CC BY
38
© 1.1. Якубова
УДК 616.314.13-053.2:577.118:543.42 1.1. Якубова
ВИВЧЕННЯ ХІМІЧНОГО СКЛАДУ ЕМАЛІ ЗУБІВ МИШЕЙ, ЩО УТРИМУВАЛИСЯ НА ДІЄТІ ІЗ ПІДВИЩЕНИМ ВМІСТОМ CHOLESTEROL МЕТОДОМ ЕНЕРГОДИСПЕРСІЙНОЇ РЕНТГЕНІВСЬКОЇ СПЕКТРОСКОПІЇ
Приватний вищий навчальний заклад «Київський медичний університет УАНМ» (м. Київ)
Дана робота є фрагментом комплексної науково-дослідної теми кафедри терапевтичної стоматології спільно з кафедрою дитячої терапевтичної стоматології та профілактики стоматологічних захворювань Приватного вищого навчального закладу «Київського медичного університету УАНМ» «Використання біологічно-активних речовин і гомеопатичних препаратів у комплексному лікуванні карієсу та його ускладнень, захворювань пародонту та слизової оболонки порожнини рота» (державний реєстраційний номер РК № 01061Ю13099).
Вступ. Мінеральну основу емалі складають кристали біоапатитів деяких типів, основний із яких
— гідроксиапатит (75 %); з інших апатитів містяться карбонат-апатит (19 %), хлорапатит (4,4 %), фтора-патит (0,66 %) [11, 12, 13, 19]. Емаль зубів має значно більші розміри кристалів апатиту, ніж кісткова тканина, тому вплив чинників на її поверхню значно слабше [6]. Склад «ідеального» гідроксиапатиту відповідає формулі Са10(Р04)6(0Н)2, тобто включає апатит с молярним співвідношенням Са / Р -1,67. Було запропоновано формули для гідроксиапатиту емалі, що точніше відображають її склад. Зокрема, Ф. Дриссенс (1978р.) запропонував наступну модель хімічного складу мінералу емалі зубів, враховуючи лише основні елементи [19]: Са9 23ІЧа0 26К03(Р04)553(С 03)0,47(0^, ^10 ^0,,. В 1997 році Д.Елліот запропонував більш детальну формулу для описання мінералу емалі зубів [12]:
Са8,85ЄМд0,0Є8Ма0,292К0,010(РО4)5,312(НРО4)0,280
(СОз)0,407(ОН)0,702СІ0,078(СОз)0,050-
У ній враховані як основні заміщення, так і вакансії в катіонній і аніонній підгратках апатиту. Про наявність в емалі зубів малої кількості домішку кристалічних фаз, таких як, СаС03, (Мд, Са)С03, МдС03, СаО і Мд0, свідчать дані методів радіоспектроскопії - електронного парамагнітного резонансу і протонного магнітного резонансу [10]. Таким чином, в даний час переважає точка зору, згідно якої основою кристалічної фази зубів є дефектний карбонатний і Са- дефіцитний гідроксиапатит, що піддається морфологічним, структурним, ультраструктурним і концентраційним змінам в залежності від віку і зовнішніх умов [9, 11, 20].
Хімічний склад біоапатиту різниться для зубів і кісток і підпорядкований їх функціональному призначенню. Так, розчинність біогенних карбонат-вмісних апатитів пропорційна концентрації вуглецю
в них [8], і прикладом функціональної підпорядкованості є відносно високий вміст карбонатів в біоапа-титі кісткової тканини, що вимагає постійної перебудови і оновлення, і суттєво меншим в апатиті емалі зубів, яка є найбільш стабільною і хімічно стійкою тканиною організмів [13]. Багатьма дослідницькими групами протягом десятиріч вирішувалося завдання визначення точнішого складу біоапатиту [10, 12, 16]. Таблиця 1 містить узагальнені дані, але вони не відображають зміни, що пов’язані із віком і дієтою.
Таблиця 1
Склад мінеральної' компоненти зубної' емалі, дентину і кісткової' тканини у порівнянні з гідроксиапатитом, ваг.% [10, 12, 16].
Хімічний елемент Емаль Дентин Кісткова тканина Гідроксиапатит
Са2+ 37,6 40,3 36,6 39,6
Р5+ 18,3 18,6 17,1 18,5
Са / Р, ат % 1,59 1,67 1,65 1,67
Na+ 0,7 0,1 1,0
Mg2+ 0,2 1,1 0,6
Cl- 0,4 0,27 0,1
Fe3+ 0,08 0,01 0,1
S 0,005
Коефіцієнт Са / Р вимірюється як Са0 / Р205 [9] і його використовують для оцінки стану емалі зуба [1]. Співвідношення Са / Р є непостійним і може змінюватися під впливом харчування, віку й інших чинників. В природі зустрічаються гідроксиапати-ти із співвідношенням Са / Р від 1,33 до 2,0. Однією із причин подібних коливань є заміщення Са2+ в молекулі гідроксиапатиту на Бг2+, Ва2+, Мд2+ або інший елемент із спорідненими властивостями (ізоморфне заміщення), що призводить до зниження коефіцієнта Са / Р за рахунок заміщення в кристалі одного іону Са2+ [6]. Подібне ізоморфне заміщення збільшує ризик карієсу зубів, так як резистентність кристалів до дії кислоти знижується. По-друге, здорова емаль молоді має нижчий коефіцієнт Са / Р, ніж емаль зубів людей старших 30 років [2]. Вивчення вмісту кальцію і фосфору в емалі в терміни від 1 до 20 років після прорізування [2] свідчать про накопичення цих елементів з віком. При цьому мінералізація, «дозрівання» емалі, завершується по фосфору протягом першого року після прорізування, а по кальцію — до закінчення третього [2]. Вміст кальцію і
фосфору в поверхневих шарах емалі більш високий, ніж в глибше лежачих, так як основним джерелом їх надходження в емаль зуба після його прорізування є слина. Сталість співвідношення Са / Р в емалі в усі терміни після прорізування зуба свідчить про високу кореляцію між процесами їх накопичення цією тканиною [1]. Також, можливі суттєві відмінності співвідношення Са / Р в межах одного зуба, що слугували основою для ствердження про неоднорідність структури емалі зуба і, отже, про неоднорідну схильність різних ділянок до ураження карієсом [1]. В інтактній емалі молярне співвідношення складає 1,61, при карієсі в стадії білої плями - 1,26, при флюорозі
- 1,46 [4]. Цей показник зменшується при демінера-лізації емалі [3]. Як вважають автори [4] коефіцієнт Са / Р для визначення скерованості патологічного процесу недостатньо інформативний; слід визначати абсолютний вміст в емалі кожного із вказаних макроелементів окремо.
В зв’язку з тим, що мінливість елементного складу зубів дозволяє виявити порушення обміну речовин в процесі розвитку зубів і після прорізування [17, 18] вивчення хімічного складу поверхневих шарів емалі є актуальним.
Метою дослідження було визначення хімічного складу емалі зубів дводенних мишей, що утримувалися на дієті із підвищеним вмістом Сholesterol методом енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії.
Об’єкт і методи дослідження. Утримання тварин та експерименти проводилися відповідно до положень «Європейської конвенції про захист хребетних тварин, які використовуються для експериментів та інших наукових цілей» (Страсбург, 1985), «Загальних етичних принципів експериментів на тваринах», ухвалених Першим національним конгресом з біоетики (Київ, 2001).
Для експерименту були використані білі безпо-родні миші масою 25-28г (40 тварин). Тварин поділили на 2 групи: контрольну і дослідну.
Експериментальну гіперхолестеринемію моделювали додаванням в харчовий раціон холестерину (2 %) протягом 60 днів [1, 7]. Самиці дослідної групи отримували раціон віварію із додаванням 2гр. холестерину ^ho^stero! виробництва фірми Merck, Germany) на 100 гр. корму. Самиці контрольної групи отримували раціон віварію. Через 30 днів самицям, які знаходилися в стадії проеструса (передтічка) і еструса (тічка) підсаджували самців у співвідношенні 4:1. Виявлення сперміїв у вагіналь-ному мазку самиці після підсадки вказувало на запліднення - перший день вагітності. Протягом усієї вагітності самки знаходилися в клітках і отримували раціон віварію (контрольна група) і раціон віварію із підвищеним вмістом холестерину (2%). Вагітні самиці народжували і мишенят у кількості по 6 тварин із кожної групи виводили із експерименту інгаляційним передозуванням вуглекислого газу на другий день після народження (D-2). Для дослідження використовувались нижні щелепи мишенят. Всі зразки зберігались у пробірках (10% р-н стрептоміцину), що щільно закриваються, при температурі +2...
+4°C. Перед дослідженням зразки промили руками у гумових рукавичках дистильованою водою і пасивно висушили. Після цього зразки розміщували у вакуумний апарат (Ion Sputter JFC-1600, Jeoi, Japan) до повного випаровування залишкової вологи з подальшим напиленням тонкого шару Pt (~25 нм). Морфологію емалі оцінювали за допомогою растрового електронного мікроскопу (P.E.M.) JSM-6490LV (виробництва Jeoi, Japan), з прискоруючою напругою 20 кВ. Хімічний склад емалі отримували за допомогою енергодисперсійного рентгенівського спектрального аналізатора INCA Energy 450 (виробництва 0XF0RD Instruments).
Результати досліджень та їх обговорення. У контрольній групі виміри відбулися на 19 ділянках емалі, у дослідній групі - на 21 ділянці. Poзмiр
.г ■
- Аіі«
Рис. 1. Ділянка емалі зуба дводенної миші (D-2), що отримана на Р.Е.М., де вимірявся хімічний (елементний) склад.
ділянок емалі спектроскопії коливався від 50х50 мкт до 250х250 мкт (рис.1).
Після чого за допомогою енергодисперсійного рентгенівського спектрального аналізатора з поверхні емалі отримували рентгенівські характеристичні спектри (рис. 2).
При вивченні хімічного складу емалі зубів дводенних мишей за методом EDS контрольної групи з’ясовано, що в 100% зразках зустрічалися хімічні елементи Са2+, Р5+, Na+, Cl- (табл. 2). Елементи Mg2+, S містилися у 5,26 % зразків, Fe3+ - у 47,37 %. Вміст елементу Са2+ складав 36,55 (ваг. %), вміст Р5+ -19,28 (ваг. %). Вихідний рівень мінералізації за атомним (%) співвідношенням Са / Р складав 1,34 і знаходився на нижній межі (1,33) [5]. Виявлено нижчий коефіцієнт Са / Р, ніж норма для мишей [14] і людини [15], що свідчить про те, що емаль зубів мишей, які щойно прорізалися є незрілою.
При вивченні хімічного складу емалі зубів дводенних мишей за методом EDS дослідної групи, які отримували дієту із підвищеним вмістом Сholesterol з’ясовано, що в 100% зразках зустрічалися хімічні
01 2345678
Полная шкала 9595 имп. Курсор: S.696 (45 имп.)_кэВ
Рис. 2. Рентгенівський характеристичний спектр поверхневого шару емалі зуба дводенної миші (D-2), отриманий за допомогою енергодисперсійного рентгенівського спектрального аналізатора.
Таблиця 2
Хімічний (елементний) склад емалі зубів дводенних мишей (D-2) за методом EDS контрольної групи
Кількісний склад Хімічний елемент Кількість зразків, Кількість зразків, що містять хімічний елемент Якісний склад зразків, %
зразків що досліджено Абс.к-сть %
0 19 19 100 61,65
Na 19 19 100 1,15
Ci 19 19 100 0,31
Ca 19 19 100 21,82
Атомний P 19 19 100 14,35
Са/Р 1,34
Mg 19 1 5,26 0,89
S 19 1 5,26 0,36
Fe 19 9 47,37 0,45
0 19 19 100 41,82
Na 19 19 100 1,13
Ci 19 19 100 0,47
Ваговий Ca 19 19 100 36,55
P 19 19 100 19,28
Mg 19 1 5,26 0,92
S 19 1 5,26 0,5
Fe 19 9 47,37 1,06
елементи Са2+, Р5+, ІЧа+, СІ- (табл. 3). Вміст елементу Са2+ складав 34,51 (ваг %), вміст Р5+ - 21,14 (ваг. %). В емалі мишей дослідної групи відбулося зниження вмісту елемента Са2+, вміст елементів Р5+, №+, СІ-мав тенденцію до зростання у порівнянні з контрольною групою (табл. 3). Елементи Мд2+, Б зустрічалися у 14,29 % зразків, Ре3+ - у 52,38 %. Вихідний рівень мінералізації за Са / Р коефіцієнтом складав 1,26. Зважаючи, що при співвідношенні Са / Р нижче
1,33 спостерігалися незворотні зміни в структурі емалі [5], можна говорити про прорізування зубів із недосконалою структурою.
Висновок. За методом енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії було з’ясовано, що на поверхні емалі дводенних мишей контрольної і дослідної груп містилися в різних концентраціях іони Са2+, Р5+, ІЧа+, СІ-, Мд2+, Б, Ре3+. В емалі мишей дослідної групи під впливом дієти із підвищеним вмістом
Таблиця з
Хімічний (елементний) склад поверхневого шару емалі зубів дводенних мишей (D-2)
за методом EDS дослідної групи
Кількісний склад Хімічний Кількість зразків, Кількість зразків, що містять хімічний елемент Якісний склад зразків, %
зразків елемент що досліджено Абс.к-сть %
O 21 21 100 61,64
Na 21 21 100 1,2З
Cl 21 21 100 0,ЗЗ
Ca 21 21 100 20,29
Атомний P 21 21 100 16,08
Са/P 1,26
Mg 21 З 14,29 0,92
S 21 З 14,29 0,З6
Fe 21 11 б2,З8 0,47
O 21 21 100 41,86
Na 21 21 100 1,20
Cl 21 21 100 0,б0
Baговий Ca 21 21 100 З4,б1
P 21 21 100 21,14
Mg 21 З 14,29 0,92
S 21 З 14,29 0,б0
Fe 21 11 б2,З8 1,12
ChoIesteroI відбулися зміни мінерального складу Подяка. Автор висловлює подяку
емалі. Зокрема, зниження вмісту елемента Са2+, Андрію Олександровичу Рудовському,
вміст елементів рб+, Na+, c|- мав тенденцію до зрос- завідувачу експериментально-біологічної клініки
тання у п°рвняны з контрольною групою. Вихідний Інституту фізіології імені О.О.Богомольця НАН Укра-
рівень мінералізації за Са I р коефіцієнтом в дослід- їНи за підтримку лабораторних робіт;
ній групі складав 1,26. Зважаючи, що при співвідно- л .
Л-v /г^ , . Віталію Олександровичу Тінькову, канд. фіз.-
шенні Са I P нижче 1,ЗЗ спостерігаються незворотні
. г,-п матем. наук, молодшому науковому співробітнико-
зміни в структурі емалі [б], можна говорити про прорізування зубів із недосконалою структурою. ві |нституту металофізики па Курдюмова НАН
Перспективами подальшого дослідження є W^ih^ м. Ки|в за допомогу у проведенні
вивчення впливу харчування із підвищеним вмістом досліджень; ютмп^и TOKYO BOEKI CIS LTD
жирів вагітних жінок на емалеву резистентність зубів за надану можливість проведення робіт
народжених ними дітей. на мікроскопі JEOL JSM 6490LV
Список літератури
1. Боровский E.B. Кариес зубов: препарирование и пломбирование I E.B. Боровский. - М. : АО Стоматология, 2001. — 144 с.
2. Боровский E.B. Содержание кальция и фосфора в эмали в различные периоды после прорезывания I E.B. Боровский, E.B. Позюкова II Стоматология. 198б. - № б. - С. 29-З1.
3. Боровский E.B., Bолков EA, Дубинчук B.T. Изучение процессов деминерализации и реминерализации на естественных и искусственных кариозных поражениях эмали. I Стоматология. 1982. - №1. -С. б1-бб.
4. Боровский E.B., Леонтьев BX., Максимовская Л.Н., Сунцов B.r. Нарушение процесса минерализации и принципы его регулирования. II Стоматология, 1984, №б, с. 17-21.
б. Baвиловa Т.П. Биохимия тканей и жидкостей полости рта: учебное пособие. 2-е изд., испр. и доп. — М: ГЭОТАР-Ме-диа, 2008. — 2б0 с.
6. Данильченко С.Н. Структура и свойства апатитов кальция с точки зрения биоминералогии и биоматериаловедения (обзор) II Bісник СумДУ. Серія Фізика, математика, механіка. - 2007.- № 2. - С. ЗЗ - б9.
7. Стефанов О^. Доклінічні дослідження лікарських засобів: методичні рекомендації. — К.: Авіценна, 2001. — б28 с.
8. Baig A.A., Fox J.L., Young R.A. et al. Relationships Among Carbonated Apatite Solubility, Crystallite Size, and Microstrain Parameters II Calcif Tissue Int.- 1999.- V. 64.-P. 4З7-449.
9. Boskey A.L. Bone mineral crystal size II Osteoporos Int.- 200З.- V.14 (Suppl б).- S.16- 21.
10. Brik A.B., Ulyanchich N.V., Kenner G.H. et al. EPR of the impurity crystal phases in biominerals and their synthetic analogues II Минералогический журнал. - 2001, Т.2З. - № 1. - С. 2З - З7.
11. Dorozhkin S.V. A hierarchical structure for apatite crystals II J. Mater. Sci.: Mater. Med.- 2007.- V. 18.- P. З6З-З66.
12. Elliott J.C. Calcium Phosphate Biominerals. In Kohn M.J., Rakovan J., Hughes J.M. (EDS) Phosphates: geochemical, geobiological and materials importance. Series: Reviews in mineralogy and geochemistry, volume 48. - Mineralogical Society of America, Washington, DC, 2002.- P. 427-4б4.
13. Elliott J.C. Structure and Chemistry of the Apatites and Other Calcium Orthophosphates / Studies in Inorganic Chemistry 18.-Amsterdam: Elsevier, 1994.- 389p.
14. Engel M.B. Microprobe analysis of calcifying matrices and formative cells in developing mouse molars. Histochemistry and Cell Biology 1981. 72(3): 443-452.
15. Frank, R.M., M. Capitant & J. Goni Electron probe studies of human enamel. Journal of Dental Research - 1966. - 45(3). - P. 672 - 672.
16. Gross K.A., Berndt C.C. Biomedical Application of Apatites. In Kohn M.J., Rakovan J., Hughes J.M. (EDS) Phosphates: geochemical, geobiological and materials importance. Series: Reviews in mineralogy and geochemistry, volume 48. -Mineralogical Society of America, Washington, DC, 2002.- P 631-672.
17. Hellwig E., Lennon A. Systemic versus topical fluoride. - Caries research. - 2004.- 38(3). - P. 258 - 262.
18. Kierdorf U., Kierdorf H., Fejerskov O. Fluoride-induced developmental changes in enamel and dentine of European roe deer (Capreolus capreolus L.) as a result of environmental pollution. - Archives of oral biology. - 1993.- 38 (12). - P 1071 - 1081.
19. Wilson R.M., Elliott J.C. and Dowker S.E.P Rietveld refinement of the crystallographic structure of human dental enamel apatites // American Mineralogist.-1999.-V.84.-P 1406 - 1414.
20. Wopenka B., Pasteris J.D. A mineralogical perspective on the apatite in bone // Material science and engineering.- 2005.- V. C 25.- P 131-143.
УДК 616.314.13-053.2:577.118:543.42
ВИВЧЕННЯХІМІЧНОГО СКЛАДУ ЕМАЛІ ЗУБІВ МИШЕЙ, ЩОУТPИMУBAЛИСЯ НАДІЄТІ ІЗ ПІДВИЩЕНИМ ВМІСТОМ ^OLESTEROL МЕТОДОМ EHEPГОДИСПEPСIЙHОЇ PEn^mB^^'l' СПEKТPОСKОПIЇ
Якубова І.І.
Pезюме. За методом енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії було з’ясовано, що на поверхні емалі дводенних мишей контрольної і дослідної груп містилися в різних концентраціях іони Са2+, P5+, Na+, Cl-, Mg2+, S, Fe3+. B емалі мишей дослідної групи під впливом дієти із підвищеним вмістом Cholesterol відбулися зміни мінерального складу емалі. Зокрема, зниження вмісту елемента Са2+, вміст елементів P5+, Na+, Cl- мав тенденцію до зростання у порівнянні з контрольною групою. Bиxідний рівень мінералізації за Са I P коефіцієнтом в дослідній групі складав 1,26. Зважаючи, що при співвідношенні Са I P нижче 1,33 спостерігаються незворотні зміни в структурі емалі, можна говорити про прорізування зубів із недосконалою структурою.
Ключові слова: енергодисперсійна рентгенівська спектроскопія, різці нижньої щелепи мишей, Cholesterol, хімічний склад, емаль.
УДК 616.314.13-053.2:577.118:543.42
ИЗУЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЭМАЛИ ЗУБОВ МЫШЕЙ, СОДEPЖABШИXСЯ НА ДИЕТЕ С ПОВЫШЕННЫМ СОДEPЖAHИEM ^OLESTEROL МЕТОДОМ ЭHEPГОДИСПEPСИОHHО PEHТГEHОBСKОЙ СПEKТPОСKОПИИ
Якубова И.И.
Pезюме. По методу энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии было установлено, что на поверхности эмали двухдневных мышей контрольной и опытной групп находились в разных концентрациях ионы Са2+, P5+, Na+, Cl-, Mg2+, S, Fe3+. B эмали мышей опытной группы под влиянием диеты с повышенным содержанием Cholesterol произошли изменения минерального состава эмали. B частности, снижение содержания элемента Са2+, содержание элементов P5+, Na+, Cl- имел тенденцию к росту по сравнению с контрольной группой. Исходный уровень минерализации за Са IP коэффициентом в опытной группе составлял 1,26. Учитывая, что при соотношении Са I P ниже 1,33 наблюдаются необратимые изменения в структуре эмали, можно говорить о прорезывания зубов с несовершенной структурой.
Ключевые слова: энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия, резцы нижней челюсти мышей, Cholesterol, химический состав, эмаль.
UDC 616.314.13-053.2:577.118:543.42
Chemical Characterization Of Tooth Enamel Mice That Were Kept On A Diet With High Content By Cholesterol Energodispersive X-Ray Spectroscopy
Yakubova I.I.
Summary. For using energodispersive X-ray spectroscopy it was found that the enamel-day mouse control and experimental groups were placed in different concentrations of Ca2+ ions, P5+, Na+, Cl-, Mg2+, S, Fe3+. In mice enamel research group under the influence of diet with high content Sholesterol has changed the mineral composition of enamel. In particular, the decrease of Ca2+ entry, the content elements P5+, Na+, Cl- tended to increase compared with the control group. Output level of mineralization for Ca I P ratio in the experimental group was 1.26. Given that the ratio of Ca I P below 1.33 are observed irreversible changes in the structure of enamel, you can talk about teething with imperfect structure.
Key words: energodispersive X-ray spectroscopy, mandible incisors mice Cholesterol, chemical composition, enamel.
Стаття надійшла 29.02.2012 р.
Рецензент - проф. Ковальов Є.В.
