04/30/2022
Hüdroksüapatiit vs fluoriid – mis värk tegelikult on?
Tänapäeval soovitavad hambaarstid hammaste korrashoiuks pehmete harjastega hambaharju ning hambapastasid, mis pole väga abrasiivsed ning mis sisaldavad mõnda tavalist fluoriidiühendit (nt naatriumfluoriid või naatriummonofluorofosfaat), et hambaid tugevdada. Fluoriidiühend teeb hambaemaili kordades tugevamaks, kuid iga kahjuliku aine määrab ära tarbitud kogus: fluoriidi tarbimine suures koguses võib tekitada fluoroosi, mille käigus inimese pehmed liigesed kangestuvad. Lisaks võib käbinääre ajus koguda märkimisväärsel hulgal kaltsiumi ja/või fluoriidi, muutes selle inimkeha kõige enam fluoriidiga  küllastunud organiks. Nii kaltsifikatsioon kui ka fluoriidi kogunemine võivad põhjustada melatoniini puudulikkust [s.t unega seotud tervisehäireid] [1]. Fluoriidi sisaldava hambapastaga pestes (kaks korda päevas kaks minutit) ei ole võimalik kätte saada ohtlikku fluoriidikogust, kuid see oht on inimestel, kes elavad vesikondades, kus on vesi rohkelt erinevaid mineraale täis.

Kas fluoriidi asemel saaks kasutada midagi muud hambapastas?

Jah, saab! Selleks on *trummipõrin* hüdroksüapatiit (HAp).

Esmalt võtame “hüdroksüapatiidi” (HAp) pulkadeks: hüdroksü-” ja “apatiit”. Alustame tagantpoolt: apatiit on mineraal, mis sisaldab kaltsiumit ja fosforit. Apatiit on kõige levinum fosforit sisaldav mineraal ning oluline biomineraal. “Biomineraali” nimetuse on apatiit saanud selle eest, et inimeste ja paljude teiste organismide hambad ja luud koosnevad apatiidist.

Apatiidil saab olla neli erinevat vormi:

- Fluorapatiit: Ca5(PO4)3F (korduv üksus kristallis), mis on kõige levinum apatiidi vorm.

- Kloorapatiit: Ca5(PO4)3Cl (korduv üksus kristallis)

- Karbonaatapatiit: Ca5[(PO4)(CO3)(OH)](OH) (korduv üksus kristallis)

- Hüdroksüapatiit (HA): Ca5(PO4)3(OH) (korduv üksus kristallis)

Apatiiti eksitakse sageli teiste mineraalidega. Seda tendentsi sisaldab mineraali nimi, mis on tuletatud kreekakeelsest sõnast απατείν (apatein), mis tähendab petta või eksitada [2].

Inimestel on harjumus naeratada, ja kena naeratus on kadestusväärne asi, mida omada. Kas teadsid, et kui kohtud metsiku loomaga või kui looma on halvasti koheldud, võivad nad naeratust - sinu hambaid nähes - tajuda agressioonina? Igatahes on vajalik, et me teaksime, kuidas oma hambaid tervena hoida, sest hea tervis algab tervetest hammastest.

Inimese hambaemaili moodustavad hüdroksüapatiidi (HAp) kristallid (96–98% hamba massi põhjal) [3, 5]. Kristallid on organiseerunud emailiprismadeks, mida näed joonise 1 keskel.
Joonis 1. Schematic illustrations of the hierarchical structure of giant panda's tooth enamel (Weng et al; 2016)

Emailiprismad moodustuvad varrastest, mille sees on HAp-st kiud. Need kiud on 2800x väiksemad kui tavalise juuksekarva läbimõõt (!).

Emaili mineraalse osa moodustavad peale HAp veel karbonaadid ja erinevad elemendid, millega ollakse kokku puutunud siis, kui hambaemail arenes. Need võivad anda kaitsevõimet kaariese vastu, aga ka teha hamba vastuvõtlikumaks välistele mõjudele. Elemendid, mis hoiavad ära kaariest on fluor, boor, baarium ning kaariese teket pigem soodustavad on karbonaadid, raud ja plii [4]. See seletab ühe põhjusena ära, miks inimeste hambad on erineva tugevusega ja vajavad eri suuhooldustooteid.

Mineraalse koostisega hambaemaili suhteline tugevus Mohsi skaalas on 5. Talk on väärtusega 1, kvarts 7 ja teemant 10.

Oleme võtnud läbi “hüdroksüapatiidi”, nüüd liigume lisana “nano-” osa juurde. Tihti kasutatakse just nanohüdroksüapatiiti suuhooldustoodetes.

Oh, nanotehnoloogiavärk!

Nanohüdroksüapatiit (nHAp) on hüdroksüapatiidi (HAp) kristall, mis on suurusega 50 kuni 1000 nanomeetrit [5]. HAp on meditsiinivaldkonnas üks enim uuritud biomaterjale oma tõestatud biosobivuse poolest.

Nimelt on biosobivuse uuringud näidanud, et nHAp seondub keemiliselt luudega, kuid ei ole toksiline ega põhjusta põletikku. Tänu oma keemilisele ja kristallograafilisele afiinsusele (afiinsus - aine võime reageerida mingi teise ainega) anorgaaniliste komponentide (need ained, mis moodustavad nt luud) suhtes, on nHAp võimeline looma nendega keemilisi sidemeid ja tagama nt titaanimplantaatide kiirema integreerumise luudesse ja ümbritsevatesse kudedesse, kui implantaat on kaetud nHAp kihiga [5].

nHAp omadused:

- võime luukoega keemiliselt ühineda,

- mittetoksilisus,

- vähene võimalus tekitada põletikku,

- võime stimuleerida luude kasvu [5].

nHAp ainulaadsete omadusete pärast on nHAp-d kasutatud periodontoloogias (hambaravis) ning suu, näo- ja lõualuude kirurgias. nHAp kõige suurepärasem omadus on osteoinduktiivne (luukoega liitumise) võime [5].

Taastava ja ennetava hambaravi mõistes on nHAp-l remineraliseeriv toime hambaemaili esmastele kahjustustele. nHAp on biomimeetiline (on sarnane mineraalidega, mis jõuavad loomuliku süljeeritusega hammastele), sest nHAp-l on sobivad omadused hambaemaili remineraliseerimiseks ja parandamiseks. Biomimeetilise nHAp funktsioon on kaitsta hambaid, luues hambakrooni ümber uue sünteetilise hambaemaili kihi. nHAp-l pole sama funktsioon, mis fluoriidil, sest fluoriid karastaks hamba olemasolevat pindmist kihti fluoriidi anioonidega, misjärel hamba pind muutuks kaltsiumfluorofosfaadiks (Ca5(PO4)3F) nagu nt naatriumfluoriidi sisaldava suuhooldusvahendi kasutamise puhul. Lisaks vähendab nHAp hammaste tundlikkust, sest nHAp osakesed saavad täita tundlikkust põhjustavad dentiinituubulid. nHAp-d lisatakse laialdaselt kasutatavatesse täidistesse taastava hambaravi valdkonnas [5].

nHAp osakesed saavad moodustada tugevaid sidemeid proteiinidega (sh hambakatu ja bakteritega). See omadus tuleneb nanoosakeste väikesest suurusest, sest nHAp pulbril on oluliselt suur pindala, millega valgud võivad seonduda. nHAp toimib ka täiteainena, parandades hambaemaili pinnal väikesed augud ja lohud [5].

Jaa-jaa, olen kuulnud nanotehnoloogia kohta nii mõndagi. Kas need nHAp nanoosakesed on mu tervisele ohtlikud?

Võivad täiesti olla, kui nHAp osakesed ei täida Euroopa Liidus kehtivaid nõudeid. Selleks, et tagada nende nanoosakeste täielik ohutus inimtervisele Euroopa Komisjoni direktiivi põhjal, peavad nHAp osakesed olema vähemalt 100 nanomeetrit pikad ja mittenõelakujulised (ei tohi olla “Needle-like”) [6]. Selliseid nanoosakesi (alla 100 nanomeetri pikad ja nõelakujulised) uuritakse jooksvalt, et kuulutada need lõplikult ohutuks või määrata nendele ohtlikkuse klass, sest praegu on alla 100 nanomeetri pikad ja nõelakujulised nanoosakesed Tarbijaohutuse Teaduskomitee (SCCS) hinnangul ohtlikud [6]. Seega, kui kasutame alla 100 nanomeetri pikki ja nõelakujulisi nanoosakesi kosmeetikatoodetes, riskime sellega, et pisikesed nõelakujulised nanoosakesed tungivad inimkeha rakkudesse ja tekitavad geneetilist kahju [6]. EL võttis nanomaterjali määratluse vastu 2011. aastal [7].

Okei, nanohüdroksüapatiit võib ohtlik olla mu tervisele. Miks ma ei peaks fluoriidi juurde jääma?

Õnneks ei pea HAp ilmtingimata olema nanoosakeste kujul. Piisab ka sellest, kui HAp on biomimeetiline. See oleneb suuresti protsessist, kuidas HAp valmistatakse.

Aga esmalt biomimeetilisusest. Biomimeetiline tähendab, et sünteesitud materjal omab keemilis-füüsikalised omadusi, mis kattuvad selle materjali omadega, mida on leitud inimkehas. Hüdroksüapatiidi kristalle saab valmistada sellise koostisega, mida leidub mineraliseerunud kudedes nagu dentiinis ja emailis ning ühtlasi saab HAp kristalle valmistada ka sama kristallstruktuuriga. Kuid mitte kõik hüdroksüapatiidipõhised materjalid pole biomimeetilised [8, 9].

Seega, nanokristallilised [ja mittenanokristallilised] apatiidid (olgu need kas bioloogilist päritolu või nende sünteetilised biomimeetilised analoogid) vastanduvad stöhhiomeetrilisele hüdroksüapatiidile [9]. Stöhhiomeetriline HAp pole valmistatud meetoditega, mis annaksid HAp-le sama koostise ja kristallstruktuuri nagu on HAp-l, mis on inimeste hammastes loomulikult olemas.

Seni avaldatud tõendite põhjal võib järeldada järgmist:

- Biomimeetilised HAp osakesed taastavad hambaid mineraalidega.

- HAp pöörab tagasi ja remineraliseerib varajase kaariese kahjustused, pakkudes ioone (kaltsium- ja fosfaat-), mis on vajalikud remineraliseerimiseks.

- HAp annab täiendavalt kaltsiumi ja fosfaati sülge ja biokilesse, mis loob remineralisatsiooniks paremad tingimused suuõõnde. Kaltsiumi lisamine ja fosfaat biokileks on oluline mehhanism remineraliseerimiseks [10,11].

- HAp töötab erinevalt võrreldes fluoriidiga ning see töötab vähemalt sama hästi kui fluoriid hammaste lagunemise ennetamisel esmastes ja sekundaarsetes hammastes [12].

Vau! Mis on HAp ajalugu? Kust see hea asi leiti?

Jaapani ettevõte Sangi Company Limited hakkas esimesena nHAp-d kasutama pärast seda, kui see Jaapani ettevõte omandas 1970. aastal NASA-lt (National Aeronautics and Space Administration) selle leiutise õigused. Astronaudid kaotavad gravitatsiooni puudumisel hammastest ja luudest mineraale, mistõttu NASA töötas välja mineraalse toidulisandina sünteetilise nHAp. Sangi Company Limited tuli 1978. aastal turule hambapastaga, mis sisaldas esmakordselt nHAp-d (bränd Apadent). 2006. aastal ilmus Euroopas esimene hambapasta, mis sisaldas fluoriidi alternatiivina sünteetilist nHAp-d [5]. Tänapäeval on nHAp Jaapani suuhooldusmaailmas tavaline kriteerium suuhooldustoote jaoks.

nHAp on hea vaba kaltsiumi allikas, mis on keskne keemiline element seoses remineraliseerimisega ning kaitsega kaariese ja erosiooni eest. Ennetav hambaravi on hambaarstiteaduses ülioluline. Väikeste nHAp-koguste (nt 0,25%) lisamine jookidesse, nagu nt sporditegevusteks mõeldud karastusjookidesse, et vältida nende jookide põhjustatud hammaste kahjustusi, on üks uusimatest rakendusaladest [5].

Jätkuv huvi nHAp vastu on ajendanud paljusid teadlasi otsima uusi ainete kombinatsioone, mis võiksid olemasolevaid materjale täiendada [ja ohutumaks muuta]. See on toonud kaasa uusi keerulisi ühendeid ( nagu nt tsinkkarbonaadiga seotud nHAp, mis tundub olevat suurepärane materjal hambaemaili ja dentiini esialgsete kahjustuste remineraliseerimiseks, või polüamiidiga nHAp, mis loob kaitsva periodontaalse (igeme-) kihi) [5]. Kahtlemata suureneb järgnevatel aastatel huvi HAp vastu üldiselt, sest seda näitavad uued teadusartiklid ja leiutised.

Oleme tasapisi jõudnud tuumani. Oleme valinud hüdroksüapatiidi üle fluoriidi; oleme valinud HAp, mis pole nanoosakeste kujul; oleme valinud HAp, mis on biomimeetiline, mitte stöhhiomeetriline. Oleme teinud kõike seda, sest meie hambad ja tervis ei vääri vähem.

Loe pakendilt! Othersi hambapesutabletid sisaldavad biomimeetilist hüdroksüapatiiti (HAp), et Mündi kasutajate hambad saaksid selle aine ägedatest omadustest kasu.





Viited allikatele:

Chlubek D, Sikora M. (2020). Fluoride and Pineal Gland. https://www.researchgate.net/publication/340869318_Fluoride_and_Pineal_Gland#pf8

Mindat.org. (2022). Fluorapatite. https://www.mindat.org/min-1572.html

Ross MH, Pawlina W. (2003). Histology: A text and atlas. 6th Ed. Lk 534–539

Avery JK. (2002). Oral development and histology. 3rd Ed. Lk 156–157

Pepla et al. (2014). Nano-hydroxyapatite and its applications in preventive, restorative and regenerative dentistry: a review of literature. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4252862/

Scientific Committee on Consumer Safety. (2021). Opinion on Hydroxyapatite (nano). https://ec.europa.eu/health/system/files/2021-08/sccs_o_246_0.pdf

European Comission. (2011). Definition of a nanomaterial. https://ec.europa.eu/environment/chemicals/nanotech/faq/definition_en.htm

Limeback L, Enax J, Meyer F. (2021). Biomimetic hydroxyapatite and caries prevention: a systematic review and meta-analysis. Lk 149

Gómez-Morales et al. (2013). Progress on the preparation of nanocrystalline apatites and surface characterization: overview of fundamental and applied aspects. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960897412000332

Shaw et al. (1983). Calcium and phosphorus content of plaque and saliva in relation to dental caries. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/6580080/

Whitford et al. (2002). Plaque fluoride concentrations are dependent on plaque calcium concentrations. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12218274/

Limeback L, Enax J, Meyer F. (2021). Biomimetic hydroxyapatite and caries prevention: a systematic review and meta-analysis. Lk 156

Viide joonisele:

Weng et al. (2016). Giant panda׳s tooth enamel: Structure, mechanical behavior and toughening mechanisms under indentation. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27498423/