Информация

Откриване на калцирани камъни и пукнатини в зъбите

Откриване на калцирани камъни и пукнатини в зъбите


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Имах проблем със зъбите, когато първият ми молар се счупи преди няколко месеца и след известно разпадане и болка се подлагам на стоматологично лечение. Лекарят правеше коренов канал и продължаваше да говори за образуване на калцифицирани камъни и търсеше звук „так“, въпреки рентгеновите лъчи. Докторът не посочи калцифицираните камъни по-рано и изведнъж излезе с този нов проблем. Междувременно, когато търсех камъни, лекарят всъщност успя да ми счупи зъба и обвини смилането и стискането за пукнатина, която е причинила счупването на зъба.

Потресен съм, че нито калцираният камък, нито пукнатината се появиха на рентгенова снимка и на предварителния преглед. При съвременните технологии могат ли да не се открият пукнатини в зъбите и калцифицирани камъни.


Пукнатините по зъбите ви са трудни за откриване, ако са пукнатини на мезиалните или дисталните повърхности (повърхността на зъба, съответно най-близо до и най-отдалечената от средната линия) чрез рентгенови лъчи. Моля, проверете тази връзка за илюстрации и много добри обяснения от денталния отдел на Университета на Мериленд. Различните методи за откриване на пукнатини, както и използването на радиографски доказателства могат да бъдат намерени в тази връзка.

Сега камъните от пулпа могат да бъдат идентифицирани чрез рентгенови лъчи, освен ако не са твърде малки или не твърде плътни. Има изследвания, направени специално с помощта на рентгенови снимки за откриване, като "Рентгенографска оценка на разпространението на пулпните камъни при австралийците". Възможно е и човешка грешка, че Вашият лекар не е успял да я открие. Тук можете да намерите малко обяснение за камъните от пулпа.


Напукани зъби

Независимо дали зъбът ви се напуква от нараняване или общо износване, можете да изпитате различни симптоми, вариращи от непостоянна болка при дъвчене на храната до внезапна болка, когато зъбът ви е изложен на много горещи или студени температури. В много случаи болката може да идва и да си отива и вашият зъболекар може да има затруднения при локализиране на зъба, причиняващ дискомфорт. Ако изпитате тези симптоми или подозирате пукнат зъб, най-добре е да посетите ендодонт възможно най-скоро.

Ендодонтолозите са специализирани в спасяването на напукани зъби и ще осигурят лечение според вида, местоположението и степента на пукнатината. Колкото по-рано се лекува зъбът ви, толкова по-добър е резултатът. Веднъж лекувани, повечето напукани зъби продължават да функционират както трябва, в продължение на много години безболезнено гризане и дъвчене.

Ендодонтолозите са специалисти в спасяването на зъбите. Научете повече за това защо трябва да посетите ендодонт.


Калций в тялото

Вероятно сте чували, че калцият изгражда здрави кости, за да ви поддържа здрави с напредването на възрастта. Но какво друго прави за тялото ви? Според Националната фондация за остеопороза, калцият изгражда костите и мускулите ви и позволява на кръвта да се съсирва 12.

Около 99 процента от калция, открит в тялото ви, се намира в костите и зъбите.

Тялото не произвежда калций самостоятелно. Вместо това се намира в храни като кисело мляко, мляко, сьомга и дори зеле - и може да се консумира и като хранителна добавка.

Количеството, от което се нуждаете на ден, зависи от вашата възраст, както и от биологичния ви пол, и може да варира от 200 милиграма за бебета до 1000 милиграма за кърмещи възрастни. Националните здравни институти предупреждават, че веганите, хората с чувствителност към лактоза, жените в постменопауза и хората с аменорея често се нуждаят от по-високи нива на калций, отколкото други.

  • Вероятно сте чували, че калцият изгражда здрави кости, за да ви поддържа здрави с напредването на възрастта.
  • Около 99 процента от калция, открит в тялото ви, се намира в костите и зъбите.

Въведение

Терминът „одонталгия с фрактура на куспал“ е използван за първи път от Гибс през 1954 г., 1 за да опише състояние, което сега е по-известно като „синдром на напукани зъби“ или „синдром на напукани зъби“. Последната концепция е въведена от Камерън през 1964 г. 2, който дефинира състоянието като „непълна фрактура на жизнено важен заден зъб, която включва дентина и понякога се простира до пулпата“. В по-ново време дефиницията беше променена, за да включва „равнина на фрактура с неизвестна дълбочина и посока, преминаваща през зъбната структура, която, ако вече не включва, може да прогресира, за да комуникира с пулпата и/или пародонталния лигамент“. 3

Терминът „непълна фрактура на задните зъби“ често се използва взаимозаменяемо с този на синдрома на пукнатия зъб, 4 докато термините „фрактура на зелена пръчка“ или „синдром на разцепен зъб“ също се използват като синоними. 5

Пациенти, страдащи от синдром на напукани зъби (CTS), класически се представят с анамнеза за остра болка при ухапване или при консумация на студена храна/напитки. 6 Предполага се, че симптомът на болка при ухапване се засилва с повишаване на приложената оклузална сила. 7 Подробната оценка на симптомите може да разкрие анамнеза за дискомфорт, който може да е присъствал няколко месеца по-рано. Други симптоми могат да включват болка при освобождаване на натиск, когато се консумират фиброзни храни, „отскочна болка“. 8 Болката може да бъде предизвикана и от консумацията на вещества, съдържащи захар 5, както и от акта на скърцане със зъби или по време на извършване на екскурзивни движения на долната челюст. 9 Докато някои пациенти са в състояние да посочат точния зъб, от който може да произтичат симптомите, последното не е последователна характеристика. Липсата на чувствителност, предизвикана от топлина, също може да бъде характеристика.

Когато фрактурната линия в крайна сметка може да се разпространи в пулпната камера („пълна фрактура“), могат да се появят симптоми на необратим пулпит или апикален периодонтит, докато фрактури, които напредват по-нататък към корена, могат да бъдат свързани с области на локализирано пародонтално разрушаване или в най-лошия случай да кулминират в вертикална фрактура на зъб 5, както е показано на Фигура 1. Таблица 1 предоставя обобщение на често асоциираните признаци и симптоми, свързани с CTS.

Всяко забавяне в започването на терапия може да доведе до такъв резултат, който може да се случи, когато има съмнение относно диагнозата на състоянието

Физиологичната основа на болката при дъвчене е хипотеза от Brannstrom et al. 10 се дължи на внезапното движение на течността, присъстваща в дентинните тубули, което се получава, когато счупените части на зъба се движат независимо една от друга. Смята се, че последното води до активиране на миелинизирани влакна от тип А в зъбната пулпа, като по този начин се отчита острата природа на болката. Предполага се също, че усещането за свръхчувствителност към студ може да възникне в резултат на просмукване на вредни дразнители през пукнатината, което води до последващо освобождаване на невропептиди, които причиняват съпътстващо понижаване на прага на болка на немилеинирани влакна от С-тип в зъбната пулпа. 11

Предложена е алтернативна хипотеза, при която се постулира, че симптомите са причинени от редуващо се разтягане и притискане на одонтобластните процеси, разположени в пукнатината. 12

Целта на тази статия е да направи преглед на състоянието на „синдрома на пукнатия зъб“ по отношение на неговата епидемиология, етиология и диагноза.

Фигура 2 илюстрира зъб, който има непълна фрактура, която е разкрита при отстраняване на съществуваща реставрация от сребърна амалгама. Непълната фрактура на зъба често е трудно да се визуализира преди отстраняването на реставрацията, но трансилюминацията може да се използва от различни аспекти, за да се покаже наличието на интерфейс в зъба (фиг. 3). Фрактурите на зъбите могат да бъдат подчертани чрез използването на петна, въпреки че това може да е трудно за отстраняване и оцветяване на окончателното естетично възстановяване.

Показва пример за зъб, който има непълна фрактура (а), която е била разкрита при отстраняване на съществуваща реставрация от сребърна амалгама (b) стрелките илюстрират пътя на линията на фрактура, минаваща около мезиопалаталния куспид

Предаването на светлинния лъч е "спряно" мезио-езично от наличието на фрактурата


Фундаменталната термодинамика на калциево-фосфатното утаяване

Ключови понятия

Има ключови факти за калцификацията, които произтичат направо от законите на термодинамиката и затова винаги трябва да се спазват. Най-основната концепция е вторият закон на термодинамиката, според който ентропията на изолирана система никога не може да намалява (виж каре 1). Този закон определя условието за спонтанни химични процеси, управлявани от израза на Гибс (Gibbs, 1874�): DГ < 0, където DГ е вариацията на свободната енергия на Гибс, която е свързана с промяната на ентропията. В този преглед често използваме термина валежи относно процеса на образуване на твърд калциев фосфат от неговите свободни йони в състояние на разтвор. С този термин се отнасяме към неговото класическо определение: 𠇊 относително бързо образуване на слабо разтворима кристална—или понякога аморфна—твърда фаза от фаза на течен разтвор” (Karpiński and Jerzy Baᐝyga, 2019). По този начин, превеждайки условието на Гибс към утаяване на йони от разтвори или биологични матрици, се оказва, че продуктът на активността на свободните йони в разтвор трябва да е по-висок от съответната активност в твърдото вещество. Тази връзка, изразена чрез пренасищане (S), характеризира термодинамичните условия за всички спонтанни калцификации като С > 1 (Myerson et al., 2019), без изключения. По този начин този израз означава, че утайката ще се образува само ако продуктът на активността на свободните йони в течно състояние е по-висок от продукта на активността на йони в твърдо състояние, даден от продуктът на разтворимост, Ksp кога С < 1, твърдото вещество ще се разтвори. По този начин, ключовият момент за определяне дали е вероятно да се появи MVC е да се определи активността на свободните йони в тъканите, които съставят медиалния слой. Това обаче не е тривиална задача, като се има предвид, че има много фактори, които влияят върху активността на свободните йони в течност, като йонна сила, равновесие на дисоциация на фосфатни протони, секвестиране на свободни йони от лиганди, утаяване на различен калциев фосфат твърди вещества и вискозитет на средата. Поради такова високо ниво на биологична сложност, наличните стойности на Ksp и други свързани термодинамични константи, необходими за тези изчисления, които са получени от условия in vitro, може да са само приблизителни. Освен това е важно да се осъзнае, че термодинамичното условие за твърд растеж е свързано с йонна активност, а не с йонната концентрация. Докато последните могат да бъдат определени чрез химичен анализ, първите са много по-трудни за определяне поради биологичната и структурна сложност на медиалния слой. Концентрациите и дейностите са свързани с коефициента на активност, γ(а = γ⋅ конц), което от своя страна е свързано с йонна сила, аз (виж каре 2 и таблица 1).

КУТИЯ 1. Движещата сила на валежите.

Подобно на всички химични процеси, утаяването на калциеви фосфати се управлява от свободната енергия на Гибс на компонентните йони в твърдото вещество и разтвора. 1 Химическата система е в равновесие, когато свободната енергия на Гибс е нула.

което при постоянно налягане и температура се намалява до:

където μи е химическият потенциал на компонента и, и ни е неговият брой бенки. Химическият потенциал се определя като:

където аи е активността на компонента и.

За бинарно твърдо вещество в равновесие с съставните му йони във воден разтвор.

условието за равновесие би било:

като се има предвид, че активността на твърдото тяло е нула, уравнението се свежда до:

От този израз продуктът на разтворимост се дефинира като

Кsp е константа, която варира с температурата като:

За да израсне кристал от разтвор:

От този израз продуктът на йонната активност се дефинира като

По този начин разтворът би бил пренаситен по отношение на дадено твърдо вещество, когато С > 1.

С е движещата сила за кристализацията и е ключовият фактор в процесите на утаяване.

За да се сравнят соли с различна стехиометрия, е по-добре да се използва израз на пренасищане, претеглено от броя на йоните в химичната формула на съединението, n,

G, функция на Гибс V, обем P, налягане S (Niskanen et al., 1994), ентропия T, температура μ, химичен потенциал n, брой молове R, газова константа a, коефициент на активност aq, воден Ksp, разтворимост Продукт IAP, продукт на йонна активност S (McCrindle et al., 2017 Seethapathy and Noureddine, 2019), пренасищане.

КУТИЯ 2. Коефициент на активност и йонна сила, аз

йонната сила, аз, е мярката за общото количество на всички йони, присъстващи в разтвора:

където zи е зарядът на йона и. Основните йонни компоненти на човешкия серум са изброени в Таблица 1. Прилагайки това уравнение, получената йонна сила ще бъде: аз = 0,141 M. Въпреки това, по-долу ще разгледаме стойност от 0,15 M за йонната сила в кръвта, тъй като тази стойност е общоприета и обикновено се използва при производството на кръвозаместваща среда (Nel et al., 2009).

Сред няколкото израза за изчисляване на коефициента на активност въз основа на йонната сила, най-често приеманият е изразът на Debye–H࿌kel, както е предложено от Davies: 6

където А е 0,52, при 37ଌ. 7 При йонна сила от аз = 0.15, за Ca 2+ и HPO4 2– йона, γ = 0,33, и за PO4 3– , γ = 0,08.

Маса 1. Моларни концентрации на йонни компоненти в човешки серум с концентрация над 0,1 mM.

За дадена йонна концентрация, йонната активност намалява с йонната сила. Например, за аз = 0,15, активността на Ca 2+ йона се намалява три пъти по отношение на концентрацията на Ca 2+, а активността на PO4 3– йонът намалява 10 пъти. Такива намаления в крайна сметка предотвратяват спонтанната кристализация в кръвта и по този начин също, например, обезсилват хипотезата, че свързаната с ХБН или ESRD хиперфосфатемия сам по себе си причинява валежи, наблюдавани в MVC.

Система за утаяване на калциев фосфат

Калциевите йони във воден разтвор не са напълно свободни, а са разтворени с вода (Zavitsas, 2005). С други думи, те образуват координационна сфера от водни молекули. Тази координационна сфера се състои от вътрешна обвивка от шест водни молекули със силна енергия на свързване и външна обвивка от 0𠄶 водни молекули с по-слаба енергия на свързване. Силната хидратация на калция е важен фактор за кристализацията на калциевите соли от водата. Всъщност отделянето на водните молекули от калциевите йони, възникващи върху повърхността на кристала, преди да бъдат включени в кристалната решетка, често е фактор, ограничаващ скоростта в кинетиката на растежа на кристалите (van der Voort and Hartman, 1991). Такъв е случаят например при кристализация на калциев оксалат, за която трихидратните и дихидратните соли са кинетично предпочитани и се утаяват по-рано от монохидратния полиморф, който има по-ниска разтворимост и по-висока термодинамична стабилност (Grases et al., 1990).

Има три различни фосфатни йона, получени от дисоциацията на фосфорна киселина (H3ПО4): Х2ПО4 – , HPO4 2– г. и ПО4 3– . Във воден разтвор произвежда няколко вида фосфатни йони в съответствие със следните равновесия (Vega et al., 1994):

Относителното им присъствие в среда зависи от рН (Фигура 1А). При физиологично рН = 7,4, концентрациите на H2ПО4 – , HPO4 2– , и PO4 3– са съответно 0,049, 0,95 и 1,08 × 10 𠄵. В разтвори с рН 6,8, концентрациите се променят съответно до 0,17, 0,83 и 0,27 × 10 𠄵. В разтвори с pH 7,6 концентрациите стават 0,031, 0,97 и 1,71 × 10 𠄵. По този начин, в този диапазон на pH – от 6,8𠄷,6, вариациите на HPO4 2– са минимални, но концентрацията на H2ПО4 – е намален повече от пет пъти и този на ПО4 3– се увеличава в подобна пропорция (вж. каре 3).

Фигура 1. Параметри, влияещи върху валежите. (А) Показани са графики на Ла Мер, представящи различните етапи на утаяване от разтвора по отношение на пренасищане при различни условия. Изобразени са начални условия (ляв панел): граничната стойност на пренасищане (Virchow, 1858) и метастабилен диапазон от йонни активности, при които разтворът не се утаява, въпреки че е пренаситен, са изобразени. Тази метастабилна област представлява енергийна бариера за нуклеация. След достигане на критична концентрация (Sc), в разтвора ще се получи хомогенно утаяване. Границите могат да бъдат намалени в присъствието на промотори на нуклеация (централен панел). Промоторите в разтвор имат висок афинитет към всеки от йони на кристалните компоненти и могат да индуцират нуклеация дори под критичното ниво на пренасищане чрез процес, наречен хетерогенна нуклеация. От друга страна, други молекули, наречени инхибитори на нуклеацията, имат способността да увеличат енергийната бариера за нуклеация, като по този начин увеличават както критичната стойност на пренасищане, така и времето за индукция за нуклеация (десен панел). (Б) Ефект на pH върху образуването на различните видове фосфат и карбонат. Отляво, моларно съотношение на фосфатните видове H2ПО4 – (оранжев), HPO4 2– (зелен) и PO4 3– (виолетов) в разтвор като функция на pH, в рамките на pH диапазона, който ни интересува: 5,5𠄸,5. Вдясно, вариация на концентрациите на H2CO3 (оранжев), HCO3 – (зелен) и CO3 2– (виолетов) в рамките на същия диапазон на pH в DMEM среда. Засенчената зона съответства на очакваното физиологично pH. (° С) Ефект на pH върху пренасищането на ACP и HAP в кръвта при най-ниските и най-високите концентрации на Ca и фосфат (Pi), при нормални граници на концентрация и при хиперфосфатемични условия. (Д) Ефект на общата концентрация на фосфат (Pi) върху пренасищането на ACP и HAP в кръвта, при pH = 7,4. Долната граница съответства на концентрациите на Ca и Pi от 1,02 и 1,00 mM, съответно горната граница съответства на 1,23 и 1,5 mM, а хиперфосфатемията съответства на 1,23 и 2,00 mM.

КУТИЯ 3. Константи на дисоциация на калциеви и фосфатни йони.

Количеството свободни калциеви и фосфатни йони в разтвора, наличен за утаяване, се намалява чрез образуването на разтворим калциев фосфат. Равновесните уравнения и съответните асоциативни константи на тези комплекси са както следва (Chughtai et al., 1968):

Ca 2 + + H 2 ⁢ PO 4 - ⟺ CaH 2 ⁢ PO 4 +     К = 31,9 l/mol

Ca 2 + + HPO 4 2 - ⟺ CaHPO 4 (aq. )      К = 6,81 × 10 2 l/mol

Различните фосфатни йони могат да се комбинират с калциеви йони в 12 различни съединения, въпреки че само шест могат да бъдат получени директно от разтвор. Емпиричните формули и продуктите на разтворимост на тези шест съединения са дадени в Таблица 2.

Таблица 2. Основни съединения на калциевия фосфат, които се появяват в утайките от водни разтвори.

Важният въпрос е кой от тези видове може да бъде уместен в MVC? Анализ на инвитро и in vivo калцификацията показва, че от шестте различни твърди съединения на калциев фосфат (Bohner, 2010), само аморфен калциев фосфат (ACP) и хидроксиапатит (HAP) обикновено присъстват в MVC (Chernov, 1984 Mullin, 2001 Klaus-Werner, ).

ACP обикновено е първата фаза, която се утаява при физиологични условия (Manas et al., 2012 Hortells et al., 2017 Lotsari et al., 2018) и следователно това е съответната ранна фаза в патофизиологията на ектопичните калцификации. Важно е, че ACP и HAP се състоят главно от PO4 3– йони, потвърдено от IR анализ (Vecstaudza et al., 2019). Следователно, въпреки че концентрациите на H2ПО4 – и HPO4 2– йони са значително по-високи от тези на PO4 3– йони при физиологични системни стойности на pH, изглежда, че в MVC концентрацията на ПО4 3йони ще бъде най-критичният.

Като се има предвид, че ACP е първото съединение, което се наблюдава в процеса на MVC (Hortells et al., 2017), пренасищането на това съединение (САКТБ) в медиите вероятно ще предскаже и задейства появата на MVC. Да изчисля САКТБ, надеждни стойности на Ksp(ACP) в биологичните тъкани ще са необходими. Въпреки това, единствената стойност на Ksp, налична в момента Ksp(37ଌ) = a C ⁢ a 2 + × a H + 0,22 × a P ⁢ O 4 3 - 0,74 = 3,35 × 10 � беше определен инвитро, като същевременно позволява широка вариация на стойностите на рН (Christoffersen et al., 1990). Малко вероятно е такова изменение на рН да се случи в живите тъкани, контролиращи отблизо рН хомеостазата. Следователно Ksp(ACP) ще трябва да бъде определен, за да отразява условията в медиите. Междувременно използвахме инвитро Кsp (ACP) в нашите изчисления на пренасищане на ACP, като се има предвид, че резултатите могат да бъдат само приблизителни. Резултатите са предоставени и сравнени с тези на дикалциев фосфат дихидрат (DCPD), оккалциев фосфат (OCP) и HAP при нормални субекти в Таблица 3. Тези изчисления показват, че в рамките на биологичния диапазон на минимални и максимални концентрации на калций и фосфат при хора, пренасищането трябва да варира от С = 0,65 до С = 0,83. По време на хиперфосфатемични състояния при пациенти с ХБН, С е равно на 0,92, което все още е под нивото на валежите (С ≥ 1). Въпреки това, локалните промени в pH в средата или дисбалансът между промоторите и инхибиторите могат да благоприятстват утаяването, както е показано по-долу. Промените в локалното рН в средата биха могли да обяснят факта, че MVC се появява в CKD преди да се наблюдава хиперфосфатемия (Hortells et al., 2017), може да е следствие от VSMC трансдиференциация и вероятно също появата на MVC, наблюдавана при не- ХБН състояния, като диабет или стареене.

Таблица 3. пренасищане, С, от различните видове CaP (ACP, DCPD, OCP, HAP) при няколко експериментални условия, при 37 ଌ.

Молекулни процеси в CaP утаяване

Познаването на молекулярните механизми на физиологичната минерализация на костите и зъбите може да бъде полезно за разбиране на ектопичните калцификации, тъй като те могат да споделят общи механизми (Allen and Moe, 2020). В обобщение, физиологичната калцификация е сложен феномен, осъществяван от специализирани клетки, и включва различни участници, главно протеини, които в костта съставляват остеоида: (а) колагенови протеини и еластин, които в съдовата стена създават близки отделения за улесняване на ограничена кристализация и растеж на кристали (Veis, 2005) (b) амфифилни протеини, самосглобени, за да образуват скелета, за да осигурят потенциални нуклеационни места преди да започне минерализация (Beniash et al., 2000) и (c) неколагенни протеини, които насърчават нуклеацията и контролира морфологията на растежа на кристалите чрез взаимодействия с определени кристални лица (Veis, 2005). В първия етап на биоминерализация се получава аморфно неорганично съединение в среда, заета от по-голямата част от органични съединения (60% от общия обем 82). Във втория етап неорганичното съединение кристализира и кристалите се организират в силно йерархични надстройки. Тази сложна биологична машина упражнява пълен контрол върху процеса на кристализация, включително размер на кристалите, кристална чистота, ориентация на растежа, формоване на формата и йерархична надстройка.

Последните анализи на ранните етапи на утаяване на CaP с помощта на молекулярни техники с висока разделителна способност и ab initio Симулациите на молекулярната динамика (Lin and Chiu, 2018 Zhao et al., 2018) предоставят по-добра представа за молекулярните процеси, участващи в утаяването на CaP (Habraken et al., 2016). По време на началния етап калциевите и фосфатните йони се свързват, за да образуват двуядрени и триядрени комплекси и впоследствие полиядрени клъстери на Познер (Beniash et al., 2000), съставени от девет Ca 2+ йона и шест фосфатни PO4 3– аниони, заобиколени от 30 водни молекули, както е показано на фигури 2А, 3. След това клъстерите на Познер се агломерират, за да образуват хидратирани утайки с ниска плътност и съотношение Ca/P 1:1 (Zhang et al., 2015 г. Jiao et al., 2016 Niu et al., 2017). В третата стъпка утайката става по-плътна чрез загуба на вода и увеличаване на свързаността на Ca-O-P, за да образува ACP, със съотношение Ca/P 1:1,35. И накрая, чрез бавна трансформация в твърдо състояние, в утайката се образуват кристални HAP наночастици (Фигура 3). Този механизъм не следва класическата теория на нуклеацията, която се основава на едно по едно включване на допълнителни атоми към нарастващите ядра. Това важи и за процеса на CaCO3 нуклеация (Smeetsa et al., 2017). Една от характеристиките на последствията от това некласическо поведение е понижаването на енергийната бариера на нуклеация (виж по-долу) (Yang et al., 2019).

Фигура 2. Промотори на CaP минерализация. (А) Структура на основните биомолекули, които като промотори на калцификацията: фосфорилирани протеини, сулфатирани гликозаминогликани, карбоксиглутаминови протеини и фосфолипидни мембрани. (Б) CaP минерализация в присъствието на промотори на нуклеация: натрупване на Ca чрез абсорбция върху промотори, утаяване на ACP и кристализация на HAP.

Фигура 3. Хипотетични молекулярни процеси в медиалната съдова минерализация на калциев фосфат. При рН до 7,40 Ca 2+ йони се хидратират, като по-голямата част от фосфатните молекули са под формата на HPO4-2 - йони. Валежите се задействат от локално повишаване на pH до над 7,90, свързано със значително увеличение на PO4 3– йони основният компонент в ACP и HAP. Ca 2+ и PO4 3– йони образуват комплекси с нарастващ координационен номер, като в крайна сметка образуват многоядрени клъстери, които съдържат девет Ca 2+ йона и шест PO4 3– йони. Впоследствие промоторните макромолекули със заредени Ca 2+ -лигандни групи (фосфат, карбоксилат и/или сулфат) произвеждат локално натрупване на клъстери на Познер и появата на ACP преципитати. И накрая, с напредването на процеса, клъстерите на утайката се пренареждат в плътни кристални HAP наночастици.

Утайките от аморфен калциев фосфат постепенно се трансформират в HAP (Hortells et al., 2015). Аморфното ACP твърдо вещество се развива чрез бавна реорганизация на слабо опакованите клъстери в кристални, пръчковидни домейни с нанометров размер, с HAP структура (Фигура 2). Появата на HAP предполага драматична промяна на режима на калцификация. Тъй като HAP е практически неразтворим, процесът на кристализация става до голяма степен необратим. Трябва да се отбележи, че кръвта и течностите, съдържащи се в биологичните тъкани, са силно пренаситени в HAP. Фактът, че HAP не се утаява спонтанно в тъканите, изглежда се дължи на висока нуклеационна бариера на тази фаза на калциев фосфат, която поддържа средата в метастабилно състояние. След като HAP е формиран, няма енергийна бариера за спиране на растежа, при условие С > 1, освен ако на място не са налични инхибитори. По този начин, в този смисъл при pH от 7,40 и при най-ниското ниво на концентрация на Са в кръвта (1,02 mM), калцификацията, съставена от HAP, ще бъде позволена да нарасне дори когато концентрацията на Pi ще бъде 1000 пъти по-ниска от най-ниската стойност в кръвта ( вижте фигури 1C,D).

Анализите на трансмисионна електронна микроскопия на CaP калцификации в клетъчни култури са в съответствие с механизма на утаяване, описан по-горе (Hortells et al., 2015). Пресните утайки се появяват като листове с ниска плътност, имащи съотношение Ca/P едно и показващи някои области с по-висока електронна плътност. След известно време на стареене, утайките показват сферолитни образувания, които не показват никакъв кристален ред в електронната дифракция и имат съотношение Ca/P от 1,35, като ACP. След по-дълги периоди на стареене, утайките показват пръчковидни наночастици, които дават пръстени за електронна дифракция, и те показват кристални равнини с висока разделителна способност. Въз основа на наблюдения на модел на плъх с помощта на сканираща електронна микроскопия (SEM), артериалните калцификации са локализирани и неравномерно разпределени, което предполага хетерогенна нуклеация, индуцирана от промотор, или локално увеличаване на свръхнасищането, или и двата механизма като произход на калцификация (Hortells et al., 2017). Химичният анализ на отлаганията дава предимно съотношение Ca/P от 1,35, близко до това на ACP, въпреки че понякога са открити по-високи стойности, доближаващи се до тези на HAP (1,67). Артериите на плъх, които не показват никакви признаци на калцификация в оптичен микроскоп, при по-внимателно наблюдение чрез SEM разкриват малки области със силно присъствие на Са, но без откриваем фосфат (Hortells et al., 2017). Въпреки че това предварително наблюдение трябва да бъде проучено по-подробно, изглежда възможно тези Ca агрегати да могат действително да предизвикат отлагане на CaP по подобен начин, както се наблюдава при физиологична калцификация в кости и/или зъби с богати на калций протеини, служещи като промотори на минерализацията.

Нуклеация и активационна бариера

Важно е да се отбележи, че продуктите на разтворимост се изчисляват въз основа на активността на йони в разтвор, които са в пряк контакт с твърдата фаза. Въпреки това, при липса на твърда фаза, утаяването не настъпва веднага след като йонният продукт надвиши продукта на разтворимост. С други думи, С > 1 е необходимо, но не достатъчно условие за утаяване, тъй като съществува енергийна бариера за нуклеация, подобна на повечето химични реакции (Vallence, 2017), която трябва да бъде преодоляна, преди да настъпи утаяване. Началото на нуклеацията настъпва, когато размерът на ядрата достигне определена критична стойност, поради голямата повърхностна енергия на малките ядра (Chernov, 1984 Mullin, 2001 Klaus-Werner, 2019). Под този критичен размер процесът на йонна асоциация е преходен и обратим. Под този критичен размер процесът на йонна асоциация е преходен и обратим. Това се дължи на факта, че йоните на повърхността на частиците имат по-голяма енергия от тези в масата, като се има предвид, че броят на най-близките съседи на йони на повърхността е очевидно по-нисък от този на йоните в масата. Общата свободна енергия на Гибс на частица, растяща от нейните съставни свободни йони, е сумата от тази на обемните йони и повърхностните йони, а за малки размери броят на повърхностните йони е относително голям, така че те са склонни да се разтварят отново до пренасищане в разтвор достига критичната стойност. Процесът на образуване на стабилни ядра изисква определено време за индукция, определено от периода между момента на установяване на критичното пренасищане и откриването на първите ядра (Chernov, 1984 Mullin, 2001 Klaus-Werner, 2019). Тъй като размерът на ядрата се увеличава, те могат да растат с намаляващи нива на пренасищане. И накрая, големите кристали ще продължат да растат дори при много ниски нива на пренасищане, както е показано на фигура 2. По този начин, докато индукцията на нуклеация изисква високи нива на пренасищане, след като се образуват по-големи частици, растежът ще продължи с все по-ниски нива на пренасищане.

Следователно, пренаситеният разтвор може да остане в метастабилно състояние, докато не бъде преодоляна активационната бариера, т.е. критичната стойност на пренасищане, С° С, е постигнато, което позволява образуването на стабилни ядра (Christoffersen et al., 1990, Фигура 1В). Поради това, С (ACP) > 1 е необходимото условие за растеж, а S (ACP) > Sc е необходимото условие за задействане на валежи. Използвайки данни от експерименти за спонтанна нуклеация във вода (Strates et al., 1957 Fleish and Neuman, 1961), ние изчислихме С° С стойности от 1,03 (Fleish and Neuman, 1961) и 1,05 (Strates et al., 1957) за ACP. Тези стойности представляват ранни оценки и изискват валидиране с помощта на емулиращи добре контролирани експериментални модели in vivo условия. Въпреки това, тези ранни оценки на Sc (ACP) показват, че критичното пренасищане за MVC трябва да бъде доста ниско, подчертавайки некласическия характер на нуклеацията на ACP (Smeetsa et al., 2017 Yang et al., 2019). Така наистина, молекулярният механизъм на нуклеация на ACP изглежда протича чрез постепенно образуване на разтворими CaP комплекси с нарастващ размер, като в крайна сметка се образуват многоядрени клъстери с формулата Ca9(PO4)6⋅nH2O (Mancardi et al., 2016). Тези клъстери, имащи същата структура като HAP, са вероятните предшественици на ACP. първоначално образуващи аморфни утайки с ниска плътност със съотношение Ca/P приблизително 1 (ACP1) и в крайна сметка се развиват в по-плътни частици (ACP2) със съотношение Ca/P от 1,35, обикновено намиращи се в MVC, в костите и други физиологични и ектопични калцификации.

Промоторите на нуклеацията

Процесът на утаяване на CaP, описан по-горе, може да бъде променен от наличието на промотори и/или инхибитори в системата. Промоутъри са агенти, които благоприятстват утаяването на съединения в разтвори, които иначе биха останали метастабилни. Обратно, нуклеация инхибитори ограничават образуването на утайки от разтвори, които иначе биха имали спонтанна хомогенна нуклеация. Термодинамично, промоторите намаляват С° С и предизвикват хетерогенна нуклеация разположени на мястото на промотора, докато инхибиторите се увеличават С° С и забавят процеса на калцификация (Фигура 1В). По този начин, промоторите и инхибиторите могат да контролират процесите на спонтанна кристализация и изглежда да доминират MVC.

Промоторите на калцификация обикновено съдържат изобилие от Ca 2+ -лигандни групи в химичната си структура, отговорни за локалното натрупване на тези йони. В тази богата на калций среда, създадена от промотора, може да настъпи нуклеация с незначително увеличение на активността на фосфатните йони, калцифициращ механизъм, отговорен за образуването на кости и зъби (Addadi and Weiner, 1992 Beniash et al., 2000 Veis, 2005). Въпреки това, неуредената текстура на отлаганията, наблюдавани в MVC, предполага, че механизмът на минерализация и агентите, участващи в процеса, вероятно са различни. И все пак двата процеса, образуването на кост и MVC, може да имат общо, че промоторите на нуклеация могат да предизвикат началото на утаяване, тъй като и в двата случая появата на отлагания е дискретна и локализирана, като и двете са типични характеристики на хетерогенни нуклеации. Дисеминираните огнища на калцификации в медиалните слоеве са изключителният белег на MVC. Въпреки това, природата на промоторите в MVC все още не е проучена подробно и изисква допълнително изясняване.

Промоторите на нуклеация на CaP са молекули или макромолекули с висок афинитет към калциеви и/или фосфатни йони. За да взаимодействат с фосфатните йони, промоторите трябва да имат положителни заряди, които в биомолекулите се осигуряват предимно от амониеви йони или кватернерни амини. Във всеки случай обаче взаимодействията са слаби. Фигура 4А показва типичните Са 2+ -лигандни групи в биомолекулите. В низходящ ред според тяхната сила на свързване, тези групи включват фосфонат, фосфат > карбоксилат > сулфонат = сулфат > алкоксид ≈ вода (Zhao et al., 2018). Няколко вида биомолекули могат да съдържат голям брой от тези групи, какъвто е случаят с фосфатите в мултифосфорилирани протеини (Фигура 4Aa), като фосвитин (Greengard et al., 1964), участващ във физиологични калцификации (Sarem et al., 2017). Фосвитинът се състои от приблизително 50% серинови остатъци, които носят фосфатна група (Greengard et al., 1964), която придава на този протеин изключителна способност да натрупва Ca 2+ йони. Sarem et al. (2017) успяха да покажат, че утаяването на CaP протича чрез включване на Ca 2+ йони в фосвитин, последвано от утаяване на ACP и последваща прекристализация в HAP чрез стареене. Експерименталните условия включват HEPES буфер (рН = 8), 1,25 mM Ca(NO3)2и 1,5 mM (NH4)3ПО4. При тези условия пренасищанията на ACP и HAP съответстват съответно на 1.21 и 8. Освен това, наскоро беше доказано, че нарушената вторична структура на фосвитин организира нуклеацията и растежа на биомиметична кост като апатит (Sarem et al., 2017).

Фигура 4. Промотори и инхибитори на CaP минерализация. (А) Структура на основните биомолекули, които като промотори на калцификацията: фосфорилирани протеини, сулфатирани гликозаминогликани, карбоксиглутаминови протеини и фосфолипидни мембрани. (Б) CaP минерализация в присъствието на промотори на нуклеация: натрупване на Ca чрез абсорбция върху промотори, утаяване на ACP и кристализация на HAP. (° С) Механизъм на инхибиране на растежа на кристалите. (а) Представяне на кристал Kossel, с различните позиции на адатоми върху повърхността на кристала: плоско място (повърхностна нуклеация) (Virchow, 1858), стъпаловидно място (Niskanen et al., 1994), място на извиване (Lehto et al., 1996) , инхибиторна молекула, блокираща място на прегъване (I) (б) винтова дислокация и блокиране на растежа на лицето от инхибиторна молекула.

Фосфолипиди (Фигура 4Ad), основният компонент на клетъчните мембрани, матриксните везикули и екзозомите, също са предложени като промотори на патогенни калцификации (Felix and Fleisch, 1976 Boskey, 1978 Schoen et al., 1988 Anderson, 2007 Wuthier2 и Wuthier2). . Фосфолипидите са подредени в слоеве с висока плътност на фосфатно заредени групи, надарени със способността да концентрират Са 2+ йони. Косвени доказателства за тяхната роля като промотори са открити при анализи на медиална склероза на големи артерии, аортни клапи и атеросклеротични плаки (Felix and Fleisch, 1976 Boskey, 1978 Schoen et al., 1988 Anderson, 2007 Wuthier201 Lipscomb1). Фосфолипидите могат да се освободят след разграждане на клетките или матриксните везикули (Felix and Fleisch, 1976).В допълнение, техните фосфатни групи могат също да бъдат освободени като PO4 3– йони от алкална фосфатаза, което потенциално също така улеснява утаяването на калций (Towler, 2005).

Промоторните биомолекули, съдържащи сулфат, включват гликозаминогликани (GAGs) (Фигура 4Ab) или мукополизахариди (Kepa et al., 2015), като хондроитин сулфат, дерматан сулфат, кератан сулфат, хиалуронова киселина и хепарин. В комбинация с протеини се образуват мукопротеини. Мукополизахаридите и мукопротеините са обект на интензивни изследвания въз основа на тяхната роля като матрица за нуклеация и структуриране на калциев оксалат в бъбреците. Сред мукополизахаридите, дерматанът изглежда най-интересен, тъй като присъства в кожата, кръвоносните съдове и сърдечните клапи.

Биомолекулите с голям брой карбоксилни остатъци включват глутамин- и карбокси-глутамин-богати протеини (Фигура 4Ac). Неутралните протеини на колаген и еластин също са предложени като промотори на VC (Urry, 1971). Тази хипотеза се основава на наблюдението, че Ca 2+ йони могат да взаимодействат силно с протеинови карбонилни групи от глицинови аминокиселини, подредени в конформация на спирала. Трябва обаче да се отбележи, че карбонилните групи едва могат да се конкурират в свързването на Ca 2+ със заредени групи, като фосфатни, карбоксилатни и сулфатни йони, тъй като тези групи взаимодействат чрез силни електростатични сили, в бидентат (наричан още хелат и той означава свързан чрез към атоми към централния атом) начин. Вместо това най-вероятно изглежда, че карбонилните групи се свързват с Ca 2+ йони посредством водородни връзки с хидратираща вода (вижте раздел “K Основни понятия”). Следователно, гликопротеини като костен кисел гликопротеин-75 или костни фосфопротеини като остеопонтин или костен сиалопротеин (Chen et al., 1992) изглеждат по-подходящи промотори от колагена и еластина. Тези протеини не само имат по-висок капацитет да свързват Ca 2+, но и взаимодействат със самия колаген в присъствието на Ca 2+ по начин, зависим от концентрацията. Това Са 2+-медиирано взаимодействие с колаген е наблюдавано и в матриксните везикули (Kirsch and von der Mark, 1991). Освен това, проучвания върху взаимодействията на Са 2+ -колаген показват, че те се осъществяват чрез електростатични взаимодействия с карбоксилатните групи (Glu и Asp), присъстващи в колагена (Pang et al., 2017).

Всички тези биомолекули са демонстрирали способността да насърчават нуклеацията на CaP в метастабилни разтвори инвитро и изглежда са подходящи потенциални кандидати за задействане и поддържане на процеса на калцификация в MVC, независимо дали присъстват в екзозоми, апоптотични тела, протеини с дълъг живот или трансдиференцирани клетки. Схема на отлагане на CaP, индуцирано от промотори, е показана на фигура 4С. В първата стъпка промоторът ускорява натрупването на Ca 2+ йони, които са уловени от високата плътност на калциевите лигандни групи в структурата на промотора. В присъствието на фосфат, Ca 2+ йони ще образуват разтворими CaP клъстери, в крайна сметка завършвайки като утайки, както е описано по-горе.

Инхибиране на нуклеация на калциев фосфат и растеж на кристали

В допълнение към промоторите, появата и разпространението на VC също се определя от наличието на агенти, които забавят или ограничават утаяването на CaP. Тези средства включват класа на инхибиторите. Въз основа на механизмите на действие могат да се разграничат четири основни групи агенти. Първата група се състои от агенти, които предотвратяват или забавят образуването на стабилни ядра чрез повишаване на активационната бариера (инхибитори на нуклеацията) (Giocondi et al., 2010). Вторият се състои от агенти, които в малки количества са способни да задържат растежа на кристалите, като се прикрепят към повърхностите на кристалите (инхибитори на растежа на кристалите) (Dobberschuütz et al., 2018). Третите представляват агенти, забавящи съзряването от ACP до HAP, а четвъртите съединения, които, без да са истински инхибитори, могат да намалят свръхнасищането чрез отделяне на калциеви йони под формата на разтворими комплекси (Reznikov et al., 2016) или, в случай на бъбречни заболяване, намаляване на хиперфосфатемията с използването на фосфатни свързващи вещества (Floege, 2016) или бъбречна реабсорбция на Pi (Tsuboi et al., 2020), като по този начин намалява риска от калцификация.

Инхибиране на нуклеацията

Макар и точната стойност на критичното пренасищане, необходима за нуклеацията на ACP in vivo не е известно и данните за инхибирането на нуклеацията са оскъдни (Strates et al., 1957 Fleish and Neuman, 1961) приблизителната стойност може да бъде изчислена въз основа на инвитро данни, налични в литературата (Strates et al., 1957). Съответно, критичното пренасищане за нуклеацията на ACP би било С° С = 1,05 при рН = 7,4. Интересно е, че аналогичните изчисления, базирани на експериментални данни на други автори (Fleish and Neuman, 1961), дават С° С = 1,03 при рН = 7,4. Според тази стойност и като се има предвид средната концентрация на Ca 2+ = 1,18 mM, установена при здрави индивиди, очакваната концентрация на Pi, необходима за спонтанна калцификация в кръвта, би била 2,75 mM, стойност далеч над нормалните кръвни нива (0,97𠄱 .45 mM) кръвни нива или дори на пациенти с тежка хиперфосфатемия.

Предполага се, че активният колаген може да действа като промотор на калцификацията (Strates et al., 1957 Fleish and Neuman, 1961). Това предложение обаче изглежда малко вероятно, тъй като изчисленото С° С = 0,73 на базата на продукта на разтворимост на ACP, докладван от Christoffersen et al. (1990), не отговаря на условията, необходими за валежите С ≥ 1. Тези несъответствия подчертават необходимостта от прецизни изчисления на термодинамичните параметри въз основа на добре контролирани експериментални изследвания in vivo. Независимо от това, експериментът на Fleish също демонстрира способността за инхибиране на нуклеацията на пирофосфат (PPi) и полифосфат чрез увеличаване на С° С(ACP) за спонтанни (хомогенни) валежи до 1,07 и 1,10 съответно. Очевидно критичните стойности на пренасищане за нуклеация са доста ниски, но това заключение трябва да се разглежда с повишено внимание, като се има предвид, че както експериментите—, така и определянето на Кsp(ACP)— бяха извършени при различни йонни сили и при променящи се pH условия (pH има огромен ефект върху утаяването на CaP). Всъщност, на Кsp беше изчислена на аз = 0,035, а рН се промени от 7,4 на 5,7 по време на утаяване, докато в Strates et al. (1957) йонната сила е 0,165 и крайното рН е около 5,9. Въпреки това, въпреки очевидните недостатъци на изчисленията на термодинамичните параметри, базирани на инвитро данни, тези изчисления предлагат важен тласък за по-нататъшно изследване на ролята на колагена в насърчаването на нуклеация на CaP чрез изучаване на съответните термодинамични параметри in vivo. Освен това, те също изглежда обясняват способността на пирофосфата и органичните полифосфати да инхибират или забавят началото на нуклеацията на CaP. Strates et al. (1957) също описват, че HAP семенните кристали могат да растат в нормален кръвен серум, предложение, което подкрепя нашата хипотеза, че нуклеацията на CaP отлагания се контролира от кинетиката на утаяване на ACP, но след като настъпи трансформацията в HAP, кинетиката се управлява от HAP кристал растеж, който ще прогресира дори когато промените, провокирали събитието на минерализация, се върнат към нормалното. Всъщност прагът на Pи концентрацията за HAP пренасищане при pH = 7,40 и при долната граница на общата концентрация на калций в кръвта (1,01 mM) може да бъде толкова ниска до 0,85 mM.

Инхибитори на ACP превръщането в HAP

Някои молекули са способни да стабилизират ACP и да предотвратят или забавят узряването в HAP, като по този начин поддържат вратата отворена за реверсия на минерализацията, което би станало изключително невероятно, след като HAP бъде образуван. Два известни инхибитора на калцификацията, действащи чрез стабилизирането на ACP, са пирофосфат (PPi) (Ibsen and Birkedal, 2018) и магнезий (Boskey and Posner, 1974 Ter Braake et al., 2018). За подробности вижте каре 4.

КУТИЯ 4. Инхибиране на растежа на кристалите.

Инхибиторите на растежа на кристалите са молекули или йони, които се прикрепят здраво към повърхността на кристала, като по този начин затрудняват нарастващите кристални единици да ги изместят, като по този начин предотвратяват или забавят прикрепването на нови адатоми. Ефектът на инхибиторите върху растежа на кристалите е обяснен накратко. Ако йоните в разтвора останат над скоростта на нуклеация, тогава пренасищането ще остане над критичната стойност за нуклеация, Sc, позволявайки на процеса да продължи. Първоначално кристалите имат заоблена форма и грапава повърхност, но постепенно те развиват плоски лица, за да минимизират повърхностната им енергия. Използвайки модела на кристал Kossel (Kossel, 1927 Stranski, 1928 Фигура 4C) с кубични адатоми, които се свързват с най-близките съседи на всяка кристална повърхност, енергийната печалба на адатом, включващ се върху напълно плоско лице, ще бъде очевидно ниска (Фигура 4Ca , адатом 1). И все пак веднъж прикрепен, той ще създаде стъпало, подобно на стълби, улесняващо адсорбцията на следващия адатом към двата най-близки съседа (Фигура 4Ca, адатом 2). След като един адатом се включи в стъпалото на стълбището, той образува място на прегъване, така че следващият адатом ще се свърже с трите най-близки съседи (Фигура 4Ca, адатом 3). Някои инхибиторни молекули могат да блокират местата на прегъване (Фигура 4Ca, I), като по този начин ограничават растежа на лицето. Този механизъм на повърхностно нуклеация и разпространението на стъпки за образуване на нови слоеве изискват високи нива на пренасищане. Въпреки това, ако лицето има дефект, наречен винтова дислокация (Фигура 4Cb), се създава постоянно стъпало и пренасищането, необходимо за растеж на кристалите, намалява значително. По този начин само малък брой инхибиторни молекули, прикрепени към винтовите дислокации, могат много ефективно да задържат растежа на кристална повърхност. Инхибиторите ще бъдат по-малко ефективни при лице, растящо чрез вторичен механизъм на нуклеация. Освен това, в случай на груби лица, които се състоят предимно от места на прегъване, ще са необходими голямо количество инхибиторни молекули, за да блокират растежа. Трябва да се има предвид, че в крайна сметка типът на преобладаващия механизъм ще зависи до голяма степен от нивото на пренасищане в следния ред на важност: груб растеж > повърхностна нуклеация > винтова дислокация.

Наличните доклади за инхибиране на растежа на CaP кристали се отнасят най-вече за HAP. Най-добре познатият инхибитор на кристализацията на HAP е PPi. Този йон е здраво адсорбиран върху кристална повърхност на HAP (Fleisch, 1978 Ibsen и Birkedal, 2018), което влияе върху прогресията на процеса на минерализация по редица начини, включително увеличаване на критичното пренасищане както за хомогенна, така и за хетерогенна нуклеация, удължаване на индукцията на нуклеация период, промяна на кристалната морфология и стабилизиране на кристала чрез намаляване на растежа и скоростта на разтваряне. Макар и по-малко ефективни, други молекули като цитрат (Mekmene et al., 2012 Shao et al., 2018) и магнезий (Boskey and Posner, 1974) също могат да се считат за инхибитори на растежа на HAP кристали. По този начин, докато PPi и Mg 2+ изглежда ограничават растежа на HAP депозити, те не са в състояние да ги обърнат. Амбициозен in vivo експериментът с CKD при плъхове изглежда предполага способността на Mg 2+ да връща VC (D໚z-Tocados et al., 2017), но експерименталният дизайн изглежда благоприятства натрупването на обратимия аморфен CaP, а не на HAP кристал образуване.

Списъкът с потенциални инхибитори на растежа на HAP кристалите може да бъде допълнително разширен до фосфоцитрати, полифосфати, бисфосфонати, карбоксифосфонати, фитати (Thomas and Tilden, 1972) и други все още неидентифицирани плазмени компоненти (Rufenacht and Fleisch, 1984). Въпреки това, тъй като тези инвитро са проведени проучвания за инхибиране на прогресията на нуклеацията при стойности на рН, температура и концентрация, далеч от физиологични или дори патофизиологични условия, тяхната валидност за in vivo процесите са ограничени (Hunter and Goldberg, 1993), но потенциално полезни в специфични клинични условия като бъбречна калцифилаксия (Millan, 1990 Perelló et al., 2018 Calciphyx, 2019).

По-голямата част от наличните доклади се фокусират върху ролята на PPi в предотвратяването на минерализацията (Lomashvili et al., 2004) и ролята на алкалната фосфатаза (AP), отговорна за хидролизата на PPi във фосфат (Towler, 2005 Haarhaus et al. ., 2017 г.). Въпреки това, поради значителната променливост на експеримента инвитро и in vivo дизайни на проучване, понастоящем са осъществими само предварителни заключения относно насърчаването и инхибирането на кристализацията на CaP. За да получите пълен поглед върху механизмите на калцификацията, стандартните протоколи, съвместими с in vivo ще са необходими условия в медиалния слой, за предпочитане тези, които се срещат при хора.

Промоторите на нуклеацията, които действат като инхибитори на растежа

В някои случаи промоторите на нуклеация могат да действат и като инхибитори на растежа на кристали въз основа на способността им да свързват и натрупват Ca 2+ и да адсорбират върху повърхностите на CaP кристалите. Такъв е случаят с GAG по отношение на калциевия фосфат брушит (Zhai et al., 2019). Понякога се твърди, че инхибирането на растежа на кристалите от типични промотори на нуклеация [т.е. хондроитин сулфат (CS) и мукопротеини] се твърди в доклади за партиди за утаяване (Hunter and Goldberg, 1993). Но този привиден ефект на инхибиране може да е просто резултат от абсорбцията на Ca 2+ и последващото намаляване на пренасищането. В изследванията на постоянния състав, които отразяват по-точно условията в кръвоносните съдове, CS насърчава утаяването. Фосвитинът е специален случай, който се държи като инхибитор на нуклеацията при разтваряне, но насърчава нуклеацията, когато е имобилизиран върху колагенова повърхност (Onuma, 2005). Протеиновата имобилизация също е решаваща за поведението на промотор-инхибитор на остеокалцин, мукопротеини, фосвитин и фосфофорин.

Ефект на pH върху фосфатно и карбонатно нуклеиране

От трите вида фосфатни йони само PO4 3– участва във всички етапи на валежите, както е видно от: (i) PO4 3– е основният компонент на разтворимите прекурсорни клъстери (ii) PO4 3– е основният фосфатен йон в първата фаза на утаяване, ACP и (iii) PO4 3– също е фосфатният компонент на HAP. Както е посочено по-горе, концентрацията на PO4 3– в разтвор е много ниско при pH = 6,9 (Фигура 1А), но нараства бързо с повишаване на pH. Следователно, пренасищането на ACP и рискът от утаяване на CaP са силно зависими от pH (Фигура 1C): pH има много по-голямо влияние от промяната в концентрацията на фосфат. Всъщност повишаването на локалното рН до 7,90 би било достатъчно, за да се достигне критичната стойност на пренасищане (С = 1,03) оценено за средните кръвни Ca и Pи концентрация при здрави индивиди. При физиологични условия на Ca 2+ и pH, например, би било необходимо да се увеличи локалната концентрация на Pi до 3,0 mM, за да се достигне това С стойност, която е далеч над обичайното ниво при пациенти с хиперфосфатемия. Инвитро експерименти, оценяващи ефекта от клетъчната активност върху процеса на калцификация, също показаха забележително значение на pH, главно като следствие от използването на високо бикарбонатни среди и ниско съдържание на CO2 концентрация в атмосферата (Hortells et al., 2015). Значителни промени в локалното рН in vivo за разлика от строго регулираната рН хомеостаза на серума, може да възникне, както е обяснено по-долу, чрез модификация на активностите на Na + /H + - и бикарбонатните обменници и на протонните помпи, карбоанхидрази и други фактори, свързани с VSMC&# x2019 метаболизъм (Leibrock et al., 2016 Yuan et al., 2019). Въпреки че не е доказано, че локалната алкалност играе роля в патогенезата на MVC, тя може да се предположи чрез комбинация от механизми, като повишено присъствие на промотори, изчерпване на инхибитори, вероятно организирано от перфектна метаболитна буря, означаваща трансдиференциране на VSMC.

По отношение на калциевия карбонат, той присъства в значителни количества в патологични калцификации (Bazin et al., 2012) и в инвитро калцификации (наши собствени експерименти). Концентрацията на CO3 2– йони също нараства бързо над рН от 7 (Фигура 1А) и пренасищането на CaCO3 в кръвта може да бъде по-висока от тази на ACP при физиологични условия (Таблица 4), което подкрепя хипотезата, че VC може поне отчасти да е свързан с pH, а не с промените в концентрацията на фосфат. В културни среди, MEM или DMEM (среда, често използвана в инвитро процедури за калцификация) се поддържа при 5% CO2 атмосфера при дадени концентрации на бикарбонат и pH (Hortells et al., 2015), пренасищане на калциев карбонат (CaCO3) надвишава тази на CaP и в двете медии. Това откритие може не само да обясни съвместното утаяване на CaCO3 с CaP, но също така може да предложи ролята му в засяването на места за нуклеация на калциев фосфат.

Таблица 4. Пренасищане на ACP и CaCO3 в кръвта и в MEM [(NaHCO3) = 2,2 g/L] и DMEM среда с различни концентрации на калциеви и фосфатни йони.

Валежи във вътреклетъчни или извънклетъчни матриксни среди

Към днешна дата, проучвания в реално in vivo или ex vivo среда на медиалния слой не са налични. По този начин, хипотезата, очертаваща патогенезата на термодинамиката на утаяване на CaP в медиалния слой, трябва да се основава само на наличните в момента непълни доказателства, извлечени до голяма степен от инвитро наблюдения.

Медиалният слой се състои от ECM, включващ матризома с редица различни гликопротеини и протеогликани с вградени мрежи от колагенови и еластични влакна (Hynes и Naba, 2012) и VSMC. Поради обширната екстра- и вътреклетъчна компартментализация и поради по-високия вискозитет на ECM и VSMC цитоплазмата в сравнение с водните разтвори и други разтворители’, подвижността на йоните ще бъде по-малко предвидима и по-ограничена. Въпреки това, въз основа на наличните данни, вискозитетът на цитоплазмата е приблизително 1,2𠄱,5 пъти по-висок в сравнение с водата (Fushimi and Verkman, 1991 Bicknese et al., 1993 Kao et al., 1993 Luby-Phelps et al., 1993 Chang HC et al., 2008). Доколкото ни е известно, няма налични данни за вискозитета на ECM. По този начин, като въпрос на приближение, приемаме, че средата на средата съответства на вискозен разтвор, а не на твърд гел. Въз основа на тези оскъдни доклади ние условно заключаваме, че увеличаването на вискозитета, както се предполага в медиалния слой, ще повлияе главно на йонния транспорт, което води до дифузионно контролиран растеж на CaP кристали, вероятно единствената най-важна разлика в растежа на кристалите инвитро решения.

Важно е обаче да се разбере, че във всяка биологична система, независимо от състава и физико-химичните свойства като вискозитет, законите на термодинамиката и връзките между пренасищането и растежа на CaP кристали запазват своята валидност.

Добре известно е, че електрохимичният градиент между микромоларната концентрация на Ca 2+ в цитоплазмата на VSMC и милимоларната извънклетъчна концентрация на Ca 2+ може да се поддържа само при висока цена на енергия. Това изключително ниско [Ca 2+ и] в цитозола заедно с наличието на PPi предотвратяват спонтанно утаяване на CaP вътре в клетката при физиологични условия [цитозолът също съдържа 3𠄵 mM свободен Pi (Peacock, 2021)] и нормални метаболитни състояния. Нарушаването на енергийното снабдяване от митохондриите, оксидативния стрес, електрофилни инсулти и др., ще предизвика неконтролиран приток на [Ca 2+ и] от извънклетъчното пространство или ендоплазмения ретикулум, последвано от разрушаване на вътреклетъчната хомеостаза и клетъчна смърт (Orrenius et al., 2013). Апоптотичните тела или клетъчните остатъци могат да се превърнат в места за нуклеация и по този начин да допринесат за калцификация.

Хипотезата за стъпаловиден процес на медиална кристализация на CaP, очертана в раздела “MМолекулярни процеси в CaP утаяване”, получи подкрепа от експериментални данни от анализ на трансмисионна електронна микроскопия на CaP отлагания от клетъчни култури и артерии на плъх, показващи, че ранните CaP отлагания се състоят на ACP, подложен на прогресивен процес на уплътняване и водещ до кристализация на HAP наночастици (Villa-Bellosta et al., 2011 Hortells et al., 2015, 2017). Фактът, че двата метода на VC изследване, инвитро и in vivo, показват подобни ранни отлагания, но и двата процеса на калцификация не са свързани (инвитро е алкално-медиирана хомогенна утая, докато in vivo е хетерогенно утаяване, причинено от нуклеация на промотор) ясно показва, че термодинамиката на образуване на отлагания и зреене на кристали са постоянни и сходни, независимо от настройката на околната среда (Hortells et al., 2015).

Като се има предвид влиянието на pH върху пренасищането на ACP и следователно потенциално иницииране на калцификации, промените в pH трябва да се разглеждат като потенциално важен фактор в MVC, както във вътрешно-, така и в извънклетъчната среда. pH и в двете среди се определя от редица фактори, включително метаболитното производство на киселинните части, трансмембранния транспорт на протони’, активността на бикарбонатните транспортери и обменници и ензимния синтез на бикарбонат. Докато интравазалната хомеостаза на рН е строго контролирана в тесни граници, рН на локалната тъкан изглежда по-малко стабилно в зависимост от вида на тъканта и специфичните метаболитни дейности (Martin and Jain, 1994). Остеобластите, например, процъфтяват инвитро при алкално рН (Galow et al., 2017), в съгласие с ефекта на метаболитната алкалоза, повишавайки синтеза на остеобластния колаген и намалявайки костната резорбция, свързана с намаляване на освобождаването на остеокластична бета-глюкуронидаза (Bushinsky, 1996). Въпреки че никога досега не е демонстрирано, изкушаващо е да се заключи, че локалните промени в рН на тъканите, вероятно причинени от контрактилни или частично трансдиференцираният VSMC може да участва в задействането на MVC, особено ако се комбинира с насърчаване на нуклеацията и изчерпване на инхибитора на VC.

Локалните интерстициални-вътреклетъчни промени в pH са взаимозависими и се определят както от локални, така и от системни фактори. В VSMC няколко транспортера участват в движението на протони и бикарбонат за бърз контрол на вътреклетъчното рН (рНи) и локално извънклетъчно рН (рНо). Натриево-протонен обменник 1 (NHE1, Slc9a1) елиминира протоните от клетката, докато бикарбонатният транспортер, NBCn1 (Slc4a7), навътре съвместно транспортира натриевите и бикарбонатните аниони. С вътреклетъчен излишък от бикарбонат, това се елиминира чрез анионообменник 2 (AE2, Slc4a2) (Boedtkjer et al., 2012). Съвсем наскоро допълнителни транскрипти на бикарбонатен транспортер—Slc4a3, Slc26a2, Slc26a6, Slc26a8 и Slc26a11— бяха идентифицирани в SMC на аортата на плъхове инвитро, допълнително увеличавайки сложността на вътреклетъчния контрол на рН в VSMC (Hortells et al., 2020). В допълнение, въглеродните анхидрази също присъстващи в VSMC могат да увеличат концентрацията на бикарбонат и също така да променят вътреклетъчното киселинно-алкално равновесие. Интересно е, че инхибирането на тези ензими с ацетазоламид предотвратява калцирането на меките тъкани на клото-хипоморфни мишки (Leibrock et al., 2016) и при аполипопротеин Е (ApoE –/–) мишки (Yuan et al.), .

Освен това промените в pH в VSMC са замесени в няколко физиологични и патологични състояния. Например алкално рНи е необходим за пролиферацията на VSMC (Beniash et al., 2000 Boedtkjer et al., 2012), както и за ремоделиране на ECM и активиране на матрични металопротеинази (Harrison et al., 1992 Stock et al., 2005). NHE1 инхибира апоптозата чрез повишаване на pHи, клетъчен обем и съдържание на натрий и чрез намаляване на активността на ензимите, необходими за апоптоза (Pedersen, 2006). Обратно, инхибирането на NHE1 или на NBCn1 трябва да причини вътреклетъчно подкиселяване и реципрочна локална извънклетъчна алкалност, като следователно насърчава MVC чрез насърчаване на апоптоза, свързана с нуклеация на калций (Shroff et al., 2008). Тази локална алкалност може също да създаде оптимална TNAP среда за хидролизиране на PPi и органични фосфати като фосфолипиди. От своя страна, повишената експресия на TNAP изглежда е една от първите стъпки на MVC при ХБН (Hortells et al., 2017). В допълнение, локалната алкалност също ще пренасища средата по отношение на ACP и калциев карбонат. Тези примери илюстрират потенциалното значение на регулирането на pH на дейностите в VSMC, потенциално приложимо за патогенезата на MVC.

Роля на клетъчната трансдиференциация

Промените в локалното рН, свръхекспресията на TNAP и други фактори могат да съпътстват трансдиференцирането на VSMC в остео/хондробластично-подобни клетки. След откриването на генната експресия на образуване на кост в атеросклеротични лезии (Boström et al., 1993), активната роля на VSMC в процеса на VC е широко проучена (например, 153�). Остео/хондрогенната трансдиференциация на VSMC е изследвана главно при MVC, свързан с CKD. При тези пациенти наблюдаваните уремични и хиперфосфатемични състояния са изкушавали да се използва прост модел на изследване, отчитащ дизайна на доста пълно патогенетично предложение, базирано на директните ефекти на Pi, както следва. Силно изобилният фосфат или ще проникне директно в VSMC, или ще бъде усетен чрез натриево-фосфатните котранспортери (PiT1/2), активирайки път на сигнална трансдукция, което води до фенотипна трансформация в клетки, подобни на остеохондробласти. Тази трансформация може да бъде медиирана от експресията на Pi-индуцирани транскрипционни фактори като Msx2 (msh homeobox 2), Runx2 (Runt-свързан транскрипционен фактор 2), osterix и др., които от своя страна биха увеличили експресията на костната образуване на протеини, като Bmp2 (костен морфогенетичен протеин-2), TNAP, остеокалцин, колаген тип I и т.н., което води до изчерпване на PPi, увеличен брой нуклеиращи места, образуване на калципротеинови частици и т.н., като следователно улеснява, инициира и стимулира калцификация (Voelkl et al., 2019 Lee et al., 2020 Tyson et al., 2020).

Докато трансдиференцирането на VSMC и термодинамиката на утаяването на CaP принадлежат към различни научни области, те се допълват взаимно при изследване на патогенезата на MVC. Докато първият предоставя хипотеза, по-късният отчита тестване на хипотези. Следователно, описаният по-горе патогенетичен сценарий все още трябва да се разглежда с повишено внимание по няколко причини. Първо, при моделните или 5/6-нефректомизирани плъхове хиперфосфатемията се наблюдава само след образуване на първите отлагания, а не преди това (Hortells et al., 2017), следователно хиперфосфатемията не трябва да се счита за необходима причина за калцификация, а като ускорител и усложняващ агент. Второ, MVC може да изисква взаимодействие на различни системни и локални фактори, които липсват в клетъчна култура като VSMC. На трето място, термодинамичните принципи предполагат, че калциевите фосфати не са пренаситени при нормални или дори пациенти с ХБН и следователно хомогенна преципитация е изключена възможност. Четвърто, в VSMC култури, наночастиците от калциев фосфат (или евентуално калциев карбонат), а не разтворимия Pi, са отговорни за остео-/хондрогенната трансдиференциация. Това може лесно да се наблюдава чрез инкубиране на VSMC култури с високи концентрации на Pi в присъствието на нуклеиращи инхибитори, като PPi, фосфономравчена киселина или бифосфонати: такива нанопреципитати не се образуват и следователно в VSMC не се експресират гени, свързани с костите, въпреки високото Концентрация на Pi (Villa-Bellosta et al., 2011 Lee et al., 2020). Пето, изглежда, че наночастиците не са причинени от естествения или трансдиференциран VSMC, който би зародил калций хетерогенно, а по-скоро от алкално рН-медиирано пренасищане, което причинява хомогенно утаяване в средата при използване на силно бикарбонатна среда в присъствието на ниско CO2, заедно с изключително високите концентрации на Pi (Hortells et al., 2015). Важно е да се отбележи, че не се получават хомогенни валежи in vivo. Ако рН е зададено на рН 7,4 в културална среда, не се образуват утайки и не настъпва трансдиференциране на VSMC. Всъщност, калцификацията се случва и при използване на нетрансдиференцирани, мъртъв клетки (Villa-Bellosta и Sorribas, 2009). По този начин, горното инвитро Експерименталният модел представлява краен случай на редукционизъм в биомедицинските изследвания, представяйки погрешно многофакторната сложност на MVC. Например, защото флуоридът предотвратява растежа на калциеви отлагания инвитро може да се счита за инхибитор на калцификация, но, за разлика от това, флуоридът насърчава MVC в in vivo експериментален модел на плъх (5/6-нефректомия), вероятно поради множество ефекти, главно нефротоксичност (Martín-Pardillos et al., 2014).

Установено е, че остео/хондрогенната трансформация на VSMC се случва в медиалния слой в MVC in vivo, както е показано от експресията на няколко гена, образуващи кост. Въпреки това, ако може да се изключи CaP хомогенното утаяване в кръвта и директния ефект на Pi върху костообразуваща генна експресия, по-скоро повлияна от отлаганията на калциев нанопреципитат, тогава остео/хондрогенната трансформация може да се счита за последица от предшестващи калциеви отлагания, причинени например от фактори като като локално пренасищане на ACP, свръхекспресия на АР и/или изобилие от промотор на нуклеация (Hortells et al., 2017 Hruska et al., 2017), в зависимост от процесите, свързани с CKD, DM, стареене или други. Следователно, ние предполагаме, че всяка хипотеза за патогенеза на MVC трябва да отговаря на термодинамичните принципи и да премине успешно филтъра на енергийната правдоподобност.


Материали и методи

Проучените останки от неолита са разкопани през 1994 г. в обекта Camí de Can Grau (Granollers, Барселона, Испания). Обектът включва 23 гробници, които са C14, датирани между 3500 и 3000 години пр.н.е. Както при повечето археологически разкопки на човешки проби, които преди това са били използвани в анализите на aDNA, багерите не са взели особени предпазни мерки за предотвратяване на директен контакт между кожата на водача или други източници на ДНК (например пот) с материала. Веднага след изкопаването останките се измиват под течаща вода и се оставят да изсъхнат естествено. Впоследствие останките са подложени на антропологично изследване, преди да бъдат съхранявани в продължение на 10 години в запечатани найлонови торбички, в затворени кутии, в складово помещение на местния музей на Granollers. Розър Поу (R.P.) и Микел Марти (M.M.) бяха археолозите, които изкопаха, почистиха и измиха останките. Elisenda Vives (E.V.) предприе антропологичното изследване (таблица 1), по време на което черепните и зъбните фрагменти бяха залепени заедно, а костите и черепите бяха измерени със стандартни антропологични инструменти.

Митохондриални хаплотипове на единствените 6 изследователи, които са били в контакт с пробите


Откриване на калцирани камъни и пукнатини в зъбите - Биология

Зъбната пулпа е неминерализирана устна тъкан, съставена от мека съединителна тъкан, съдови, лимфни и нервни елементи, която заема централната пулпна кухина на всеки зъб. Пулпът има мека, желатинова консистенция. Фигура 1 (в съседство) показва, че по тегло или обем по-голямата част от пулпата (75-80%) е вода. Освен наличието на пулпни камъни, намиращи се патологично в пулпната кухина на стареещи зъби, в нормалната зъбна пулпа няма неорганичен компонент. В съзъбието на възрастни има общо 32 пулпни органа. Пулпните кухини на моларните зъби са приблизително четири пъти по-големи от тези на резците.

Пулпната кухина се простира надолу през корена на зъба като коренов канал, който се отваря в периодонтиума през апикалния отвор. Кръвоносните съдове, нервите и др. на зъбната пулпа влизат и излизат от зъба през този отвор. Това създава форма на комуникация между пулпата и околните тъкани - клинично важно за разпространението на възпаление от пулпата навън в околния периодонтиум.

В развитието и функционалността пулпата и дентинът са тясно свързани. И двете са продукти на съединителната тъкан, получена от нервния гребен, която образува зъбната папила.

Зъбната пулпа е рохкава съединителна тъкан с външен вид, подобен на мукоиден CT. Съдържа компоненти, общи за всички съединителни тъкани:

  • Клетки: фибробласти и недиференцирани мезенхимни клетки (лабораторно изображение 1), както и други видове клетки (макрофаги, лимфоцити и др.), необходими за поддържането и защитата на тъканта.
  • Фиброзна матрица: колагеновите влакна, тип I и II, присъстват в разпределен и произволно разпръснат начин, с по-висока плътност около кръвоносните съдове и нервите. Смята се, че колагенът тип I се произвежда от одонтобластите, тъй като дентинът, секретиран от тези клетки, се състои от колаген тип I. Тип II вероятно се произвежда от пулпните фибробласти, тъй като честотата на този тип се увеличава с възрастта на зъба. По-старата пулпа съдържа повече колаген както от пакетния, така и от дифузния тип.
  • Основно вещество: средата, която заобикаля както клетките, така и влакната на пулпата (Лабораторно изображение 2) е богата на протеогликани, гликопротеини и големи количества вода.

Големият брой недиференцирани мезенхимни клетки (присъстващи като периваскуларни клетки) в пулпата улеснява набирането на новодиференцирани клетки, за да заменят други, когато са загубени – по-специално одонтобласти.

Одонтобластите (разгледани по-подробно в модула за дентина) включват най-външната област/слоя на пулпата, непосредствено до дентинния компонент на зъба. Тези клетки са отговорни за секрецията на дентин и образуването на дентинни тубули в короната и корена.

  • Периферният аспект на зъбната пулпа, наричан одонтогенна зона (1), се диференцира в слой от образуващи дентин одонтобласти (A).
  • Непосредствено под слоя на одонтобласта е безклетъчната зона (на Weil). Тази област (2) съдържа множество снопове от ретикуларни (Korff) влакна (B). Тези влакна преминават от централната област на пулпата, през безклетъчната зона и между одонтобластите, като дисталните им краища са включени в матрикса на дентиновия слой. В тази зона се намират и множество капиляри (C) и нерви (D).
  • Точно под зоната без клетки се намира богатата на клетки зона (3), съдържаща множество фибробласти (E) - преобладаващият клетъчен тип пулпа. Фибробластите на пулпата са демонстрирали способността да разграждат колагена, както и да го образуват. Периваскуларни клетки (недиференцирани мезенхимни клетки) присъстват в пулпата и могат да доведат до одонтобласти, фибробласти или макрофаги.

Тъй като самите одонтобласти не са способни на клетъчно делене, всяка стоматологична процедура, която разчита на образуването на нов дентин (F) след разрушаване на одонтобластите, зависи от диференциацията на нови одонтобласти от тези мултипотенциални клетки на пулпата. Лимфоцитите, плазмените клетки и еозинофилите са други типове клетки, също често срещани в зъбната пулпа.

обозначава 4 зони или области на зъбната пулпа (лабораторно изображение 4):

Съдово снабдяване на пулпата


Илюстрира обширния съдов модел на зъбната пулпа - подчертавайки основната й функция - поддържане и поддържане на периферния одонтобластен слой. Одонтобластите от своя страна поддържат горния слой дентин.

Стените на пулпните съдове са много тънки, тъй като пулпата е защитена от твърда, неподатлива обвивка от дентин. Една или повече малки артериоли влизат в пулпата през апикалния форамен и се издигат през радикуларната пулпа на кореновия канал. След като достигнат пулпната камера в короната, те се разклоняват периферно (лабораторно изображение 4), за да образуват гъста капилярна мрежа непосредствено под - и понякога се простира нагоре в - одонтобластния слой. Капилярите показват множество пори, отразяващи метаболитната активност на одонтобластния слой. Малките венули дренират капилярното легло и в крайна сметка напускат като вени през апикалния отвор.

Кръвният поток е по-бърз в пулпата, отколкото в повечето части на тялото, а кръвното налягане е доста високо. Артериовенозните анастомози с артериоларен размер са чести в пулпата. В продължение на много години изследователите установиха, че е много трудно да установят наличието на лимфни възли в пулпата. Повечето вярваха, че няма лимфен дренаж на зъбите. Предполага се, че тъканната течност се е оттекла обратно в капилярните или посткапилярните места на кръвоносната съдова система. През последните години редица изследвания доказват наличието на тънкостенни, неправилна форма лимфни съдове. Те са по-големи от капилярите и имат непълна базална ламина, улесняваща резорбцията на тъканната течност и големи макромолекули на пулпния матрикс.

Продължаващото образуване на цимент в апикалния отвор може да доведе до запушване на отвора. Стените на пулпните вени са засегнати първо от циментовата констрикция. Може да се появи съдова конгестия. Това в крайна сметка води до некроза на пулпата.

Няколко големи нерва влизат в апикалния отвор на всеки молар и премолар, като единични влизат в предните зъби. Един млад премолар може да има до 700 миелинизирани и 2000 немиелинизирани аксона, влизащи във върха. Тези нерви имат две основни модалности:

1. Автономни нервни влакна. В пулпата се намират само симпатикови вегетативни влакна. Тези влакна се простират от невроните, чиито клетъчни тела се намират в горния цервикален ганглий в основата на черепа. Те са немиелинизирани влакна и пътуват с кръвоносните съдове. Те инервират гладкомускулните клетки на артериолите и следователно функционират в регулирането на кръвния поток в капилярната мрежа.

2. Аферентни (сензорни) влакна . Те произлизат от максиларните и мандибуларните клони на петия черепен нерв (тригеминален). Те са предимно миелинизирани влакна и могат да завършват в централната пулпа. От този регион някои ще изпратят малки отделни влакна, които образуват субодонтобластния плексус (на Рашков) (Лабораторно изображение 5) точно под одонтобластния слой.От плексуса влакната се простират в немиелинизирана форма към одонтобластите, където след това освобождават своята обвивка на Schwann клетки. Влакната завършват като "свободни нервни окончания" близо до одонтобластите, простират се нагоре между тях или дори могат да се простират по-нагоре за кратки разстояния в дентинната тубула. Те функционират при предаване на болкови стимули от топлина, студ или натиск. Субодонтобластният плексус е разположен предимно в покрива и страничните стени на короналната пулпа. Той е по-слабо развит в кореновите канали. Малко нервни окончания се намират сред одонтобластите на корена.

илюстрира свободните нервни окончания (F), възникващи от субодонтобластния плексус (E) и преминаващи нагоре между одонтобластите (A), за да влязат в дентинната тубула, където завършват (G) на одонтобластния процес (D). B = предентин, C = дентин

Произходът и понятията, свързани с болката в пулпно-дентинния комплекс, ще бъдат разгледани в модула за дентина.

Фигура 5 илюстрира регионите, където се намират двата вида зъбна пулпа:

1. Коронарната пулпа (A) (Лабораторно изображение 3) заема короната на зъба и има шест оклузални, мезиални, дистални, букални, лингвални и подови повърхности.

Роговете на пулпата (B) са издатини на пулпата, които се простират нагоре в куспидите на зъба. С възрастта пулпните рога намаляват и короналната пулпа намалява в обем поради продължаващо (вторично) образуване на дентин - често резултат от продължаваща дъвкателна травма. При шийката на зъба короналната пулпа се присъединява към втория тип.

2. Радикуларната пулпа (C) (лабораторно изображение 2) се простира от шийката на матката надолу до върха на зъба. Моларите и премоларите показват множество радикуларни пулпи. Тази пулпа е заострена и конична. По начин, подобен на короналната пулпа, той също намалява по обем с възрастта поради продължаващата дентиногенеза. Пулпата, преминаваща през апикалния отвор, може да бъде намалена чрез продължаващо образуване на цимент.

Свързани с възрастта и патологични промени в пулпата

С възрастта настъпват специфични промени в зъбната пулпа. Клетъчната смърт води до намаляване на броя на клетките. Оцелелите фибробласти реагират, като произвеждат повече влакнеста матрица (повишен тип I спрямо колаген тип II), но по-малко смляно вещество, което съдържа по-малко вода. Така с възрастта пулпата става:

а) по-малко клетъчна

б) по-влакнести

в) общо намаляване на обема поради продължаващото отлагане на дентин (вторично/реактивно)

илюстрира нормалния вид на пулпната кухина (P) в млад стадий.

илюстрира известно изтриване на пулпата в резултат на нормално стареене, както и травма от износване на емайла на куспида (А). Обърнете внимание, че пулпният рог (B) не е толкова добре дефиниран поради реагиращо врастване на вторичен дентин под износения куспид. Циментът е започнал да се сгъстява върху корена (C).

Фигура 8
показва промените в размера на пулпната кухина към средна възраст. Рогът на пулпата продължава да се намалява в отговор на повишеното износване на горния емайл. Настъпило е цялостно намаляване на размерите на пулпната кухина чрез продължително отлагане на нормален вторичен дентин. Хистологията на пулпата разкрива намалена клетъчност, съчетана с повишена фиброза. Отлагането на цимент (C) продължава и апикалният отвор впоследствие е претърпял намаляване на диаметъра (D).

Фигура 9
е илюстративно за пулпната кухина в напреднала възраст. Продължаващото носене на емайла върху куспида е довело до образуването на мъртви участъци на дентина (E). Той също така стимулира образуването на реактивен вторичен дентин (F), който е заличил пулпния рог и сега нараства в короналната пулпна кухина. Пулпната кухина, коронарните и радикуларните области, е значително намалена от тази в младите стадии. Циментът (C) продължава да се отлага и апикалният отвор (D) вече е значително по-тесен.

Стареенето намалява способността на зъбната пулпа да реагира на нараняване и да се самовъзстановява. Фактът, че пулпата е заобиколена от минерализиран дентин, прави относително незначителни патологични събития като възпаление, което причинява подуване на друго място, да доведе до притискане на пулпата, което води до интензивна болка. Това обикновено води до смъртта на пулпата.

Калцирани тела в пулпата (пулпни камъни) (лабораторно изображение 6, лабораторно изображение 7)

Малки калцифицирани тела присъстват в до 50% от пулпата на новопроникналите зъби и в над 90% от по-старите зъби. Тези калцифицирани тела обикновено се намират свободно в пулпата, но в крайна сметка могат да нараснат достатъчно, за да посегнат на съседния дентин и да се прикрепят. Тези тела се класифицират според тяхното развитие или хистология:

Епителио-мезенхимни взаимодействия. Малки групи от епителни клетки се изолират от епителната коренова обвивка по време на развитието и се озовават в зъбната папила. Тук те взаимодействат с мезенхимни клетки, което води до тяхното диференциране в одонтобласти. Те образуват малки дентинови структури в пулпата.

Калцифични дегенерации. Спонтанната калцификация на пулпните компоненти (колагенови влакна, земна субстанция, клетъчни остатъци и др.) може да разшири или индуцира пулпните клетки в остеобласти. След това тези клетки произвеждат концентрични слоеве от калцираща матрица върху повърхността на масата - но нито една клетка не се улавя.

Дифузна калцификация. Вариант на горното, при който сериозно дегенерираната пулпа се подлага на калцификация на редица места. Тези тела приличат на калцифични дегенерации с изключение на по-малкия им размер и увеличения им брой.

Калцифицираните тела в пулпата могат да бъдат съставени от дентин, неравномерна калцифицирана тъкан или и двете. Калцифицирано тяло, съдържащо тръбен дентин, се нарича "истински" пулпен камък или дентикул (Лабораторно изображение 7). Истинските пулпни камъни показват излъчващи ивици, напомнящи дентинни тубули. Обикновено тези тела, образувани от епителиомезенхимно взаимодействие, са истински пулпни камъни.

Неравномерно калцифицираната тъкан обикновено не прилича много на никоя известна тъкан и като такава се означава като "фалшив" пулпен камък или дентикул (Лабораторно изображение 6). Фалшивите пулпни камъни обикновено показват или хомогенна морфология, подобна на хиалин, или изглежда, че са съставени от концентрични ламели.

показва и двата вида камъни: A и B са фалшиви пулпни камъни, C е истински пулп камък. А е "прикрепен" камък (който може да се вгради, докато отлагането на вторичен дентин продължава. B и C са "свободни" камъни, открити в пулпната кухина.

Основната функция на зъбната пулпа е да осигури жизненост на зъба. Загуба на пулпа след коренов канал) не означава, че зъбът ще бъде загубен. Тогава зъбът функционира без болка, но е загубил защитния механизъм, който осигурява пулпата.


Стареене на зъбната пулпа

Зъбната пулпа е меката съединителна тъкан, която включва одонтобласти, фибробласти, мезенхимни стволови клетки, нервни влакна и съдове. Тази тъкан се получава от зъбна папила, кондензация на ектомезенхимни клетки в развиващия се зъб (Фигура 1А). Клетките на зъбната папила, лежащи в основата на емайлния епител, могат да се диференцират в одонтобласти, този процес се контролира от епителни и мезенхимни взаимодействия (Thesleff et al., 2001). При такива епителни и мезенхимни взаимодействия и ефектите на различни растежни фактори (напр. костни морфогенетични протеини, фибробластни растежни фактори и WNT), развитието на зъбите протича с тази тъкан (Thesleff, 2003).

Структурната връзка между дентина и зъбната пулпа е известна като �ntin–pulp комплекс.” Както бе споменато по-горе, обемът на пулпата намалява с възрастта поради вторично отлагане на дентин през целия живот (Murray et al., 2002). Това непрекъснато отлагане на дентин и дистрофична калцификация в пулпните артерии прекъсва кръвообращението в зъбната пулпа на по-възрастните индивиди (Bernick, 1967a). Когато се сравнява клетъчната плътност на пулпата при 70-годишни индивиди с тази при 20-годишни индивиди, броят на клетките при по-възрастните индивиди е почти наполовина по-малък от по-младите индивиди (Nanci, 2018), което показва намаляване на възстановяването на пулпата активност (Murray et al., 2002). Освен това, Hillmann и Geurtsen (1997) съобщават, че агрегацията на колагеновите влакна и калцификацията в зъбната пулпа се увеличават с напредване на възрастта. Дистрофичната калцификация в централната пулпа на короналната област и кореновия канал е очевидна при по-възрастни индивиди, което може да се дължи на техния намален пулпен кръвоток (Ersahan and Sabuncuoglu, 2018 Iezzi et al., 2019). По-специално, Li et al. (2011) съобщават, че клетките от човешка зъбна пулпа (HDPCs), култивирани при хипоксични условия, показват повишена минерализация. Освен това, предишно проучване изследва морфологичната промяна на стената на дентинната пулпа по време на процеса на стареене (Tsurumachi et al., 2008) формата и модалността на калкосферитите върху стената на пулпата стават разнообразни по време на стареенето. Такова отлагане може да допринесе за растежа на вторичен дентин.

Третичният дентин също се отлага върху вторичния дентин при патологични стимули като кариес на дентина, изрязване на зъби и травма. Този дентин включва два типа, реакционен и репаративен, които се различават в зависимост от степента на стимули (Smith et al., 1995). Тези дентиногенни дейности също са намалени при по-възрастни индивиди (Murray et al., 2002).

С възрастта възникват затруднения при ендодонтското лечение поради свиване на пространството на пулпната камера от хиперплазия на вторичен и третичен дентин, както и пулпни камъни (т.е. ектопични калцифицирани частици в короналната област) и дифузна калцификация в радикуларната пулпа (Krasner и Rankow , 2004). Неотдавнашно проучване съобщава за ефективността на конусно-лъчева компютърна томография при ендодонтска диагностика и планиране на лечението (Sue et al., 2018), демонстрирайки нейната полезност при текущото лечение. Освен това е описан ръководен ендодонтски достъп с помощта на конусно-лъчева компютърна томография при пациенти с калцифицирани коренови канали (Lara-Mendes et al., 2018).

Нервните влакна са широко разпространени в зъбната пулпа. В нарастващата дентална папила на човешките фетални зъби експресията на нервния растежен фактор и неговите рецептори с нисък и висок афинитет (p75NTR и TrkA, съответно) предхожда инициирането на инервация на зъбите (Mitsiadis and Pagella, 2016). По-специално, смята се, че p75NTR кондензира мезенхимни клетки от клетки на нервния гребен по време на изграждането на зъбната папила. Следователно, тези молекули вероятно участват както в развитието на зъбите, така и в растежа на нервите в зъбната пулпа. Въпреки това, разпределението на нервните влакна в зъбната пулпа намалява, вероятно поради дегенерация с нарастване на възрастта (Bernick, 1967b Фигура 1B). По-специално, Couve и Schmachtenberg (2018) характеризират два типа клетки на Schwann, които се намират в зъбната пулпа: немиелинизиращи и миелинизиращи. Те също така откриват намаляване на мрежата от тези клетки в интерфейса на дентин– пулпа, заедно с намалена инервация в старата зъбна пулпа, тези открития предполагат прогресията на по-малко симптоматичен кариес при по-възрастни индивиди поради намален отговор на наранявания от околната среда и патогени (Couve и др., 2018). По този начин, по време на стареене, пулпната кухина се свива и клетките на зъбната пулпа впоследствие намаляват своите функции и дейности (Фигура 1В).


Всичко за слюнчените камъни, звездата на този ужасяващ нов вирусен видеоклип

След като се съвзехме от клипа на NSFW, в който слюнчен камък изскача от устата на мъж, помолихме зъболекар да обясни какво точно е и дали може да ни се случи.

Днес във вирусни видеоклипове в интернет е колективно изумление от кадри на подобна на червей форма, която излиза изпод езика на човека. Видеоклипът на мобилния телефон (по-долу— гледайте на свой собствен риск!) изглежда малко като нещо от Извънземно филм. Но всъщност изобразява донякъде често срещан медицински феномен, макар и доста краен случай.

Това явление, както написа потребителят на YouTube Брандън Дъглас, е известен като слюнчен камък. Според коментарите на Douglas’ в Reddit, той е изпитвал болка от около пет дни. Лекар му каза, че има запушване и вероятно камък в сублингвалната му (под езика) слюнчена жлеза.

Когато Дъглас, американец, разположен във военноморска база в Бахрейн, усети как блокирането се изтласква, той грабна телефона си и започна да записва. “I се събуди сутринта и ми беше много трудно,” написа той. “I отиде до банята и ми изви езика и излезе камък!”

Този камък беше дълъг няколко сантиметра и остави забележима дупка в устата на Дъглас, след като го извади изцяло. Но какво по дяволите беше и може ли да се случи на някой от нас? Ето какво знаем.

Въведение в слюнчените камъни

Слюнчените камъни, известни също като камъни в слюнчените канали или сиалолитиаза, се състоят от калций и други минерали, естествено открити в слюнката. Когато слюнчените канали—малките отвори в устата ви, които произвеждат слюнка—се запушат, тези минерали могат да се натрупват и втвърдяват под повърхността на кожата.

Това може да причини болка и подуване, особено когато се стимулира потокът на слюнка. В Reddit Дъглас написа, че камъкът е ȁИзключително дразнещ” в продължение на няколко дни. “Всеки път, когато ям, нямаше къде да отиде слюнката от тази страна, така че жлезата просто щеше да се надуе и да ме боли.”

Но това не винаги е болезнено или очевидно, казва Мери Гадбоа, DDS, зъболекар в частна практика в Кълъмбъс, Мисури. 𠇊 много пъти хората не’ не осъзнават това, докато не започне да измества езика им,” казва тя. “Имахме един пациент, който влезе не защото го болеше устата, а защото протезите му вече не ставаха.”

Слюнчените камъни могат да се образуват, когато каналът е повреден поради някакъв вид травма, казва тя, или когато потокът на слюнката се забави. Хората със сухота в устата—поради определени лекарства, дехидратация или други медицински състояния—са много по-податливи на тях.

Какво трябва да направите, ако смятате, че имате такъв?

Повечето слюнчени камъни са малки и често могат да бъдат извадени сами чрез стимулиране на потока на слюнката. Д-р Гадбоа препоръчва да се пие много вода и да се смучат кисели лимонови бонбони през целия ден.

“това може да създаде тази река зад камъка и да я изтласка,” тя казва, ȁНещо като как понякога можете да измиете камъни от бъбреците, като пиете много вода.”

Вашият лекар или зъболекар може да ви насърчи да опитате това за няколко дни, добавя д-р Гадбоа. Ако не излезе от само себе си—или ако изпитвате силна болка— може да се нуждаете от операция.

“Ние’Ще ги изтръпнем, ще направим малък разрез и ще го изрежем,” казва тя. “NОбикновено не’ дори не трябва да поставяме шев и той заздравява добре сам.”

Лекарите често приспиват пациентите, за да направят тази операция, казва д-р Гадбоа, докато зъболекарите, които са по-свикнали да правят орална хирургия, докато пациентите са будни, са склонни да използват локална анестезия.

Трябва ли да опитате да го извадите?

Д-р Гадбоа не препоръчва използването на пинсети или нещо остро за отстраняване на камък, но казва, че нежното масажиране около канала понякога може да помогне за бързото стартиране на процеса на отстраняване.

Ако обаче не излиза лесно, посетете професионалист. “Ако можете да стигнете до зъболекар,’ не е скъпо или сложно да ви вцепенят и да го извадят бързо,” казва тя. “TТова вероятно е много по-приятно за пациента, отколкото да се опитвате да го правите у дома.”

След като изчезне, казва д-р Гадбоа, говорете с Вашия лекар или зъболекар какво можете да направите, за да предотвратите други камъни в слюнката в бъдеще. Това може да включва да останете добре хидратирани или да разгледате по-отблизо лекарствата си, за да видите дали някое може да прекъсне доставките ви на слюнка.

Освен в случаи на инфекция или обширни операции, хората обикновено се възстановяват бързо и напълно от слюнчените камъни. Когато го попитаха в Reddit какво следва за него, Дъглас отговори с облекчение: “Просто изядох цяла пица без никаква болка. Не съжалявам за нищо.”


5. Заключение

След въвеждането на бифосфонатите те са били използвани за лечение на множество костни заболявания и рак. В рутинната дентална практика клиницистите се натъкват на много пациенти, които получават бифосфонати като част от терапията си. Най-често се срещат жени в постменопауза, които получават бифосфонати като лечение на остеопороза, която е много често срещана за тяхната възрастова група. Тези пациенти са изложени на повишен риск от развитие на ONJ, когато се извършва стоматологично лечение или пациентът страда от зъбно заболяване. Така че става важно да се идентифицират такива пациенти и да се следва предложен протокол, за да се избегнат усложнения. Също така е важно да се идентифицират различни рискови фактори за пациента, който може да развие индуциран от бифосфонати ONJ преди всяка стоматологична процедура.


Гледай видеото: Миене на зъби и използване на конец за зъби при деца (Може 2022).