Как фтор меняет наши зубы [Clockwork]
Вот сайт с шаурмой.
[музыка]
Итак, все мы знаем, что нужно обязательно чистить зубы, но удивительным образом на слове "надо" все и заканчивается. Нас просто пугают последствиями: "Не будешь чистить и следить за здоровьем полости рта – будет неприятный запах, а зубы заболят или выпадут."
Мне такой подход кажется странным, ведь эти страсти и ужасы – только половина истории. На самом деле, используя зубную пасту с фтором, вы не просто чистите зубы, а в прямом смысле меняете их химический состав, укрепляя эмаль более прочным и устойчивым материалом.
В этом видео я постараюсь за несколько минут объяснить механизм, который лежит в основе этого процесса. Поговорим о зубной броне под названием фторид кальция.
[музыка]
Начнем, пожалуй, с основ. Зубы сами по себе – удивительный и непростой орган. Вы только представьте, каким-то образом пластичные мягкие клетки, из которых состоит наш организм, могут создать нечто твердое, как камень, при этом достаточно сложное.
Ваши зубы – но давайте пока оставим вопросы строения основной части зуба и рассмотрим наружный слой – эмаль. Я буду сильно упрощать, но обещаю, что когда-нибудь прочитаю достаточно литературы по теме, преодолею синдром самозванца и сделаю большой ролик о сложных процессах формирования наших костей и зубов на микро-уровне.
Эмаль состоит из топчет их клеток – амелобластов, чья основная задача – производить достаточное количество особых белков, которые укладываются слой за слоем, минерализуются и каменеют почти буквально. Основной минерал зубной эмали называется гидроксиапатит, гексагональные кристаллы которого надежно сцеплены друг с другом.
Отсюда и твердость! Моля, кстати, эмаль – самая твердая ткань в нашем организме, хотя "твердость" не значит "неуязвимость". Гидроксиапатит многое может выдержать, но одна уязвимость у него есть. Точнее, их несколько, но сегодня мы поговорим о самой главной – он растворяется в кислоте.
Много чего растворяется в кислоте, так что не сказать, что это исключительно его слабое место. Но, учитывая, как сильно меняется уровень pH во рту, превращая слюну то в кислоту, то в щелочь в течение дня, уязвимость эта начинает играть роль. Однако виновата здесь не слюна – наоборот, она помогает эмали восстанавливаться.
На самом деле, гидроксиапатит страдает от взаимодействий с бактериями. Когда вы жуете, вы размечаете пищу – в этом и есть суть жевания. При этом зубная эмаль вступает в тесный контакт с тем, что вы едите. Пища частично растворяется в слюне на мелкие кусочки и часто остается на зубах после того, как вы поели. Эту часть вы знаете, потому и чистите зубы каждый день.
Однако кроме вас эту пищу есть кое-кто еще – бактерии, живущие в слюне, с большим удовольствием доедают то, что остается на зубах. Не бойтесь, это нормально, до тех пор, пока там не накопится слишком много ферментируемых углеводов. Вот когда на зубах остается слишком много сахара или углеводов, тогда-то и начинаются неприятности.
Бактерии очень любят сахар, и не только они – почти всё живое его любит. Ведь сахар легко превратить в энергию, и он отлично пополняет запасы сил. Чем больше сахара, тем больше бактерий его едят, размножаются и снова едят, и снова размножаются, разрастаясь у вас во рту.
Поедание сахара многими видами бактерий сопровождается образованием кислоты. Такой процесс называется ферментацией или сбраживанием. Об этом я расскажу позднее, вероятно, даже не в этом видео.
Бактерии растут и делятся, формируя на зубах биопленку. В основном, именно ее вы удаляете с помощью щетки и пасты. Если с биопленкой ничего не делать, то по мере переработки углеводов во рту будет образовываться всё больше кислоты. Поворотный момент наступает, когда pH падает до пяти с половиной или ниже. Как раз тогда гидроксиапатит и начинает разрушаться.
Немного физической химии: вот его кристалл, в нем полно ионов кальция и фосфата, ионов, плюс гидроксильные группы. Отсюда и "гидроксид" в слове "гидроксиапатит". По мере возрастающей кислотности кристалл распадается, выпуская в жидкую среду ионы кальция и фосфата.
И если же кислотность падает, ионы снова собираются в кристаллическую решетку в процессе реминерализации. Это двусторонний процесс: деминерализация в кислотной среде и реминерализация в более нейтральной или щелочной. Важно помнить, что в живых системах нет переключателей и почти ничего не происходит резко, так что от одного стакана колы катастрофы не случится.
Все это циклические, достаточно плавные процессы, но ваши зубы пострадают, если будут долгое время находиться в условиях, которые способствуют разрушению гидроксиапатита, в которых он чаще подвергается деминерализации, чем реминерализации. Вот тогда могут появиться трещины, полости или что-то похуже.
Поэтому мы чистим зубы два раза в день, чтобы снять налет, создать благоприятные условия для реминерализации и не пускать процессы на самотек. Наконец, мы дошли до самого важного: когда вы чистите зубы пастой с фторидом кальция или пьете воду, содержащую фтор, процесс починки эмали становится куда интереснее.
Все потому, что, если во время реминерализации в слюне присутствуют ионы фторида кальция, они вытесняют гидроксильную группу, становятся на ее место и создают новое соединение – фторапатит. Да, снова апатит, только в начале.
Фторапатит куда круче, потому что кислота доставляет ему куда меньше проблем. Даже если pH сместится сильно в сторону деминерализации, те участки, где есть фторапатит, пострадают меньше. А значит, ваши зубы останутся целыми и лучше переживут неблагоприятный период.
И вновь, этот процесс не происходит по щелчку, его нужно постоянно поддерживать. Зато он изрядно облегчает нам жизнь, сохраняя здоровье зубов. Но вот вопрос: почему фторапатит более устойчив кислоте? Честно говоря, я не смог найти однозначного ответа.
Возможно, все дело в высокой реакционной способности фтора по отношению к неорганическим соединениям, из-за чего кислота просто не в силах разорвать образовавшиеся связи. А может, всё из-за того, что кристаллы фторапатита крупнее, и кислоте сложнее их разрушить. Может быть, роль тут играют оба фактора в каком-нибудь соотношении, например, 60 на 40? Не знаю, но наверняка, как только видео появится на канале, в комментариях найдется следующий в химии умный и, что важно, терпеливый человек, который поправит меня, если я вдруг в чем-то ошибся.
Часто, чтобы быстро узнать, как всё на самом деле, достаточно просто сказать глупость в интернете. Если у меня появится более четкий ответ на этот вопрос, я добавлю его в блог. Ссылку на который я оставлю в описании, там всегда будет более полная информация.
Потому что просто нереально полностью осветить столь сложные темы в одном 10-минутном ролике. Так что добро пожаловать на мой сайт clockwork.show. Главная цель моих видео – разжечь ваше любопытство, чтобы с более сложными моментами вы смогли разобраться уже сами.
Но довольно болтовни. Итак, фторид кальция крайне полезен для здоровья зубов. Вам могло показаться, что проще бесконечно повышать его концентрацию, пока он полностью не заменит эмаль фторапатитом, и про стоматологов можно будет забыть.
Однако большое количество фтора приведет к появлению пятен и, в конечном итоге, серьезно вредит зубам. Авторе раваной, а вода в больших количествах вообще токсична для организма. Небольшая такая, но всё-таки важная деталь: меня всегда поражало, как даже самые сложные химические процессы в нашем организме мы можем подкорректировать себе во благо.
Но деликатные биологические механизмы – нет переключателей. Здесь важны баланс и градиенты. В жизни полно серых зон, именно там нас ждут главные открытия.
Итак, в этом видео мы приблизительно узнали, как формируется зубная эмаль и что она состоит из эмалевых призм. Мы также познакомились с минералом, из которого они образованы – гидроксиапатитом, и узнали, что он распадается в присутствии бактерий и ферментированных углеводов, то есть в кислой среде.
Мы отметили, что, как и многие другие биологические механизмы, этот похож на приливы и отливы и работает в двух направлениях. Мы выяснили, что в этот процесс можно вмешаться, добавив в слюну ионы фтора, что создаст новый минерал – фторапатит, кристаллы которого лучше противостоят кислоте и не дают нашим зубам развалиться, сохраняя здоровье полости рта.
Но главное, что я хотел бы донести в этом ролике, это то, насколько изменчивы химические процессы в нашем организме и как мы можем слегка их подстраивать, тем самым делая свою жизнь немножечко легче. Именно благодаря таким небольшим шашкам мы в среднем живем все дольше и вообще куда-то движемся.
Поэтому в биохимии важны все открытия без исключения. Одно за другим они толкают науку вперед все быстрее навстречу новым знаниям. Надеюсь, эти открытия помогут вам почувствовать, как прекрасна жизнь. До встречи!
Переведено и озвучено студией Вирт Дай Дар.