Роль алкалоза и связанных с ним биохимических изменений в развитии и профилактике основных стоматологических заболеваний

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Роль алкалоза и связанных с ним биохимических изменений в развитии и профилактике основных стоматологических заболеваний

Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Введение

рот щелочной ионизированный кальций

Актуальность исследования

Кислотно-щелочное равновесие (КЩР) является важнейшим фактором сохранения местного гомеостаза в полости рта (ПР) [3, 26, 76, 92, 133, 142, 155, 158]. Учеными хорошо изучены и описаны в литературе те изменения, которые происходят в ПР при нарушениях КЩР в сторону ацидоза [67, 72, 122, 137]. Наиболее опасным является ацидоз, провоцируемый органическими кислотами ацидогенной ротовой микрофлоры ПР при ферментации ею простых углеводов [46, 61, 82]. Поскольку этот ацидоз достигает своего максимума на поверхностях зубов, он способствует деминерализации эмали и развитию кариеса - самого распространенного стоматологического заболевания [150, 173, 175, 191]. Изменения рН в зубном налете (ЗН) и РЖ после употребления сладкого описаны впервые R. Stephan (1940) и носят имя «кривой рН Стефана». Эта кривая давно и успешно используется для ранней диагностики риска развития кариеса зубов, его прогнозирования, оценки ацидогенного потенциала пищевых продуктов [24, 35, 74, 86].

В то же время, нарушения КЩР в ПР в сторону алкалоза изучены недостаточно. Известно лишь, что некоторые пищевые продукты, содержащие в своем составе азотистые соединения (сыр, орехи и др.) способны провоцировать в ПР временные алкалотические сдвиги КЩР [130, 157, 180]. Также известно, что при алкалозе может увеличиваться агрегативная способность слюны, что ведет к образованию твердых зубных отложений [60]. В.А. Румянцевым (1998) по аналогии с кривой рН Стефана была впервые описана и предложена для практического применения тестовая карбамидная кривая изменения рН в ПР под влиянием использования тестовой порции карбамида (мочевины) - продукта, легко ферментируемого уреазопозитивной аммиак-продуцирующей микрофлорой ПР [66, 91]. В то же время недостаточно изучено, какие именно биохимические процессы сопровождают алкалотические изменения КЩР в ПР, когда происходит существенное нарушение физиологических свойств РЖ. Не определено, имеются ли какие-либо особенности биохимических показателей РЖ у здоровых людей, а также кариесвосприимчивых и имеющих воспалительные заболевания пародонта. Совершенно не изучен вопрос состояния КЩР в ПР у людей, привычное питание которых отличается избытком белковой животной или растительной пищи. Не изучались те биохимические процессы, которые сопровождают искусственно спровоцированные алкалотические изменения в РЖ во время микробной ферментации карбамида в ПР. Такого рода исследования могут быть полезны для дальнейшего изучения вопросов патогенеза основной стоматологической патологии - кариеса зубов и воспалительных заболеваний пародонта (ВЗП), нарушений КЩР и местного гомеостаза в ПР в норме и при наличии патологии. Они позволили бы оценить значение пищи, характера питания и уже имеющейся стоматологической патологии на первичную или вторичную профилактику основных стоматологических заболеваний, научно обосновать способы профилактики нарушений КЩР в ПР на бытовом практическом уровне.

Цель работы

Поиск путей повышения профилактики и лечения основных стоматологических заболеваний путем ранней диагностики и предупреждения нарушений кислотно-щелочного равновесия в полости рта в сторону алкалоза и связанных с ними биохимических изменений.

Задачи исследования

У практически здоровых и имеющих основную стоматологическую патологию лиц оценить биохимические процессы в полости рта при искусственно спровоцированном алкалозе (тестовая карбамидная кривая рН), выявить их особенности.

У практически здоровых и имеющих основную стоматологическую патологию лиц оценить биохимические процессы в полости рта при употреблении в пищу алкалогенных продуктов (сыр, орехи) и жевательной резинки, их взаимосвязь с изменениями водородного показателя.

У практически здоровых лиц с разным характером питания сравнить локальные изменения рН в полости рта под влиянием тестовой стимуляции ротовой микрофлоры ацидогенным и алкалогенным субстратами.

На основе выявленных у обследованных закономерностей определить критическое значение изменений рН в щелочную сторону.

С учетом роли нарушений КЩР в патогенезе кариеса зубов и воспалительных заболеваний пародонта обосновать методы диагностики с помощью тестовых кривых рН в ПР таких нарушений и профилактики основных стоматологических заболеваний.

Научная новизна

В работе впервые детально изучены изменения ряда биохимических показателей РЖ в связи с изменением КЩР в ПР в сторону алкалоза под влиянием тестовой стимуляции ротовой микрофлоры карбамидом и алкалогенными пищевыми продуктами. Выявлены различия этих показателей у практически здоровых, имеющих множественный кариес зубов и воспалительные заболевания пародонта пациентов.

Впервые изучены показатели состояния КЩР в ПР с помощью тестовых сахарозной и карбамидной кривых рН у лиц, различающихся привычным характером питания.

Впервые в экспериментальном исследовании обосновано существование критического значения рН РЖ при ее защелачивании, при котором происходит существенное увеличение ее агрегативных свойств.

Показана возможность использования тестовой стимуляции уреазопозитивной аммиак-продуцирующей микрофлоры ПР и значение тестовой карбамидной кривой рН в ранней диагностике нарушений КЩР и опосредованной диагностике местного дисбиоза.

На основе новых данных предложены методы профилактики изменений КЩР в ПР в щелочную сторону под влиянием физиологических и патологических процессов.

Практическая значимость

Обосновано практическое использование тестовой карбамидной кривой рН РЖ для опосредованной диагностики нарушений микробиоценоза и микробной метаболической активности в ПР.

Для патогенетически обоснованной профилактики кариеса зубов и воспалительных заболеваний пародонта рекомендовано изучение показателей тестовых сахарозной и карбамидной кривых рН РЖ.

Для сохранения КЩР в ПР и профилактики основных стоматологических заболеваний предложены индивидуализированные способы коррекции питания.

Установлена нерациональность привычного питания современного человека с точки зрения поддержания КЩР в ПР.

Показано, что избыток в рационе питания белковой или растительной пищи провоцирует стойкие нарушения КЩР в ПР, что следует учитывать при коррекции питания стоматологам, диетологам и специалистам по питанию.

Основные положения, выносимые на защиту

При усилении алкалоза в РЖ существует критическое значение рН=7,9, превышение которого приводит к увеличению ее агрегативных свойств и риска образования твердых зубных отложений.

Алкалогенные пищевые продукты провоцируют в ПР обратимые нарушения КЩР, которые могут усугублять воспалительные заболевания пародонта.

Сложившийся характер питания современного человека нерационален с точки зрения поддержания КЩР в ПР.

Внедрение результатов исследования

Результаты исследования используются на кафедрах пародонтологии, терапевтической стоматологии, а также на кафедре биохимии с курсом клинической лабораторной диагностики ФДПО ГБОУ ВПО Тверской ГМУ Минздрава России в диагностическом и лечебном процессах, в обучении студентов. Эти результаты представлены в учебнике для студентов медицинских ВУЗов «Патологическая физиология» под редакцией профессоров А.И. Воложина и Г.В. Порядина, а также в учебном пособии для студентов стоматологических факультетов «Биохимия тканей полости рта» в соавторстве с профессором Ю.Н. Боринским и В.В. Жигулиной. Эти издания имеют гриф УМО.

Апробация работы

Основные результаты исследований доложены на:

- научной конференции «Вопросы интеграции здравоохранения, клиники и теории медицины», Тверь, 2002;

- юбилейной научно-методической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения проф. Т.Т. Школяр «Актуальные вопросы научной и педагогической стоматологии», Тверь, 2005;

- научном форуме «Стоматология-2006», Москва, 2006;

- XV Международной конференции челюстно-лицевых хирургов и стоматологов «Новые технологии в стоматологии», С.-Петербург, 2010;

- межВУЗовской научной конференции с международным участием, Москва, 2009;

- I Межрегиональном инновационном молодежном научном конвенте «Перспективы развития стоматологии», Тверь, 2010;

- научной конференции с международным участием «Стоматология XXI века: актуальные аспекты», Н. Новгород, 2012;

- научно-практической конференции «Современные методы диагностики и лечения основных стоматологических заболеваний», Тверь, 2012;

- межрегиональной с международным участием учебно-методической конференции, Тверь, 2013.

Личный вклад автора

Диссертантом проведено планирование исследования, разработаны индивидуальные карты обследования. Самостоятельно проведен анализ литературных источников и подготовлен обзор литературы. Проведено экспериментальное и клинико-лабораторные исследования, математическая и статистическая обработка результатов. Проведен анализ полученных результатов. На основании исследований сделаны выводы и разработаны практические рекомендации. Авторский вклад в написание научных работ по теме диссертации - около 90%.

Публикации

По теме диссертации опубликованы 21 научная работа, из них 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, обзора литературы (глава 1), 4 глав собственных исследований, заключения, выводов и практических рекомендаций. Библиографический указатель содержит 245 источников, из них - 113 отечественных и 132 - зарубежных авторов.

Диссертация изложена на 156 страницах, содержит 17 рисунков и 25 таблиц. Работа выполнена в соответствии с планом НИР ГБОУ ВПО ТГМУ Минздрава России и одобрена Этическим комитетом ТГМУ.

1. Кислотно-щелочной баланс в полости рта и его нарушения (обзор литературы)

Кислотно-щелочное равновесие является важнейшим фактором сохранения местного гомеостаза в полости рта [3, 26, 76, 92, 133, 142, 155, 158, 195, 230].

1.1 Регуляция кислотно-щелочного равновесия в полости рта

В регуляции КЩР участвуют жидкости, ткани и органы ПР [15, 19, 165, 177]. При этом основной жидкостью является ротовая жидкость. Сюда же выделяются десневая и тканевая жидкости 1, 75. Слюна секретируется в железах в два этапа. Первоначально в ацинусах слюнных желез образуется первичный изотонический секрет [193]. Его состав и свойства определяются пассивным транспортом ионов и действием электрофизиологических механизмов [156, 192]. Затем в протоках желез осуществляется коррекция первичного секрета в зависимости от его состава и физиологической необходимости 5, 7, 40, 138. рН чистой слюны зависит от скорости ее секреции 21, 145, 146. Подмечена тенденция увеличения рН с увеличением скорости саливации. Интерстициальные клетки протока участвуют в формировании гематосаливарного барьера, обладающего высокой селективностью к ионам. Из протока железы избыток ионов водорода путем пассивной реабсорбции поступает в кровь, что ведет к снижению кислотности секрета [140]. Ионы HCO^- из крови и тканевой жидкости поступают в слюну путем активного транспорта, повышая ее щелочность. Поэтому рН секретируемой слюны может отличаться от стабильного значения рН крови (7,4 ед.).

Учеными выявлено, что слюнные железы изменяют свою функцию и даже строение при заболеваниях других органов и систем [29, 31, 77 - 79, 147, 231]. На слюноотделение и состав слюны влияют многие факторы: возраст и характер питания, циркадный ритм, состояние центральной и периферической нервной системы, наличие системных соматических заболеваний [81, 83, 84, 132, 196]. В тех случаях, когда проблемно получить для исследования кровь, слюна является перспективным объектом изучения. По анализам слюны можно судить об употреблении алкоголя и наркотиков, а также целого ряда других веществ [167, 105, 201]. Но исследования слюны надо стандартизировать [182].

Состав слюны коррелирует с содержанием лекарств, гормонов и иммунных молекул, а также с наличием маркеров системных и стоматологических заболеваний в организме [67, 118]. От рН РЖ зависит степень адгезии некоторых лекарственных препаратов на слизистой полости рта [198]. В связи с этим анализ РЖ имеет большое значение при постановке диагноза [53].

Простой способ получения РЖ открывает широкие перспективы для ее использования в диагностике [27, 32, 116, 171, 190, 233]. Анатомическая общность с тканями зубочелюстной области обеспечивает возможность оценки степени выраженности воспалительных изменений в слизистой оболочке ПР и тканях пародонта по характеристикам РЖ [74]. Так, например, при гингивите определено повышение уровня общего белка в РЖ, что, возможно, связано с накоплением продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.

Тонус нервной системы влияет на рН чистой слюны. При парентеральном введении веществ, возбуждающих вегетативную нервную систему, рН слабо снижается, а при введении атропина имеет место противоположный эффект. Потеря зубов ведет к нарушениям рефлекторной регуляции секреторной функции слюнных желез 110, 111, 152. А при значительной потере зубов в слюне увеличивается содержание ионов калия и натрия.

Защитная функция слюны направлена на сохранение структуры и функции зубов, слизистой оболочки, тканей пародонта, контактирующих с факторами внешней среды [124, 181]. Прежде всего, эта функция реализуется смачивающими и смазывающими свойствами РЖ [202]. Выделение слюны и ее проглатывание способствуют механическому очищению и удалению повреждающих факторов. Остаточный объем слюны во рту после сплевывания не превышает 1 - 2 мл [114, 169]. Очищающая способность РЖ также зависит от электрохимического потенциала на границе между слюной, поверхностями зубов и слизистой оболочки, активности фермента амилазы и протеаз. Образование слюной пелликулы на поверхности зубов способствует защите эмали. Удаление пелликулы увеличивает растворимость эмали в 3 - 5 раз.

РЖ содержит большое число бактерицидных факторов, от которых зависит поддержание нормобиоценоза в ПР [13, 17, 18, 33, 186]. Она обладает высокой гемокоагулирующей и фибринолитической активностью [93]. Защитная функция РЖ чувствительна к изменениям КЩР. При его нарушении изменяются электрохимические процессы, влияющие не только на физические свойства слюны и степень ее структурированности, но и на активность ферментов, факторов тканевого и гуморального иммунитета. Колебания реакции слюны могут активизировать или тормозить деятельность ферментов, влияющих на ткани зуба и слизистую. Так, например, щелочная фосфатаза, катализирующая реакцию гидролиза ортофосфорных моноэфиров, имеет оптимум рН=9,1. Кислая фосфатаза имеет оптимум рН=4,7 - 6,0. От состояния КЩР в РЖ зависит и активность гиалуронидазы - фермента, влияющего на проницаемость мягких тканей, степень их гидратации, транспорт ионов и воды. Обнаружено также, что активность матричных металлопротеиназ зависит от рН РЖ [163, 235].

От рН РЖ зависит и проникновение ряда фармакологических препаратов в кровь через слизистую оболочку полости рта [90, 129]. В частности, в исследованиях на собаках проведено изучение влияния рН на степень проникновения препарата «Мидазолам» (анксиолитика и седативного средства) в слизистую щеки. Выявлено, что с увеличением рН степень проникновения лекарства через слизистую оболочку увеличивается. В связи с этим предложено изменить рН препарата с 2,8 до 3 ед. рН [244].

Определена зависимость от рН РЖ степени проникновения никотина через эпителиальные клетки слизистой оболочки ПР [103].

В настоящее время к показателям неспецифической резистентности ПР относят содержание в РЖ мурамидазы, муцина, С-реактивного белка, окислительно-восстановительный потенциал [95]. рН слюны - также неспецифический фактор резистентности.

На сохранение устойчивой структуры эмали зубов направлена минерализующая функция РЖ. Слюна вместе с пузырной желчью и мочой, являются жидкостями организма, перенасыщенными минеральными солями, прежде всего ионами Са²⁺ и НРО₄^2- Степень перенасыщенности РЖ вдвое больше, чем у сыворотки крови. Известно, что ионы кальция и фосфата образуют в слюне определенные структуры - мицеллы, связывающие большое количество воды. Шароподобная мицелла фосфата кальция имеет ядро, по периферии которого располагаются потенциал-образующие ионы гидрофосфата, за ними следуют адсорбционный и диффузный слои, содержащие ионы кальция (противоионы). Снаружи мицелла имеет плотную водно-белковую оболочку. Мицеллярным строением слюны объясняется одновременное присутствие в ней несовместимых ионов. Снижение рН РЖ меньше 6,2 (критическое значение рН) превращает ее из жидкости, перенасыщенной кальцием и фосфатами, в недонасыщенную ими [85]. То есть, минерализующая функция слюны является наиболее чувствительной функцией к изменениям КЩР в ПР [80]. Исследователи называют ее нарушения дискоординацией обменных процессов в РЖ [112, 127].

С потребностями организма выводить некоторые вещества непосредственно связана экскреторная функция слюны [125]. При ряде состояний и системных заболеваний со слюной могут выделяться избыток аммиака, желчных кислот, лекарственные препараты и др. Изменение состава слюны в таких случаях неизбежно сказывается на ее кислотно-щелочном состоянии.

Карбамид (или мочевина), CH₄N₂O = CO(NH₂)₂, впервые была открыта Руэлем в 1773 г., а как отдельная составная часть мочи, была выделена Круикшанком в 1797 г. В 1799 г. это открытие нашло подтверждение в исследованиях Фуркруа и Вокелена, получивших мочевину в кристаллах и указавших на ее способность давать малорастворимое соединение с азотной кислотой. Анализ мочевины (довольно точный) был впервые сделан Проутом, а синтез из неорганических веществ Веллером в 1828 г.

РЖ - основной источник мочевины - CO(NH₂)₂ в ПР в результате ультрафильтрации крови в слюнных железах. Эндогенно мочевина образуется в печени в результате орнитинового цикла. В ПР небольшое количество мочевины может образовываться вследствие гидролиза аргинина ферментом слюны аргиназой [189]. Такие уролитические бактерии, как Actinomyces viscosus, Actinomyces naeslundii, Haemophilus parainfluenzae, стафилококки, способны ее расщеплять до конечных продуктов, в числе которых наиболее важным является аммиак. Последний, кроме того, может продуцироваться через дезаминирование некоторых аминокислот макрофагами ПР и в результате анаэробного бактериального гликолиза [115, 148].

РЖ, омывая слизистую оболочку и поверхности зубов, способствует снижению избыточной концентрации ионов водорода 12 или ионов оснований в зонах их усиленного микробного образования путем перераспределения в те зоны, где эта концентрация ниже [65]. РЖ также обладает в отношении этих ионов большой нейтрализующей способностью благодаря действию буферных систем [185, 200]. Буферная емкость РЖ обеспечивается тремя основными буферными системами: бикарбонатной, фосфатной и белковой. Бикарбонаты обеспечивают около 80% всех буферных свойств слюны 50. Их концентрация возрастает прямо пропорционально увеличению скорости секреции. Бикарбонатная система представлена соединениями Н₂СО₃ и NaHCO₃ (KHCO₃). Механизм ее действия в слюне такой же, как и в других средах организма [9, 76, 139]. В фосфатном буфере слюны роль кислоты выполняет однозамещенный фосфорнокислый натрий (NaH₂PO₄), а роль основания - двузамещенный фосфат (Na₂HPO₄). Принцип действия фосфатного буфера аналогичен гидрокарбонатному. В слюне действие этого буфера слабое, но он в значительной степени влияет на поддержание постоянства бикарбонатного буфера. Избыток кислот в присутствии бикарбонатного и фосфатного буфера вызывает увеличение концентрации Н₂СО₃ и уменьшение NaHCO₃. Далее с участием угольной кислоты происходит обменная реакция:

H₂CO₃ + Na₂HPO₄ - NaHCO₃ + NaH₂PO₄, (1.1)

Белковый буфер слюны обладает двойственностью: в кислой среде белки выступают, как основания, а в щелочной - как кислоты. Кроме перечисленных систем буферными свойствами в слюне обладают некоторые органические фосфатные соединения [50].

Воздействие ионизирующим облучением в области головы и шеи может вести к снижению скорости слюноотделения, повреждениям слизистой оболочки и увеличению интенсивности кариеса зубов. Металлопротеиназы в этих случаях могут участвовать в патогенезе повреждений слизистой и развитии кариеса зубов. T. Vuotila с соавт. (2002) определено, что под влиянием облучения снижается скорость слюноотделения, буферная емкость РЖ и ее рН, увеличивается концентрация лактобацилл. Активность металлопротеиназ также увеличивается при снижении рН слюны [172].

Эмаль зубов при ацидозе в ПР начинает выполнять роль буферной системы, принимающей участие в связывании ионов водорода и, следовательно, в уменьшении ацидоза [157]. Поэтому высокую активность кариозного процесса можно рассматривать, как результат длительной декомпенсации адаптационных реакций организма, направленных на борьбу с ацидозом в ПР. При рН ниже 6,76 на поверхности эмали зубов начинает преобладать ион Н₂РО₄^-, не участвующий в процессе минерализации 180. Критическое значение рН для эмали зубов, ниже которого начинается ее деминерализация, близко к 5,5 ед. 158. Слюна и пелликула противодействуют кислотной атаке на зуб, но если эта агрессия длительна и периодически повторяется, то появление кислотной эрозии неизбежно [174]. Исследования показали, что в призмах эмали под влиянием неорганических кислот происходят изменения, как при микробной деминерализации [36]. Наблюдается дезорганизация межпризменного вещества с образованием пор. В дентине, прежде всего, страдает перитубулярный слой, дентинные трубочки увеличиваются. Если эрозия развивается быстро, то при этом характерно появление гиперестезии. Процесс созревания эмали зубов регулируется рН окружающей зачаток зуба среды и играет в этом большую роль [106].

Равновесие состава эмали и окружающей ее РЖ поддерживается на необходимом уровне благодаря двум разнонаправленным процессам - растворения кристаллов гидроксиапатита эмали и их образования. Растворимость солей в соответствии с химическими законами определяется величиной, называемой константой произведения растворимости (К_пр):

К_пр = ^аМ⁺ ґ ^аА^-, (1.2)

где: ^аМ⁺ и ^аА^- - активности катиона и аниона в любом водном растворе, соприкасающемся с солью, в частности в эмали, с гидроксиапатитом.

Константа произведения растворимости при равновесии является постоянной величиной. Когда гидроксиапатит взаимодействует с водой, происходят следующие реакции (табл. 1.1):

Таблица 1.1

Процесс преципитации	?	Процесс растворения
Ca10(PO4)6(OH)2	?	10Ca2+ + 6PO43- + 2OH-
Кристалл	?	Раствор

Небольшое количество гидроксиапатита растворяется, освобождая кальций, фосфат и гидроксил-ион. Процесс продолжается до тех пор, пока водный раствор не станет насыщенным по гидроксиапатиту. В этот момент скорость прямой реакции (растворение минерала) становится равна скорости обратной реакции (кристаллизации).

К_пр для гидроксиапатита представляет собой произведение активностей (эффективных концентраций) составляющих его ионов, то есть:

К_пр= [Ca²⁺]¹⁰[PO₄^3-]⁶[OH^-]² (1.3)

Поскольку гидроксиапатит - в высшей степени плохо растворимый минерал, и поскольку активности трех его компонентов выражаются в единицах Моль/л, величина К_пр оказывается очень небольшой - порядка 10^-117. Концентрации отдельных компонентов насыщенного раствора могут варьировать при постоянстве произведения К_пр.

Для любого интересующего раствора может быть рассчитано значение ионного произведения (Ip) по концентрациям кальция, фосфата и гидроксил-ионов. Если Ip=К_пр, то раствор насыщен в отношении гидроксиапатита. Если Ip<К_пр, то раствор не насыщен, а если Ip>К_пр, то он пересыщен.

Если зуб поместить в дистиллированную воду (pH=7,0), небольшое его количество будет растворяться (?30 мг/л). Ip гидроксиапатита в дистиллированной воде равно 0, потому что вода содержит гидроксил-ионы и не содержит ионы кальция и фосфата. Поскольку Ip<К_пр, вода не насыщена и зуб будет растворяться, пока Ip не станет равным К_пр. Подобным образом зуб будет растворяться в любой жидкости, в которой не присутствуют ионы кальция и фосфата.

РЖ и жидкость ЗН содержат ионы кальция, фосфата и гидроксил-ионы, в большинстве случаев их Ip>К_пр по гидроксиапатиту. Поэтому зуб будет растворяться в РЖ или жидкости ЗН только при снижении pH меньше критического уровня. Критический уровень pH - значение pH, являющееся пограничным между процессами преципитации и растворения кристаллов. У лиц с низкими концентрациями кальция и фосфата критический уровень pH может быть равен 6,5, в то время как при высокой концентрации кальция и фосфата он может быть равен 5,5, а в зонах с очень высокой концентрацией кальция и фосфата даже ниже 5,1.

Растворимость некоторых минералов, например NaCl, практически не зависит от pH. Растворимость же гидроксиапатита возрастает десятикратно при уменьшении pH на одну единицу. Так при pH=7,0 растворимость гидроксиапатита в воде составляет примерно 30 мг/л, а при pH 4,0 она будет уже около 30 г./л. Имеются две основных причины этого явления. Во-первых, ионы водорода нейтрализуют гидроксил-ионы: H⁺+OH^-?H₂O. Произведение [H⁺] [OH^-] в воде всегда равно 10^-14. Поэтому, если концентрация протонов возрастает, концентрация гидроксил-ионов должна уменьшиться. Во-вторых, неорганический фосфат в любой жидкости присутствует в 4 различных формах, а именно: H₃PO₄, H₂PO₄^-, HPO₄^2- и PO₄^3-, а соотношение между ними целиком зависит от pH. На рисунке 1.1 показана зависимость концентраций отдельных форм фосфатов от pH при общей их концентрации 5?10^-3 моль/л (такая концентрация характерна для РЖ). Чем меньше pH, тем меньше концентрация PO₄^3-, единственной формы фосфатов, дающей вклад в Ip гидроксиапатита.

Таким образом, при закислении раствора концентрация кальция не изменяется, а концентрации OH^- и PO₄^{3 -} уменьшаются, что приводит к ситуации, когда Ip<К_пр.



Рис. 1.1 Влияние pH на концентрации различных форм неорганического фосфата в слюне (общая концентрация фосфата 5?10^-3 моль/л).

Диапазоны: 1 - pH желудочного сока; 2 - pH фруктовых напитков; 3 - pH ротовой жидкости; 4 - pH жидкости зубного налета

Одной из возможных причин повреждения эмали зубов являются фруктовые соки и газированные напитки, имеющие pH<3,0 [144, 218, 237, 243].

Межзубные промежутки (МЗП) представляют собой интерес в плане единой системы регуляции КЩР в ПР. МЗП почти также многочисленны, как и зубы, и являются ретенционными пунктами. В области МЗП концентрируется взаимодействие большинства факторов, влияющих на КЩР: твердые ткани зубов, десневой сосочек, десневая и РЖ, кончик языка, микрофлора, зубной камень и пища. Определена связь между рН РЖ и рН на поверхности десневого сосочка. Именно в области межзубного промежутка чаще всего начинается патологический процесс: кариес контактных поверхностей зубов и папиллит, приводящий впоследствии к гингивиту и пародонтиту.

Ткани пародонта оказывают непосредственное влияние на КЩР в ПР. Прежде всего, это влияние обусловлено десневой экссудацией. Пародонт также играет важную роль в адгезии микрофлоры и в борьбе с ней. В последнее время роль регулятора стала отводиться и костной ткани челюстей. Ее влияние на баланс кислот и щелочей в ПР опосредованное - через ткани пародонта [34]. Выявление предрасположенности к заболеваниям пародонта возможно путем оценки КЩР в ПР и в тканях пародонта. Например, выявленные различия в рН между тканевой жидкостью кости и плазмой крови является показателем тенденции к резорбции костной ткани челюсти [4].

Десневая жидкость (ДЖ) в норме заполняет десневую борозду и является переходной средой между тканями пародонта и РЖ. ДЖ содержит иммуноглобулины, ферменты, лейкоциты, цитокины и другие вещества, обладающие защитными свойствами, но в условиях патологии они могут участвовать в механизмах повреждения.

ДЖ образуется путем перспирации («выдавливания» транссудата крови) в силу разности осмотического давления крови и РЖ [126]. За сутки при наличии зубных рядов в ПР выделяется от 0,5 до 2,5 мл ДЖ [72]. С.И. Кычакова (1993) предположила, что главным продуцентом ДЖ является межзубный десневой сосочек, чему способствует его разветвленная капиллярная сеть 44. Однако, являясь транссудатом крови, ДЖ заметно отличается от сыворотки крови и тканевой жидкости. В отличие от них, рН ДЖ имеет более щелочную реакцию: 7,9 - 8,3. Высокие значения рН поддерживаются большим содержанием мочевины, ионов аммония, катионных протеинов. По-видимому, имеет место селективный транспорт этих веществ через эпителий зубодесневого соединения. рН ДЖ достаточно стабилен.

При воспалении тканей пародонта количество раневой ДЖ увеличивается из-за повышения проницаемости стенок кровеносных сосудов. Этому способствует гиалуронидаза, продуцируемая микрофлорой. С развитием воспаления рН тканевой жидкости десны изменяется в кислую сторону, что активирует эластазу нейтрофилов, освобождает и активирует калликреин. Тотальная трипсиноподобная активность ДЖ заметно коррелирует с индексом гингивита, гигиеническим индексом и глубиной пародонтального кармана, а тотальная глицилпропил-дипептидазная активность - с глубиной кармана. Определена достоверная корреляция между рН ДЖ и РЖ.

Мышечная система челюстно-лицевой области также является немаловажным фактором регуляции КЩР. Жевание, моторика губ и щек способствуют более интенсивному слюноотделению, активной экскурсии РЖ, удалению пищевых остатков. Мышечные сокращения, связанные с жеванием, глотанием и речью, способствуют опорожнению слюнных желез. При усилении работы губ, щек и языка снижается клиренс углеводов в ПР [127].

1.2 Факторы нарушения кислотно-щелочного равновесия в полости рта и их взаимообусловленность

Изменения КЩР в ПР происходят в двух противоположных направлениях: в сторону ацидоза или в сторону алкалоза. Местных факторов, дестабилизирующих это равновесие, достаточно много. К ним относятся врожденные пороки развития [16, 136], вода, пища, метеорологические и профессиональные факторы, курение и другие вредные привычки, средства гигиены, лекарственные препараты и лечебные воздействия, пломбы и протезы зубов [137, 224].

Ведущим фактором, вызывающим изменения КЩР в ПР является микробная биопленка. На нее в свою очередь влияют количество и свойства РЖ [37]. Доказано, что кариес зубов и ВЗП, а также заболевания слизистой оболочки, многие системные заболевания организма сопровождаются повышением уровня определенных ассоциаций микроорганизмов в РЖ 46, 147.

Образование бактериями и накопление кислот в ПР особенно важно в аспекте проблемы кариеса [38, 97, 151]. Нежелательна и щелочная среда, которая способствует образованию зубного камня, развитию ВЗП. Для слизистой оболочки ПР щелочная среда опасна в связи с цитотоксическим действием аммиака.

В ЗН ацидоз развивается очень быстро вследствие преобладания ацидогенной микрофлоры, главным образом, стрептококков, ферментирующих простые углеводы 47, 204. В процессе гликолиза микробные клетки вырабатывают большое количество органических кислот. Поэтому, с первых минут употребления сладкой пищи концентрация ионов водорода в ЗН возрастает лавинообразно. Кривая изменения рН в кислую сторону после употребления ферментируемых углеводов впервые была описана R.M. Stephan (1938). Деминерализующие свойства РЖ нарастают, а при рН ниже критического (6,2) она полностью утрачивает свои минерализующие свойства. Одновременно микрофлора из РЖ забирает ионы гидрофосфата, которые использует в реакциях фосфорилирования, требующих энергетических затрат. При низких значениях рН начинается преципитация муцина РЖ. Наиболее ацидогенными микроорганизмами исследователи считают Str. mutans и Str. sobrinus.

Микрофлора ПР по-разному переносит кислую среду: если Actinomyces naeslundii и многие другие бактерии не могут функционировать при рН ниже 6, то лактобактерии осуществляют гликолиз при рН близкой к 3 [45]. Экологически значимые различия в толерантности к кислотам наблюдаются у представителей одного рода и даже вида [52, 208, 231]. Закисленная среда оптимальна для роста большинства грибов, и такие из них, как Candida albicans, могут вегетировать у края десны в МЗП [43]. Стрептококки и лактобактерии при попадании в очень кислую среду способны поддерживать оптимальный внутриклеточный рН. Так, в мембране Str. mutans находится АТФ-аза, выводящая ионы Н⁺ из клетки, что позволяет этим бактериям расти в кислой среде, недоступной для обитания микробов, более чувствительных к кислотам. Другие бактерии синтезируют вещества, нейтрализующие кислоты (например, Str. salivarius может продуцировать большое количество аммиака).

Многие бактерии для получения АТФ используют аргининдезаминазу. У Porphyromonas gingivalis описан вариант аргининдезаминазы, действующий на N-концевые остатки аргинина белков с выделением аммиака и остатков цитруллина [96]. Среди других катаболических процессов - реакция Стикленда для ферментации некоторых аминокислот (пролина или орнитина). У Т. denticola, помимо аргининдезаминазы, имеются ферменты для утилизации глицина, аланина, цистеина и серина [199, 205]. Обычно катаболизм аминокислот приводит к повышению рН среды (образующийся СO₂ быстро диффундирует). Для реакции:

НСО₃^-+Н⁺>Н₂СО₃ (1.4)

обычно рК_а=6,5, а конечный продукт быстро разлагается на СO₂ и воду. В отличие от этого, образуемый аммиак остается (в виде аммония);

у реакции:

NH₃+H⁺>NH₄⁺ (1.5) pK_a

около 9,6. Поэтому бактериям поддесневого ЗН нет необходимости конкурировать в кислой среде. Это более характерно для наддесневого ЗН, где они встречаются постоянно (особенно в МЗП), но обычно в небольших количествах. Как правило, микрофлора наддесневого ЗН представлена в первую очередь грамположительными факультативно-анаэробными видами, а поддесневого - грамотрицательными анаэробами.

При рН значительно меньше 5 не может расти большинство микробов ПР. В этих условиях не растут даже S. mutans. Их называют кислототолерантными в связи с вирулентностью и способностью вызывать патологию за счет осуществления гликолиза в кислой среде. Они могут катаболизировать сахара при рН 4, но сами использовать полученную АТФ для роста не могут - она просто разрушается, то есть в кислой среде у них катаболизм отделяется от анаболизма. При разрушении (гидролизе) АТФ F-АТФ-аза выводит через клеточную мембрану протоны, что должно препятствовать сильному закислению цитоплазмы и, соответственно, инактивации основных ферментных систем клетки. На самом деле при рН значительно ниже 6 активность большинства гликолитических ферментов подавляется. При рН равном 4 микроорганизмы могут осуществлять гликолиз только в том случае, если будут поддерживать более высокий уровень рН в своей цитоплазме. В кислом ЗН разница уровней рН внутри и вне клетки (ДрН) может достигать 1 и более единиц. Со снижением рН при ферментации сахаров в ЗН растворимость эмали возрастает в геометрической прогрессии [219]. В связи с этим небольшое понижение рН может вызвать выраженную реакцию.

В ЗН и РЖ алкалоз развивается не так быстро, как ацидоз, но, тем не менее, изменения реакции в щелочную сторону могут быть весьма выражены [159]. Причиной алкалоза является превращение накопившегося аммиака в катион аммония. В РЖ мочевина может попадать несколькими путями: с пищей, секретом слюнных желез (нитраты и нитриты), с ДЖ, с плазмой крови при кровоточивости десны и слизистой оболочки 41, 167, а также из распавшихся тканей. Мочевина также может синтезироваться микрофлорой из аминокислот, содержащихся в ДЖ, ЗН и РЖ. Одним из наиболее активных аммиак-образующих микроорганизмов ПР является Str. salivarius, который в значительном количестве обитает на спинке языка. Уреаза стрептококка имеет оптимум рН около 7,0. Аргининолитические бактерии медленнее, чем классические кислотопродуцирующие, утилизируют сахарозу и галактозу [25, 199].

Выработка аммиака из аргинина или мочевины является защитой микрофлоры от окисления [8]. Такие анаэробные микроорганизмы, как Treponema denticola, метаболизируют кислород посредством НАД-Н⁺-оксидаз и вырабатывают защитную перекись водорода с помощью ферментов дисмутазы и НАД-Н⁺-пероксидазы. Таким образом, в составе ЗН сосуществуют аэробы и анаэробы. Перекись, вырабатываемая микрофлорой, однако, не обнаруживается в ЗН. Причиной тому очень быстрое ее расщепление некоторыми представителями биотопа. К ним в первую очередь относят 5 микроорганизмов: Neisseria sicca, Haemophilus segnis, H. parainfluenzae, Actinomyces viscosus и Staph. еpidermidis 37, 227.

Главные уреазопозитивные бактерии наддесневого ЗН - актиномицеты и Haemophilus parainfluenzae. Есть и другие уреазопозитивные бактерии - Str. salivarius и Str. vestibularis, но их мало в ЗН, и поэтому они расщепляют преимущественно мочевину РЖ [183, 184]. Концентрация мочевины в ЗН почти такая же, как в сыворотке крови - 2,5 - 6,5 мМоль. Средний уровень свободного аргинина в слюне - лишь около 50 мкМоль, поэтому основным источником аргинина для бактерий считаются пептиды и белки, которые могут расщепляться протеазами и пептидазами слюны или бактериальными ферментами [157]. У многих бактерий ПР имеются различные системы захвата и транспорта пептидов после протеолиза.

Аммиак в биопленке может образовываться и в результате восстановления пролина или орнитина до 5-аминовалериата (реакция Стикленда) или под влиянием дезаминаз, но основной источник аммиака - активность уреазы и аргининдезаминазы [220]. Считается, что щелочеобразование в ЗН противодействует кариозному процессу и способствует выживанию в ней менее устойчивых к кислотам представителей микрофлоры. В целом это понижает кариесогенный потенциал ЗН. Образование щелочи может иметь и негативные последствия. При повышенных уровнях рН в результате преципитации солей кальция усиливается образование зубного камня, а аммиак может способствовать развитию гингивита [45, 56].

Весьма устойчивым к кислотам является протеолитический микроорганизм, обнаруженный в полости рта - Helicobacter pylori [128, 185]. Доказана его роль в развитии язвенной болезни желудка 2, 33.

Алкалоз в ПР способствует минерализации ЗН и образованию зубного камня, чему также способствует увеличение выделения ДЖ. Образуется он более, чем у 80% взрослых людей. Процесс камнеобразования в условиях алкалоза сопровождается повышением в РЖ концентрации электролитов (ионов Са²⁺, НРО^4-, Cl^-, K⁺, Mg²⁺ и др.), недостаточным синтезом защитных белков и нарушением их структуры. Зубной камень становится в ПР дополнительной буферной системой, образующейся в условиях длительной декомпенсации адаптационных реакций организма, направленных на борьбу с алкалозом. Образование зубного камня уменьшает алкалоз в ПР путем связывания ионов гидрофосфата и гидроксил-ионов.

Наддесневой камень обычно относят к слюнному типу, так как в настоящее время доказано, что минералы и органические компоненты для образования этого камня поступают из РЖ. Он состоит из неорганических (70-90%) и органических компонентов. Неорганическая часть представлена фосфатом кальция (75,9%), карбонатом кальция (3,1%) и фосфатом магния, а также другими металлами, содержащимися в микроколичествах. Главными неорганическими компонентами являются кальций (39%), фосфор (19%), магний (0,8%) и карбонаты (1,9%).

Органический компонент камня представлен протеин-полисахаридным комплексом, состоящим из слущившегося эпителия, лейкоцитов и различных микроорганизмов. Примерно 10% органической фазы камня составляют углеводы - галактоза, глюкоза, рамноза, манноза, глюкуроновая кислота, галактозамины, реже арабиноза, галактуроновая кислота и глюкозамины. Протеины слюны составляют 5,9-8,2% и включают большую часть аминокислот.

По своей структуре зубной камень - минерализованный ЗН. Он способен концентрировать кальций; содержание кальция в ЗН в 20 раз выше, чем в РЖ. В основе механизма минерализации ЗН лежат процессы связывания ионов кальция с протеин-сахаридными комплексами органического матрикса и осаждения кристаллических солей фосфата кальция.

Поддесневой зубной камень располагается в пародонтальных карманах и не виден при визуальном обследовании ПР. Этот камень обычно плотный и твердый, темно-коричневого или зеленовато-черного цвета. Он плотно прикреплен к поверхности зуба. Распространенность поддесневого камня несколько ниже, чем наддесневого, но в возрасте старше 40 лет поддесневой камень встречается почти у всех людей. Поддесневой камень относят к сывороточному типу, так как десневая жидкость, напоминающая сыворотку крови, является источником минерализации этого вида камня.

Влияние алкалоза на слизистую оболочку ПР изучено мало. В исследованиях на крысах было установлено, что постоянное воздействие на слизистую ПР воды с выраженной щелочной реакцией не вызывает заметных морфологических изменений со стороны слизистой оболочки, однако такое воздействие может оказывать более глубокое влияние на организм в целом [180].

Выраженное влияние на КЩР в ПР оказывает язычный налет. Его микрофлора, содержащая большую пропорцию анаэробных микроорганизмов, принимает участие в образовании ЗН, а также кислот и оснований в РЖ, оказывает подавляющее действие на ацидогенную микрофлору [228]. Изменения в структуре слизистой спинки языка непосредственно влияют на количество и состав язычного налета. Такого рода изменения могут иметь место при глосситах, заболеваниях нижележащих отделов пищеварительного тракта [98].

Таким образом, нарушение КЩР в ПР и дисбиоз - это два взаимосвязанных и взаимообусловленных процесса [65].

Попавшая в рот пища стимулирует слюноотделение. Этому же способствуют и жевательные движения нижней челюсти, во время которых происходит своеобразный массаж слюнных желез с тем же эффектом - увеличением слюноотделения.

Характер питания современного человека, особенно, в индустриально развитых странах, существенно отличается от питания людей в древности. Это явление обусловлено несколькими факторами. Во-первых, использование технологических достижений кулинарии, способной так приготовить пищу, что ее практически не нужно пережевывать.

Во-вторых, в пищевом рационе значительное место занимает пища, содержащая большое количество рафинированных углеводов. Известно, что сладкое подобно наркотику и способно вызывать привыкание.

В-третьих, темп жизни современного делового человека таков, что соблюдать режим питания и все необходимые пропорции невозможно или, по крайней мере, очень трудно. Известно, что для поддержания нормального состава слюны важен правильный режим питания - четыре раза в день. Увы, реализовать это правило не всегда удается. Именно этим последним фактором можно объяснить рост рынка продуктов, предназначенных для быстрого и не требующего особых условий, подавления аппетита с помощью жевательных конфет, шоколадных батончиков, леденцов, жевательных резинок. Такие продукты выпускаются в заводской упаковке и поэтому могут употребляться без особых условий гигиены питания, вне учреждений питания и без использования посуды и инструментов для еды. Поскольку упаковка содержит небольшое количество продукта (10-200 г.), они достаточно мобильны и могут употребляться неоднократно.

Возрастающие эстетические нормы, кроме того, в условиях делового дня, требуют поддержания достаточного уровня гигиены ПР и дезодорации, что, опять же, невозможно обеспечить с помощью традиционных средств гигиены. Поэтому рынок реагирует на требования потребителя созданием средств для быстрой (и к тому же, незаметной для окружающих) дезодорации полости рта: с помощью сосательных и жевательных таблеток, резинок и ароматических конфет.

Характер питания существенно сказывается на состоянии КЩР, органов и тканей ПР, о чем свидетельствуют научные публикации [64, 113]. У больных с диагнозами нарушения пищевого поведения отмечается ухудшение гигиенического состояния ПР, увеличение интенсивности и тяжести кариозного процесса, гингивита и пародонтита по сравнению со здоровыми лицами. У пациентов, страдающих булимией, выявлен больший износ эмали по сравнению с пациентами, страдающими анорексией. У анорексиков, испытывающих дефицит веществ для сохранения здоровья зубов, в частности, дефицит витаминов D и С, в большей степени диагностируется кариес [53].

При сопутствующих анорексии и булимии заболеваниях ЖКТ довольно часто рекомендуются дробные и частые приемы пищи, что значительно повышает вероятность прогрессирования кариеса и требует тщательной гигиены после каждого приема пищи.

С точки зрения стоматологии, пища вызывает как положительные, так и отрицательные изменения в ПР. Пережевывание твердой пищи, кроме стимуляции слюноотделения, благоприятно влияет на кровоток в тканях пародонта, усиливая обменные процессы в кости, периодонте, десне и даже в пульпе зубов. В то же время, хорошо известны и возможные неблагоприятные эффекты как чрезмерно жесткой пищи (травмирование зубов, периодонта и слизистой оболочки), так и чересчур мягкой, кулинарно обработанной пищи (длительная задержка элиминации пищи, стимуляция налетообразования на зубах).

Влияние на КЩР в ПР пищевых продуктов и напитков может быть оценено с помощью водородного показателя, что в последние годы вызывает интерес у зарубежных исследователей. С одной стороны, пищевые продукты и напитки рефлекторно стимулируют слюноотделение, чему также способствует и пережевывание пищи. А с другой стороны, в силу своих физико-химических свойств, пищевые продукты являются сильным фактором временной дестабилизации местного гомеостаза.

Напитки, содержащие сахарозу (кока-кола, пепси-кола, фанта, лимонад, сладкие газированные напитки) заметно снижают рН бактериального ЗН, поэтому их целесообразнее пить через соломинку. Помимо пищи и напитков влиять на КЩР в ПР могут и часто принимаемые лекарства. Некоторые из них содержат сахарозу и потому могут провоцировать функциональный ацидоз.

У больных, вынужденных регулярно принимать бета-блокаторы, отмечено меньшее камнеобразование на зубах. Поскольку при этом не выявлено влияния препаратов на рН РЖ, скорость слюноотделения, содержание в слюне фосфатов и кальция, снижение минерализующего потенциала РЖ должно объясняться действием иных факторов. Наиболее вероятно изменение под влиянием бета-блокаторов физико-химических свойств секретируемой слюны или изменение белково-ферментного состава бактериальной флоры ПР вследствие системного фармакологического эффекта.

Казалось бы, уже хорошо изучено влияние сахарозы на рН ЗН. Но анализ литературы показывает, что эта проблема по-прежнему интересует исследователей. Так, одни из них использовали палладиевый миниэлектрод для измерения рН на поверхностях зубов у семи- и четырнадцатилетних детей в Кении. Обнаружены незначительные различия в значениях рН на непораженных кариесом поверхностях зубов (контактных и вестибулярных). После стимуляции ротовой микрофлоры раствором сахарозы было обнаружено, что не все участки в полости рта характеризуются изменениями рН по типу кривой Стефана.

Влияние жевания сахарного тростника на рН ЗН исследовали у пяти детей в той же стране. Этот эффект сравнивали с действием полоскания рта 10% раствором сахарозы в разных участках ПР. Все дети имели неудовлетворительную гигиену ПР и более двух кариозных полостей на жевательных поверхностях моляров. Было выявлено различие в значениях рН на контактных поверхностях верхних и нижних зубов. На верхних зубах значения рН были ниже. Изменившийся рН после стимуляции раствором сахарозы не возвращался к начальному уровню в течение 30 мин исследования. Жевание сахарного тростника демонстрировало падение рН во всех участках, где проводили измерение, но в течение 5 - 10 мин наблюдали восстановление значений к исходному уровню. В кариозных полостях наблюдали подобные изменения, хотя кислотность в этих зонах сохранялась дольше и снижение рН было более выраженным.

Наряду с ацидогенными продуктами существует немало продуктов, изменяющих КЩР в ПР в сторону алкалоза. К ним относятся орехи, сыр (особенно сорта «Чеддер»), органический спирт ментол. Это действие объясняется присутствием в них аммоний-содержащих веществ, мочевины и веществ, которые при диссоциации образуют ионы, активно связывающие ионы водорода, вследствие чего рН РЖ может повышаться на 0,5-0,7 ед.

Существенный интерес в плане профилактики ацидоза в ПР представляют низкокариесогенные сахарозаменители: сахароспирты (ксилитол, сорбитол), изомальтулоза (палатинит), метилированный дипептид аспартам (сластилин), стевиозид и др. Эти вещества практически не метаболизируются микрофлорой ПР и обладают крайне низкой ацидогенностью [170]. В развитых странах продажа пищевых продуктов с сахарозаменителями постоянно растет. В этом плане оправдано использование сахарозаменителей в составе жевательных резинок. По сравнению с сахаросодержащими резинками, они не вызывают снижения рН, подавляют активность микробных ферментов [12]. Жевательные резинки с сахарозаменителями полезны и тем, что стимулируют слюноотделение. А это очень важно после употребления ацидогенной пищи, а также тем, у кого по тем или иным причинам скорость слюноотделения снижена 68, 232. Кроме того, ксилитол, используемый в качестве заменителя сахарозы, не ферментируется ротовой микрофлорой и обладает антимикробными свойствами. Сорбитол очень медленно ферментируется Str. mutans. Добавление карбамида в рецептуру жевательных резинок приводит к их алкалогенному действию в ПР. Чтобы поддерживать внутриклеточный баланс окислительно-восстановительного потенциала, актиномицеты, ферментирующие сорбитол, в анаэробной фазе способны окислять излишек НАД-Н⁺.