Hydroksyapatyt jest minerałem pochodzącym z hydroksylofosforanu wapnia. Ogólnie minerał ten nie jest rozpowszechniony, chociaż istnieją pojedyncze bogate złoża. Kości i zęby kręgowców również zawierają wysoki procent hydroksyapatytu.
Co to jest hydroksyapatyt?
Hydroksyapatyt składa się z hydroksylowanego fosforanu wapnia. W krysztale pięć jonów wapnia jest połączonych z trzema jonami fosforanowymi i jednym jonem hydroksylowym. Jest to związek jonowy, który krystalizuje w heksagonalnym układzie kryształów.
Grupa hydroksylowa stabilizuje cały kryształ. Z fluorapatytem i chlorapatytem hydroksyapatyt tworzy jednolitą mieszaną serię. Hydroksyapatyt występuje jako minerał towarzyszący w różnych minerałach, takich jak serpentynit, talk czy pegmatyt. Jak dotąd minerał został wykryty w około 250 lokalizacjach. Wygląd poszczególnych minerałów zależy od składu i proporcji mieszania z innymi towarzyszącymi minerałami.Hydroksyapatyt występuje również w organizmach żywych. W szczególności kości i zęby kręgowców składają się z dużej ilości tego minerału.
Oprócz hydroksyapatytu zawierają również materiał organiczny w postaci tkanki łącznej i komórek. Ze względu na prawie czystą zawartość minerałów szkliwo zębów jest najtwardszym materiałem w organizmie. Jego zawartość hydroksyapatytu wynosi ponad 95 procent. Tworzenie hydroksyapatytu odbywa się w ramach biomineralizacji. Materiał jest bardzo stabilny i wyjątkowo odporny na wpływy fizyczne i chemiczne. Kości i zęby stanowią ważne archiwum środowiska życia, tylko kwasy, w tym kwasy owocowe, powoli rozkładają hydroksyapatyt.
Funkcja, efekt i zadania
W organizmie człowieka najważniejszą substancją wspomagającą jest hydroksyapatyt. Daje układowi kostnemu niezbędną siłę. W połączeniu ze specjalnym materiałem tkanki łącznej, takim jak kolagen, uzyskuje się na przykład niezbędną wytrzymałość na rozciąganie i stabilność kości.
Skład kości i zębów jest inny. Decydującym czynnikiem jest tutaj udział hydroksyapatytu. Kości składają się w około 65 procentach z tego minerału. Reszta składa się z kolagenu i osteoblastów. Ilość hydroksyapatytu w zębach jest znacznie większa. Dlatego zęby są znacznie twardsze niż kości. Funkcja ma decydujące znaczenie dla kompozycji. Kości należą do układu mięśniowo-szkieletowego. Ich różne narażenie na siły mechaniczne wymaga pewnej elastyczności. Zęby służą do kruszenia jedzenia.
Wymaga to znacznie większej siły i siły, co musi znaleźć odzwierciedlenie również w twardszym materiale. Zęby składają się z zewnętrznej warstwy szkliwa, zębiny i miazgi zęba. Szkliwo zęba musi być bardzo mocne i twarde, dlatego w ponad 95% składa się z hydroksyapatytu. Dzięki temu jest wyjątkowo odporny na wpływy zewnętrzne. Zębina to substancja przypominająca kości. Składa się w 70% z hydroksyapatytu. Większość reszty to tkanka łączna. Miazga zęba to sieć naczyń krwionośnych i nerwów, które zaopatrują ząb.
Edukacja, występowanie, właściwości i optymalne wartości
Hydroksyapatyt kości i zębów powstaje w wyniku biomineralizacji. Z geologicznego punktu widzenia biomineralizacja jest już starym procesem. Starożytne bakterie również tworzyły wapno kilka miliardów lat temu. Proces jest nadal podobny do dziś. Niektóre komórki pobierają jony minerału w stanie rozpuszczonym.
Mineralizacja odbywa się poprzez nasycenie roztworu odpowiednimi jonami. W przypadku hydroksyapatytu są to jony wapnia i fosforanu. Za mineralizację kości odpowiadają tzw. Osteoblasty. Podczas mineralizacji rozwijają się w osteocyty, które nie są już w stanie dzielić się i tworzyć sieci w zestalonym minerale. W zębach przebiega biomineralizacja w podobny sposób. Tutaj odontoblasty są odpowiedzialne za mineralizację.
Choroby i zaburzenia
Hydroksyapatyt jest bardzo stabilny. Ale w kościach zachodzą ciągłe procesy budowania i rozpadu. Kształt kości musi być dostosowany do bardzo różnych wymagań. Tak więc nowa substancja kostna jest stale tworzona. Jednak zawsze następuje rozpad substancji kostnej.
Jeśli przeważa proces rozkładu, rozwija się tzw. Osteoporoza. Procesy są kontrolowane przez hormony. Parathormon odpowiada za zrównoważony poziom wapnia we krwi. Jeśli występuje niedobór wapnia, aktywuje mobilizację hydroksyapatytu z kości. Hormon kalcytriol jest odpowiedzialny za wchłanianie wapnia z pożywienia w jelicie i mineralizację w kościach. Oba hormony są antagonistami. Jeśli wchłanianie wapnia z pożywienia jest zaburzone, ponieważ z powodu braku witaminy D powstaje tylko niewielka ilość kalcytriolu, resorpcja kości przeważa nad tworzeniem kości. Zmniejsza się gęstość kości, a jednocześnie zwiększa się kruchość kości.
Jednak procesy te są bardzo skomplikowane iw wielu przypadkach nie do końca poznane. Hydroksyloapatyt może również rozkładać się w zębach. Nie są to jednak procesy hormonalne. Fizjologicznie ząb powinien trwać jak najdłużej, aby mógł zmiażdżyć pokarm. Jednak rozkład resztek jedzenia przez bakterie prowadzi do powstania kwasów, które mogą atakować szkliwo zębów. Kwas rozpuszcza hydroksyapatyt na jony wapnia i jony fosforanowe, przy czym jon hydroksylowy reaguje z jonem wodorowym kwasu, tworząc wodę. Jony wapnia i jony fosforanowe rozpuszczają się następnie w wodzie.
Przedłużająca się aktywność bakterii i ciągłe tworzenie się kwasów ostatecznie tworzą dziurę w szkliwie zębów. Bez leczenia próchnica zniszczy ząb. Jednak stosując pastę do zębów zawierającą fluor, hydroksyapatyt można przekształcić w znacznie bardziej stabilny fluorapatyt. Dzięki temu możliwe jest zatrzymanie procesu niszczenia zębów na dłuższy czas.
