Механизмы развития эндемического флюороза зубов

Механизмы развития эндемического флюороза зубов

Данная статья посвящена изучению механизмов, приводящих к развитию флюороза эмали. Флюороз — это необратимый структурный дефект эмали, возникающий после воздействия супраоптимальных уровней фтора во время амелогенеза. Хотя этиология эндемического флюороза ясна, его специфиче-ский патогенез окончательно не установлен. За последние годы многие уче-ные провели углубленные исследования для изучения данного вопроса.

Авторы публикации

Рубрика

Медицина

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 20 (22), июль ‘21

Поделиться

В последние годы исследования патогенеза флюороза в основном сосредоточены на вмешательстве фтора в белковую секрецию амелобластов, что приводит к задержке гидролиза и удаления амелогенина, а также различиям в восприимчивости к фтору, обусловленным индивидуальными особенностями. В последние годы внимание исследователей стали привлекать различные особи с генотипами, чувствительными к фтору. В одной и той же популяции с одинаковыми уровнями воздействия фтора существует большая разница в степени флюороза зубов между отдельными лицами, что может быть связано с генетическим фоном и индивидуальной восприимчивостью к фтору.

Фторид может вызывать нарушение синтеза белка, воздействуя на функцию эндоплазматического ретикулума в амелобластах. Избыточное количество фтора может индуцировать окислительный стресс в амелобластах, а индуцируемая фтором выработка активных форм кислорода вызывает окислительное повреждение митохондрий и ДНК, что приводит к активации аутофагии. Фториды также могут индуцировать апоптоз, повышая фагоцитарную активность зрелых амелобластов.

Формирование эмали амелобластами происходит в 2 этапа. Во-первых, секреторные амелобласты синтезируют и секретируют матрикс, в котором образуются длинные тонкие кристаллические ленты. На стадии созревания большая часть матрицы удаляется, и кристаллы расширяются. РН эмали под амелобластами стадии созревания изменяется от слабокислого до нейтрального. По неизвестным причинам стадия созревания чувствительна к ионам фтора.

Первые кристаллы эмали состоят из аморфного фосфата кальция (Ca/P = 1,55). Эти первоначально образовавшиеся кристаллы менее стабильны, содержат карбонат и легче растворяются в кислотах по сравнению с более зрелыми кристаллами гидроксиапатита (Ca/P = 1,67). Образование кристаллов апатита из ионов кальция и фосфата высвобождает большое количество протонов в эмалевом пространстве. Различные группы ученых выдвинули гипотезу, что созревающие амелобласты секретируют бикарбонат для нейтрализации протонов, высвобождающихся при образовании минералов.

Фтор ускоряет сборку кристаллов и индуцирует образование гиперминерализованных линий в секреторной эмали in vivo и in vitro. Было предположено, что флюороз связан с избыточным высвобождением протонов при образовании гиперминерализованных линий в минерализующем матриксе эмали. Гипотеза была проверена следующим образом. Были проанализированы дефекты эмали, обусловленные флюорозом, у мышей дикого типа и у мышей с дефицитом трансмембранного белка, анионообменника 1 (АЕ1), в созревающих амелобластах, который обменивает внеклеточный ион хлора на ион бикарбоната, нейтрализующий избыток протонов, образующихся во время минерализации. Дефекты были более выражены у мышей с дефицитом анионного транспортного белка. Фенотипы включали гиперминерализованную поверхность эмали, обширную подповерхностную гипоминерализацию и множественные гиперминерализованные линии в более глубоких слоях эмали.

Фторид-индуцированные гиперминерализованные линии могут образовывать барьеры, препятствующие диффузии белков и минеральных ионов в подповерхностный слой, тем самым вызывая его гипоминерализацию.

Электронная микроскопия показала, что эмаль стадии созревания обработанных фтором гомозиготных мышей дикого типа и мышей с дефектом гена АЕ1 по сравнению с контрольными мышами дикого типа была гипоминерализована, с тонкой гиперминерализованной поверхностью и случайной гиперминерализованной линией в более глубоких слоях.

Чтобы определить буферную активность амелобластов у обработанных фторидом мышей, было исследовано, как уровень хлора в эмали влияет на ионный обмен. Уровень хлора в эмали мышей дикого типа повышался при продолжающемся развитии эмали и был сильно коррелирован с кальцием. Однако воздействие фтора или дефект АЕ1 снижало количество ионов хлора в эмали, но хлор оставался сильно коррелированным с кальцием.

Корреляционные кривые между хлором и кальцием в эмали обработанных фторидом мышей имели тот же наклон, что и контроль дикого типа, но кривая сдвинулась вниз к более низким значениям хлора. Это позволило предположить что воздействие фтора индуцировало потерю хлора по отношению к кальцию или относительное увеличение кальция (гиперминерализация) снижало уровень хлора. Дефект АЕ1 уменьшал количество хлора значительно больше, чем обработка фтором.

Соотношение хлора и кальция было высоким в эмали мышей дикого типа, увеличивалось от секреторной стадии к стадии созревания, но было значительно ниже в эмали обработанных фтором мышей. Снижение содержания хлора в эмали обработанных фторидом мышей согласуется с гипотезой о том, что большее количество хлора будет обменено на бикарбонат, необходимый для буферизации избытка протонов, выделяющихся на поверхности эмали при образовании гиперминерализованных линий.

Также исследователями была проверена гипотеза о том, что повышенное образование протонов в результате фторид-опосредованной гиперминерализации приведет к повышению кислотности поверхности эмали.

Эмаль резца мыши, погруженная в универсальный индикатор рН, демонстрировала четкую кислую полосу на поздней секреторной стадии и более слабые кислые полосы, разделенные нейтральными полосами на стадии созревания. Однако в эмали с флюорозом кислотные полосы оказались слабее, чем в здоровой эмали, и через несколько минут стали нейтрально щелочными.

Очевидно, более слабые кислотные полосы во флюоротической эмали могут быть результатом гиперминерализованной поверхности, действующей в качестве барьера, нарушая диффузию красителей в эмаль. С другой стороны, гиперминерализованные линии в глубокой флюоротической эмали могут нарушать диффузию протонов к поверхности и подкислять щелочной рН - индикаторный раствор.

Чтобы исследовать это, резцы погрузили в щелочной раствор метилового красного на 10 минут, чтобы подщелочить поверхностные и подповерхностные слои. В эмали, обработанной фтором, ярко выраженная кислая полоса на переходной стадии становилась нейтральной через 6-8 минут. Однако в эмали, не обработанной фтором, это заняло более 20 минут, что говорит о том, что в эмали, обработанной фтором, либо щелочной индикаторный раствор не мог проникнуть в эмаль до уровня, аналогичного уровню эмали, не обработанной фтором, либо протоны в подповерхностной матрице эмали не могли свободно диффундировать в поверхностные слои.

Минерализация эмали уникальна тем, что сразу после секреции матрикса образуются длинные тонкие кристаллические ленты с белковой матрицей, заполняющей межкристаллические пространства. Для полной минерализации по всей толщине эмали эти межкристаллические пространства должны оставаться проницаемыми для минеральных ионов в течение значительного периода. Исследования с красителями индикатора pH поддерживают вероятность того, что гиперминерализованные линии могут сформировать физический барьер, который ухудшает диффузию ионов от поверхности в более глубокие слои.

Подобно флюоротической эмали мышей гомозиготных по гену АЕ1, зубы детей в районах с высоким содержанием фтора в питьевой воде, имеют обширную подповерхностную пористость ниже интактной хорошо минерализованной поверхности. Развитие этих дефектов можно объяснить селективным растворением кристаллов на стадии созревания протонами, высвобождающимися при гиперминерализации на поверхности. Эти протоны могут растворять бедные фтором незрелые кристаллы в подповерхностном слое, особенно на стадии созревания. Сама поверхность хорошо защищена путем введения фтора в кристаллы, повышая их устойчивость к кислотному растворению.

В совокупности эти данные подтверждают вывод о том, что фториды стимулируют гиперминерализацию эмали, что приводит к повышению кислотности эмалевого матрикса за счет избыточного высвобождения протонов. Подкисление матрикса может влиять на перенос ионов и их модуляцию. Гиперминерализованные полосы в эмали могут задерживать минерализацию, действуя как физический барьер, ухудшая диффузию ионов, в результате чего образуются участки гипоминерализации. Это свидетельствует о том, что регуляция pH в процессе формирования эмали имеет большое значение. Главным регулятором pH является анионный транспортный белок (AE1), который обменивает внеклеточный ион хлора на ион бикарбоната, необходимый для буферизации избытка протонов, выделяющихся на поверхности эмали. При мутации этого белка образуются фенотипы эмали, весьма сходные с теми, которые наблюдаются при флюорозе эмали. Предполагается, что эти гены являются потенциальными факторами, которые могут быть связаны с высокой восприимчивостью к фториду и последующим развитием флюороза.

Список литературы

  1. D.M. Lyaruu, J. F. Medina, S. Sarvide. Barrier Formation: Potential Molecular Mechanism of Enamel Fluorosis. J Dent Res., 2014. Available at: https:/www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3865793/ (Accessed 27 February 2021).
  2. Wei Wei, Shujuan Pang, Dianjun Sun. The pathogenesis of endemic fluorosis: Research progress in the last 5 years. J Cell Mol Med., 2019. Available at: https:/www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6433665/#!po=66.0000 (Accessed 27 February 2021).
  3. A. L. J. J. Bronckers, D.M. Lyaruu, P.K. DenBesten. The Impact of Fluoride on Ameloblasts and the Mechanisms of Enamel Fluorosis. J Dent Res., 2009. Available at: https:/www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3318083/ (Accessed 28 February 2021).
  4. Pamela DenBesten, Wu Li. Chronic Fluoride Toxicity: Dental Fluorosis. Monogr Oral Sci., 2011. Available at: https:/www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3433161/ (Accessed 28 February 2021).

Предоставляем бесплатную справку о публикации,  препринт статьи — сразу после оплаты.

Прием материалов
c по
Осталось 6 дней до окончания
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary