зовшшшми вакуумними впливами нами отримаш реплiки рiзноï текстури кристалiв у окремих дiлянках емалi: ниткоподiбна, конфокальна i сходинкоподiбна. Ниткоподiбна текстура проявляеться S-подiбними дисинклiнацiями. Це лшп розриву оптично!' неперервностi мiж окремими емалевими призмами, що характерно здебшьшого для нематичного типу рiдкого кристала (рис. 7). Смектичнi рiдкi кристали у вакуумному середовишд утворюють конфокальну текстуру монокристалiв (рис. 8). Саме завдяки цьому на нативних тонких шлiфах лiнiï Ретцiуа утворюють паралельш матово-непрозорi смужки. Нарештi, холестеричнi рщю кристали мають сходинкоподiбну текстуру (рис. 9), яка змшюе свiй колiр (анiзоморфiзм) у поляризованому свiтлi. Рiзна текстура емалi утворюеться при третиннш мiнералiзацiï шляхом епiтаксiального нарощування, тобто орiентованим ростом одного кристала на поверхш (основ^ iншого. Епiтаксiя легко вщбуваеться, якщо рiзниця параметрiв обох решггок кристалiв не перевищуе 10%.
При цьому частина площини одше!' з решiток кристала не мае продовження в другш, i виникають так зваш дислокацiï невiдповiдностi. Як показують результати проведених ешмжроскошчних дослщжень
поверхонь шлiфiв емал^ забарвлених ШИК-альцiановим сишм, виявлено три типи щiльностi дислокацш у виглядi: 1) емалевих снопиюв; 2) лiнiй Ретцiуса; 3) сходинок.
Емалевi снопики мають мгiлкоподiбнiм вирости, що йдуть вщ ламел i оповивають поверхню окремих пучкiв призм. Завдяки незначнiй мiнералiзацiï вони мають свгаий колiр. На вiдмiну вщ них лiнiï Ретцiуса -це темш лiнiï, що йдуть шд кутом 60° вiдносно ходу емалевих призм i3 посиленим малюнком мiнералiзацiï. Нарештi, третiй тип дислокацiï емалi -це сходинкоподiбнi структури, що у виглядi темних смужок щуть пiд кутом 30° до ходу емалевих призм у виглядi паралельних смужок. Вони мають чiткiшi контури в центральны частинi пучка емалевих призм i згладжуються на його периферп.
У деяких дiлянках лшп Ретцiуса мiж сходинками утворюють ч^ю ромбоподiбнi структури, характернi i для твердих кристалiв, усерединi яких розмщуються окремi емалевi призми (рис. 10). Цей факт свщчить про те, що холестерична текстура в певних умовах може з рщко!' переходити у тверду форму кристала.
Отже, на основi проведених комплексних морфолопчних дослщжень можна стверджувати, що окремi структури емалi становлять собою певш нематичнi, смектичнi та холестеричш термотропнi типи рiдких кристалiв.
Нематичний тип характерний для окремих емалевих призм, у яких ультраструктурно чггко вираженi ïхнi голiвки i хвости. Першi з них сво1'м розташуванням голiвок утворюють поперечну смугастють призм, як1 по сво1'х поздовжшх дiаметрах утворюють паралельнi лiнiï. Натомють поперечнi дiаметри розташовуються на рiзних рiвнях. Таке розмiщення за Брауне нагадуе розташування олiвцiв у пенал^ завдяки чому можуть змiшуватися лише за поперечними дiаметрами голiвок призм. Завдяки сплющенню голiвок призм утворюеться другий смектичний тип рщкого
кристала з поздовжньою i горизонтальною симе^ею, що характерно для лшш бiомiнералiзацiï емалi Ретцiуса. Смектичнi рiдкi кристали схильш до ковзання завдяки шаровому розташуванню.
Нарештi, в холестеричному тит спостерiгаеться гвинтова орiентацiя нематичних структур, i при цьому залежно вщ розкручування спiралi пучкiв емалевих призм у поляризацшному свiтлi виникае рiзна кольорова гама (анiзотропiя).
Завдяки одномiрнiй (нематики), двомiрнiй (смектики) або гвинтовш упорядкованостi вiдповiдно в емалевих призмах, лтях Ретцiуса i пучках емалевих призм вщбуваються як хiмiчнi, так i складш бiохiмiчнi процеси бiомiнералiзацiï. При цьому перемiщення певних хiмiчних елементiв може здiйснюватися за лшями дислокацiй невiдповiдностi мiж окремими текстурами рщких кристалiв. Завдяки цьому, очевидно, здшснюеться трофiка емалi у фiзiологiчних умовах.
Висновки
1. Емаль зуба - це термотропний рiдкий кристал iз нематичними в емалевих призмах, смектичними в лшях Ретцiуса та холестеричними в пучках призм структурами, що схильш до ашзотропп.
2. Для кожно!' морфолопчно!' структури емалi характерна певна текстура монокристалу: в призмах - "ниткоподiбна", в лшях Ретцiуса -конфокальна, в пучках емалевих призм - "сходинкоподiбна".
3. За рахунок рiзних ступенiв дислокацш невiдповiдностi мiж кристалами в емалевих призмах виникае поперечна посмуговашсть, зокрема, в лшях Ретцiуса - ршшчт смужки, а навколо пучкiв призм - емалевi снопики, завдяки яким здiйснюеться трофiка емалi у фiзiологiчних умовах.
Перспективи подальших дослiджень
Розроблеш морфолопчш еталони холестерично", нематичноi та смектичноi структури вiдповiдно пучкiв, лшш Ретцiуса й емалевих призм можна використати в дослщженш стану емал при карiозних i некарiозних ураженнях емалi коронки зуба.
Рис. 1 Поляризацшна мжроскотя пучкiв емалевих призм в дiлянцi шийки коронки зуба. Зб. х100.
Рис. 2 Паралельш тГ косi пучки емалевих призм. Скануюча електронна мiкроскопiя. Зб. х1000.
Рис. 3 Лiнii бiомiнералiзацii Ретцiуса та призми емалi. Заб. ШИК-альцiановим синiм. Поляризацiйна мжроскошя. Зб. х1000.
Рис. 4. Головки та хвости емалевих призм. Скануюча електронна мжроскошя. Зб. х4500.
Рис. 5. Нематичний тип розташування головок та хвоспв емалевих призм. Електронограма. Зб. х10000.
Рис. 6. Смектичний тип розташування головок емалевих призм. Електронограма. Зб. х15000.
Рис. 7. Ниткоподiбна тектура нематичного розташування емалевих призм. Електронограма. Зб. х1000.
Рис. 8. Конфокальна текстура смектичного розташування емалевих призм. Електронограма. Зб. х10000.
Рис. 9. Сходинкоподiбна текстура холестеричного розташування емалевих призм. Електронограма. Зб. х15000.
Рис. 10. Емалевi снопики, mmï Ретщуса та сходинкоподiбнi структури. Заб. ШИK-альцiановим синiм. Епiмiкроскопiя. Зб. х1000.
