Исследовательская работа " Роль слюны в формировании и поддержании кариесзистентности зубной эмали"
проект по химии (11 класс) на тему

МБОУ  Салганская СОШ

Исследовательская работа

Тема: «Роль слюны в формировании и поддержании кариесрезистентности зубной эмали»

                              Автор работы:

                Пигалова Ирина

               учащаяся 11-а класса,

               МБОУ Салганская СОШ

                            Руководитель:

               Калинина Ольга Анатольевна,

               учитель химии МБОУ Салганская СОШ

I.Введение

I.1 Обоснование выбора.

Кариес зубов – самое распространенное заболевание в мире, в развитых странах он встречается у 90-95 процентов населения. К тому же, в последнее время отмечаются явные тенденции к росту заболеваемости – по данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ), наблюдается резкое увеличение количество больных кариесом в развивающихся странах. Задавшись вопросом о причинах этого явления, я стала искать информацию и узнала, что слюна играет большую роль в защите зуба от разрушения.

I.2 Цель работы

Выяснить в чем заключается роль слюны в защите зуба от кариеса.

I.3 Задачи работы

1.     Рассмотреть механизмы образования кариеса зуба.

2.     Рассмотреть строение, состав, свойства и функции слюны.

3. Выяснить роль слюны в формировании и поддержании. кариесрезистентности зубной эмали.

I.4 Этапы работы

Работа была начата в ноябре 2012 , завершена в феврале 2012 года.

I.5 Необходимые ресурсы

§  Техническое оснащение: компьютер, доступ к Интернету, принтер;

§  Интернет-ресурсы: список веб-адресов, необходимых для поиска информации (http://festival.1september.ru/,http://www.xumuk.ru/biologhim/255.html,http://www.studychem.com/krov/132.html,http://medical-encyclopedia.zelenka.su/30703, http://slovari.yandex.ru/. ),

§  Материалы на печатной основе: Аналитическая химия, К.М. Ольшанов, С.К Пискарева, К.М. Барашков, Химия, 1980.

§  И.Т Гороновский, Ю.П. Назаренко, Е.Ф Некряч Краткий справичник по химии, Изд. Академии наук Украинской ССР, 1963.

§  РГУ, Методическое руководство к лабораторному практикуму Физическая и коллоидная химия для студентов заочного отделения биолого – почвенного факультета, Ростов, 2000.

§  Работа проводилась на базе школьной лаборатории и лаборатории элекрохимии ЮРГТУ

2.Основная часть

2.1. Анализ теоретического материала

Слюна - секрет слюнных желез, выделяющийся в полость рта. Слюна́ (лат. saliva) — прозрачная бесцветная жидкость, отделяемая в полость рта секрет слюнных желёз. Слюна смачивает полость рта, способствуя артикуляции, обеспечивает восприятие вкусовых ощущений, смазывает пережёванную пищу. Кроме того, слюна очищает полость рта, обладает бактерицидным действием, предохраняет от повреждения зубы. Под действием ферментов слюны в ротовой полости начинается переваривание углеводов.
Слюна обладает pH от 5,6 до 7,6.  Слюна вырабатывается расположенными в полости рта слюнными железами: парными большими околоушной (ОУСЖ), подчелюстной (ПЧСЖ), подъязычной (ПЯСЖ) и малыми, которые располагаются на губах, на кончике языка (железа Нуна), по краям языка, в корне языка, на передней поверхности мягкого неба и др.

В зависимости от локализации слюнные железы делятся на железы преддверия полости рта (молярные, щечные, губные, ОУСЖ) и собственно полости рта (ПЧСЖ, ПЯСЖ, язычные, твердого и мягкого неба).
По характеру секрета все железы делятся на:

•белковые(ОУСЖ,малые железы слизистой щек, мягкого неба)
•слизистые(железы губ, неба, щек)
•смешанные(ПЧСЖ,ПЯСЖ).

  В сутки у взрослого человека выделяется около 1500мл слюны. Однако скорость секреции неравномерная и зависит от ряда факторов: возраста (после 60 лет слюноотделение замедляется), нервного возбуждения, пищевого раздражителя, времени года и др. Количество секретируемой слюны определяется степенью стимуляции слюноотделения и функциональной активностью слюнных желез.
  Слюна состоит из 99,42% воды и 0,58% органических и неорганических веществ. Из неорганических компонентов в слюне присутствуют кальциевые соли, фосфаты, калиевые и натриевые соединения, хлориды, бикарбонаты, фториды, роданиды и др. Концентрация Na⁺ в слюне обычно намного меньше, чем в плазме в состоянии покоя железы, но она увеличивается при возрастании скорости истечения слюны.
  Ионов К⁺ в спокойной железе в норме намного выше, чем в плазме, однако с увеличением скорости истечения слюны концентрация падает. Соотношение ионов К⁺ и Na⁺ в количественном соотношении очень важно для оценки состояния электролитного обмена в организме.
  Бикарбонаты происходят в основном из слюны ОУСЖ и ПЧСЖ. Они определяют значения рН и буферную емкость слюны.
  Са и Mg - общее их содержание и их ионов обычно меньше, чем в плазме. Кальций в слюне (1,2 ммоль/л) находится в 2х видах - 50% составляет ионизированные Са²⁺, 15% Са связано с белками, остальное количество связано с цитратами и фосфатами. ПЧСЖ - основной источник Са²⁺, в среднем она выделяет 75% всего Са слюны.
Фосфаты - их содержание в слюне в 2 - 3 раза отличается от содержания в плазме. Фосфор слюны, в основном, представлен неорганическими соединениями (95%) и лишь 5% в виде органических фракций. Количество фосфора в слюне 2,9 - 6,4 ммоль/л, основным его источником является ПЧСЖ, меньше - ОЧСЖ. Основной формой неорганического фосфора в слюне является гидрофосфат - основной продукт гидролиза гидроксиапатита эмали.
  Слюна содержит многочисленные органические компоненты - протеины, углеводы, аминокислоты, ферменты, витамины и др., основным из
которых является белок. Количество общего белка в смешанной слюне составляет 0,8 — 3,0 г/л. Качество и количество слюны напрямую зависит от следующих факторов:

Ø свойство анатомической поверхности зуба: в естественных фиссурах и в промежутках между зубами есть благоприятные условия для долговременной фиксации зубного налёта.

Ø насыщенность эмали зуба фтором: образовавшиеся в результате этого фторапатиты более устойчивы к действию кислот.

Ø гигиена полости рта: своевременное удаление зубного налёта предотвращает дальнейшее развитие кариеса.

Ø фактор диеты: мягкая, богатая углеводами пища способствует образованию зубного налёта. Количество витаминов и микроэлементов также влияет на общее состояние организма и особенно слюны.

Ø качество и количество слюны: малое количество вязкой слюны способствует прикреплению бактерий к «пелликуле» и образовании зубного налёта. Очень важное влияние на кариесрезистентность эмали имеют буферные свойства слюны (которые нейтрализуют кислоты) и количество иммуноглобулинов и других факторов защиты в слюне.

Ø генетический фактор

Ø общее состояние организма

  В свою очередь, слюна оказывает огромное влияние на состояние как зубов, так и всей ротовой полости. Было установлено, что вскоре после поступления в полость рта твердой углеводистой пищи концентрация глюкозы в слюне снижается, причем вначале быстро, а затем медленно. Большое значение при этом играет скорость слюноотделения — усиление слюноотделения способствует более активному вымыванию углеводов. При этом не происходит выведения фторидов, так как они связываются с поверхностями твердых и мягких тканей полости рта, высвобождаясь в течение нескольких часов. Благодаря присутствию фторидов в слюне баланс между де- и реминерализацией смещается в сторону последней, что обеспечивает противокариозный эффект. Установлено, что этот механизм реализуется даже при относительно низких концентрациях фторидов в слюне.  Влияние слюны на ускорение выведения глюкозы является не единственным механизмом снижения поражаемости кариесом. Более выраженное противокариозное действие обеспечивается её способностью к нейтрализации кислот и щелочей, то есть буферным эффектом.  Слюна в норме пересыщена ионами кальция, фосфора и гидроксиапатита, соединения которых формируют основу тканей зуба. Степень пересыщенности ещё более высока в жидкой фазе зубного налета, которая находится в непосредственном контакте с поверхностью зуба. Пересыщенность слюны ионами, составляющими основу тканей зуба, обеспечивает их поступление в ткани, то есть является движущей силой минерализации. При снижении рН зубного налета пересыщенное состояние слюны ионами кальция, фосфора и гидроксиапатитов уменьшается, а затем вовсе исчезает.  В реминерализации подповерхностных слоев эмали участвует также ряд белков слюны. Молекулы статхерина и кислых, богатых пролином белков, а также некоторых фосфопротеинов, связывающих кальций при снижении рН в зубном налете, освобождают ионы кальция и фосфора в жидкую фазу зубного налета, что поддерживает реминерализацию.

  Из других противокариозных механизмов следует указать на образование пленки (пелликулы) слюнного происхождения на поверхности эмали. Эта пленка препятствует прямому контакту эмали с поступающими в полость рта кислотами и, тем самым, исключает выход кальция и фосфора из её поверхности.
 Установлено, что эмаль только что прорезавшегося зуба ребенка содержит на 2 - 3 % меньше минеральных компонентов, чем у взрослого человека, и первые два года после прорезывания характеризуются наибольшей восприимчивостью зубов к кариесу (Боровкий Е.В., Позюкова 1985, Сайфуллина 1980 и др.)   Слюна обеспечивает «созревание» эмали и формирует особые свойства ее поверхностного слоя. Таким образом, период «созревания» эмали после прорезывания зубов является наиболее важным в формировании их кариесрезистентности или кариесвосприимчивости. Исследования Леонтьева В.К., Боровского Е.В., Леуса П.А. и др. показали, что резистентность зубов к кариесу во многом зависит от свойств, как эмали, так и слюны. Особо важное значение в период минерализации прорезавшихся постоянных зубов у детей имеют скорость слюноотделения, особенности минерального состава (содержание кальция, фосфора), растворимость эмали и реминерализующая способность слюны. Поэтому данные показатели можно рассматривать как единую систему минерализации твердых тканей зуба (Радышевская Т.Н., 1998).

А что же такое кариес и каковы причины его возникновения?

  Кариес (лат. Cariesdentium) — патологический процесс, проявляющийся после прорезывания зубов, при котором происходит деминерализация и размягчение твёрдых тканей с последующим образованием полости.

  В настоящее время возникновение кариеса зубов связывают с локальным изменением pH на поверхности зуба под зубным налётом вследствие брожения (гликолиза) углеводов, осуществляемого микроорганизмами, и образования органических кислот. При рассмотрении механизмов возникновения кариеса зуба обращает на себя внимание многообразие различных факторов, взаимодействие которых и обуславливает возникновение очага деминерализации: микроорганизмы полости рта, характер питания (количество углеводов), режим питания, количество и качество слюноотделения (реминерализующий потенциал слюны, буферные свойства, неспецифические и специфические факторы защиты слюны), сдвиги в функциональном состоянии организма, количество фтора, поступающего в организм, влияние окружающей среды и т. д.

Однако основные факторы для возникновения кариеса следующие:

·        кариесвосприимчивость зубной поверхности

·        кариесогенные бактерии

·        ферментируемые углеводы

·        частота, с которой зуб подвергается кариесогенному воздействию кислот

Кариесвосприимчивость зубной поверхности

Эмаль зуба — самая твёрдая ткань человеческого организма. По твёрдости она лишь немного уступает алмазу (250—800 ед. Виккерса). Она на 96 % состоит из минералов, в основном из гидроксиапатитов, которые очень восприимчивы к кислотам, поэтому разрушение эмали начинается уже при pH 4,5.

Кариесогенные бактерии

  В полости рта, обнаруживаются множество бактерий, но в процессе формирования зубного налёта и последующей деминерализации эмали участвуют в основном кислотообразующие стрептококки (Streptococcusmutans, Str. sanguis, Str. mitis, Str. salivarius), для которых характерно анаэробное брожение и лактобактерии (Lactobacilli). Уже через несколько минут после приёма углеводов, особенно сахарозы, отмечается уменьшение pH с 6 до 4. В зубном налёте кроме молочной кислоты, которая непосредственно образуется при брожении углеводов, обнаруживаются муравьиная, масляная, пропионовая и другие органические кислоты.

Ферментируемые углеводы

  Именно кислоты, образовавшиеся при брожении углеводов, приводят к разрушению поверхности эмали. Наличие и активность брожения в налёте зависит от количества и качества доступных углеводов. Наиболее интенсивно идёт брожение сахарозы, менее — глюкозы и фруктозы. Маннит, сорбит и ксилит также проникают в зубную бляшку, однако вследствие малой активности фермента, превращающего их в фруктозу, они неопасны. Крахмал также не является кариесогенным веществом, так как его молекулы не проникают в зубной налёт.

  Частота, с которой зуб подвергается кариесогенному воздействию кислот

 После каждого приёма пищи, которая содержит сахар, микроорганизмы начинают продуцировать кислоты, которые разрушают эмаль. Со временем эти кислоты нейтрализуются благодаря буферными свойствами слюны и частично деминерализованной эмали. После каждого периода воздействия кислот на эмаль зуба неорганические минеральные составляющие зубной эмали растворяются и могут оставаться растворёнными 2 часа. Если принимать углеводы периодически в течение дня, то pH в течение длительного времени будет низким, буферные свойства слюны не успевают восстановить pH и возникает вероятность необратимого разрушения поверхности эмали.

  При нарушении функциональной активности слюнных желез  изменяется кислотно-щелочной баланс, что приводит к ухудшению состояние полости рта и зубов.

      Слюна, тканевая жидкость, кровь, моча, и другие биологические жидкости являются буферными растворами. Благодаря действию их буферных систем поддерживается относительное постоянство водородного показателя внутренней среды, обеспечивающее полноценность метаболических процессов.

  Растворы с определенной концентрацией водородных ионов, содержащие сопряженную кислотно-основную пару, обеспечивающую устойчивость величины их водородного показателя при незначительных изменениях концентрации либо при добавлении небольшого количества кислоты или щелочи.

  Кислотно-основная пара буферных растворов представляет собой слабую кислоту и ее соль, образованную сильным основанием (например, уксусная кислота СН ₃СООН и ацетат натрия CH ₃COONa) или слабое основание и его соль, образованную сильной кислотой (например, гидроокись аммония NH ₄OH и хлористый аммоний NH ₄ CI). При разведении раствора или добавлении к нему некоторого количества кислоты или щелочи кислотно-основная пара способна соответственно быть донором либо акцептором водородных ионов, поддерживая т.о. величину водородного показателя на относительно постоянном уровне

СН₃ СООН+СН₃ СООNa - ацетатный буфер,

 Н₂ СО₃+NaНCО₃ - бикарбонатныйбуфер,

 NH₄ OH + NH₄ C1- аммиачный буфер,

NaН₂ РО₄ + Na ₂НРО₄ – фосфатный буфер. В фосфатном буфере роль слабой кислоты играет NaН ₂РО₄ .

   Механизм действия буферной смеси сводится к взаимодействию ее компо-

нентов с сильной кислотой или щелочью с образованием продуктов, практиче-

ски не меняющих рН среды. Например, в ацетатном буфере

      СН₃ СООNa + НС1 = СН₃ СООН + NaС1              

      СН ₃ СООН + NaOH = СН ₃ СООNa + Н ₂О  

   В первом случае образуется соль и слабая кислота, входящая в состав бу-

ферной смеси, во втором - соль и вода, т.е. в результате реакций получаются

продукты, практически не влияющие на величину рН смеси.

 Буферные растворы способны сохранять постоянство рН при добавлени к ним кислоты или щелочи в определенных пределах. Предел, в котором проявляется буферное действие, называется буферной емкостью. Буферная емкость равна количеству вещества эквивалента сильной кислоты или основания, которое следует добавить к 1л (1м3) буферного раствора, чтобы изменить рН на единицу. 

                                                         С

                                            В = ---------------                           

                                                      рН1 - рН2

где В- буферная емкость; C - количество сильной кислоты (основания); рН1 и рН2 - водородные показатели до и после прибавления сильной кислоты (основания).

   Буферная емкость определяется концентрацией компонентов смеси и отно-

шением между этими концентрациями. С увеличением концентрации компо-

нентов буферная емкость растет. Максимальная величина буферной емкости

достигается при C соль = C к - та

 В такой смеси рН= рК .

Разведение буферного раствора сильно уменьшает буферную емкость и лишь незначительно изменяет рН.

  Существует несколько буферных систем жидкостей организма – бикарбонатная, фосфатная, белковая, гемоглобиновая.

2. 2  Практическая часть.

На базе школьной лаборатории для определения pH среды мы использовали  индикаторный метод.  Мы использовали индикатор нейтральный красный   (6,8-8) и визуально определяли pH среды по окраске индикатора.

1. Приготовление фосфатного буферного раствора Na ₂HPO4 + Na ₃PO4 и изучение его свойств

1.     Приготовить растворы солей с концентрацией  0,1 моль/л.

2.     Наибольшую емкость имеет буферный раствор с одинаковым молярным соотношением компонентов поэтому мы возьмем одинаковые объемы растворов двух солей.

2.Доказать, что буферные растворы обладают буферными свойствами при добавлении растворов кислот и щелочей  и при разбавлении. Доказать, что слюна обладает буферными свойствами

1.     Налить в пробирку 1–2 мл исследуемого буферного раствора и определите его рН.

2.     Налить в каждую из четырех пробирок одинаковые объемы (по 1–2 мл)  растворов соляной кислоты, гидроксида натрия, буферного раствора, слюны. В каждую пробирку внести  по 2–3 капли индикатора, записать цвет раствора и его рН.

3.     В каждую пробирку по каплям, считая их число, добавить 1М раствор соляной кислоты и 1М раствора NaOH до изменения  цвета индикатора. Сравнить буферные емкости всех растворов.

Мы доказали, что буферные растворы обладают буферными свойствами: сохраняют  рН среды при добавлении небольших количеств кислоты и щелочи. Мы доказали, что слюна является буферным раствором. 

4.     Как будет изменяться кислотность и  буферная ёмкость растворов при разбавлении их водой в 5 раз?

Разбавим растворы, с которыми проводились измерения в 5 раз, проведем определение рН растворов и определим их буферную емкость

Мы доказали, что при незначительном разбавлении, рН растворов и их буферная емкость не изменяется.

5.     Сравнение рН слюны и буферной емкости разных людей

1.     Налить в пробирку 1–2 мл четырёх исследуемых образцов слюны .

2.     Внести в каждую пробирку  по 2–3 капли индикатора, записать цвет раствора и его рН.

3.      В каждую пробирку по каплям, считая их число, добавить 0,1М раствор соляной кислоты и 0,001М раствора NaOH.

4.      Сравнить буферные емкости исследуемых образцов слюны.

  Мы сравнили буферную емкость слюны членов одной семьи  Мы доказали, что буферная ёмкость у исследуемый образцов слюны  различна. Мы выяснили, что pH всех образцов находится в промежутке от 6,4-8,2, что говорит о высокой кариесорезистентности  зубной эмали (уровень устойчивости зубной эмали от твоздействия болезнетворных бактерий), в №1 и №4  более высокая кислотность, о чем говорит окраска индикатора. Образец №2  наиболее благополучное положение т.к. самая большая емкость и более высокий уровень рН

Индикаторный метод дает большие погрешности, и  проверить полученные данные мы смогли путём потенциометрического измерения pH и кислотно-основного титрования исследуемой слюны в условиях лаборатории ЮРГТУ.

Потенциометрический метод. Определение буферной емкости достигается титрованием пробы слюны раствором соляной кислоты. Экспериментальные данные наносят на график зависимости численных значений рН от концентрации добавленной кислоты.

рН = 7,03      Буферная емкость равна 4,579моль/л

      рН =   6,97      Буферная емкость равна 2,240моль/л

рН =6,67  Буферная емкость равна 4,529моль/л

                                                                   …………        

рН =6,07  Буферная емкость равна 3,754моль/л

5.     Определение рН слюны до еды и после. Выяснить, как долго восстанавливается баланс в ротовой полости.

Для определения pH слюны до и после еды мы налили в лабораторный стакан 24 мл исследуемого образца слюны. Затем титровали исследуемый образец 0,1 М раствором соляной кислоты

До еды

 pH=6,03       Буферная емкость 4,5 моль/л

После употребления пищи через 10 мин.

 рH=5,96       Буферная емкость 4,5 моль/л

 через 20 мин.

рН 6,09         Буферная емкость 4,5 моль/л

Далее, для того, чтобы проследить как долго восстанавливается кислотно-щелочной баланс в ротовой полости, мы измеряли pH слюны спустя 10 минут, 20 минут после еды.

Через 10 минут pH исследуемого образца была рана 5,84; через 20 минут pH была равна 6,09.

Баланс в ротовой полости восстанавливается благодаря буферным свойствам уже через 20 минут после употребления пищи.

Вывод:

1.Мы доказали, что слюна - буферный раствор, благодаря ей, поддерживается в норме кислотно - щелочной баланс в ротовой полости.

2.Мы выяснили основные механизмы образования кариеса зуба и рассмотрели роль слюны в защите зубной эмали.

3.Мы выяснили, что характер питания и частота приема углеводистой пищи влияет на состояние зубов: при употреблении сладкой пищи в течение длительного времени уменьшает кислотность слюны, что повышает риск заболевания кариесом. Углеводы пищи способствуют образованию зубного налета и являются пищей для кислотообразующих бактерий, которые вызывают повреждение зубной эмали, поэтому, мы рекомендуем уменьшить потребление сахара в рационе, и   проводить гигиену полости рта после еды и перед сном.

4. Список используемой литературы.

1.     С. К. Пискарева, К. М. Барашков, К. М. Ольшанова. Аналитическая химия, 2-е изд., перераб. и доп.- М.: 1994..

2.     И.Т Гороновский, Ю.П. Назаренко, Е.Ф Некряч Краткий справичник по химии, Изд. Академии наук Украинской ССР, 1963.

3.     Методическое руководство к лабораторному практикуму

''Физическая и коллоидная химия'' для студентов заочного отделения биолого-почвенногофакультета, Издатель: Изд-воРГУ, 2002

4.     http://festival.1september.ru/

5.     http://www.xumuk.ru/biologhim/255.html,

6.     http://www.studychem.com/krov/132.html

7.     http://medical-encyclopedia.zelenka.su/30703

8.     http://slovari.yandex.ru