The analysis of characteristics of phosphoric calcium metabolism in pathogenesis of caries in children of adolescent age

Full Text

Распространенность кариеса зубов среди детей подросткового возраста Российской Федерации и зарубежных стран остается высокой на протяжении ряда лет [1-4]. Среди множества причин и патогенетических факторов этого заболевания выделяют три основные группы: большое количество бактерий зубного налета, особенно анаэробной микрофлоры, образующей органические кислоты, которые растворяют минералы эмали; частое употребление легкоусваиваемых углеводов (глюкоза, сахароза); снижение общей резистентности организма и местных защитных факторов (резистентность твердых тканей зубов), а также состава и свойств ротовой жидкости (недостаточная иммунная защита, недостаток макро- и микроэлементов, гипосаливация. Несмотря на определенную полиэти-ологичность заболевания, общей закономерностью кариеса зубов является смещение динамического равновесия в процессах ремоделирования-деминерализации в сторону деминерализации [5, 2]. Ремоделирование в твердых тканях зубов и костной ткани как системный процесс имеет общие закономерности и включает синтез органической матрицы и замещение ионов в кристаллах гидроксиапати-та и других минеральных компонентов в твердых тканях зуба и костной ткани альвеолярных отростков. Синтез основных белков органического матрикса костной ткани и твердых тканей зубов коллагена и остеокальцина происходит в остеобластах, остеоцитах и одонтобластах. В минерализации эмали после прорезывания главную роль играет слюна. В слюне содержатся все необходимые факторы минерализации - неорганические и органические соединения, а также гормоны и витамины, которые регулируют этот процесс [6-8]. Минерализующая функция слюны осуществляется благодаря наличию в ее составе ионов кальция и фосфатов в концентрации более высокой, чем в водном растворе, поскольку в слюне эти ионы соединяются с муцином, образуя мицеллы [5, 7]. Изменение содержания кальция, одного из показателей минерализующей функции слюны, связано с реакцией среды, буферной емкостью, мицел-лярным строением слюны. В норме содержание кальция в слюне составляет 0,75-3 ммоль/л. Кальций в слюне находится в двух формах: ионизированной и связанной. Ионизированный кальций составляет 50%, 15% кальция связано с белками, 35% - с фосфатами и цитратами. Общее содержание кальция в слюне близко к содержанию его в плазме крови, а количество ионизированного кальция обычно меньше, чем в плазме. Концентрация кальция в слюне зависит от скорости секреции слюны: с ее увеличением концентрация иона увеличивается. Содержание фосфатов в слюне в 2-3 раза выше, чем в плазме крови. Фосфор слюны представлен неорганическими соединениями (95%), и лишь небольшая часть (5%) - в виде органических фракций. Основной формой неорганического фосфата в физиологических условиях (рН 6,8-7,5) является гидрофосфат HPO42-. Ионы кальция и фосфора поступают в эмаль преимущественно из слюны (минерализация). Наряду с минерализацией происходят процессы деминерализации - вымывание ионов из эмали. Большое значение в минерализации имеет перенасыщенность слюны ионами кальция и фосфатов. Перенасыщенность создает препятствие растворению зубов, облегчает внедрение ионов из слюны в эмаль, способствует регуляции рН. Достаточное количество кальция и фосфатов, которое переходит из слюны в эмаль зуба, из кровеносных капилляров пульпы в дентин и цемент и извлекается из капилляров костной ткани, обеспечивает витамин D. Активная форма витамина D - кальцитриол, или 1,25-диоксихоле-кальциферол, усиливает в кишечнике синтез белка, связывающего кальций, фосфаты и магний. Суточная доза витамина D составляет 20-40 мкг, или 80-160 МЕ. № 2, 2014 27 В норме существует равновесие в процессах минерализации и деминерализации как в костной ткани, так и в твердых тканях зубов. Процесс деминерализации усиливается при нарушениях синтеза коллагена и неколлагено-вых белков, снижении содержания кальция и фосфатов в крови и слюне, увеличении продуктов обмена, снижающих pH крови и слюны. Деструкцию органического матрикса усиливают паратиреоидный гормон (ПТГ), глюкокортикоиды, избыточное количество тиреоидных гормонов. Причиной деминерализации может стать также недостаток микроэлементов и витаминов, в том числе гиповитаминоз D [1, 5, 9]. Недостаточность витамина D сопровождается уменьшением синтеза белка, связывающего кальций в кишечнике, что приводит к снижению всасывания кальция, фосфатов и магния. Для поддержания в крови нормального уровня кальция из паращитовидных желез компенсаторно выделяется ПТГ (паратгормон, паратирин). Сигналом к секреции паратгормона служит временное снижение уровня кальция и магния в крови, недостаток этих элементов быстро компенсируется действием данного регулятора. В результате действия паратгормона активируются остеокласты, которые осуществляют резорбцию костной ткани и твердых тканей зубов [10]. Ферменты, выделяемые остеокластами (коллагеназа и другие протеазы), расщепляют органический матрикс, а кислоты растворяют минеральные компоненты. В почечных канальцах парат-гормон оказывает разнонаправленное действие на обратное всасывание кальция и фосфатов: реабсорбция кальция усиливается, а реабсорбция фосфатов уменьшается. Вследствие действия паратгормона происходит потеря фосфатов, развиваются гипофосфатемия, гиперфосфатурия и гипокальциурия, тогда как содержание кальция в крови поддерживается на уровне нормы, в редких случаях - на нижней границе нормы или ниже нормы. Изменение соотношения кальция и фосфатов в крови способствует дальнейшей резорбции костной ткани. Системное действие па-ратирина при его усиленной секреции проявляется также в резорбции эмали, дентина и цемента, что способствует ускоренному развитию кариеса. В настоящее время редко встречается классическая клиническая картина гиповитаминоза D и единственным проявлением рахита у детей и подростков может быть активное развитие кариеса. Минерализация эмали осуществляется преимущественно за счет компонентов слюны, поэтому изменение ее состава, а также гипосаливация и ксеростомия сопровождаются множественным поражением зубов кариесом [6]. Для выявления процессов деминерализации используют доступные для исследования неинвазивные методы определения различных показателей в слюне: содержание кальция, фосфатов и их соотношение, рН слюны (в норме от 6,4 до 7,8 в зависимости от гигиены ротовой полости, характера питания, индивидуальных особенностей метаболизма), буферную емкость[11-13]. Оптимальным для процессов минерализации и реминерализации тканей зуба является слабощелочное значение рН слюны - 7,2-7,8. Величина рН или отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода отражает избыток или недостаток кислых продуктов в биологических жидкостях. Локальное снижение рН в большинстве случаев закономерно обусловлено жизнедеятельностью микрофлоры зубного налета и кариозных полостей. Считается, что сдвиг реакции в кислую сторону способствует деминерализации и развитию кариеса, защелачивание слюны - образованию зубного камня [12]. Для диагностики выраженности кариозного процесса возможно определение активности ферментов щелочной фосфатазы, которая участвует в минерализации, отщепляя фосфаты от органических соединений в щелочной среде для последующего их включения в гидроксиапатит. Костный изофермент щелочной фосфатазы является специфичным для остеобластов. По изменению активности этого фермента в крови можно судить о соотношении процессов ремоделирования-деминерализации. Об интенсивности деструкции и ремоделирования костной ткани и косвенно о деструкции и ремоделировании твердых тканей зубов можно судить по содержанию остеокальцина, ПТГ, витамина D, но данные показатели в слюне исследованы не достаточно хорошо [8]. Определение этих показателей в слюне могло бы дать информацию о механизмах развития кариеса и действии лекарственных и профилактических средств, использующихся для коррекции вызванных этим заболеванием патологических изменений. В исследовании приняли участие 145 подростков в возрасте 12-15 лет обоего пола, проживающих в Пензе с установленным диагнозом кариеса и имеющих различную степень активности кариозного процесса. Интенсивность кариеса оценивали на основании исследования состояния зубов по индексу КПУ В соответствии с критериями ВОЗ (1980) выделили три группы подростков по индексу КПУ: 1-я группа - средняя интенсивность (2,7-4,4) (n = 30); 2-я группа - высокая интенсивность (4,4-6,5) (n = 36); 3-я группа - очень высокая интенсивность кариеса (6,6 и более) (n = 59). Также мы обследовали подростков того же возраста, не имеющих кариозного процесса, с интакт-ными зубами (n = 20; контроль). Материалом для исследования служила ротовая жидкость, собираемая без стимуляции, естественным образом, путем сплевывания после полоскания ротовой полости. Сбор слюны осуществляли в дневное время через 3 ч после еды. После сбора в течение 5 мин слюну замораживали при -25°С и хранили в замороженном состоянии до исследования. Критериями включения пациентов в группы стали возраст от 12 до 15 лет; I, II группы здоровья; а также отсутствие пороков развития твердых тканей зубов, заболеваний слизистой оболочки полости рта, воспалительных заболеваний пародонта, ортопедических и ортодонтических конструкций в полости рта. Определение в слюне содержания витамина D, ПТГ и остеокальцина проводили методом иммуноферментного анализа на анализаторе Personal Lab ADALTIS c использованием готовых наборов реактивов 25-Hydroxy Vitamin D EIA, DRG PTH Intact (EIA-3645) и N-MID Osteocalcin ELISA. Определение в слюне содержания кальция, фосфора, активность щелочной фосфатазы (костный, термолабильный изофермент) осуществляли, используя готовые наборы реактивов Витал диагностикс (Санкт-Петербург), оптическую плотность измеряли на спектрофотометре СФ-56 ЛОМО. Измеряли скорость естественного нестимулированно-го слюноотделения (скорость саливации, мл/мин) - показатель очищающей, защитной и минерализирующей функции слюны. Для сбора пробы слюны пациента усаживали, прося опустить голову, сглотнуть имеющуюся в полости рта слюну и собрать пассивно текущую слюну в течение 5 мин в мерную пробирку. Обследуемых предупреждали о необходимости воздерживания от активных движений языка, губ и щек при проведении эксперимента. Скорость саливации подсчитывали в 1 мл за 1 мин. В условиях покоя она равна 0,5 мл/мин. При интенсивной рефлекторной стимуляции, например во время еды, скорость саливации возрастает до 1,5-2,5 мл/мин. Показатель рН ротовой жидкости оценивали с помощью рН-метра-иономера ЭКСПЕРТ-001. Оценка активности микрофлоры полости рта путем определения коэффициента контаминации и индекса воспаления. Определение коэффициента контаминации: проводили цитологическое исследование центрифугата слюны у пациентов; мазки слюны окрашивали по Романовскому- 28 Российский медицинский журнал Таблица 1 Показатели в смешанной слюне у подростков без кариеса и с кариесом Показатель Контроль (n = 20) Пациенты c кариесом (n = 102) Ca, ммоль/л 0,76 ± 0,04 0,79 ± 0,05 P, ммоль/л 3,52 ± 0,50 4,11 ± 0,54 Ca/P 0,22 ± 0,03 0,22 ± 0,04 Витамин D, нмоль/л 56,3 ± 5,4 15,2 ± 2,2* Остеокальцин, нг/мл 5,45 ± 0,87 2,87 ± 0,08* ПТГ, пг/мл 5,3 ± 1,6 18,1 ± 3,3* Щелочная фосфатаза, МЕ/л 59,1 ± 5,0 12,8 ± 4,3* Скорость саливации, мл/мин 0,70 ± 0,08 0,43 ± 0,06* pH 7,05 ± 0,25 6,62 ± 0,10 Примечание. Здесь и в табл. 2-5: * - различия с показателями в контроле достоверны при p < 0,05. Гимзе; в мазках подсчитывали количество контаминиро-ванных клеток с бактериальной флорой. Определение индекса воспаления: для оценки степени воспаления в ротовой полости пациентов в мазках слюны цитоморфометрически подсчитывали количество полиморфно-ядерных лейкоцитов в 10 полях зрения. Статистический анализ данных проводили с помощью программы Stat Soft Statistica 6.0. Для проверки гипотезы об однородности двух независимых выборок использовался непараметрический критерий Манна-Уитни (Lotest Mann-Whitney). Достоверными считали различия при p < 0,05. Для анализа показателей все три группы подростков с кариесом объединили в одну. Содержание кальция (Ca) и фосфатов (P) и соотношение уровня Ca/P в смешанной слюне у подростков, имеющих разную степень выраженности кариеса и объединенных в общую группу, достоверно не отличались от тех же показателей в контроле (табл. 1). В то же время в объединенной группе подростков с кариесом количество витамина D было почти в 4 раза меньше, чем в контроле, и существенно ниже нормы уровень остеокальцина. Снижение содержания остеокальцина в слюне у подростков с кариесом, вероятно, связано с недостаточным синтезом этого белка, связывающего кальций, что указывает на недостаточность процессов ремоделирования. Уровень ПТГ у подростков с кариесом значительно превышает уровень этого гормона у подростков с интактными зубами, что объясняется недостаточным содержанием витамина D и секрецией паратирина с целью мобилизации кальция и фосфора из костной ткани для поддержания нормального уровня кальция в крови и слюне. Замедление синтетических процессов в твердых тканях ротовой полости у пациентов с кариесом зубов в Таблица 2 Коэффициент контаминации и количество лейкоцитов в смешанной слюне у здоровых лиц (контроль) и пациентов с кариесом Показатель Контроль (n = 20) Пациенты c кариесом (n = 102) Коэффициент контаминации 35,71 ± 2,02 48,12 ± 1,88* смешанной слюны, % Среднее количество лейкоци- 7,06 ± 0,67 8,35 ± 1,45* тов смешанной слюны Таблица 3 Показатели в смешанной слюне у подростков без кариеса (контроль) и подростков (1-я группа), имеющих среднюю интенсивность кариеса Показатель Контроль (n = 20) 1-я группа c кариесом (n = 30) Ca, ммоль/л 0,76 ± 0,04 0,72 ± 0,02 P, ммоль/л 3,52 ± 0,50 4,20 ± 0,50 Ca/P 0,22 ± 0,03 0,18 ± 0,02 Витамин D, нмоль/л 56,3 ± 5,4 20,1,2 ± 2,7* Остеокальцин, нг/мл 5,45 ± 0,87 3,02 ± 0,05* ПТГ, пг/мл 5,3 ± 1,6 14,2 ± 2,5* Щелочная фосфатаза, МЕ/л 59,1 ± 5,0 20,3 ± 5,3* Скорость саливации, мл/мин 0,70 ± 0,08 0,60 ± 0,05 pH 7,05 ± 0,25 6,65 ± 0,10 При подсчете индекса контаминации и среднего количества лейкоцитов в мазках слюны оказалось, что в общей группе с кариесом эти показатели достоверно выше, чем в группе подростков без кариеса (табл. 2), что говорит о обсемененности патогенной микрофлорой и наличии воспаления в полости рта у подростков общей группы. В связи с гетерогенностью объединенной группы пациентов мы провели сравнение показателей в слюне в каждой из групп с разной степенью интенсивности кариеса (см. рисунок; табл. 3-5). Как видно из табл. 3 у подростков 1-й группы выявлены те же изменения показателей, что и в общей группе: снижение в ротовой жидкости содержания витамина D, остеокальцина, активности щелочной фосфатазы и увеличение секреции ПТГ. Отклонение перечисленных показателей от уровня контроля у пациентов 1-й группы, имеющих среднюю интенсивность кариеса, было меньше, чем отклонение от нормы во 2-й и 3-й группах (табл. 4, 5), что соответствует увеличению выраженности кариеса, и меньше, чем в объединенной группе (см. табл. 1). В 1-й группе, где поражение зубов у подростков оказалось наименьшим, скорость саливации не отличалась от скорости саливации у подростков, не имеющих кариеса. По велиотличие от такового у подростков с интактными зубами подтверждается не только уменьшением количества остеокальцина, но также снижением активности костного изофермента щелочной фосфатазы в слюне, а избыточная секреция ПТГ свидетельствует об ускоренных процессах деминерализации. Снижена также скорость саливации в общей группе по сравнению с аналогичным показателем в контроле. В то же время уменьшение pH ротовой жидкости в общей группе по сравнению с контрольной группой недостоверно. Вероятно, отсутствие резких отклонений pH от нормы связано с достаточно эффективным действием буферных систем слюны. 59,1 Контрольная группа Паратгормон 1-я группа Остеокалыдин группа Витамин D 3-я группа Щелочная фосфатаза Биохимические показатели в смешанной слюне у подростков. № 2, 2014 29 Таблица 4 Показатели в смешанной слюне у подростков без кариеса (контроль) и подростков (2-я группа) с высокой интенсивностью кариеса Показатель Контроль (n = 20) 2-я группа c кариесом (n = 36) Ca, ммоль/л 0,76 ± 0,04 0,69 ± 0,02 P, ммоль/л 3,52 ± 0,50 2,72 ± 0,80 Ca/P 0,22 ± 0,03 0,31 ± 0,11 Витамин D, нмоль/л 56,3 ± 5,4 14,6 ± 1,5* Остеокальцин, нг/мл 5,45 ± 0,87 2,92 ± 0,08* ПТГ, пг/мл 5,3 ± 1,6 17,9 ± 2,9* Щелочная фосфатаза, МЕ/л 59,1 ± 5,0 14,1 ± 3,8* Скорость саливации, мл/мин 0,70 ± 0,08 0,40 ± 0,06* pH 7,05 ± 0,25 6,45 ± 0,10 Таблица 5 Показатели в смешанной слюне у подростков без кариеса (контроль) и подростков (3-я группа), имеющих очень высокую интенсивность кариеса Показатель Контроль (n = 20) 3-я группа c кариесом (n = 59) Ca, ммоль/л 0,76 ± 0,04 1,09 ± 0,08* P, ммоль/л 3,52 ± 0,50 4,72 ± 0,23 Ca/P 0,22 ± 0,03 0,23 ± 0,02 Витамин D, нмоль/л 56,3 ± 5,4 11,9 ± 1,6* Остеокальцин, нг/мл 5,45 ± 0,87 2,69 ± 0,08* ПТГ, пг/мл 5,3 ± 1,6 23,5 ± 3,8* Щелочная фосфатаза, МЕ/л 59,1 ± 5,0 9,2 ± 4,7* Скорость саливации, мл/мин 0,70 ± 0,08 0,30 ± 0,05* pH 7,05 ± 0,25 6,35 ± 0,10* чине более близки изучаемые показатели в слюне во 2-й группе (с высокой интенсивностью кариеса) и общей группе всех детей подросткового возраста с кариесом. Наиболее значительные отклонения от уровня контроля обнаружили в слюне у подростков с очень высоким уровнем интенсивности кариеса (3-я группа) не только по величине разницы средних значений, но и по количеству достоверно отличающихся от нормы показателей: достоверным становится повышение содержания кальция до 1,09 ± 0,08 и снижение pH до 6,35 ± 0,1. Выводы Исследованные показатели смешанной слюны (уровень остеокальцина, витамина D, паратиреоидного гормона и активность костного изофермента щелочной фосфатазы) позволяют оценить соотношение процессов деминерализации и ремоделирования, поскольку степень отклонения этих показателей от нормы зависит от выраженности кариозного процесса. Полученные в ходе исследования данные отражают особенности патогенеза кариеса у детей подросткового возраста. У подростков с кариесом выявили замедление синтетических процессов в твердых тканях ротовой полости и ускоренные процессы деминерализации, выражена активность микрофлоры полости рта. Неинвазивность метода определения показателей в слюне (уровень остеокальцина, витамина D, паратирео-идного гормона и активность костного изофермента щелочной фосфатазы) обеспечивает возможность его включения в доклиническую диагностику и прогнозирование кариеса у детей подросткового возраста.

About the authors

Larisa Petrovna Kiselnikova

The A.E. Evdokimov Moscow state medical stomatological university

Email: lpkiselnikova@mail.ru

Irina Aleksandrovna Alekseyeva

The A.E. Evdokimov Moscow state medical stomatological university

Email: alexeeva.penza@yandex.ru

Irina Georgievna Danilova

The institute of immunology and physiology of the Ural branch of the Russian academy of sciences

Email: ig-danilova@yandex.ru

Irina Fedorovna Gette

The institute of immunology and physiology of the Ural branch of the Russian academy of sciences

Email: i.goette@yandex.ru

Natal'ya Vladlenovna Ojgikhina

The institute of immunology and physiology of the Ural branch of the Russian academy of sciences

References

Supplementary files