Твердые ткани зуба в процессе жизнедеятельности подвергаются многочисленным физиологическим изменениям благодаря такому свойству эмали и дентина, как проницаемость. Субстратом, осуществляющим перенос ионов и «питательных веществ», является зубная лимфа. В эмали и дентине различают два вида жидкости: кристаллизационную воду, образующую гидратную оболочку кристаллов, и воду, способную свободно перемещаться. Жидкая фракция зуба, известная под названиями «зубной ликвор», «зубная жидкость», «свободная вода», «лимфа», давно является объектом внимания исследователей.
Дентинный ликвор
Под ликвором дентина понимают жидкую фракцию канальцев дентина, включая содержимое отростков одонтобластов, и находящуюся в минерализованном дентине воду. Дентинные трубочки хорошо изучены. Они представляют собой полые образования, пронизывающие толщу дентина от пульпы до эмалево-дентинного соединения, и занимают объем в среднем 10% дентина. Ближе к пульпе их объем составляет 80%, а по периферии — около 4%. Диаметр дентинной трубочки равен в среднем 2,0 мкм. На сечении форма может быть округлой, овальной или полигональной. По длине канальцы имеют незначительные изгибы. Количество их в около-пульпарной области до 75 000 на 1 мм2, на периферии дентина — 15 000 на 1 мм2. Расстояние между центрами соответственно 6 и 15 мкм. Сокращение объема дентинных трубочек возможно под влиянием ряда химических веществ, в частности фтористого Иа, сернокислого бария, нитратов, оксилатов.
В дентинных трубочках содержатся отростки специфических клеток — одонтобластов. Тела их лежат в пульпе. Раздражение отростков передается на клетки и нервные окончания пульпы. Таким образом одонтобла-сты участвуют в регуляции свойств ликвора, содержащегося в дентинных трубочках. На межтрубочковый дентин (основное вещество) приходится 20% массы всего дентина. Основную часть органической матрицы составляют коллагеновые структуры диаметром 0,3 мкм. Имеются также аморфные субстанции. Благодаря своим гидрофильным свойствам органические вещества служат дополнительными путями перемещения ликвора в дентине.
Жидкость в свободном виде составляет 12% массы и 20% объема дентина. Считается, что 32% дентинной жидкости расположено в канальцах, а 68% — в около-трубочковом и межтрубочковом дентине. С возрастом количество жидкости в дентине снижается (на 2% на протяжении 10—50 лет). Ликвор может быть получен путем центрифугирования, термического выделения, вакуумной экстракции, элюции (отмывания) и представляет собой прозрачную жидкость, которая по своему составу отличается от цитоплазмы клетки,плазмы крови и лимфы, более всего соответствуя тканевой жидкости или транссудату.
Превращение плазмы и межклеточного вещества в зубной ликвор осуществляется на уровне одонтобласти-ческого слоя. Протеины ликвора сходны с протеинами сыворотки крови по электрофоретическому распределению и процентному соотношению. Из дентинной жидкости в свободном виде выделены 7—12 аминокислот. Здесь выше, чем в плазме, содержание серина, аспараги-новой кислоты, лизина. Имеются антитела, минеральные вещества, микроэлементы, 3% белка, есть также кислая фосфатаза, витамины, гормоны, другие ферменты. В эксперименте на животных показано, что на концентрацию сахара в ликворе влияет уровень содержания его в крови. При пероральном или интравенозном введении лекарственных веществ они могут обнаруживаться в дентинной жидкости (тетрациклин, сульфаниламиды).
Из свежеудаленного зуба методом центрифугирования получен ликвор в количестве 0,00424 мл (около 5 мг) за 24—48 часов. Изучение состава дентинной жидкости обнаружило 92 мг/л кальция, 42 мг/л фосфора, 27,7 мг/л хлоридов.
Эмалевый ликвор
Эмалевая жидкость менее изучена вследствие небольшого ее количества. В поверхностных слоях эмали находится 0,45—0,62 мас.%, в глубоких зонах — 1,0— 3,0 мас.%. Она занимает 6—11% объема всей эмали. При температуре 150—200 °С потеря воды эмалью составляет 1,9%. Перемещается ликвор в органических образованиях и различного рода микропорах эмали. В силу незначительных размеров микропространств эмалевая жидкость содержит частицы небольших размеров, прежде всего минеральные компоненты и микроэлементы.
Органические вещества представлены ламелами (пучками), веретенами, эмалевыми пластинками. Внутри незрелой эмали можно обнаружить нежную фибриллярную сеть вдоль границ призм. Имеющиеся в эмали углеводно-протеиновые комплексы образуют гелеподобную субстанцию. Описаны также состояния веществ от полимерных до волокнистых структур, гликоген, глюкоза, ОАО, лактаты, цитраты, аминокислоты. Коллаген в очень малом количестве содержится в основном в ламе-лах, пластинках. Основные белковые соединения эмали не являются кератином. Они представлены эукератином («псевдокератин»). Свободные аминокислоты, связанные с минеральной фазой, образуют мономеры с ковалент-ными и нековалентными связями.
Микропоры — система микропространств различного диаметра. Пористость на поверхности зуба образуется за счет множественных углублений, образовавшихся на скате и дне перикиматий в процессе формирования эмали, темных отверстий диаметром до 2 мкм на поверхности беспризменных зон и пор на поверхности непроре-завшихся зубов. Относительно крупные поры сопоставимы по размерам с поперечником эмалевой призмы.
Ультрамикроскопические поры встречаются значительно чаще. Отдельные участки поверхности могут быть испещрены ими. Эти образования имеют более правильную округлую форму, их диаметр составляет десятые доли микрометра. Чаще они встречаются по периферии призм, в межпризменных зонах.
Микроскопические трещины шириной в доли микрометра окаймляют группу в 20—30 призм, образуя так называемые пучки призм. Совокупность этих трещин формирует сеть, напоминающую рисунок неправильных сот — границы пучков призм. Наиболее крупные из пор — трещины — сопоставимы по ширине с основной структурной единицей эмали — призмой, которая, начинаясь у эмалево-дентинного соединения, заканчивается у поверхности зуба. Диаметр призмы 2—10 мкм. Трещины могут составлять по ширине от 1 до 3—5 диаметров призмы, а по длине несколько десятков микрометров. Они образуются в процессе жизнедеятельности зуба.
Микропоры глубоких слоев эмали формируются межкристаллическими и межпризменными пространствами, участками пониженной минерализации, крупными магистральными микропорами, линиями Ретциуса (рис. 9). Относительно крупные поры, сопоставимые с размерами 64 призм, обнаруживаются методами ОМ и СЭМ при увеличениях 300—1000; межпризменные пространства — методами СЭМ и ПЭМ при увеличениях 2000—10 000, межкристаллические пространства требуют для исследования увеличения в десятки-сотни тысяч раз. В оптическом микроскопе микропоры выявляются благодаря отличиям оптических свойств от окружающих тканей, а именно низкой оптической плотности. В электронном микроскопе их обнаружению способствует пониженная плотность упаковки кристаллических структур. Межпризменные промежутки соединены между собой межкристаллическими пространствами, что не препятствует циркуляции жидкости и ионов.
«Непрерывность» пористости доказывается возможностью полностью высушить эмаль и дентин, воздействуя на поверхность зуба струей воздуха или с помощью вакуума. Причем вся циркулирующая в зубе жидкость может быть получена в капсулу с ограниченного участка эмали (около 1 см2). В технике подобная характеристика материала широко известна и обозначена как открытая динамическая пористость.
Движения жидкости
Особый интерес вызывают механизмы движения жидкости в твердых тканях зуба. Перемещение ликвора осуществляется по дентинным трубочкам в центробежном направлении, что подтверждается данными о его появлении в виде мелких капель на поверхности зуба через 15 минут после препарирования с обнажением дентина. Количественная оценка дентинной жидкости может быть проведена путем наложения полоски фильтровальной бумаги размером 5x5 мм на дно отпрепарированной полости на 10 минут с определением интенсивности ее окрашивания реактивом на определение белков. Непосредственным доказательством центробежного движения эмалевой жидкости является выделение ее на поверхности зуба в герметической камере в виде росинок, наблюдаемых под иммерсионным микроскопом через 2—4 часа.
Что касается гидродинамического механизма центробежного тока зубного ликвора, то возможно сочетанное действие разности потенциалов, капиллярных сил, тканевого (внутрипульпарного) давления.
Средние значения БЭП, полученные с различных точек одного зуба, разнятся и величиной, и зарядом. Значение БЭП, снятые с режущего края или с вершины бугра и эквариториальной точки, близки по абсолютной величине и всегда имеют положительный заряд. Две другие точки (пришеечная область всех зубов и дно борозды поверхностей смыкания боковых зубов) характеризуются отрицательным зарядом. Причем сразу после прорезывания зуба абсолютное значение БЭП наибольшее и выражено положительной трехзначной цифрой. С возрастом оно уменьшается и может доходить до отрицательного заряда порядка нескольких десятков. Величины БЭП в аналогичных точках симметричных зубов тождественны.
Вариация концентрации ионов на поверхности эмали может через изменение потенциала стимулировать пульпу. Как результат одонтобласты изменяют концентрацию минеральных компонентов дентинной лимфы у эмалево-дентинного соединения по отношению к поверхности эмали, возвращая потенциал покоя и уменьшая ток жидкости. Таким образом, эмаль является физиологическим и электрическим барьером для зубного ликвора.
Изменение в ионной концентрации может быть достаточным, чтобы вызвать боль, изменяя потенциал. Металлический инструмент на обнаженном дентине, вероятно, создает гальваническую ячейку, изменяя потенциал на поверхности воздействия и вызывая гиперестезию.
Под действием капиллярности, по теоретическим расчетам, возможно поднятие жидкости в свободных ден-тинных трубочках на высоту около 7 м, если бы они имели неограниченную длину. Струя воздуха, направленная на отпрепарированный дентин, приводит к испарению зубной жидкости из трубочек. Это воздействие компенсируется капиллярной силой, и дентинные канальцы заполняются жидкостью из пульпы.
В свою очередь внутрипульпарное давление, измеренное экспериментально тонометрически или при помощи введения в пульпу камеры, колебалось от 17 до 31 мм рт. ст. Без проникновения в пульпу при помощи камеры, соединяющейся с отпрепарированной площадкой дентина, на зубе собаки изучено центробежное движение ликвора и определено давление, сообщаемое ему пульпой, которое составляет 24 ± 3 мм рт. ст. Реальная центробежная скорость тока ликвора 4 мм/ч в дентинных трубочках и 0,1 мм/ч в эмали.
Максимальная скорость заполнения пустых дентинных трубочек, рассчитанная теоретически, составляет 2— 3 мм/с, то есть дентинные трубочки в условиях стимулирования тока ликвора могут быть заполнены за 1 секунду. Цитрулин и мочевина, введенные парентерально, значительно ускоряют движение дентинной жидкости в резцах у крыс. Существенно (на несколько порядков) повысить скорость движения ликвора удалось под действием электроосмоса также в эксперименте на крысах. Прижизненное воздействие на изолированный от слюны зуб крысы постоянным электрическим током через катод в течение нескольких минут вызывает появление на его поверхности визуально определяемой капли жидкости.
Широкое распространение получила основанная на изложенных фактах гидродинамическая теория чувствительности дентина, согласно которой изменение скорости тока зубной жидкости в дентинных трубочках деформирует барорецепторы в пульпе и предентине, вызывая тем самым субъективное ощущение боли.
Наиболее дискутабельным является вопрос о значении эмалевого ликвора в формировании свойств эмали, в частности ее резистентности к кариесу. Так, Вго\га, ЬеГсохуНг (1962), установив меньшую поражаемость кариесом депульпированных зубов по сравнению с ин-гактными у крыс, содержащихся на кариесогенной диете, сделали вывод, что зубной ликвор способствует развитию кариеса, являясь пищей микроорганизмов.
С другой стороны, рядом исследований показано ка-риесстатическое действие зубного ликвора. Общие механизмы влияния пульпы на эмаль изучены 31еттап, Ьеопога (1971—1985), показавшими, что животные с угнетенным транспортом жидкости в дентине характеризуются высоким уровнем кариеса, в то время как с нормальным типом движения жидкости поражаемость низкая или нет кариеса вообще. Это имеет место у животных, содержащихся или не содержащихся на высокосахарозной диете. Механизм влияния скорости движения зубного ликвора на развитие кариеса они объясняли следующим образом.
Гипоталамус продуцирует гормон, который выделяется в ток крови и движется к околоушной слюнной железе. Околоушная железа вырабатывает свой гормон, поступающий в пульпу зубов и стимулирующий транспорт зубного ликвора. Ускорение движения жидкости в зубах крыс, содержащихся на сахарозной кариесогенной диете, приводило к снижению скорости кариозного разрушения зубов. Авторами выделен паротид — гормон, который, по их мнению, продуцируется слюнными железами и током крови и приносится в пульпу, стимулируя ток зубной жидкости. Такие вещества, как мочевина, цитру-лин, стимулируют течение ликвора, обладая кариесста-тическим действием.
В наших исследованиях продемонстрировано влияние воды, содержащейся в зубе, на кислотоустойчивость эмали. Методом профилометрии измерялась микрошероховатость поверхности эмали после дозированного воздействия 1Н соляной кислоты на влажную и сухую эмаль одного и того же зуба. Как показали результаты, кислотоустойчивость высушенной эмали достоверно ниже по сравнению с содержащей влагу. Следовательно, наличие в зубе жидкости повышает устойчивость эмали к действию кислот.