Морфофункциональная характеристика клеточных элементов пульпы развивающихся и сформированных зубов млекопитающих

В настоящее время достаточно подробно исследуется строение пульпы зуба, детально описаны морфологические изменения при кариесе и пульпите (Иванов B.C. с соавт., 2003). Это связано с тем, что в практику стоматологии всё чаще внедряются различные методы прижизненного морфологического анализа (Григорьян А.С., 2002).

Последние десятилетия в биологии и медицине ознаменовались бурным развитием фундаментальных исследований, что непосредственно связано с внедрением в практику научных разработок электронноморфоскопического и радиоизотопных методов (Wagner H.N., 2006). Широкое использование этих методов породило качественно новый методологический подход к решению проблем, связанных с установлением основных закономерностей развития и жизнедеятельности биологических систем на различных уровнях структурной организации (Mettler F.A., 2006).

Представляют интерес и сообщения об участии нейромедиаторов- катехоламинов, серотонина, гистамина в регуляции биологических процессов в развивающейся, интактной и воспалённой пульпе зуба (Adamkiewicz V.W. et al., 1978; Nagy G. et al., 2000). В пульпе зуба обнаружены рецепторы к катехоламинам, серотонину, гистамину и ферменты, участвующие в их инактивации (Kim S. et al., 1989; O'Sullivan M. et al., 2002).

В научной литературе также имеются данные о посредническом участии биогенных аминов в иммунологических реакциях (Божко Г.Х., 1984; Козлов В.И. с соавт., 1984; Cook-Mills J.M. et al., 1995). Доказано, что состояние резистентности организма во многом определяется содержанием в крови и других тканях биоаминов, что стимулирует изучение их влияния на развитие кариеса зубов (Wang J., 2010).

В работе А.В. Московского (2009) продемонстрировано, что в субодонтобластическом слое пульпы присутствует популяция нейроэндо­кринных клеток, содержащих биогенные амины, моноаминоксидазу, нейронспецифическую энолазу, синаптофизин, обладающих аргирофилией, суданофилией и альдегидфуксинофилией.

К числу важных признаков, характеризующих любую клеточную популяцию, относятся такие, как соотношение клеток, находящихся в стадии деления, клеточной дифференцировки, в стадии активного функционирования, либо покоя. К таким признакам относятся в равной мере и механизмы поддержания гомеостаза клеточных популяций во взрослом организме в условиях различной функциональной активности (Huang G.T., 2010).

Методы электронной микроскопии и гисторадиографии успешно применяются для решения многих вопросов, связанных с выявлением морфофункциональных корреляций в различных клеточных популяциях и установлением основных закономерностей внутри- и межпопуляционных взаимоотношений в различных органах и тканях, как в норме, так и в условиях патологии (Логинова Н.К., с соавт., 2007).

Пульпа зуба представляет собой специализированный орган, выполняющий многочисленные функции, из которых наиболее важные: трофическая, пластическая и защитная (Ida-Yonemochi H., et al., 2014).

С точки зрения структурной организации, характерной особенностью пульпы является ее морфологическая неоднородность. В то время как

центральный и промежуточный слои пульпы представлены мезен-химоподобной рыхлой соединительной тканью, в состав которой входят все типичные соединительнотканные элементы, ее периферический слой представлен высокоспециализированными клеточными элементами - одонтобластами, наделенными специфическими функциональными и морфологическими призна­ками (Ермольев С.Н., с соавт., 2008).

Несмотря на то, что одонтобласты осуществляют как и фибробласты наработку и секрецию тропоколлагена из пульпы и других видов соединительной ткани, все же они по многим признакам совпадают с костными клетками и, по существу, могут быть отнесены к этому классу (Alliot-Licht B., et al., 2001).

В онтогенезе пульпы вместе с ее клеточными элементами можно выделить ряд важных этапов, соответствующих стадиям развития самого зуба - период дифференцировки (эмбриональный, ранний постнатальный); период функциони­рования в условиях структурной и функциональной стабильности и период угасания функций с соответствующей структурной редукцией (Anderson L., Jr М., 2002).

Учитывая вышеизложенное, можно говорить об известной адекватности клеточных популяций пульпы в качестве модели для изучения основных закономерностей морфофункциональной популяционной динамики, что является одним из важных аспектов фундаментальной биологической проблематики. В этом плане исследование морфофункциональных и популяционных характери­стик клеток пульпы представляется важной вехой на путях раскрытия жизненного цикла таких высокоспециализированных клеток, как одонтобласты. Трудно переоценить значение и другого, прагматического аспекта поставленного вопроса, так как уточнение морфофункциональных характеристик и популяционной кинетики одонтобластических клеток должно способствовать выявлению механизмов, лежащих в основе репаративных реакций пульпы и послужит базой для развития и рационализации методов профилактики и лечения таких распространенных заболеваний, как кариес зубов и его осложнения.

Следует заметить, что большинство уже проведенных исследований на пульпе зубов хотя и осуществлялось с общебиологических позиций, но касалось, главным образом, изучения такого узкого вопроса как молекулярные механизмы коллагеногенеза (Huang G.T., 2010). С этой целью использовали в качестве модели специфические коллагенообразующие клетки одонтобласты. Именно направленность таких исследований и определила наиболее полное освещение в литературе морфофункциональных характеристик клеточных элементов пульпы непрерывно растущих резцов грызунов и зачатков зубов животных и человека (Kim J.Y., 2013). В то же время строение пульпы сформированных зубов описано на электронно-микроскопическом уровне лишь в отдельных исследованиях (Yamamoto M., et al., 2013).

Вне сферы исследований оказались такие важные аспекты проблем жизнедеятельности пульпы зубов, как ее жизненный цикл, морфофункцио­нальные корреляции, то есть все то, что призвано, на наш взгляд, сыграть существенную роль не только в плане теоретической оценки соотношения структуры и функции клеток пульпы в норме, но и явиться базисом, отталкиваясь от которого, можно было бы ответить на многие еще не решенные вопросы патологии зубных тканей.

Одним из важнейших свойств пульпы является ее способность к компенсаторным реакциям при повреждении твердых тканей зуба, которая выражается в наработке клетками пульпы слоя репаративного дентина, препятствующего, в частности при разрушении кариесом поверхностного слоя дентина, перфорации стенки полости зуба. Подобная реакция наблюдается в результате препарирования твердых тканей зуба (Estrela C., et al., 2011).

В случае уже наступившей перфорации дна полости зуба нередко отмечается дифференциация отдельных элементов из пула фибробластических клеток в одонтобластоподобные клетки, формирующие дентинный мостик (Yu J., 2010).

Репаративные потенции пульпы в значительной мере определяются способностью ее клеточных популяций к восстановлению утраченных элементов

(Koyama N., 2009). В свете сказанного, основополагающим моментом для понимания этой стороны жизнедеятельности пульпы служит выявление клеточных ресурсов отдельных популяций, в частности, изучение пролифератив­ной активности их клеточных элементов. Особо важным представляется исследование клеток периферического слоя пульпы, что связано как с многочисленностью выполняемых ими функций, так и с практически полным отсутствием в литературе данных о популяционной кинетике одонтобластических клеток. Из анализа имеющихся в литературе сведений явствует, что одонтобластическая популяция пульпы закончивших рост зубов единодушно рассматривается как популяция, лишенная механизмов клеточного обновления (Jo Y.Y., 2007; Sakai V.T., 2010). Такое представление основывается, главным образом, на данных исследований об отсутствии в периферическом слое пульпы фигур кариокинеза (Huang G.T., 2009).

В то же время известен факт смены клеточных генераций в периферическом слое пульпы непрерывно растущих резцов грызунов, где в качестве единственного источника для пополнения одонтобластической популяции признаются недифференцированные клетки пульпы, расположенные в зоне эмалевого органа (Ohazama A., 2004).

Хорошо известно, что для любой клеточной популяции способность к замещению утраченных элементов вновь образованными является одной из важнейших функций, обеспечивающих ее жизнестойкость (Huang G.T., 2011).

Роль пролиферативных процессов в осуществлении репаративных реакций пульпы диктует также необходимость изучения возрастных изменений популяционной кинетики, и в частности, жизненного цикла составляющих ее клеточных элементов с тем, чтобы выявить динамику репаративной активности

пульпы в зависимости от стадии формирования зуба и его онтогенетической эволюции (Demarco F.F., et al., 2011).

Ответ на многочисленные вопросы, связанные с основными характерис­тиками жизнедеятельности пульпы, требует, в первую очередь, выбора адекватной модели исследования. С точки зрения некоторых авторов, наиболее приемлемым объектом для сравнительного изучения ультраструктурных характеристик клеточных элементов пульпы и их популяционной кинетики представляются зубы грызунов, в том числе и крыс (Tsujimoto Y., et al., 1988). Известно, что клетки пульпы зубов млекопитающих выполняют многочисленные функции по отношению к твердым тканям зуба, из которых наиболее значимыми являются дентинобразующая и трофическая (Huang G.T., 2009). С точки зрения изучения функциональных особенностей и специфических структурных характеристик зубы крыс представляют собой наиболее удобный объект, поскольку специфическая функция дентинопоэза и более общая - трофики присуща пульпе зубов крыс также, как и других млекопитающих (Goldberg M., et. Al., 2011).

Сочетание у крыс непрерывно растущих зубов и моляров, находящихся в "статическом" состоянии, позволяет успешно решать вопросы корреляции структуры и функции (Eickhoff M., 2005). Учитывая общность функциональных характеристик пульпы зубов млекопитающих, можно полагать, что закономер­ности структурно-функцио-нальных отношений, выявленные при изучении пульпы зубов крыс, распространяются на зубы других млекопитающих, в том числе и человека (Angermann R., 2004).

Недостатком исследования зубов млекопитающих является то, что окружающие пульпу твердые ткани затрудняют доступ в нее фиксирующих растворов, что замедляет процесс фиксации и приводит к развитию

постмортальных аутолитических изменений в ее структурных компонентах (Nakao K., 2007). Метод механического устранения твердых тканей, нередко используемый при предварительной обработке пульпы для электронно­микроскопического изучения, по мнению некоторых авторов, не является оптимальным, так как приводит, в ряде случаев, к нарушению целостности пульпы, дезорганизации одонтобластического слоя и может способствовать появлению артефактов в клеточном материале пульпы (Cordeiro M.M., 2008).

Как показывают данные литературы, значительные успехи в изучении тонкого строения клеток пульпы были достигнуты с внедрением в практику исследований перфузионного метода введения фиксирующих pacтвopoв (Nakamura S., 2009). Использование этого метода не только способствует лучшей сохранности тканевого материала пульпы, но и обеспечивает возможность последующей декальцинации зубочелюстных блоков. Благодаря сохранению нормальных анатомических соотношений в тканевом материале, облегчается ориентация объектов исследования, что позволяет получать срезы в исследуемом тканевом материале с любого заданного участка пульпы и твердых тканей зубов.

В работе A. Balic (2010) установлен факт смены клеточных генераций одонтобластических клеток пульпы сформированных зубов. Показано, что гибель части одонтобластов имеет место не только в пульпе непрерывно растущих резцов, как было показано ранее в работах М. Goldberg и F. Escaig (1984), но закономерно происходит и в пульпе зубов крыс, как в ходе формирования зуба, так и на всем протяжении его существования и представляет собой необходимый компонент популяционной кинетики пульпы в норме.

В работе Н.Л. Яковлевой (1985) отмечено, что механизм восполнения утраченных клеточных элементов периферического слоя пульпы, частично осуществляется за счет пролиферации самих одонтобластов. Там же продемонстрирована динамика репродуктивной способности клеточных элементов различных слоев и отделов пульпы в ходе ее формирования и роста и в зависимости от фазы функциональной активности. Показано, что наибольшей пролиферативной активностью обладают клетки центрального слоя пульпы, по

мере приближения к периферии органа способность клеточных элементов к пролиферации значительно снижается.

Рядом авторов была установлена корреляция между фазой функциональной активности одонтобластических клеток пульпы и особенностями их ультраструк- турной организации. Показано, что с завершением роста зуба цитоплазма одонтобластических клеток утрачивает большинство органелл, задействованных в процессе белкового синтеза (Frandson R.D., Spurgeon T.L., 2008).

При электронномикроскопическом изучении пульпы зубов грызунов на разных стадиях онтогенеза и в различных функциональных состояниях, выявлена морфологическая неоднородность одонтобластической популяции, что отражает различную степень функциональной активности и в определенной мере, стадии эволюции одонтобластических клеток, в которой можно выделить фазы функциональной активации, падения функциональной активности структурной и функциональной деградации, вплоть до разрушения и гибели указанных клеточных элементов (Yamamoto H., 2003).

В пульпе растущих зубов (постоянно растущие резцы крыс и моляры в стадии роста) одонтобласты представляют собой высокоспециализированные клетки, наделенные признаками высокой синтетической и секреторной активности, что соответствует их функции дентинопоэтических клеток (Duailibi M.T., 2004). Падение интенсивности дентинообразования в зубах (завершившие рост моляры крыс) находит свое отражение в изменении ультраструктуры одонтобластических клеток, а именно - в редукции гранулярной эндоплаз­матической сети, обеднении структуры митохондрий и пластинчатого комплекса (Seo B.M., 2008).

В составе одонтобластической популяции пульпы всех изученных типов зубов млекопитающих обнаруживаются клетки, проявляющие в разной степени выраженность признаков структурной дезинтеграции (Roei und Piet Beute-Faber, 2009). В резцах крыс они локализуются в области пульпы, прилежащей к зоне интенсивной стираемости дентина. В молярах на изученных стадиях онтогенеза эти клетки равномерно распределены в корневом и коронковом отделах пульпы.

Деструкция части клеток одонтобластической популяции пульпы зубов носит физиологический характер и является одним из необходимых компонентов онтогенеза пульпы в норме.

Результаты гистоавторадиографического исследования, проведенные в работе Н.Л. Яковлевой (1985) с использованием меченого предшественника ДНК тимидин-Н3, показали, что в основе механизма обновления одонтобластической популяции лежит способность одонтобластов к клеточному делению.

Максимальный уровень клеточной пролиферации проявляют клетки зубного зачатка ( Iwasaki Y., 2011). В частности, в периферическом слое зубного сосочка меченый предшественник выявляется в 58,41% от числа всех клеток одонтобластической популяции. По мере формирования зубов происходит снижение уровня пролиферативной активности во всех слоях пульпы. Так в одонтобластической популяции корневой порции пульпы резцов крыс массой тела 50-60 гр. содержится в среднем 1,540 меченых клеток, а у крыс массой тела 200-250 гр. этот показатель снижается до 0,611. В корневой пульпе моляров крыс массой тела 50-60 гр. в одонтобластической популяции содержится 0,702, а у крыс массой тела 200-250 гр. показатель клеток составляет 0,075.

В зубах крыс массой тела 50-60 гр отмечаются статистически достоверные более высокие показатели меченых клеток в различных популяциях корневой части пульпы по сравнению с коронковой. В зубах крыс массой тела 200-250 гр не отмечается достоверных различий в числе меченых клеток корневой и коронковой пульпы. Исключение составляет одонтобластическая популяция пульпы резцов, в которой число меченых клеток снижается от 0,611 в корневой и до 0,250 - в коронковой части пульпы.

Существование в периферическом слое пульпы механизма обновления клеточных элементов и участии в этом процессе одонтобластических клеток создают теоретическую базу для поиска лечебных средств, направленных на стимуляцию репаративных реакций пульпы в терапии кариеса зубов и его осложнений. В своей работе Н.Л. Яковлева (1985) отметила существование показателей пролиферативной активности клеток периферического слоя пульпы,

которые могут служить критерием оценки лечебного эффекта исследуемых методик при их экспериментальной апробации.

1.3