В период гистогенеза продукты секреции клеток первоначально образуют некую «строительную конструкцию», которая в дальнейшем подвергается кальцификации. Финальная стадия одонтогенеза достигается, когда ткани зуба последовательно и полностью минерализуются.
Для пролиферации и дифференцировки клеток, обеспечивающих образование указанных частей зу-
ба, необходимы индуцирующие воздействия между эктодермальными клетками эмалевого органа и мезенхимальными клетками зубного сосочка и зубного мешочка. Эти межтканевые взаимодействия и коммуникацию между клетками обеспечивает базальная мембрана.
Вначале формируется коронка зуба, затем — его корень.
Амелогенез (образование эмали) и дентиногенез (образование дентина), происходящие в коронке зуба в определенной последовательности, сопряжены с дифференцировкой клеток и образованием преэнамелобластов, одонтобластов, формированием матрикса дентина, образованием энамелобластов, матрикса эмали и дентино-эмалевого соединения.
Образование преэнамелобластов
Клетки внутреннего эмалевого эпителия, дифференцируясь в преэнамелобласты, увеличиваются в размере и приобретают вытянутую цилиндрическую форму. Ядро каждой клетки перемещается от центра и занимает наиболее отдаленную от базальной мембраны позицию. Такое перемещение ядер клеток внутреннего эмалевого эпителия (реполяризация) является определяющим в трансформации эпителиальных клеток в преэнамелобласты (см. рис. 53).
В последующем преэнамелобласты дифференцируются в энамелобласты, секретирующие матрикс эмали.
Образование преэнамелобластов — важный этап в процессе одонтогенеза.
Преэнамелобласты индуцируют периферические (наружные) клетки зубного сосочка к дифференцировке в одонтобласты.
Образование одонтобластов (дентинобластов) и дентиногенез
Одонтобласты, имеющие мезенхимальное происхождение, также претерпевают реполяризацию, что проявляется в перемещении их ядер от центра к наиболее отдаленной от базальной мембраны позиции. Эти клетки прилежат к базальной мембране в зеркально отраженной ориентации по отношению к преэнамелобластам. Одонтобласты начинают проявлять секреторную активность и образовывать органический матрикс дентина — предентин на стороне, обращенной к базальной мембране (рис. 54, 55). Таким образом, дентин образуется раньше матрикса эмали.
Одонтобласты имеют хорошо выраженный секреторный аппарат, характерный для коллагенпродуцирующих клеток. С началом секреции в апикальной части клеток начинает формироваться отросток — волокно Томса (рис. 56, а). Между одонтобластами формируются десмосомоподобные контакты и плотные соединения, которые как бы разделяют дентинный и пульпарный компартменты формирующегося зуба.
Большая часть белков, секретируемых одонтобластами, подобна секретируемым в кости. Основными органическими компонентами дентина являются коллаген I типа, а также гликопротеины, протеогликаны, гликозаминогликаны.
Однако предентин содержит дентиновый фосфопротеин и дентиновый сиалопротеин. Дентиновый фосфопротеин связывает большое количество кальция. Этот белок в определенной степени инициирует минерализацию и «контролирует» размеры и форму минералов.
В процессе дентиногенеза тела одонтобластов оттесняются образующимся дентином от слоя энамелобластов, а отросток одонтобласта удлиняется. Последний вначале располагается в предентине, а по мере обызвествления — в дентине, внутри формирующейся дентиновой трубочки (рис. 57). «Футляр» трубочки становится высокоминерализованным перитубулярным дентином. Обызвествленный дентин, расположенный между дентинными трубочками, является интертубулярным.
В ходе дентиногенеза сначала вырабатывается матрикс наружного слоя плащевого дентина, затем матрикс околопульпарного дентина. Первый коллаген, синтезируемый одонтобластами, формирует толстые фибриллы и пучки фибрилл — радиальные волокна Корфа. Вместе с аморфным веществом они образуют органический матрикс плащевого дентина. Матрикс околопульпарного дентина образуется позже. Коллаген, выделяемый одонтобластами в этот период, формирует более тонкие фибриллы, которые переплетаются друг с другом, располагаются параллельно поверхности зубного сосочка и образуют тангенциальные волокна Эбнера. Матрикс плащевого дентина при этом оттесняется на периферию.
Обызвествление дентина начинается в конце 5-го месяца внутриутробного развития и осуществляется при участии одонтобластов. Образование органической матрицы дентина опережает его обызвествление, поэтому предентин остается всегда гипоминерализованным.
Полагают, что в плащевом дентине обызвествление осуществляется при участии матриксных пузырьков. Матриксные пузырьки представляют собой мельчайшие округлые структуры размером от 30 нм до 1 мкм, окруженные мембраной, идентичной плазмолемме. Эти образования участвуют в инициации обызвествления. Относительно природы пузырьков высказываются различные предположения. Наиболее вероятно, что они отпочковываются от плазмолеммы отростков клеток. Матриксные пузырьки накапливают кальций и содержат липиды. Для них характерна высокая активность щелочной фосфатазы. (Фосфатаза осуществляет ферментативный гидролиз эфира фосфорной кислоты с образованием ортофосфата, который способен взаимодействовать с кальцием, собранным в пузырьках, что вызывает образование осадка.)
Кристаллы гидроксиапатита растут и разрывают мембраны пузырьков. Агрегаты кристаллов разрастаются в различных направлениях и сливаются. Процесс обызвествления связан с ассоциацией минерального вещества с коллагеновыми фибриллами, расположенными вблизи отростков одонтобластов.
По-видимому, в околопульпарном дентине обызвествление осуществляется одонтобластами без участия матриксных пузырьков. Состав органического матрикса околопульпарного дентина несколько отличается от такового в плащевом дентине. Одонтобласты активизируют секрецию фосфолипидов, фосфопротеинов, которые выделяются в предентин и диффундируют к дентинной стороне, где образуют зернистый материал. В околопульпарном дентине кристаллы гидроксиапатита на поверхности и между коллагеновыми волокнами откладываются в виде округлых масс — глобул или калькосферитов. Глобулы в дальнейшем увеличиваются в размерах и сливаются, образуя однородную обызвествленную ткань.
В периферических участках околопульпарного дентина вблизи плащевого дентина крупные глобулярные массы сливаются не полностью, между ними остаются участки гипоминерализованного интерглобулярного дентина. Дентинные канальцы проходят через интерглобулярный дентин, не прерываясь и не меняя своего хода. Такой характер обызвествления хорошо прослеживается в коронке зуба на границе около пульпарного и плащевого дентина. В области корня зуба участки интерглобулярного дентина образуют зернистый слой Томса (см. рис. 36). Увеличение количества интерглобулярного дентина рассматривается как признак недостаточного обызвествления.
Перитубулярный дентин правильнее называть интратубулярным, так как он образуется внутри трубочки при участии отростков одонтобластов. Перитубулярный дентин со временем уменьшает первоначальный диаметр просвета дентинной трубочки. Минерализация секретируемой органической основы обеспечивается в основном переносом кальция в составе матриксных пузырьков, которые располагаются по периферии цитоплазмы отростков и выделяются во внеклеточное пространство. Перитубулярный дентин отличается от интертубулярного более высоким содержанием гидроксиапатита.
Образование энамелобластов и амелогенез
После дифференцировки одонтобластов из наружных клеток зубного сосочка и образования ими предентина базальная мембрана между преэнамелобластами и одонтобластами дезинтегрируется. Это создает условия для тесного контакта преэнамелобластов с только что образованным предентином и индуцирует их к дальнейшей дифференцировке в энамелобласты, обеспечивающие образование эмали (см. рис. 54).
Первым этапом амелогенеза является образование органического матрикса эмали секреторно-активными энамелобластами (рис. 58). Второй
этап — созревание матрикса эмали — заключается в удалении органического материала и активном включении минеральных веществ в созревающую эмаль энамелобластами стадии созревания. Эти клетки дифференцируются из секреторно-активных энамелобластов и функционируют в основном как транспортный эпителий, осуществляя движение веществ как внутрь созревающей эмали, так и из нее.
Первые секреторно-активные энамелобласты образуются из клеток внутреннего эмалевого эпителия в области верхушки коронки (на месте первичного отложения предентина). Далее волна дифференцировки распространяется по направлению к краю эмалевого органа.
Диаметр энамелобласта — около 4 мкм, высота — 40 мкм. На поперечном сечении клетки гексанальной формы. После реполяризации преэнамелобластов, на стадии энамелобластов на апикальном полюсе каждой клетки образуется отросток, имеющий пирамидную форму (не путать с волокном Томса у одонтобластов!) (см. рис. 56, б).
Отросток Томса является секреторной поверхностью каждой клетки и обращен к области дентиноэмалевого соединения (рис. 59). Ядро и скопления митохондрий локализуются в базальной части клеток. В цитоплазме содержатся развитая эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, электронноплотные секреторные гранулы (см. рис. 56, б). В базальной и апикальной частях клеток имеются соединительные комплексы. Актиновые филаменты, входящие в состав соединительных комплексов, способствуют перемещению секреторных энамелобластов, сохраняют и поддерживают ориентацию клеток, постепенно отодвигающихся от дентиноэмалевой границы на периферию. Отложение матрикса эмали определяет отросток Томса.
Ранний матрикс эмали — эктодермальный продукт, состоящий главным образом из неколлагеновых белков и небольшого количества кристаллов кальция гидроксиапатита. В формирующейся эмали основными белками являются:
1) амелогенины (гидрофобные белки, подвижные и не связанные с кристаллами);
2) энамелины (протеиназы эмали, обеспечивающие дегенерацию амелогенинов в созревающей эмали);
3) амелобластины (продуцируются энамелобластами от ранней секреторной стадии до поздней стадии созревания, регулируют и направляют процесс минерализации);
4) тафтелины (кислые протеины, локализуются в основном в области дентино-эмалевого соединения и участвуют в образовании кристаллов эмали).
По мере созревания эмали в ней уменьшается содержание белков, что связано с вытеснением амелогенинов из межкристаллических пространств и
Рис. 54. Стадия гистогенеза зуба (амелогенез и дентиногенез) (схема): 1 — эпителий ротовой полости; 2 — остатки зубной пластинки; 3 — энамелобласты; 4 — эмаль; 5 — дентин; 6 — предентин; 7 — одонтобласты; 8 — пульпа зуба; 9 — пульпа эмалевого органа; 10 — наружный эпителий эмалевого органа; 11 — шеечная петля; 12 — зубной мешочек; 13 — формирующиеся костные трабекулы
Рис. 55. Гистологический препарат.
Гистогенез зубных тканей: 1 — энамелобласты; 2 — эмаль; 3 — дентин; 4 — предентин; 5 — одонтобласты; 6 — пульпа зуба
Рис. 56. Ультрамикроскопическое строение одонтобласта и энамелобласта (схема): а — одонтобласт с разветвленным дистальным отростком, располагающимся в предентине и дентине: 1 — дентин; 2 — предентин; 3 — отросток
одонтобласта в дентинной трубочке; 4 — комплекс Гольджи; 5 — ядро; 6 — митохондрия; 7 — эндоплазматическая сеть; б — энамелобласт: 1 — эмаль; 2 — отросток Томса, содержащий секреторные гранулы; 3 — эндоплазматическая сеть; 4 — аппарат Гольджи;
5 — ядро; 6 — митохондрии (по Афанасьеву Ю.И., 1999, с изм.)
расщеплением части белков протеолитическими ферментами. Более зрелая эмаль содержит только энамелины и тафтелины.
Энамелобласты в стадии созревания укорачиваются, утрачивают отростки Томса и некоторые органеллы. Часть энамелобластов гибнет вследствие апоптоза.
Среди энамелобластов стадии созревания обнаруживаются клетки 2 типов, способные к взаимным превращениям. Энамелобласты стадии созревания 1-го типа характеризуются появлением на их апикальной поверхности исчерченного края (см. рис. 58). Эти клетки участвуют в активном транспорте неорганических ионов, которые переносятся через
их цитоплазму и выделяются на апикальной поверхности. Энамелобласты 1-го типа содержат кальцийсвязывающие белки в высокой концентрации.
Энамелобласты стадии созревания 2-го типа имеют гладкую апикальную поверхность (см. рис. 58). Эти клетки участвуют в удалении из эмали органических веществ и воды.
Таким образом, в период созревания эмалевого матрикса энамелобласты активно «накачивают» кальций в уже частично минерализованный матрикс и одновременно «изымают» определенное количество органических веществ.
Отмечают 2 волны минерализации эмали, которые следуют одна за другой в одних и тех же
образцах. Минерализация 1-й волны происходит на жевательных поверхностях будущей коронки, около дентино-эмалевого соединения и движется к будущей наружной эмалевой поверхности; 2-я волна «накрывает» 1-ю и распространяется по направлению к шейке, к формирующемуся цементоэмалевому соединению.
Итак, эмаль, образованная секреторно-активными энамелобластами, является первично минерализованной, незрелой, содержащей 30\% органического материала.
В процессе вторичной минерализации, которую обеспечивают энамелобласты стадии созревания, содержание минеральных солей в эмали значитель-
Рис. 57. Амелогенез и дентиногенез (схема): 1 — секреторно-активный энамелобласт; 2 — образующаяся эмаль; 3а — дентин; 3б — предентин; 3в — дентинная трубочка с отростком одонтобласта; 4 — ядросодержащая часть одонтобласта в пульпе зуба
но увеличивается. Это приводит к резкому повышению ее твердости.
Окончательное созревание эмали — третичная минерализация — происходит уже после прорезывания зуба. При этом основным источником неорганических веществ, поступающих в эмаль, является слюна.
Структура эмали зависит от времени ее образования.
Так называемая начальная и конечная эмаль имеет беспризменное строение. К начальной эмали относится внутренний слой у дентино-эмалевой границы, который не содержит призм, так как во время его образования отростки Томса у энамелобластов еще не сформировались.
Конечная эмаль формируется на завершающих этапах секреции эмали, когда энамелобласты подвергаются дегенеративным изменениям и отросток Томса исчезает.
Механизмы формирования призм не совсем ясны.
После отложения первого слоя беспризменной начальной эмали (между дентином и апикальной поверхностью клетки) энамелобласты отодвигаются от поверхности дентина и образуют отростки Томса.
Отложение органических веществ у основания отростка Томса, на уровне соединительных комплексов энамелобластов, приводит к образованию межпризменной эмали, характеризующейся низким уровнем минерализации (рис. 60). При этом возникает ячеистая структура, стенки которой образованы будущей межпризменной эмалью, а внутри ячейки находится отросток Томса. Отростки Томса секре-
Рис. 58. Морфологические типы энамелобластов (схема): 1 — секреторно-активный энамелобласт; 2 — энамелобласт стадии созревания с исчерченной апикальной поверхностью; 3 — энамелобласт стадии созревания с гладкой апикальной поверхностью
Рис. 59. Гистологический препарат. Одонтобласты и энамелобласты: 1 — пульпа зуба; 2 — одонтобласты; 3 — предентин; 4 — дентин; 5 — отростки одонтобластов в дентине; 6 — эмаль; 7 — отростки энамелобластов;
8 — энамелобласты
Рис. 60. Эмалевые призмы на поперечном разрезе (а) и в продольном (б) сечении: 1 — призмы; 2 — межпризменное вещество (по Matsumiya Siichi; цит. по Гемонову В.В., Лавровой Э.Н., Фалину И.Н. Развитие и строение органов
ротовой полости и зубов. — М., 2002.)
тируют матрикс эмали, который заполняет ячейки. В органическое вещество откладываются кристаллы гидроксиапатита. Энамелобласты при этом оттесняются новообразованной эмалью на периферию, смещаясь под углом к дентино-эмалевой границе. Отложение органического матрикса эмали происходит как бы вслед за движением энамелобластов. В зрелой эмали ориентация эмалевых пучков является отражением пути, пройденного энамелобластом на секреторной стадии.
На поперечных шлифах или срезах встречаются призмы овальной, неправильной формы, часто они имеют арочную конфигурацию.
В формировании призм арочной конфигурации, по видимому, принимают участие 4 клетки, причем одна из них образует головку призмы (расширенная область), а 3 другие совместно формируют хвост (межпризменная эмаль). Каждый энамелобласт участвует в образовании 4 призм: он формирует головку 1-й призмы и хвосты 3 других (рис. 61). Таким образом, при арочной структуре призм их части находятся в близком контакте друг с другом, а межпризменное вещество практически отсутствует. Роль межпризменного вещества в области головок одних призм играют хвосты других. Внутри головки большинство кристаллов ориентированы параллельно длинной оси. Внутри хвоста кристаллы имеют косую ориентацию. Периферическая
часть каждой призмы состоит из менее минерализованного вещества. Содержание белков здесь выше, чем в остальной части призмы, так как кристаллы расположены менее плотно, а пространства между ними заполнены органическим веществом и водой.
Рост эмалевых призм осуществляется циклически. Определенная (околонедельная) ритмичность образования органической матрицы эмали или ее обызвествления проявляется возникновением ростовых линий Ретциуса.
Поверхностные образования эмали. Последним продуктом синтеза секреторно-активных энамелобластов является материал, образующий структуру, сходную с базальной мембраной. Он откладывается на поверхности эмали, является местом «прикрепления» полудесмосом энамелобластов. Это — первичная кутикула эмали, или насмитова оболочка. После того как энамелобласты завершают процесс созревания эмали, они становятся частью редуцированного наружного эпителия эмалевого органа и наряду с компрессированной пульпой эмалевого органа формируют вторичную кутикулу эмали. После прорезывания зуба кутикула стирается на жевательных поверхностях и частично сохраняется на боковых. В процессе прорезывания зуба энамелобласты утрачиваются.
Рис. 61. Строение призм арочной конфигурации и расположения в них кристаллов
гидроксиапатита (схема): 1 — эмалевая призма; 2 — головка эмалевой призмы; 3 — хвост эмалевой призмы (межпризменная эмаль); 6-угольные поля соответствуют участкам расположения отдельных энамелобластов (по Bath-Balogh М., 1997, с изм.)