Биологический контроль перемещения зубов

Прежде чем детально описывать реакцию на ортодонтическую нагрузку, необходимо рассмотреть механизм биологического контроля, начиная от раздражителя и заканчивая реакцией на ортодонтическое перемещение зуба. В двух основных теориях ортодонтического перемещения зубов противопоставлены два возможных контрольных элемента: биологическое электричество и давление-натяжение в ПДС, влияющее на ток крови. Биоэлектрическая теория, по крайней мере, отчасти связывает перемещение зуба с изменениями костного метаболизма, контролируемыми электрическими импульсами, производимыми при прогибе альвеолярной кости. Теория давления-натяжения связывает перемещение зуба с клеточными изменениями на химическом уровне, что традиционно считается связанным с изменением тока крови в ПДС. Давление и натяжение внутри ПДС при сокращении (давление) или увеличении (натяжение) диаметра кровеносных сосудов в пространстве связки, безусловно, может изменять ток крови. Обе эти теории не совместимы, но и не взаимоисключающи. С современной точки зрения оба механизма могут играть определенную роль в биологическом контроле зубных перемещений.

Пьезоэлектрические импульсы имеют две необычные характеристики: 1) высокую скорость распада (например, при приложении нагрузки образуется пьезоэлектрический импульс, который быстро уменьшается до нуля даже при сохранении действия силы); 2) создание эквивалентных импульсов противоположной направленности при прекращении действия силы (рис. 9-3).

Обе эти характеристики объясняются миграцией электронов внутри кристаллической решетки, деформируемой давлением. При деформации кристаллической структуры электроны мигрируют от одного положения к другому, и наблюдается электрическая нагрузка. При поддержании усилия кристаллическая структура остается стабильной, и других электрических явлений не наблюдается. Однако при снятии усилия кристалл возвращается к своей начальной форме, и появляется обратный ток электронов. Таким образом, в результате ритмической активности наблюдается постоянное взаимодействие электрических сигналов, производимых в ходе приложения или снятия усилия.

Биологический контроль перемещения зубов

Рис. 9-3. Когда к кристаллической структуре (такой, как кость или коллаген) прилагается нагрузка, то возникает электрический ток, который быстро исчезает. При снятии нагрузки появляется противоположный ток. Такой пьезоэлектрический эффект обусловлен миграцией электронов внутри кристаллической решетки.

С самого начала считалось, что электрические импульсы, способные инициировать перемещение зуба, являются пьезоэлектрическими. Феномен пьезоэлектричества наблюдается во многих кристаллических материалах, где деформация кристаллической структуры приводит к образованию электрического тока при перемещении электронов из одной части кристаллической решетки в другую. Пьезоэлектричество во многих неорганических кристаллах было открыто много лет назад и используется в повседневных технологиях (например, в фонографических системах). Органические кристаллы также могут иметь пьезоэлектрические свойства. Не только костный минерал является кристаллической структурой с пьезоэлектрическими свойствами, но и коллаген сам по себе обладает этими свойствами, а потенциалы накопления напряжения в образцах сухих костей также относятся к пьезоэлектричеству.

Ионы в омывающих живую кость жидкостях взаимодействуют со сложным электрическим полем, создаваемым при изгибании кости, вызывая температурные изменения и электрические сигналы. В результате во внеклеточных жидкостях могут быть обнаружены как токи конвекции, так и токи проводимости, на которые влияние оказывает природа жидкостей. Наблюдаемое небольшое напряжение называется «потенциалом потока». Хотя эти напряжения и отличаются от пьезоэлектрических импульсов в сухих материалах, они в основном характеризуются быстрым нарастанием и изменением при приложении к кости переменных напряжений. Также имеется и обратный пьезоэлектрический эффект. Не только приложение силы может вызвать искажение кристаллической структуры и возникновение электрического импульса, но и применение электрического поля может вызвать деформацию кристалла и привести, таким образом, к возникновению усилия. Обратное пьезоэлектричество не используется в естественных системах контроля, насколько известно в настоящее время, однако потенциалы потока могут создаваться при применении внешних электрических полей, и потенциал терапевтического использования такого феномена сразу приобретает интерес6.

Нет сомнений в том, что создаваемые напряжением импульсы важны для сохранения целостности скелета. Без таких импульсов теряются костные минералы, что приводит к общей скелетной атрофии — ситуация, наблюдаемая у астронавтов, чьи кости не испытывают давления обычной силы притяжения в безвоздушном пространстве. Импульсы, создаваемые при прогибе альвеолярной кости в ходе процесса жевания, очень важны для сохранения кости вокруг зубов. С другой стороны, длительное усилие такого типа, используемое для ортодонтического перемещения зуба, не создает значительных, обусловленных нагрузкой импульсов. При приложении усилия создается краткий импульс; когда усилие ослабевает, появляется обратный импульс. Однако, пока сохраняется усилие, ничего не происходит. Если создаваемые нагрузкой импульсы важны для осуществления костной реконструкции, связанной с ортодонтическим перемещением зуба, то эффективным было бы применение вибрирующего давления. На самом деле эксперименты свидетельствуют о крайне малой эффективности вибрирующих длительных усилий для перемещения зубов7. Оказывается, что создаваемые нагрузкой импульсы, как бы они ни были важны для нормального скелетного функционирования, вероятно, имеют мало или вообще ничего общего с реакцией на ортодонтическое перемещение зубов.

Однако из этого не следует делать вывод, что все типы электрических импульсов не имеют значения для контроля зубных перемещений. В кости, не подвергающейся нагрузке, может наблюдаться второй тип эндогенного электрического импульса, который называется «биоэлектрическим потенциалом». Метаболически активные клетки кости или соединительной ткани (в областях активного роста или реконструкции) производят электрически отрицательные нагрузки, которые пропорциональны уровню их активности; неактивные клетки и области электрически почти нейтральны. Хотя цель этого биоэлектрического потенциала неизвестна, клеточная активность может быть модифицирована посредством добавления экзогенных электрических импульсов. Эффект ощущается на клеточных мембранах. Мембранная деполяризация вызывает нервные импульсы и сокращение мышц, но изменение мембранных потенциалов сопровождает также и другие клеточные реакции. Внешние электрические сигналы могут воздействовать как на рецепторы клеточной мембраны, так и на проницаемость мембраны8.

Биологический контроль перемещения зубов

Рис. 9-4. У подопытных животных изменения в токе крови в ПДС можно наблюдать при перфузии туши в сосудистую систему и умерщвлении животного. Сосуды заполняются тушью, так что их размер может быть легко виден. На данной фотографии показан горизонтальный срез, где виден корень зуба, а в левом верхнем углу — камера пульпы. ПДС расположена внизу справа. Обратите внимание на сжатие сосудов в области ПДС, куда перемещался зуб. В области сжатия клетки исчезают, и иногда такая область называется гиалини-зированной из-за ее сходства с гиалиновой соединительной областью. (Снимок предоставлен Dr. F.E. Khouw.)

Исследования на животных и на людях показали, что при подключении постоянного тока низкого напряжения к альвеолярной кости происходит модификация биоэлектрического потенциала и зубы перемещаются быстрее, чем при реакции на идентичную пружину9. Электромагнитные поля могут также воздействовать на мембранные потенциалы и проницаемость мембран клеток и, таким образом, вызывать изменения клеточной активности. В экспериментах с животными пульсирующее электромагнитное поле увеличивало роль зубного перемещения посредством сокращения начальной фазы отставания перед началом перемещения зуба10. Электромагнитные поля могут создаваться внутри тканей посредством смежных магнитов без необходимости электронных контактов, и при этом некоторые типы полей способствовали заживлению костей конечностей и челюстей. Возможно, данный эффект будет использован в будущем для стимуляции ортодонтического перемещения зубов и для изменения челюстного роста. Быть может, правильным выводом является то, что даже если создаваемые нагрузкой импульсы не объясняют зубное перемещение, электрические и электромагнитные влияния могут модифицировать костную реконструкцию, от которой зависит зубное перемещение, и могут быть терапевтически полезными.

Теория давления-натяжения.Теория давления-натяжения, классическая теория зубного перемещения, основывается на химических, а не электрических сигналах, как стимулах клеточной дифференциации и зубного перемещения. Несомненно, химические элементы имеют определенное значение в последовательности событий, приводящих к реконструкции альвеолярной кости и зубному перемещению. Поскольку данная теория действительно дает разумное объяснение перемещению зубов, она остается основой дальнейшего описания.

Биологический контроль перемещения зубов Согласно данной теории изменение тока крови внутри ПДС осуществляется посредством длительного давления, что вызывает смещение зубов внутри пространства ПДС при сокращении связки в одних местах и растяжении в других. При сжатии ПДС ток крови уменьшается (рис. 9-4), а при растяжении связки он обычно поддерживается или усиливается (рис. 9-5).

Рис. 9-5. На стороне, противоположной направлению зубного перемещения, ПДС увеличена, а кровеносные сосуды расширены. На данном снимке представлен вертикальный срез зуба животного с перфузией тушью во время смерти. Частично заполненные тушью расширенные сосуды видны в растянутой части ПДС. (Снимок предоставлен Dr. F.E. Khouw.)

При чрезмерном растяжении участков ПДС ток крови временно увеличивается. Изменения тока крови приводят к быстрым изменениям химической среды. Например, уровень кислорода, безусловно, будет снижаться в области сжатия, но он будет увеличен в области растяжения, а также в течение минут будут происходить изменения относительных пропорций других элементов, участвующих в обмене веществ. Такие химические изменения, либо непосредственные, либо выраженные в стимуляции выработки других биологически активных веществ, затем будут стимулировать клеточную дифференциацию и активность. Таким образом, существует три стадии зубного перемещения:

1) изменения тока крови в зависимости от давления внутри ПДС;

2) формирование и/или выработка химических элементов;

3) активация клеток (табл. 9-2).

Величина силы

Чем сильнее длительное давление, тем больше будет сокращение тока крови в сжатых областях ПДС, до полного коллапса сосудов и отсутствия тока крови (рис. 9-6). Теоретическая вероятность такой последовательности событий была продемонстрирована при экспериментах с животными, когда увеличение давления на зуб приводило к снижению перфузии ПДС со стороны сжатия (см. рис. 9-4 и 9-5)11. Рассмотрим временную последовательность событий после применения ортодонтических усилий большой и малой величины (см. табл. 9-2).

Биологический контроль перемещения зубов

Рис. 9-6. Схематичное изображение увеличивающего сжатия кровеносных сосудов с ростом давления внутри ПДС. При определенной величине постоянного давления происходит полное спадение кровеносных сосудов и стерильный некроз тканей связки.

Случайные записи:

2017 Personality 02/03: Historical & Mythological Context


Похожие статьи:

Добавьте постоянную ссылку в закладки. Вы можете следить за комментариями через RSS-ленту этой статьи.
Комментарии и трекбеки сейчас закрыты.