06/10/2010. Qué relación existe entre los huesos y los dientes?

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1 Qué relación existe entre los huesos y los dientes? Los mecanismos de formación ósea son idénticos para huesos y dientes? Cuál es la influencia del ambiente sobre los procesos de calcificación de huesos y dientes? TERCERA UNIDAD DIDÁCTICA: BIOQUÍMICA BUCAL Subunidad 1: Bioquímica Bucal. Ambiente Bucal: principales responsables de la situación de equilibrio. Objetivos Reconocer al ambiente bucal como un sistema material complejo y heterogéneo donde participan diversos componentes e interaccionan distintos factores. Describir la composición y funciones de la saliva, principal componente de la fase líquida del ambiente bucal. Analizar las características más importante de los constituyentes orgánicos e inorgánicos de los tejidos dentarios y su participación en los fenómenos de desmineralización y remineralización. Reseñar los componentes que forman el periodoncio y las propiedades y funciones más relevantes de los constituyentes que son específicos de este aparato. TERCERA UNIDAD DIDÁCTICA: BIOQUÍMICA BUCAL Subunidad 1: Bioquímica Bucal. Ambiente Bucal: principales responsables de la situación de equilibrio. Objetivos Reconocer al ambiente bucal como un sistema material complejo y heterogéneo donde participan diversos componentes e interaccionan distintos factores. Describir la composición y funciones de la saliva, principal componente de la fase líquida del ambiente bucal. Analizar las características más importante de los constituyentes orgánicos e inorgánicos de los tejidos dentarios y su participación en los fenómenos de desmineralización y remineralización. Reseñar los componentes que forman el periodoncio y las propiedades y funciones más relevantes de los constituyentes que son específicos de este aparato. 1

2 TERCERA UNIDAD DIDÁCTICA: BIOQUÍMICA BUCAL Subunidad 1: Bioquímica Bucal. Ambiente Bucal: principales responsables de la situación de equilibrio. Ambiente Bucal Sustancia mineral: composición, mecanismo de formación (mineralización) y regulación. Colágeno, proteoglucanos, fibronectina y otras proteínas. Sistema Material Heterogéneo Hueso alveolar: matriz orgánica y sustancia mineral. Fase líquida Fase sólida Esmalte dental. Composición y estructura. Componentes orgánico e inorgánico. Encía. Queratina, elastina y laminina. Ligamento Saliva Fluido Gingival Elementos Dentarios Mucosa Bucal Periodonto periodontal y mucosa bucal. Composición y función. Ambiente Bucal Tejidos Mineralizados: Hueso, Esmalte, Dentina y Cemento Saliva Fase líquida Fluido Gingival Sistema Material Heterogéneo Elementos Dentarios Fase sólida Mucosa Bucal Periodonto Células Osteoblastos/osteocitos/osteoclastos Ameloblastos/odontoblastos/cementoblastos Matriz orgánica Proteínas estructurales colágeno / glicoproteínas/ proteoglucanos Componente inorgánico Hidroxiapatita GRAN DUREZA Y RESISTENCIA MECÁNICA 2

3 Osteoblastos, osteocitos y osteoclastos Células Disposición de ameloblastos y odontoblastos secretores Matriz Orgánica Proteínas de la Matriz Extracelular Colágeno Glicoproteínas Proteoglucanos Factores de crecimiento Proteínas de adhesión Enzimas Colágeno Colágeno Proteína más abundante del organismo (25% del peso corporal) Proteína fibrosa altamente insoluble en agua Soporte ideal para el organismo: Resistente a la tensión y a la tracción Flexible Alta versatilidad estructural Termoinestable (gelatiniza por encima de 45ºC) Estructura primaria: elevada proporción de glicina y prolina Estructura característica basada en la unidad de tropocolágeno: Triple hélice dextrógira estabilizada por puentes hidrógenos intercatenarios. Biosíntesis compleja Estructura de la molécula de tropocolágeno Estructura secundaria de las cadenas a individuales: Hélice levógira estirada Tres aminoácidos por vuelta Composición en aminoácidos: Rica en glicina, prolina, hidroxiprolina, hidroxilisina Hidroxiprolina: estabiliza la hélice de colágeno. Hidroxilisina: centro de glicosilación Hidroxilación: Hidroxilasas específicas: Cofactores (Fe +2, O 2, ascorbato) 3

4 Colágeno Proteoglucanos Cadenas muy largas de heteropolisacáridos (Glucosaminoglucanos) unidos a un esqueleto central de proteína Alta proporción carbohidrato/proteína (>95%) Presenta unidades repetidas de disacáridos que suelen contener un ácido urónico y N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina Elevada carga negativa (grupos carboxilo y ésteres con sulfato) Importantes para la fijación de Ca 2+ y agua (hidratación) Elevada viscosidad y elasticidad Forman un gel poroso en el que se insertan proteínas fibrosas y células. Retienen gran cantidad de agua: turgencia y capacidad de filtro Proteoglucanos Estructura del Agregado de Proteoglucano Glucosaminglucanos presentes en Proteoglucanos Proteína central agrecán (PM = ) con queratánsulfato y condroitinsulfato unida a una larga cadena de hialuronato a través de una proteína de enlace. Uniones covalentes 4

5 Fibronectinas Otras Proteínas Pertenecen a la familia de las Integrinas (moléculas de adhesión) Poseen diferentes dominios de unión a: receptores de membrana en células del tejido conjuntivo otras fibronectinas para formar dímeros colágeno proteoglicanos Aseguran la estructura de la matriz extracelular Osteopontina: mediador de la agregación celular. Osteonectina: tiene gran afinidad por el colágeno y la hidroxiapatita, proporciona los núcleos de crecimiento de los cristales. Sialoproteínas óseas: asociada a la osteopontina. Proteína morfogenética ósea: promueve la síntesis de ADN y proliferación celular. Osteocalcina: enlace entre el calcio y el colágeno. Trombospondina, vitronectina, péptidos procolágeno Fosfatasa alcalina: enzima que hidroliza los ésteres fosfatos. Matriz Inorgánica: Hidroxiapatita Propiedades de la Hidroxiapatita (Ca ++ ) 10 (PO 4 ) 6 (OH ) 2 Soluble en medios ácidos: gran reserva alcalina. El medio ácido provoca una reacción de neutralización que solubiliza material El medio alcalino desplaza la reacción en sentido contrario, depositándose material por precipitación. 5

6 Sustituciones Iónicas en Apatitas Biológicas Intercambio de Iones en la Hidroxiapatita Reacciones de intercambio de iones, Intercambio isoiónico, con soluciones que contienen fosfato de calcio. Intercambio heteroiónico, con otros iones que puedan integrarse en el cristal. Este intercambio es la base de la incorporación del ion fluoruro a la hidroxiapatita dental Ca 10 (PO4) 6 (OH) Cationes: Ca ++ Hidroxiapatita Mg ++,Ba ++,etc. Aniones :OH F - FluorApatita Ca 10 (PO 4 ) 6 (F) 2 (Radio atómico: OH> F - mayor estabilidad estructura cristalina) Aniones :OH CO 3-2 Carbonato Apatita Ca 10 (PO 4 ) 6 CO 3 (Radio atómico: OH< CO 3-2 menor estabilidad estructura cristalina) Biomineralización Controlada por células, cuyas funciones son: Regular el aporte de iones Aportar vesículas con núcleos de cristalización Facilitar una nucleación epitáxica mediante una matriz orgánica NUCLEACIÓN EPITÁXICA SOBRE FIBRAS DE COLÁGENO Hueso Alveolar Osteoblastos Frente de calcificación Tejido calcificado 6

7 06/10/2010 Mecanismos de formación y regulación ósea Resorción Mecanismos de formación y regulación ósea Glucocorticoides PTH Osteoclasto Pre-Fusion PGE2 RANKL RANK Vitamina D Osteoclastos Activación ILIL-11 Apoptosis Reposo Osteoclasto Multinucleado ILIL-6 Osteoclastos Apoptóticos ILIL-1 PTHrp Linaje Stromal de células and bone óseas lining cells Formación Preosteoblastos TNFTNF-α Osteoblastos Osteoblastos Osteoclasto Activo Mineralización In the presence of M-CSF Osteoid Adapted from Baron R. Primer on the Metabolic Bone Diseases and Disorders of Mineral Metabolism. 5th ed. 2003;1-8. RLG. J Clin Invest. 2005;115: Mecanismos de formación y regulación ósea Osteoclastos Pre-Fusion CFU-M Formación Ósea CFU-M=colony forming unit macrophage M-CSF=macrophage colony stimulating factor Adaptado de Boyle WJ, et al. Nature. 2003;423: Hofbauer LC, Schoppet Ml. JAMA. 2004;292: Resorción Ósea FACTORES QUE REGULAN LA HOMEOSTASIS DEL CALCIO Y DEL FÓSFORO RANKL RANK OPG Hormonas Factores de Crecimiento Citoquinas Inhibición de la Formación, Función y Sobrevida de los Osteoclastos Osteoblastos Formación Ósea Resorción Inhibida In the presence of M-CSF CFU-M=colony forming unit macrophage M-CSF=macrophage colony stimulating factor Downloaded By: [Hoenderop, Joost G.] At: 19:01 21 February

8 FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL METABOLISMO DEL CALCIO Mecanismos de acción de PTH 1,25 dihidrocolecalciferol (Calcitriol) Hormona paratiroidea (PTH) Fósforo Calcitonina Magnesio Fosfatoninas Organización de los Tejidos Dentales Composición de Hueso, Dentina y Esmalte (%) 8

9 Hueso Alveolar El hueso alveolar es el hueso de los maxilares que contiene los receptáculos o alveolos para los dientes. Es un tejido mineralizado, vascularizado e inervado. Está integrado por hueso cortical o compacto y hueso trabecular o esponjoso. Funciones Proporcionar alojamiento a los elementos dentarios formados en el alveolo. Es odontodependiente. Almacena calcio y regula la calcemia (participa de los mecanismos de regulación homeostática del calcio) Remodelación contínua. Función hematopoyética en la infancia. Sostiene los tejidos gingivales. Elimina las fuerzas generadas Corte histológico de una erupción dental en la boca. por el contacto interdentario. A: Diente; B Encía; C: Hueso Alveolar; D: Ligamentos del periodonto Esmalte Sustancia extracelular altamente mineralizada que protege la superficie apical del diente. Sustancia más dura y mineralizada del organismo (95% de matriz inorgánica, 2% de matriz orgánica y 3% de agua) Es producido por los ameloblastos durante la erupción Los ameloblastos después de producir el esmalte involucionan y desaparecen por apoptosis. Es una estructura acelular, avascular y sin inervación. Es incapaz de regenerarse, pero sufre cambios fisico-químicos dinámicos (remineralización). Propiedades Físicas del Esmalte Dureza (resistencia a ser rayado): 5 en la escala de Mohs. Depende del grado de mineralización (decrece desde la superficie hacia el interior) Elasticidad baja (rígido y quebradizo). Color y transparencia: translúcido. Su color depende de la dentina subyacente. Permeabilidad escasa (membrana semipermeable). Disminuye con la edad. Permite la difusión de agua y algunos iones. Radio-opacidad muy alta (color blanco en radiografías). Esmalte Disposición de ameloblastos secretores Esmalte 9

10 Composición Orgánica del Esmalte Dental Esmalte Formación de la matriz del esmalte PROTEÍNAS ESPECÍFICAS: Esmalteinas (tuftelina), similares a la queratina, en la unión amelodentinaria Amelogeninas: hidrofóbicas, fosforiladas y glicosiladas. Abundantes en el esmalte inmaduro Enamelinas: hidrofílicas y glicosiladas. En la periferia de los cristales (proteínas de la cubierta) Amelinas o ameloblastinas: En las capas superficiales del esmalte. Proteasas: metaloproteasas y proteasas de serina. Síntesis de proteínas transitorias: Tuftelinas, Amelogeninas, Enamelinas, Ameloblastinas Agregación de monómeros de amelogeninas y formación de nanoesferas Mineralización Nucleación de primeros cristales de hidroxiapatita Unión de nanoesferas de amelogeninas a la superficie de los cristales y crecimiento longitudinal de estos. Aumento la relación Ca/P siempre similar a la de la hidroxiapatita A medida que aumenta la calcificación se produce la eliminación selectiva de amelogeninas por proteólisis extracelular Disminuye el contenido total de proteínas y aparición de péptidos libres Esmalte Estructura del Esmalte Formación de cristales de apatita en el esmalte dirigida por las amelogeninas Periquematias Prisma 10

11 Unidades Estructurales Secundarias Estrías de Retzius Estructura del Esmalte Qué relación existe entre los huesos y los dientes? Los mecanismos de formación ósea son idénticos para huesos y dientes? Cuál es la influencia del ambiente sobre los procesos de calcificación de huesos y dientes? Penachos adamantinos Bandas de Hunter-Schreger Esmalte nudoso Limite amelodentinario Ambiente Bucal Sistema Material Heterogéneo Fase líquida Fase sólida Saliva Fluido Gingival Elementos Dentarios Mucosa Bucal Periodonto Continuara. 11