Szkliwa jest zewnętrzna część korony z zębami . Substancja ta , pokrywająca zębinę , jest najtwardsza i najbardziej zmineralizowana w organizmie . Z zębiną , cementem i miazgą dentystyczną, jest to jedna z czterech głównych tkanek tworzących ząb. Jest to struktura zęba (a nie tkanka, ponieważ nie jest unaczyniona ani unerwiona, ale zmineralizowana) normalnie widoczna, podtrzymywana przez leżącą pod spodem warstwę zębiny. To w 96% materia mineralna, reszta to woda i materia organiczna. Jego część mineralna składa się głównie z sieci kryształów hydroksyapatytu wapnia (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ). Wysoki procent składników mineralnych w szkliwie odpowiada nie tylko za jego wytrzymałość i wyższą twardość w stosunku do tkanki kostnej , ale także za kruchość. Zębina, która jest mniej zmineralizowana i mniej krucha, jest niezbędna jako podpora i kompensuje słabości szkliwa.
Kolor emalii waha się od żółtego do jasnoszarego. Ponieważ szkliwo jest półprzezroczyste i opalizujące , żółto-pomarańczowy kolor zębiny (lub innego dentystycznego materiału naprawczego) pod szkliwem silnie wpływa na wygląd zęba.
Szkliwo ma różną grubość na powierzchni zęba. Jest grubszy w górnej części korony zębowej (ponad 2,5 mm ) i cieńszy na styku szkliwno-cementowym (ECJ). W przeciwieństwie do cementu i kości, macierz organiczna szkliwa nie zawiera kolagenu ani keratyny ; zamiast tego ma glikoproteiny bogate w tyrozynę (amelogeniny, emaliny i „białko pętelkowe”), których rolą jest, jak się uważa, wspomaganie wzrostu szkliwa, służąc między innymi jako szkielet budowy. Ta organiczna matryca zawiera również polisacharydy .
Skład izotopowy szkliwa oraz analiza mikrozużycia zębów obserwowanego w skali mikroskopowej na szkliwie pozwala paleontologom na wykrycie różnic na podstawie składu diety .
Emalia jest najtwardszą substancją w ludzkim ciele. Składa się głównie z fosforanu wapnia i węglanu wapnia , zawiera mniej niż 1% materii organicznej, powstaje przez zestawienie elementarnych struktur zwanych kulkami lub pryzmatami szkliwa. Każdy zmineralizowany pryzmat o średnicy od 4 do 8 µm przechodzi przez szkliwo od połączenia szkliwo-zębina do powierzchni zęba.
Te pryzmaty to kryształy hydroksyapatytu otoczone powłoką organiczną, zagnieżdżone w sobie. W przekroju przypominają dziurkę od klucza, z wierzchołkiem skierowanym w stronę korony zęba i podstawą zwróconą w stronę korzenia.
Rozmieszczenie kryształów wewnątrz każdego pryzmatu jest bardzo złożone. Ameloblasty (lub adamantoblasty), komórki, które inicjują tworzenie szkliwa, oraz rozszerzenia Tome wpływają na kształt kryształów. Kryształy emalii głowicy pryzmatu są zorientowane równolegle do głównej osi pryzmatu, podczas gdy kryształy podstawy nieznacznie odbiegają od głównej osi.
Lepiej rozumiane jest przestrzenne rozmieszczenie pryzmatów szkliwnych niż ich wewnętrzna budowa. Pryzmaty szkliwa są rozmieszczone w rzędzie wzdłuż zęba, a w każdym rzędzie główna oś pryzmatu jest na ogół prostopadła do leżącej poniżej zębiny. W zębach stałych pryzmaty szkliwa w pobliżu połączenia szkliwno-cementowego (ECJ) przechylają się nieznacznie w kierunku korzenia zęba.
Obszar wokół pryzmatu emaliowanego składa się z emalii międzypryzmatycznej. Ten ostatni ma taki sam skład jak emalia pryzmatyczna; jednakże dokonuje się rozróżnienia histologicznego między tymi dwoma, ponieważ orientacja kryształów jest inna w każdym przypadku. Granica, na której stykają się ze sobą pryzmatyczne kryształy szkliwa i międzypryzmatyczne kryształy szkliwa, nazywana jest powłoką pryzmatyczną.
Badanie charakterystyki mikrostruktury szkliwa zębów (rozstępy Retziusa, pasma Huntera-Schregera) pozwala na ocenę modalności rozwoju zębów. Rozstępy Retzius (i) są listwy, które pojawiają się na szkliwie, gdy obserwuje się przekrój pod mikroskopem. Utworzone przez zróżnicowaną średnicę przedłużeń ksiąg, pasma te świadczą o wzroście szkliwa w sposób podobny do wzrostu słojów drzewa. Perikymaties to płytkie bruzdy odpowiadające linii utworzonej przez prążki Retzius na powierzchni szkliwa. Ciemniejsza niż inne pasma, linia noworodkowa oddziela szkliwo powstałe przed i po urodzeniu. W Hunter-Schreger zespoły (In) są oznaczone kolejno wyraźnych pasm poprzecznych równoległych (diazonia) i ciemności (parazonia) ze względu na orientację pryzmatów w przekroju.
Powstawanie szkliwa jest jednym z etapów całego procesu powstawania zęba. Patrząc na rozwijającą się tkankę zęba pod mikroskopem, można rozróżnić różne skupiska komórek, takie jak narząd adamantowy ( narząd szkliwa ), blaszka zębowa i brodawka zębowa. Powszechnie uznawane etapy rozwoju zęba to stadium pączka, stadium kapelusza, stadium dzwonka i stadium korony (lub zwapnienia). Tworząca się emalia jest widoczna dopiero od etapu korony.
Od połowy lat 30. wiadomo, że pierwotna faza mineralna [~96% wag. (% wag.)] szkliwa składa się z niestechiometrycznych kryształów fluorowanego węglanu apatytu, których bardzo szczególne układy krystaliczne zapewniają zębom dużą odporność na uderzenia. i nosić.
Amelogeneza (lub tworzenie szkliwa) następuje po pojawieniu się zębiny przez komórki zwane ameloblastami . szkliwo ludzkie formy z szybkością około 4 mikronów dziennie, począwszy od położenia w przyszłości z cupsides z zębem, przy czym 3 p lub 4 p miesiącu ciąży. Tworzenie szkliwa jest złożone, ale przechodzi przez dwa etapy: 1) etap sekrecji, w którym biorą udział białka i macierz organiczna tworzące częściowo zmineralizowane szkliwo; 2) etap dojrzewania, który kończy mineralizację szkliwa.
Ameloblasty to spolaryzowane komórki kolumnowe. Białka szkliwa są wytwarzane w ziarnistej retikulum endoplazmatycznym tych komórek, a następnie uwalniane do środowiska zewnątrzkomórkowego, gdzie tworzą tzw. macierz szkliwa. Ta matryca zostanie następnie częściowo zmineralizowana przez enzym, fosfatazę alkaliczną. Kiedy tworzy się ta pierwsza warstwa, ameloblasty odsuwają się od zębiny, umożliwiając rozwój wyrostków Tomesa na wierzchołkowej części komórki. Tworzenie się szkliwa trwa wokół sąsiednich ameloblastów (co powoduje utworzenie przegrody lub „studzienki”, w której znajdują się rozszerzenia Tomes), a także wokół końca każdego rozszerzenia Tomes (co powoduje osadzanie się macierzy szkliwa wewnątrz każdego z nich). dobrze). Matryca wewnątrz odwiertu w końcu stanie się pryzmatem szkliwa, a przegrody ostatecznie staną się szkliwem międzypryzmatycznym. Jedynym czynnikiem odróżniającym te dwa jest orientacja kryształów hydroksyapatytu.
ameloblasty przenoszą substancje wykorzystywane do tworzenia szkliwa. Najbardziej zauważalnym aspektem tej fazy na poziomie tkanki jest to, że komórki te stają się smugi lub mają pofalowaną granicę. To dowodzi, że ameloblasty zmieniły swoją funkcję: z producenta (patrz faza sekrecji), stają się transporterami. Większość transportowanego materiału stanowią białka wykorzystywane w końcowym procesie mineralizacji. Najbardziej znaczące białka to amelogeniny, ameloblastyny, enameliny i „białka pętelkowe”. Podczas tego procesu amelogeniny i ameloblastyny są eliminowane po użyciu, ale szkliwa i „białka pęczkowe” pozostają w szkliwie. Pod koniec tej fazy mineralizacja szkliwa jest zakończona.
Pod koniec dojrzewania, zanim ząb pojawi się w jamie ustnej, ameloblasty ulegają rozpadowi.
Dlatego szkliwo, w przeciwieństwie do większości innych tkanek w ciele, nie ma możliwości odnowienia się. Po zniszczeniu szkliwa w wyniku działania bakterii lub urazu ani organizm, ani dentysta nie są w stanie naprawić tkanki szkliwa. Na szkliwo mogą również wpływać procesy niepatologiczne. Przebarwienia zębów mogą z czasem wynikać z ekspozycji na substancje takie jak tytoń, kawa i herbata, ale kolor zębów może również stopniowo ciemnieć wraz z wiekiem. Rzeczywiście, ciemnienie jest częściowo spowodowane materiałami gromadzącymi się w szkliwie, ale jest również jednym ze skutków sklerotyzacji leżącej poniżej zębiny. Ponadto z wiekiem szkliwo staje się mniej przepuszczalne dla płynów, mniej rozpuszczalne w kwasach i zawiera mniej wody.
| Szybkość powstawania szkliwa przy urodzeniu | Zakończenie mineralizacji szkliwa | ||
|---|---|---|---|
| Pierwotne
zęby szczęki |
Siekacz centralny | ⅚ | 1,5 miesiąca po urodzeniu |
| Siekacz boczny | ⅔ | 2,5 miesiąca po urodzeniu | |
| Psi | ⅓ | 9 miesięcy po urodzeniu | |
| Przedtrzonowy | Guzki zjednoczone; całkowicie zmineralizowane szkliwo okluzyjne; zmineralizowana tkanka zajmuje ½ do ¾ wysokości korony |
6 miesięcy po urodzeniu | |
| Molowy | Guzki zjednoczone; niecałkowicie zmineralizowana szkliwo zgryzowe; zmineralizowana tkanka zajmuje od ⅕ do ¼ wysokości korony |
11 miesięcy po urodzeniu | |
| Pierwotne
zęby żuchwy |
Siekacz centralny | ⅗ | 2,5 miesiąca po urodzeniu |
| Siekacz boczny | ⅗ | 3 miesiące po urodzeniu | |
| Psi | ⅓ | 9 miesięcy po urodzeniu | |
| Przedtrzonowy | Guzki zjednoczone; w pełni zmineralizowana szkliwo okluzyjne | 5,5 miesiąca po urodzeniu | |
| Molowy | Guzki zjednoczone; niecałkowicie zmineralizowana szkliwo okluzyjne |
10 miesięcy po urodzeniu | |
Wysoka zawartość minerałów w szkliwie, co czyni tę tkankę najtwardszą ze wszystkich tkanek człowieka, sprawia, że jest ona podatna na proces demineralizacji, który często występuje w postaci próchnicy .
Demineralizacja może mieć kilka przyczyn. Główną przyczyną próchnicy jest dieta bogata w cukry proste (cukierki, słodkie napoje, a nawet soki owocowe). W jamie ustnej znajduje się duża liczba i różnorodność bakterii , a gdy glukoza i sacharoza , najczęstsze cukry w diecie, rozpuszczają się w biofilmie bakteryjnym pokrywającym powierzchnię dziąseł i zębów, niektóre bakterie w jamie ustnej wchodzą z nimi w interakcję, tworząc kwas mlekowy , który obniża pH w jamie ustnej. Kryształy hydroksyapatytu w szkliwie są następnie demineralizowane, co pozwala na większą inwazję bakterii i głębiej w ząb.
Bakterią najbardziej zaangażowaną w próchnicę zębów jest Streptococcus mutans , ale liczba i gatunki bakterii różnią się w zależności od postępu niszczenia zębów.
Morfologia zębów powoduje, że próchnica pojawia się w nacięciach, otworach i pęknięciach szkliwa; najtrudniej dostępne miejsca szczoteczką do zębów , w których łatwiej gromadzą się resztki jedzenia. Kiedy następuje demineralizacja szkliwa, dentysta może użyć ostrego narzędzia, takiego jak haczyk dentystyczny, i wyczuć „kij” w miejscu próchnicy. Niekontrolowane szkliwo demineralizuje się do leżącej poniżej zębiny, która następnie ulega degradacji. Kiedy zębina, która normalnie wspiera szkliwo, jest niszczona przez próchnicę lub inne problemy zdrowotne, szkliwo nie jest w stanie uzupełnić swojej kruchości i łatwo odrywa się od zęba.
Zdolność wywoływania próchnicy (zdolność do wywoływania próchnicy) od żywności zależy od różnych czynników, takich jak cukry, jak długo pozostanie w ustach. To nie ilość spożytego cukru, ale częstotliwość spożycia cukru jest głównym czynnikiem odpowiedzialnym za próchnicę. Gdy pH w ustach spada po spożyciu cukru, szkliwo demineralizuje się i pozostaje podatne na uszkodzenia przez około 30 minut . Tak więc spożywanie dużej ilości cukru tylko raz dziennie jest mniej szkodliwe (dla zębów) niż przyjmowanie bardzo małej ilości wiele razy w ciągu dnia (z punktu widzenia zdrowia jamy ustnej lepiej zjeść tylko jeden deser na kolację, przed szczotkowaniem zębów). zęby niż jedzenie smakołyków w ciągu dnia).
Oprócz inwazji bakteryjnych szkliwo podlega innym siłom niszczącym. Bruksizm (zgrzytanie zębów kompulsywnego) niszczy szkliwo szybko. Szybkość zużywania się szkliwa, zwanego ścieraniem , wynosi w normalnych warunkach 8 µm rocznie. Powszechnym błędem jest przekonanie, że szkliwo zużywa się głównie podczas żucia. W rzeczywistości zęby rzadko stykają się ze sobą podczas żucia. Ponadto normalny kontakt zębów jest fizjologicznie kompensowany przez więzadło przyzębne i ułożenie zębów przy zamkniętych ustach. Naprawdę destrukcyjnymi siłami są ruchy parafunkcyjne (takie jak ssanie, czy to palec (najczęściej kciuk ), czy przedmiot (smoczek lub szmatka) lub bruksizm), które mogą spowodować uszkodzenie szkliwa.
Inne procesy niebakteryjnego niszczenia szkliwa obejmują ścieranie (przez obce elementy, takie jak szczoteczki do zębów, szpilki lub trzonki rur trzymane między zębami), erozję (w wyniku procesów chemicznych z udziałem kwasów , na przykład działanie soku z cytryny lub soku żołądkowego podczas przełyku), a czasami abfrakcji (przez siły ściskające lub rozciągające).
Emalia jest zatem bardzo podatna na demineralizację, a ataki po spożyciu cukru występują codziennie. Tak więc zdrowie zębów zasadniczo obejmuje metody profilaktyczne mające na celu zmniejszenie obecności resztek jedzenia i bakterii w kontakcie ze szkliwem. W większości krajów używa się do tego szczoteczki do zębów , co zmniejsza liczbę bakterii i cząstek pokarmu na szkliwie. Kilka odizolowanych społeczeństw, które nie mają dostępu do tego rodzaju materiałów, do czyszczenia zębów używa innych przedmiotów, takich jak włókniste lub ostre kawałki drewna. Do oczyszczenia powierzchni szkliwa między dwoma sąsiednimi zębami można użyć nici dentystycznej . Ani szczoteczka do zębów, ani nić dentystyczna nie mogą dotrzeć do mikroskopijnych zagłębień w szkliwie, ale dobre nawyki higieny jamy ustnej i dieta uboga w cukry szybkie zwykle wystarczająco zapobiegają rozwojowi populacji bakterii, a tym samym pojawieniu się próchnicy.
Fluor znajduje się naturalnie w wodzie, ale w bardzo różnym stopniu. Występuje również we wszystkich produktach pochodzenia morskiego (ryby, owoce morza, sól morska itp.). Zalecany poziom fluoru w wodzie pitnej to 1 ppm (części na milion). Fluor pomaga zapobiegać próchnicy, wiążąc się z kryształami hydroksyapatytu w szkliwie, dzięki czemu szkliwo jest bardziej odporne na demineralizację, a tym samym bardziej odporne na powstawanie próchnicy. Jednak zbyt duża ilość fluoru może być problematyczna, powodując stan zwany fluorozą zębów . Fluoroza to zatem nadmierna ekspozycja na fluor, zwłaszcza między 6 miesiącem a 5 rokiem życia, objawiająca się pojawieniem się przebarwień na zębach. Wygląd zębów staje się wtedy co najmniej nieestetyczny, nawet jeśli częstość występowania próchnicy na tego rodzaju szkliwie jest bardzo niska. Aby uniknąć tego problemu, filtry można stosować w miejscach, w których poziom fluoru w wodzie wodociągowej jest zbyt wysoki, aby go zmniejszyć. Poziom fluoru jest uważany za toksyczny, gdy przekracza 0,05 mg fluoru na kg masy ciała. Wydaje się, że fluor dodany do pasty do zębów lub płynu do płukania ust ma ograniczony wpływ zarówno na fluorozę, jak i zapobieganie próchnicy. Wydaje się, że tylko fluor spożyty w wodzie lub soli fluorowanej może mieć realne działanie , zarówno pozytywne, jak i negatywne; fluor zawarty w paście do zębów ma wpływ tylko na powierzchnię szkliwa.
Śliny ma wpływ ochronny na szkliwie. Zawiera kilka elementów ochronnych i regulacyjnych, działających indywidualnie lub organizujących się w realne systemy obronne przed bakteriami, ale także dostarczając jonów niezbędnych do remineralizacji zęba, gdy nie jest on zbyt zniszczony.
Wiele napraw dentystycznych wymaga usunięcia przynajmniej części szkliwa. Zwykle celem tej praktyki jest dotarcie do leżących poniżej zakażonych warstw, takich jak zębina lub miazga zęba, na przykład w przypadku stomatologii zachowawczej , endodoncji lub zakładania korony . Emalia mogła również zniknąć, zanim pojawi się jakikolwiek rozkład (patrz #Zniszczenie ).
Ta wynaleziona w 1955 roku technika wykorzystuje zaprawę dentystyczną. Jest powszechnie stosowany w stomatologii zachowawczej . Rozpuszczając minerały ze szkliwa, zaprawa usuwa 10 µm z powierzchni szkliwa i tworzy porowatą warstwę o głębokości od 5 do 50 µm. Powoduje to mikroskopijną chropowatość szkliwa i zwiększa przyczepność materiałów stosowanych do napraw dentystycznych wymagających wiązania ( kompozyt dentystyczny ).
Efekty działania zaprawy zaprawowej różnią się w zależności od czasu jej stosowania, rodzaju użytej zaprawy oraz stanu szkliwa, na które zaprawa jest nakładana. Uważa się również, że otrzymane wyniki będą się różnić w zależności od orientacji kryształów w szkliwie.
Uwaga: termin „wybielanie” jest również spotykany pomimo jego zwykłego pasywnego znaczenia (wybielanie włosów) .
Dojrzałe szkliwo jest biogenne (wytwarzane przez żywe organizmy), ale nieżywe; jest wolny od komórek i dlatego nie naprawia się samoistnie po uszkodzeniu, co wyjaśnia, dlaczego próchnica zębów jest jedną z najczęstszych chorób przewlekłych u ludzi.
Wszystkie strategie i próby remineralizacji szkliwa zakończyły się niepowodzeniem (bezpośrednia mineralizacja w roztworze, z użyciem EDTA), mineralizacja indukowana przez białka/peptydy (15-17), mineralizacja indukowana hydrożelem , S. Busch (2004) Regeneracja szkliwa zębów człowieka . Angew. Chem. wewn. Wyd. 43, 1428–1431) lub przez samoorganizację kryształów z mniej lub bardziej inspirowanego biologicznie prekursora . Złożonej mikroskopijnej hierarchicznej struktury naturalnego szkliwa nie można jeszcze odtworzyć na dużą skalę, nawet w laboratorium.
Wiemy, jak w wysokiej temperaturze wytwarzać bardzo twardą ceramikę o wyglądzie szkliwa, ale zjawisko biomineralizacji szkliwa zwane amelogenezą , choć bardzo powszechne w przyrodzie, dopiero zaczyna być rozumiane. Jest to z fizykochemicznego i teoretycznego punktu widzenia , ale jakość materiałów naturalnych wciąż ma trudności z odtworzeniem in vitro, a tym bardziej in vivo . W szczególności regeneracja apatytu w złożonej i dobrze wyrównanej strukturze, jaką zajmuje szkliwo dentystyczne (o wyjątkowej twardości i właściwościach mechanicznych) jest nadal wyzwaniem biotechnologicznym, które jest szczególnie interesujące dla biomimetyków . Nadal nie jest jasne, w jaki sposób mikrostruktury twardych naturalnych materiałów biogenicznych (zęby, pazury, róg, macica perłowa i niektóre muszle mięczaków) są tak precyzyjnie kontrolowane i powielane.
Do 2018 roku samoorganizujący się wzór kryształów, który sprawia, że szkliwo jest tak mocne, nigdy nie mógł zostać sztucznie odtworzony. Ostatnio materiał złożony z agregatów jonów fosforanu wapnia został z powodzeniem wykorzystany do wytworzenia warstwy pierwiastka prekursorowego, który indukował wzrost kryształów epitaksjalnych w apatycie zębów, naśladując graniczną biomineralizację krystaliczno-amorficzną tej ultratwardej tkanki, gdy zachodzi w naturze.
Uszkodzoną emalię można więc było całkowicie naprawić (z właściwościami mechanicznymi a priori identycznymi z emalią naturalną). Hydroksyapatyt (HAP) o wzorze CA10 (PO4) 6 (OH) 2 jest uproszczony model, mineralnych stosowanych do badania powstawania i przebudowy szkliwa.
Biomineralizacja odbywa się w kontekście krystaliczno-amorficznym: z fazą amorficzną (prekursorem) zapewniającą ciągłą budowę epitaksjalną , proces ten zainspirował ostatnio racjonalną strukturę pomiędzy hydroksyapatytem (PAH) a amorficznym fosforanem wapnia (lub „PCA” o wzorze Ca3 (PO4) 2nH2O; znajduje się również jako prekursor do tworzenia kości lub kości ryb , który może naśladować biomineralizację i indukować epitaksjalną regenerację szkliwa. Zaprogramowany wzrost epitaksjalny, oparty na przemianie fazowej, wydaje się obiecujący dla regeneracji szkliwa, nawet poza biomimetyczną reprodukcją materiałów o złożonej strukturze. Jednak epitaksjalny wzrost szkliwa z obcą fazą obcego amorficznego fosforanu wapnia nie został wykonany in vitro i do zastosowań klinicznych w stomatologii należy również opracować metodę nakładania go na istniejące zęby.
Wiele zwierząt ma bardzo twarde i/lub bardzo ostre zęby ( rekin , bóbr ). Zęby należą do najlepiej zachowanych szczątków na przestrzeni czasu; są one wykorzystywane przez archeologów i paleontologów do identyfikacji i datowania szczątków ludzkich i zwierzęcych, które czasami są bardzo stare. Czasami DNA znajduje się w wystarczająco dobrym stanie, aby można je było przeanalizować.