Структура поверхности эмали

Поверхность эмали до прорезывания зуба покрыта органической оболочкой — кутикулой. Ее толщина около 1 мкм. Сразу после прорезывания зуба кутикула стирается, сохраняясь лишь в пришеечной области. Зуб покрывается органической бесклеточной пелликулой (1—10 мкм), которая прочно соединяется с кристаллами поверхностного слоя, проникая в него на глубину 0,1 мкм (рис. 1). Пелликула устойчива к действию кислот, однако подвержена механическому разрушению. Обычно пелликула тоньше на гребнях перикиматий, а также на контактной и пришеечной поверхностях.

Для зубов человека в возрасте 7—14 лет характерна регулярная волнистость эмали, образуемая перикиматиями (рис. 2). В первые годы после прорезывания зуба они встречаются на вестибулярной поверхности, особенно в пришеечной области, сглаживаясь по направлению к режущему краю. Равномерное расположение перикиматий встречается в 70% случаев (рис. 3). Их высота составляет от 19 до 45 мкм. Расстояние между гребнями от 28,5 до 160,0 мкм. Реже бывают варианты поверхности, когда перикиматии слабо выражены либо вовсе отсутствуют, что наиболее характерно для клыков. Выпуклые участки зубов в области экватора обычно гладкие. Ярче выражена рельефность проксимальных поверхностей и пришеечной области.

На большей части поверхности эмали определяется призменная структура. При этом головки призм могут выступать над поверхностью эмали, лежать на одном с ней уровне или представлять собой углубления. В последнем случае они придают эмали ячеистый вид. Диаметр призм составляет в среднем 6 мкм (от 4,0 до 7,5 мкм). Эмалевые призмы нередко маскируются пелликулой (см. рис. 1).

Для эмали детских зубов более характерна картина, когда центры головок призм представлены углублениями (рис. 4). Реже встречаются выступающие над поверхностью головки призм. В отдельных случаях в сканирующем электронном микроскопе определяются более выраженные углубления, по размерам и локализации соответствующие призмам на поверхности. Расположение таких «ниш» неравномерно. Они обнаруживаются на дне, скатах перикиматий и гладких участках в виде кратероподобных образований (рис. 1, 5).

Кислотное травление поверхности эмали позволяет выявить пучки призм. Их границы окаймляют группу в 20—30 структурных единиц, имея ширину в несколько долей мкм (рис. 6).

На срезах, выполненных вдоль эмалевых призм, тела и отростки определяются в виде широких и узких полос (рис. 9). Образец, изготовленный под углом к ходу призм, позволяет видеть ромбовидный рисунок. На поперечных ходу призм шлифах видны их головки, причем форма и диаметр могут быть различными. В одних случаях они овальные или округлые, в других ромбовидные (рис. 10). Призмы могут лежать группами или рядами, не имея четко выраженного отростка, располагаться черепицеобразно (рис. 11). Однако чаще всего представляют типичную аркадообразную (в виде замочной скважины) форму, когда хорошо выраженные отростки заходят между телами соседних призм (рис. 12).

Эмалевые призмы состоят из апатитоподобных кристаллов, которые относят к гексагональной системе. Один кристалл образован субъединицами (около 1 000). Единичные клетки имеют 3 оси. Оси a, b равны 9,4 нм и располагаются под углом 120о. Перпендикулярно оси a идет ось c размером 6,9 нм. Химический анализ показывает, что апатит зубной эмали — это частично замещенный гидроксиапатит, свойства которого в значительной степени зависят от OH-группы.

Молодые кристаллы апатитов эмали имеют форму ленты, толщиной 15 нм. Зрелые представлены гексагонально-призматическими образованиями. Причем в эмали объем кристаллов в 200 раз больше, чем в дентине. Кроме призматической формы описаны кристаллы в виде иглы, ланцета, балки, штанги, листа.

В телах эмалевых призм кристаллы расположены почти параллельно длинной оси. Угол наклона может колебаться от 5о до 40о, он увеличивается по направлению к периферии призмы.

Значительные увеличения (ЭМ) позволяют наблюдать природу призменных границ, которые определяются совершенно отчетливо благодаря различному направлению кристаллов на граничащих участках призм и пониженной плотности упаковки кристаллов по сравнению с сердцевиной (рис. 13). Сливаясь, межкристаллические поры образуют межпризменные пространства, обеспечивая высокую контрастность призменного рисунка (рис. 14).

В поляризованном свете выявляются также темные и светлые полосы шириной в десятки мкм, идущие перпендикулярно поверхности эмали — паразоны и диазоны (полосы Гунтера—Шрегера). Исследование шлифа эмали при больших увеличениях (СЭМ) позволяет изучить морфологическую основу этих структур. Их появление связано с изгибом пучков эмалевых призм S-образной формы: продольное расположение призм чередуется с поперечным (рис. 15, 24).

Как в поверхностных, так и в глубоких слоях наблюдаются линии Ретциуса, которые представляют участки низкой минерализации толщиной 200—400 нм, идущие поперечно ходу эмалевых призм. В пришеечной области расстояние между ними 20—30 мкм. Они могут располагаться на неравномерном расстоянии друг от друга. Минерализованность их может различаться (рис. 16). Некоторые из них дают двойное лучепреломление, указывая на более высокую минерализованность, другие псевдоизотропны (низко минерализованы). Особый вид — неонатальная линия на молочных зубах и первых постоянных молярах — указывает на переход от интра- к экстранатальному периоду. Плотность кристаллов в этой зоне снижена. Линии Ретциуса отчетливо определяются, отличаясь по своим оптическим свойствам. Множественные поры снижают отражательную способность данных участков эмали.

Независимо от возрастной принадлежности картину, характерную для эмали детских зубов, имеют полуретинированные зубы. На шлифах отчетливо видны линии Ретциуса. Их образуют микропоры, сливающиеся в одну цепь и открывающиеся на поверхности зуба. В результате поверхность имеет фестончатый вид (рис. 17). Призмы, пересекаемые линиями Ретциуса, фрагментированы, их очертания нечеткие. В ряде случаев группы призм поверхностного слоя эмали подвержены деструкции. Полосы Гунтера—Шрегера, заметные в отраженном свете, оказываются не всегда упорядоченными, что можно объяснить незавершенной минерализацией.

Органическое вещество в эмали встречается в виде скоплений (около 2% эмали по весу). Эмалевые пластинки проходят через всю толщину эмали, их больше в области шейки. Они сохраняются и после декальцинации эмали. Эмалевые пучки (ламелы) располагаются у эмалево-дентинного соединения. Эмалевые веретена встречаются в центральных отделах. Описанную некоторыми авторами органическую оболочку призм обнаружить в зрелой эмали не удается. В ряде случаев на границе определяются отдельные фибриллярные образования.

Эмалево-дентинное соединение образовано мембраной, которая на ранних стадиях представлена некальцифицированными коллагеновыми волокнами, отделяющими эмаль от дентина (рис. 18,а). В дальнейшем она минерализуется и является местом соединения кристаллов эмали и дентина (рис. 18,б). Группы призм эмали, как и волокнистые структуры, из одной ткани глубоко вдаются в другую, придавая эмалево-дентинному соединению чашеобразный вид.

Строение дентина

Исследование шлифов дентина методами оптической и электронной микроскопии позволяет выделить две главные структурные единицы: основное вещество и дентинные трубочки. Последние начинаются от пульпо-дентинной границы и заканчиваются вблизи эмалево-дентинного соединения, занимая 10% всей коронковой части: в периферических отделах 4%, а в околопульпарных — 80% объема дентина (рис. 19). Количество дентинных трубочек составляет соответственно 15000 на мм2 и 75000 на мм2 площади. Диаметр дентинных трубочек достигает 2—5 мкм, сужаясь по направлению от центра зуба к эмалево-дентинному соединению. Дентинные канальцы содержат отростки клеток одонтобластов. Тела клеток лежат в периферическом отделе корневой части пульпы. Дентинные трубочки на поперечном шлифе имеют округлую или овальную форму (рис. 20). Края их неровные вследствие процессов де- и реминерализации, в которых участвует околотрубочковый дентин. В дентинных канальцах содержатся отростки специфических клеток-одонтобластов, тела которых расположены по периферии пульпы.

Основное вещество дентина представлено органическими структурами, пропитанными кристаллами гидроксилапатита. Главный компонент — коллагеновые волокна — в околопульпарной области направлены преимущественно горизонтально, а в плащевом дентине — вертикально.

Диаметр дентинных трубочек уменьшается в направлении от корневого канала к цементу, составляя в среднем 2,9—1,8 мкм. Отмечается также снижение объема дентинных трубочек в направлении от шейки к верхушке зуба. Аналогична закономерность уменьшения количества канальцев от 32000 на мм2 до 17000 на мм2. Объем, занимаемый дентинными трубочками, достигает максимального значения (61%) в области шейки корня, в середине примерно в 3 раза ниже (19%) и в 12 раз меньше в апикальной области (около 5%).

Кроме выраженного процесса дентиногенеза, в корне происходит также кальцификация и кристаллизация фибриллярных структур. Наиболее минерализованные зоны толщиной до 10 мкм обнаруживаются на границе с цементом. В дентине корня зуба может формироваться также зернистый слой Томса — слабоминерализованные интерглобулярные пространства — результат неравномерного обызвествления дентина. Причиной могут служить заболевания, нарушающие минеральный обмен в зубах (рахит, инфекции).

Цемент корня зуба. Первичный бесклеточный цемент покрывает поверхность корня от шейки до верхушки слоем 20—30 мкм. В местах наиболее активного роста корней (область фуркации, бифуркации, трифуркации, верхушки корня) сохраняется клеточный цемент. Его толщина бывает значительно больше, достигая 1мм.

Цемент формируется на протяжении всей жизни зуба и откладывается в виде вторичного на поверхности имеющегося первичного. Функциональная (жевательная) активность зуба приводит к усиленному отложению вторичного цемента. Неравномерная нагрузка, например при ортопедических или ортодонтических вмешательствах, вызывает резорбцию цемента на стороне, испытывающей давление, и аппозицию тканей на ненагруженной стороне. Избыточные отложения, напластования в виде гиперцементоза обнаруживаются в зубах, либо несущих высокую функциональную нагрузку (опорные зубы под протезами), либо леченных по поводу воспаления пульпы, периодонта. Чаще всего гиперцементоз локализуется в области верхушек или в местах расхождения корней. Выраженные напластования цемента приводят к деформации корня, невозможности определить верхушечно-эмалевую матрицу, то клетка, продуцирующая дентин, должна носить название «дентинобласт». Одонтобласты расположены слоями (палисадообразно) по периферии пульпы. В «молодой» пульпе обнаруживаются 6—8 таких слоев (рис. 23). Размеры и форма клеток могут варьировать в зависимости от локализации. В полости зуба они напоминают высокие и низкие цилиндры, кубической формы в канале и плоские у апекса. На срезе одонтобласты имеют полигональную форму, тесно контактируют между собой короткими отростками.

Слой одонтобластов отделен от предентина четкой границей – пульподентинной линией, которая образуется как утолщение на участке соединения оболочек смежных одонтобластов. На срезе оно выглядит как полигональный «воротник» вокруг концов одонтобластов, обращенных к дентину. Нарушение в пульподентинной мембране указывает на патологические процессы. Длинные отростки одонтобластов проникают в дентинные трубочки на 1/2 или 2/3 их длины, не достигая эмалево-дентинного или дентинно-цементного соединения. Отростки омываются межклеточной жидкостью, поступающей в дентин от пульпы (дентинная лимфа). Эта жидкость движется в трубочках под действием внутрипульпарного давления и капиллярных сил.

Как высокодифференцированные клетки, одонтобласты более повреждаемы, чем фибробласты. Кроме того, они связаны с внешней средой и, следовательно, являются первыми «живыми» структурами зуба, которые подвергаются вредным воздействиям.

После прорезывания зуба они определяют три функции пульпо-дентинного комплекса: интра- и перитубулярную кальцификацию (склероз дентина), формирование репаративного дентина и воспаление. С этими функциями тесно связана нормальная чувствительность и гиперестезия зуба.

Неклеточные компоненты пульпы — фибриллы — зрелые коллагеновые или молодые преколлагеновые волокна расположены диффузно по всей пульпе. Преколлагеновые (ретикулярные и аргирофильные волокна), которые впоследствии формируют коллаген, преобладают в развивающейся молодой пульпе. Большая часть их концентрируется в бедной клетками зоне и носит название «волокон Корфа». В виде спирально-скрученных связок они протягиваются между одонтобластами, химически изменяясь и появляясь в предентине как коллагеновые волокна.

Коллагенможет быть представлен или в виде отдельных волокон, или в виде связок и больше концентрируется в корневой части пульпы, по сравнению с коронковой. В корневой пульпе фибриллы более упорядочены, и поэтому при экстирпации она удаляется одним общим тяжем. Коллаген, как и преколлаген, накапливается с возрастом.

Аморфный компонент межклеточной матрицы — основная субстанция, межуточное вещество. Ее молекулы высоко полимерны, что обеспечивает высокую вязкость или гелеобразность. Основные свойства обеспечиваются мукополисахаридным комплексом – гликозаминогликанами GAG (гиалуроновая и хондроитинсерная кислоты, производные последней). Желатиновая основная субстанция является барьером для микроорганизмов и токсичных продуктов. Некоторые бактерии, такие как гемолитический стрептококк, способны продуцировать фактор (энзим), разрушающий GAG, в результате снижается вязкость, отмечается локальное повышение температуры. Оба процесса способствуют воспалению, снижая барьерную функцию желатиновой субстанции.

Все компоненты пульпы омываютсямежклеточной жидкостью, в которой содержатся водорастворимые метаболиты плазмы, такие как аминокислоты, соли, витамины, гормоны, ферменты, кислород. Они проходят через полупроницаемую мембрану — сосудистую стенку. Продукты жизнедеятельностиклеток в свою очередь могут поступать в вены или лимфатическую сеть.

Большое количество воды, которое содержит основное вещество, уменьшается с возрастом. Клетки не могут получать достаточно питательных средств, снижаются способность к размножению или репарации. В результате отмечается вакуолизация, пикноз ядер, количество клеток уменьшается на фоне роста коллагеновых ассоциаций.

Возрастные изменения структуры тканей зуба

В эмали детских зубов легко обнаруживаются расширенные межпризменные пространства, высокая контрастность линий Ретциуса, микрощели, микропоры (рис. 24). Для зубов лиц старших возрастных групп более характерна гомогенизация структур (снижение микропористости), протекающая на различных системных уровнях. Близкая к незрелой эмаль дольше сохраняется в пришеечной области и на проксимальных поверхностях.

На шлифах эмали зрелых зубов призмы различаются достаточно четко, имея на поперечном срезе аркадообразую, округлую форму или вид замочной скважины, описанный многими авторами. На продольных шлифах тела и отростки призм формируют широкие и узкие полоски. Они определяются на большей части шлифа, заканчиваясь на поверхности или в подповерхностном слое с узкой беспризменной полоской эмали по периферии. В отличие от детских зубов ближе к поверхности призмы менее контрастны, что объясняется исчезновением ультрамикропор. Крупные микропоры и микрощели встречаются редко.

Линии Ретциуса выглядят иначе, чем на эмали незрелых зубов, – как «перехваты» или ступени — и значительно менее контрастны (рис. 25). Последнее обстоятельство связано с повышением оптической плотности их границ за счет возрастной минерализации ткани и закрытия микропор, образующих линии Ретциуса. По своим свойствам данные участки становятся похожими на основную массу эмали.

Четко определяются полосы Шрегера. Регулярность их строения объясняется равномерной минерализованностью пучков призм на всей их протяженности.

Лишь в отдельных случаях на зрелых зубах сохраняются участки пористых структур. Это касается эмали, располагающейся под зубным камнем, что связано с особенностями обмена веществ между твердыми тканями зуба и зубными отложениями. Последние ограничивают контакт зуба со слюной, а также движение зубного ликвора. В пришеечной области обнаруживается усиление линий Ретциуса и без видимой связи с зубным камнем. Более четкий рисунок призм на этом участке свидетельствует о пониженной минерализации, а следовательно, о появлении или сохранении зон, отличающихся пористостью и восприимчивостью к кариесу.

Кроме описанных возрастных особенностей, специфические преобразования происходят в области фиссур премоляров и моляров. Нередко наблюдается их спонтанное запечатывание естественным путем. В таких случаях в фиссурах обнаруживаются плотные высокоминерализованные образования.

В старшей возрастной группе (45—70 лет) отмечается дальнейшее повышение однородности эмали зубов с сохранением призменной структуры во всех слоях, кроме поверхностного, где на большей части она беспризменная. Полосы Гунтера—Шрегера контрастны, линии Ретциуса, напротив, выделяются слабо.

Уменьшение объема органического компонента эмали, размеров микропространств приводит к снижению количества воды в твердых тканях зуба. Отмечается уплотнение кристаллической решетки — за счет замещения ионов OH- на F-. Поверхностный слой эмали зрелых и «старых» зубов, как правило, становится беспризменным на десятки микрон.

Отложение новых слоев дентина, сокращающих объем пульпы, происходит непрерывно в течение всей жизни (рис. 28 а, б). Процесс становится более интенсивным, когда зуб в результате функционирования стирается, обнажая дентин.

При повреждении пульпы в результате кариеса или оперативных процедур некоторые одонтобласты гибнут, и образовавшийся после этого вторичный дентин менее регулярен. Это и есть репаративный дентин. Формирование репаративного дентина создает эффективный механизм для защиты пульпы от болезненных процессов. Он более аморфен, менее канализирован и менее правилен по форме, чем первичный дентин, и поэтому носит название иррегулярный.

При хроническом воспалении пульпы, в особенности в зубе с больным пародонтом, в канале корня в большом количестве образуется репаративный дентин. В обоих случаях канал корня чрезвычайно сужен и почти полностью облитерирован, что затрудняет эндодонтические манипуляции.

Особенности структуры твердых тканей зуба и пульпы формируют его оптические свойства, существенно изменяющиеся с возрастом. Последний фактор необходимо учитывать при определении и воспроизведении оттенков цвета при выполнении реставрации.