Сайты партнеров




GEO приглашает

26 октября в самом сердце Москвы, в доме Пашкова, журнал Forbes отметил 100-летний юбилей. Мероприятие стало финальным в череде торжеств, посвященных юбилею легендарного бизнес-издания по всему миру


GEO рекомендует

В расписании авиакомпании Lufthansa на лето 2018 появилось пять новых маршрутов. Они свяжут Франкфурт с Глазго, Кишиневом, Санторини и Меноркой, а Фуншал на Мадейре с Мюнхеном. Билеты уже в продаже


Борьба за здоровую улыбку

текст: Кристина Хайдеман

ПОКА ЗУБЫ не заболят, большинство людей не обращает на них внимания. А ведь зубы – это поистине чудо природы. Зубы способны поведать о человеке очень много – это изощренная конструкция с поразительным набором функций.

За 50 лет жизни человек ест примерно 100 000 раз, пережевывая в общей сложности более 20 тонн пищи. Без зубов мы не могли бы ни улыбаться, ни членораздельно говорить. Больше того, зубы – чрезвычайно чуткий орган осязания. На поверхности зуба мы ощущаем даже неровности размером от пяти микрон, а это всего лишь одна десятая толщины обычного человеческого волоса.

Ученые по всему миру изучают ткани зуба и ищут способы воссоздать их: в Токио они синтезируют искусственную зубную эмаль, в Лос-Анджелесе выращивают корни зубов из стволовых клеток. Во Франкфурте-на-Майне один палеоантрополог хочет разработать идеальные зубные протезы на основе знаний, накопленных при изучении остатков зубов времен каменного века.

Какой материал придает зубам высокую прочность и столь же высокую чувствительность? Материал настолько износостойкий и долговечный, что он сохраняется тысячелетиями. Материал, который выдерживает столь экстремальные нагрузки, что Ратакришнан Велу из Малайзии сумел почти три метра протащить зубами по рельсам три железнодорожных вагона и благодаря этому попал в Книгу рекордов Гиннесса.

Ключ к разгадке таится в многослойной структуре зуба. Верхний слой зуба, так называемая зубная эмаль толщиной в среднем 1-1,5 миллиметра, – это самая твердая ткань, генерируемая в организме человека. Она тверже костной ткани нижней челюсти – самой прочной кости в человеческом теле. Зубная эмаль на 97 процентов состоит из минерала гидроксилапатита – кальций-фосфатного соединения, то есть из неорганического вещества.

 

МЕНЬШЕЙ ПРОЧНОСТЬЮ, но зато и большей чувствительностью отличается внутренняя часть зуба, или дентин, – ткань, находящаяся под слоем эмали и образующая основную часть зуба. Дентин, состоящий на 20 процентов из более мягкого органического вещества, в основном из белкового коллагена, пронизан тонкими канальцами, которые заполнены особыми клетками с длинными отростками – одонтобластами. При раздражении зуба одонтобласты передают сигнал на нервные рецепторы в его сердцевине, которая называется зубным нервом, или пульпой. Все это работает как сигнальная система, которая превращает зубы в крайне чувствительный орган, но при этом предохраняет их от травмирования.

Чтобы при изнашивании зубной ткани нерв не оголялся, природа снабдила зубы еще одним защитным механизмом. В случае необходимости зубной нерв может «замуровываться». Это происходит благодаря одонтобластам, которые вырабатывают заместительный дентин. С возрастом твердые ткани зуба стираются, вырабатывается заместительный дентин и нерв «защищается» от внешних раздражителей. 

Даже особый механизм крепления зубов в челюстной кости, по сути, выполняет лишь одну функцию – защитную. Если бы зубы были жестко и неподвижно зафиксированы в зубных ячейках – альвеолах, то они бы сразу обламывались, стоило бы нам случайно прикусить вишневую косточку, а не то что использовать их как буксирный крюк по примеру малайзийца Ратакришнана Велу. Поэтому зубы крепятся на своеобразной «подвеске» из эластичных коллагеновых волокон.  Связочный аппарат называется «пародонотом», а его воспаление – «пародонтитом». Благодаря своей подвижности они могут амортизировать при сильных нагрузках и компенсировать небольшие дефекты прикуса.

На первый взгляд зуб кажется идеальной конструкцией. Но и у зубов есть свои слабые места, в чем каждому из нас доводилось убеждаться на собственном болезненном опыте. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в странах Западной Европы у каждого 12-летнего ребенка уже есть в среднем один пораженный кариесом, разрушенный или запломбированный зуб. У его сверстников в Болгарии или Словакии – более четырех таких зубов. В России этот показатель составляет три зуба, а в Индии доходит почти до четырех зубов в штате Тамилнад.

 

КАРИЕС ВОЗНИКАЕТ из-за прикрепления микробной бляшки к поверхности зуба. Бактерии, главным образом streptococcus mutans, сбраживают содержащийся в остатках пищи сахар и преобразуют его в кислоты, которые разъедают верхний слой зуба. Если не чистить зубы два раза в день, то в зубном налете образовываются колонии кариесогенных бактерий, которые вызывают очаговую деминерализацию эмали (белые пятна). Дальше все зависит от организма, гигиены и минерального состава слюны. Если все в норме, то после удаления налета очаговая деминерализация может вновь напитаться минералами и пятно исчезнет. Если есть дисбаланс, возникнет кариес. 

Механические раздражители тоже оставляют следы на поверхности зуба. Питается ли человек в основном мясом или овощами, склонен ли он скрежетать зубами во сне и если да, то насколько сильно, расплющивает ли он пищу зубами при пережевывании или перетирает ее на манер жвачных животных, – в зависимости от всего этого на зубах появляются те или иные типичные следы износа.

 

ВОТ ПОЧЕМУ контурызубов индивидуальны, как отпечатки пальцев. Судмедэксперты и антропологи читают следы на зубах, как книгу. По этим признакам можно опознать жертв стихийного бедствия, раскрыть убийство и определить, чем питались наши далекие предки.

Например, почти две трети иностранных туристов, погибших в 2004 году от разрушительного цунами в Таиланде, были опознаны именно по зубам. В ходе опознания такие приметы, как пломбы, зубные вкладки, коронки, имплантаты, дефекты прикуса, лунки удаленных зубов, признаки кариеса и других заболеваний зубов, сличались с данными личных стоматологических карт и рентгенограмм пропавших без вести людей. Этот метод подходит даже для опознания обгоревших трупов жертв пожаров, ведь зубы выдерживают температуру до 1200 градусов Цельсия.

Личность преступника тоже можно установить по отпечаткам зубов, если, конечно, он оставит их на месте преступления. Судмедэксперты определяют возраст человека по цвету зубной эмали, диаметру дентиновых канальцев и степени прозрачности корней зубов.

 

ЗУБЫ НАСТОЛЬКО ПРОЧНЫ и долговечны, что могут быть не только свидетелями настоящего, но и хранителями прошлого. Антрополог из гарвардского университета в США Таня Смит изучает линии роста зубов. Эти линии образуют в ткани зуба концентрические круги наподобие годичных колец дерева. Исследуя под микроскопом срезы зубов – тончайшие пластинки толщиной менее одного миллиметра, она определяет по линиям, сколько времени понадобилось зубу для роста. На образцах зубов homo sapiens обнаруживается максимум 960 недельных линий роста, значит, у человека зуб полностью вырастает самое большее за 18 лет. А вот у большинства неандертальцев, как выясняется, зубы росли быстрее. Эти данные, по мнению ученых, указывают на то, что первые жители Европы взрослели быстрее современных людей и, скорее всего, очень отличались от нас и по образу жизни, и по общественному укладу.

Франкфуртский палеоантрополог Отмар Кульмер тоже считает зубы кладезем ценной научной информации. Шкафы в его кабинете набиты челюстями тысячелетней давности, потертыми зубами и их фрагментами. Сотрудника научно-исследовательского института и музея естественной истории имени Зенкенберга больше всего интересуют потертости на поверхности зубов, относящихся к каменному веку. По ним он определяет рацион питания неандертальцев и древнейших представителей вида homo sapiens. Дело в том, что при употреблении в пищу мягких плодов и мяса поверхность зубов стирается не так сильно, как при пережевывании зерен.

При изучении образцов зубов неандертальцев и других древних людей Кульмер выявил и повторяющиеся схемы истирания зубной поверхности, характерные как для мясоедов, так и для вегетарианцев. Благодаря такому рельефу зубной поверхности наши предки могли весьма эффективно пережевывать пищу. 

 

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, проведенного стоматологом Штефаном Баксо, показали: зубы стираются вдоль основных осей движения челюсти, которые предопределяют базовый тип прикуса. На его основе формируется индивидуальный прикус, который зависит от возраста и иных особенностей человека. Каждая грань на поверхности зуба отличается от других размером, углом наклона и ориентацией, а для каждого человека характерна своя индивидуальная форма прикуса.

Эти научные данные навели Отмара Кульмера на идею оригинального научного проекта. «Опираясь на результаты исследований, мы хотим превращать старые зубы в новые, причем более правильной формы», – говорит он. Под «мы» он имеет в виду не только себя и Штефана Баксо, но и зубного техника Дитера Шульца и одонтолога Ульриха Лоцмана. У этого маленького коллектива большие планы. Речь идет о создании зубного протеза, который идеально совмещается с зубным рядом. «То, что доказало свою эффективность за семь миллионов лет эволюции, не может быть ошибочным», – считают они. И конструируют зубные коронки, мосты и протезы с жевательными гранями, аккуратно притертыми к поверхности контактного зуба. Но разработать технику зубного протезирования – это только полдела. Не меньшее значение имеет и материал, из которого изготавливаются протезы. Что толку от идеально подогнанной коронки, если она треснет через пару лет?

Поэтому ученые неустанно работают над созданием новых материалов, максимально приближенных по своим свойствам к натуральной зубной ткани. Керамические коронки из оксида циркония уже трудно отличить от настоящих зубов. 

Современные керамические коронки гораздо пластичнее своих хрупких предшественниц, которые применялись в 1980 и 1990-е годы. Оксид циркония обладает такими прекрасными свойствами, что иногда этот материал даже используют вместо титана для изготовления имплантатов – штифтов и винтов, которые заменяют при протезировании корень зуба. А имплантаты должны выдерживать не только воздействие агрессивной среды в костной ткани челюсти.

Чтобы проверить имплантаты на долговечность, в институте механических свойств материалов имени Фраунхофера во Фрайбурге  их до десяти миллионов раз подвергают строго дозированной нагрузке, снова и снова оказывая давление на титановый дюбель с укрепленной на нем керамической коронкой. «Десять миллионов доз нагрузки по силе воздействия примерно соответствуют 20 годам жевания», – поясняет физик Кристоф Коплин. А силу жевательного давления не стоит недооценивать. В определенные моменты она почти эквивалентна весу тела.

 

КОЛОССАЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ подвергаются и пломбы из современных синтетических материалов, так называемых композитов, которые тоже проходят проверку во фрайбургском институте. 

Композиты – это высокотехнологичные смеси особых синтетических материалов с добавлением фторида, стекла и керамики, перемолотых в тончайший порошок. Высверлив ткани зуба, пораженные кариесом, стоматолог протравляет кариозную полость кислотой, покрывает ее тонкой пленкой клейкой синтетической пасты, а затем наполняет несколькими слоями пока еще мягкого композитного материала, облучая каждый слой специальной  лампой до затвердения. «Недостаток современных композитных пломб в том, что при затвердении они подвергаются усадке, а это вызывает натяжение материала и может привести к отрыву пломбы от зуба», – объясняет Коплин. Для определения зон и степени натяжения конкретного композитного материала исследователи используют компьютерное моделирование: «Путем расчетов мы разделяем пломбу на множество мелких сегментов и вычисляем, как каждый из них влияет на свое окружение». 

«По степени устойчивости к механической нагрузке современные искусственные аналоги зубной эмали и дентина почти не уступают своим натуральным прототипам», – говорит Кристоф Коплин. Нужно научиться сращивать искусственные материалы с  натуральными тканями. Но и здесь есть успехи. Японские ученые разработали синтетический аналог зубной эмали в виде пасты, с помощью которой можно почти наглухо закупоривать маленькие кариозные каверны. Паста быстро кристаллизуется и образует плотные слои наподобие зубной эмали, обеспечивая более прочное химическое сцепление пломбы с тканями зуба, чем композиты. Правда, ученые пока еще не готовы вывести эту пасту на рынок.

Для быстрого и эффективного приживления имплантатов в челюстной кости ученые экспериментируют со стимуляторами роста – протеинами, которые вызывают активное деление костных клеток. Или достраивают просевшие челюстные кости с помощью стволовых клеток из подвздошной кости пациента. Но если этот метод уже проходит клинические испытания, то другая революционная технология лечения зубов находится пока в зачаточной стадии. Речь идет о выращивании новых зубов из стволовых клеток, способных преобразовываться в любую ткань человеческого организма.

«Зуб – это очень сложный и малоизученный орган», – говорит доктор Сантьяго Ши, молекулярный биолог из Лос-Анджелеса. К тому же пока технически невозможно вырастить у человека третью смену зубов. Но американский ученый уже сейчас знает, где взять стволовые клетки для этого: «Лучший источник – удаленные зубы мудрости». Изучая зубы мудрости, удаленные у пациентов в возрасте от 18 до 20 лет, Ши с коллегами обнаружили на кончике корня зуба клеточный материал, который обладает всеми свойствами так называемых взрослых стволовых клеток.

Ши с сотрудниками уже вырастил из этих клеток новые зубные ткани у особых пациентов – самцов карликовой свиньи. Из всех животных свинья ближе всего к человеку по физиологическим параметрам и строению зубов. Подопытным животным удалили один нижний резец, а в образовавшуюся лунку внедрили имплантат в форме корня зуба, с пористой поверхностью, насыщенной человеческими стволовыми клетками, взятыми из зуба мудрости.

Через три месяца все имплантаты так плотно вросли в челюстную кость, что ученые смогли установить на них фарфоровые коронки и затем несколько недель проверяли их функциональность. Оказалось, что свиньи орудуют искусственным зубом точно так же, как настоящим резцом

05.05.2011