CC BY
49
2006
ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Сер. 7
Вып. 1
КРАТКИЕ НАУЧНЫЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 616.314-008.8
О. А. Голованова, Л. В. Вельская, Р. В. Казанцева1
МИНЕРАЛЬНЫЙ И ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВЫ ЗУБНЫХ КАМНЕЙ ЖИТЕЛЕЙ ОМСКОГО РЕГИОНА
Носителями минералов являются не только недра Земли, но и все живое на ней, включая человека [1, 2]. Настоящая пабота посвяшена зубным камням (дентопитям), которые представляют собой органомннеральные агрегаты патогенного характера, возникающие на зубах 75-80 % населения земного шара [3].
Минеральный состав зубных камней, по данным разных авторов [1-5], представлен фосфатами (апатитом, брушитом, октакальциевым фосфатом, реже витлокитом и монетитом, иногда франколитом, струвитом, ньюберии-том). Выявлены также оксалаты (уэвеллит и уэделлит). Апатит может встречаться в виде гидроксил-, фтор- и кар-бонатапатита. Элементный состав зубных камней достаточно богат [6] и существенно зависит от условий окружающей среды [4, 7, 8]. Креме основных (Ca, Р), в состав зубных камней входят различные элементы, содержание которых не превышает 1 масс.% (Na, К, Mg, С1 и др.).
Многие исследователи отмечают важную роль белка в процессе зарождения и роста патогенных органомине-ральных агрегатов [2, 9]. Белковая компонента органической составляющей дентолитов пока не исследована.
Задача настоящей работы - детально изучить минеральный и элементный составы зубных камней жителей Омского региона, а также определить содержание аминокислот (в органической компоненте дентолитов и ротовой жидкости).
Объекты и методы исследования. В качестве материала были использованы представительная коллекция из 89 зубных камней жителей Омского региона, а также образцы их ротовой жидкости, которую собирали утром (натощак, до чистки зубов). Образцы были предоставлены городской стоматологической поликлиникой № 1 г. Омска. Возраст пациентов варьировал от 45 до 60 лет.
Изучение минерального состава дентолитов проводили методами рентгенофазового анализа (РФА) и ИК-спектроскопии. Элементный состав зубных камней и ротовой жидкости устанавливали методом рентгеновской флуоресценции с использованием синхротронного излучения (накопитель ВЭПП-3, аналитик Н. В. Максимова). Эмиссионные спектры возбуждались пучком поляризованного монохроматизированного излучения энергией 25 кЭв. Образцы готовили прессованием порошка в таблетки весом 30 мг и диаметром 6 мм. При количественном расчете применяли метод «внешнего стандарта».
Аминокислотный состав зубных камней и ротовой жидкости определяли на основе классического гидролиза по методу Мура и Штейна с последующим хро.матографированием полученного гидролизата, предварительно прошедшего стадию дериватизации [10, 11]. Гидролиз осуществляли в запаянных ампулах или специальных диге-сторных пробирках. Количественный расчет проводили по методу «внутреннего стандарта».
Результаты и их обсуждение. Данные РФА зубных камней показали, что минеральная составляющая большинства из них представлена гидроксилапатитом, в трех образцах вместе с апатитом в подчиненном количестве (5-10%) присутствует брушит. На рентгенограммах двух образцов наблюдается существенное повышение фона в малоугловои области (10-20" 20СиКа), что свидетельствует о значительном количестве рентгеноаморфной компоненты .
Преобладающее содержание гидроксилапатита в составе дентолитов жителей г. Омска можно объяснить более высокой pH ротовой жидкости. В исследуемой группе среднее значение pH слюны составляет 7.28±0,23, тогда как брушит образуется при pH = 6,5.
Кроме того, по результатам РФА было установлено, что апатиты зубных камней различаются по степени кристалличности. На рентгенограммах большинства образцов (примерно 90%) наблюдается четкое разделение реф-
1 Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 03-05-65278).
© О. А. Голованова, Л. В. Вельская, Р. В. Казанцева, 2006
лексов 211, 112 и 300. Апатиты остальных образцов окристаллизованы хуже, и эти рефлексы дают один широкий пик. Вероятно, степень окристаллизованности апатита зависит от содержания органической компоненты и примесей в составе зубных камней.
Данные ИК-спектра (рис. 1) подтверждают фосфатный состав неорганической компоненты зубных камней. На спектрах всех образцов присутствуют полосы поглощения, соответствующие колебаниям Р-О-связей (1090, 1030. 960 и 630, 600 и 560 см"'). Линий, характеризующих наличие ОН-групп (640, 3600 см'1), обнаружено не было, что указывает на их дефицит в структуре гидроксилапатита.
Пропускание, %
Частота х 100, см 1
Рис. 1. Типичный ИК-спектр зубного камня.
На всех ИК-спектрах наблюдаются также полосы С-О-связи: 1460, 1420 и 1550 см"'. Следовательно, исследуемые апатиты являются карбонатсодержащими. Наличие полос 1420, 1460 см"1 говорит о замещении карбонат-ионами РО^-тетраэдров (замещение В-типа), а полосы 1550 см"1 - о замещении ими ОН-групп в каналах структуры апатита (замещение А-типа). По соотношению интенсивностей соответствующих полос на ИК-спектрах число карбонат-ионов, замещающих тетраэдры, в структурах исследуемых апатитов приблизительно в 2 раза больше, чем ОН-групп.
Кроме того, на большинстве ИК-спектров зубных камней присутствуют широкая полоса валентных колебаний молекул воды при 3440 см"', указывающая на наличие молекул воды в каналах структуры апатита [12], и полоса деформационных колебаний воды при 1650 см"1.
Таким образом, с помощью РФА и ИК-спектроскопии установлено, что минеральная составляющая зубных камней представлена плохо окристаллизованным Са-дефицитным карбонат-гидроксилапатитом смешанного типа.
В проанализированных образцах зубных камней были обнаружены 14 микроэлементов ("П, V, Мп, Ре. №, Си, Хп, Вг, ЯЬ, Хг, Ag, Бп, I, Ва), содержание которых варьирует от 10"4 до 10"2 масс.% (рис. 2). Характерный для апатита широчайший спектр как изоваленгных, так и гетеровалентных замещений [13] позволяет предположить вхождение этих примесей в кристаллическую структуру апатита зубных камней.
Ряд средних концентраций микроэлементов в зубных камнях жителей Омска (2п > Ге > ИЬ > 'П >Ва > Си > № > V > Мп > Вг > Ag > Бп > 1 > Хт) практически противоположен соответствующему концентрационному ряду, характеризующему зубные камни жителей Москвы (Ре > "П > 2п > Мп > N1 > Си > Ва > Ъх > V [6]). В зубных камнях жителей Омска наблюдается значительное увеличение содержания Хп (в 2,5 раза выше, чем Ре), тогда как для Москвы - наоборот (Ре в 9 раз выше, чем Ъх\). Еще одной особенностью омских дентолитов является более высокое суммарное количество микроэлементов Л, V, Мп, Ре, №, Си, 7п, 2г, Ва (в 3,4 раза). Таким образом, полученные экспериментальные данные по микроэлементному составу дентолитов подтверждают его зависимость от условий окружающей среды.
50
40
и
Й 2 30
'о 20
О 10
0
□ 1 Я 2
7.п
Ре
ЯЬ
2
"о
и
40
30
20
0'
1
П п
-О-
ли.
Ва Си N1 V Мп Вг 5п 1 Ът
Рис. 2. Микроэлементный состав зубных камней жителей Омска (/) и Москвы (2).
Ротовая жидкость играет важную роль в образовании дентолитов [4, 14]. Сравнение концентрационных рядов микроэлементов в образцах зубных камней (Хп > Ре > Си > № > Мп) и ротовой жидкости (Хп > Ре > Си > Мп > N0 показала их близость.
О наличии протеина в органической составляющей исследуемых дентолитов говорит присутствие на ИК-спектрах полос деформационных колебаний СО- и 1ЧН-групп полипептидной цепи при 1650 и 1540 см"'. В составе органической составляющей образцов камней и ротовой жидкости были выявлены 15 аминокислот: глута-миновая, аланин, аспарагиновая, аргинин, лизин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, тирозин, глицин, серин. валин, треонин, гистидин и метионин. Их суммарное содержание в зубных камнях (4,46-7,62 масс.%) существенно больше, чем в ротовой жидкости (0,28-0,40 масс.%).
Важно отметить, что ряд средних значений содержания аминокислот в зубных камнях (глутамин > аланин > лизин > аспарагин > лейцин > аргинин > глицин, серин > ватин > тирозин > треонин > фенилаланин > изолейцин > I исгидин > метионин) отличается от соответствующего ряда аминокислот в ротовой жидкости (глутамин > лизин > лейцин > глицин > аспарагин > серин > аланин > аргинин > тирозин > валин > треонин > изолейцин > гистидин > метионин).
Заключение. Детальное изучение минеральной и органической компонент представительной выборки зубных камней жителей Омского региона, а также их ротовой жидкости позволяет сделать некоторые заключения по вопросам образования дентолитов.
Обнаружение в ряде образцов, кроме гидроксилапатита, брушита говорит о значительных колебаниях рН слюны в процессе роста зубного камня, так как известно, что брушит (по сравнению с апатитом) кристаллизуется при более низких значениях рН [15].
Наличие 14 микроэлементов в зубных камнях позволяет предположить, что они при неблагоприятной экологической ситуации в избытке поступают в организм человека, а это приводит к появлению нерастворимых соединений, способных нарушать коллоидное равновесие ротовой жидкости и входить в качестве примесей в состав патогенных минер&пьных образований. Сравнение концентрационных рядов микроэлементов в исследуемых зубных камнях (Хп > Ре > Си > № > Мп) и ротовой жидкости (Хп > Ре > Си > Мп > №) показало их близость Поэтому наиболее вероятным источником поступления микроэлементов в состав зубных отложений является смешанная слюна.
В целом полученные результаты подтверждают большую роль органического вещества в процессе формирования зубных камней. Известно, что слюна представляет собой структурированную биологическую жидкость, весь объем которой распределен между мицеллами коллоидными образованиями [16]. Их ядра состоят из молекул
фосфата кальция и окружены водно-белковыми оболочками. Последние, проявляя защитное действие по отношению к коллоидным системам, значительно повышают их устойчивость. В случае нарушения защитой функции мицеллы теряют устойчивость и коагулируют, что может привести к камнеобразованию в полости рта [17]. Выявленное в процессе работы более высокое содержание белка в дентолитах может быть связано с тем, что аминокислоты легко образуют комплексы с рядом тяжелых металлов, что, в свою очередь, ведет к извлечению значительного количества аминокислот из общего кругооборота обмена и повышению отложения их в зубных камнях, i 1одоб-ное предположение ранее было сделано для костных тканей, в которых отложение аминокислот может вытеснить из костной системы соединения кальция [18]. Вероятно, этот факт обусловлен интенсивным взаимодействием аминокислот с гидроксилапатитом. Более высокое содержание аминокислот глутамина и лизина в зубных камнях, чем других аминокислот в дентолигах и ротовой жидкости, позволяет предположить активное участие последних в процессе формирования зубных камней вследствие наличия в их составе дополнительных боковых аминогрупп.
Авторы благодарят О. В. Франк-Каменецкую за помощь при интерпретации полученных результатов. Summary
Crolovanova О. A., Belskaya L. V., Kazancheva R. V. Minerai and element composition of dental stones of Omsk région inhabitants.
The minerai, element composition and the protein component of dental stones of Omsk région residents are studied. It is shown that Ca-deficient carbon bearing hydroxyapatite is the main minerai of the most stones. The following 14 trace elements (Ti, V, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Br, Rb, Zr, Ag, Sr., !. Ba) and 15 arnino acids arc deterrnined. The rôle of protein substances in pathogenic minerai formation is analvzed.
Литература
1 Пальчик T. A.. Мороз T. H., Леонова И. В. и др. Минералообразование в организме человека // Материалы II Междунар. симпозиума «Биокосные взаимодействия: жизнь и камень». СПб., 2004, 2. Кораго А. А. Введение в биоминералогию. СПб., 1992. 3. Федоров Ю. А. Гигиена полости рга. Л„ 1972. 4. Пшат Т. 77. Зубной камень и его влияние на ткани пародонта '/ Стоматология. 1984. № 3. 5. Пихур О. Л. Особенности химического состава дентолитов /У Институт стоматологии. 2001. № 4. 6. Ткаченко А. Ф. Влияние физико-химических характеристик слюны, слюнных и зубных отложений на исход лечения больных слюннокаменной болезнью: Автореф, канл. дне. М., 2004. 7. КуОряшов В. И.. С'ереоряков А. С. Использование физических методов элементного анализа для определения влияния окружающей среды на организм человека // Эколог, химия. 2003. № 12. 8. Грохольский А. П., Подола Н. А. Назубные отложения: их влияние на зубы, околозубные ткани и организм. Киев, 2000. 9. Пальчик Н. А.. Мороз Т. И. Взаимосвязи минерапьного и микроэлементного составов в патогенных органоминеральных образованиях. Миасс, 2005. 10. Стыскин Е. Л., Ициксон Л. Б., Брауде Е. В. Практическая высокоэффективная жидкостная хроматография. М., 1986. 11. Другое Ю. С. Экологическая аналитическая химия. М., 2000. 12. Франк-Каменецкая О. В.. Голубцов В. В., Пихур О. Л. и др. Нестехиометрический апатит твердых тканей зубов человека (возрастные изменения) // Зап. Всерос. минер, о-ва. 2004. № 5. 13. Pan Y.. Fleet M. Compositions of the apatite-group minerais: Substituon mechanisms // Reviews in Mineralogy and Geochemistry. Washington, 2002. Vol. 48. 14, Галиули-ни M. В., Закора Л. К., Анисимова И. В. Электролитные компоненты смешанной слюны человека в условиях камне-образования в полости рта// Кариес зубов и его осложнения: Сб. науч. трудов / Под ред. В. К. Леонтьева. Омск, 1991 15. Пальчик Н. А., Мороз Т. Я., Леонова И. В. и др. Минеральный и микроэлементный состав слюнных камней " Журн. неорг. химии. 2004. № 8. 16. Леонтьев В. К.. Галиулина М. В. О мицеллярном состоянии слюны // Стоматология. 1991. № 5. 17. Голованова О. А., Немчинова Е. А., Ломиашвили Л. М. Факторы, влияющие на изменение состава слюны и образование зубных камней. Миасс, 2005. 18. Капланский С. Я. Вопросы патологии обмена белков и аминокислот. Химические основы процессов жизнедеятельности. М., 1962.
Статья поступила в редакцию 20 сентября 2005 г.
