Bioqumica dentalNora Patricia Flores-Moreno,

Andrea Guadalupe Alczar-Pizaa y Patricia Bentez-Chvez

Departamento de Bioqumica, Facultad de Odontologa,

Universidad Autnoma de Nuevo Len, Monterrey, Nuevo Len, Mxico

3PresentacinNunca hay viento favorable para quien no sabe a dnde va.

Sneca

Como profesores de bioqumica dentro del rea de la salud, creemos que el estudiante del rea mdica debe conocer, comprender y aplicar la bioqumica bsica y general en su prctica profesional. Somos conscientes de que no es posible comprender el funcionamiento de un organismo vivo si no se conocen las interacciones que suceden tanto a nivel celular como molecular.No hay duda de que los seres vivos estamos hechos de molculas que tie-nen la capacidad de interactuar, y de que dichas molculas, a pesar de ser estructuras inanimadas, dan lugar a la formacin de las clulas que llegan a constituir todo un ser vivo. Los fenmenos biolgicos que suceden en un organismo vivo son la base de su buen o mal funcionamiento, el resultado del cual podra derivar en alguna patologa que no podra descifrarse si no se conocen las interacciones normales de las molculas en condiciones favorables de salud.Nos hemos centrado en desarrollar un extenso captulo de bioqumica dental, ya que somos conscientes de la dificultad que supone para el estudiante de odontologa aplicar los conocimientos generales de la bioqumica en su prc-tica odontolgica. Es impresionante ver que existe un mundo de informacin al respecto, y por supuesto ver que existen libros enfocados exclusivamente a la bioqumica dental, u otros en los que los autores han incluido algn cap-tulo o tal vez slo un tema. Tomando lo anterior como referencia, decidimos crear nuestro propio captulo de bioqumica dental, donde concentramos los temas de mayor relevancia y a travs de los cuales podremos trabajar en el laboratorio incluido en nuestro Manual de Prcticas de Bioqumica. En este captulo llevamos a cabo una detallada revisin de los tejidos mineralizados, su composicin y los mecanismos de mineralizacin, incluyendo diferentes teoras al respecto. Asimismo, se abordan los temas de la composicin, tanto inorgnica como orgnica, de los diferentes tejidos dentales y del tejido periodontal, finalizando con los temas propios de la pelcula adquirida hasta llegar a la composicin de los cristales en los clculos dentales.Iniciamos esta preedicin pensando en que probablemente surjan algunas correcciones ms adelante. Asimismo, reiteramos nuestro compromiso de

continuar escribiendo, con la meta puesta en crecer, tanto en contenidos como en calidad.Pensando en nuestros estudiantes y creado para ellos, queremos expresar nuestro ms sincero agradecimiento a todos aquellos que han pasado por nues- tro Departamento de Bioqumica, porque muchos han sido testigos de que la bioqumica es totalmente aplicable en nuestra prctica odontolgica, y porque forman parte de nuestra historia por este apasionado mundo de la docencia de las ciencias bsicas.

Dra. Nora Patricia Flores-Moreno

1Bioqumica dentalNora Patricia Flores-Moreno, Andrea Guadalupe Alczar-Pizaa y Patricia Bentez-Chvez

I. INTRODUCCINLa cavidad bucal, conocida como boca, es la primera porcin del aparato di-gestivo. Est formada por tejidos duros, los dientes, y por tejidos blandos, que incluyen la mucosa gingival (enca), tejidos de soporte, la lengua, el paladar duro, el paladar blando, glndulas salivales, labios y msculos masticadores.Es la principal puerta de entrada de alimentos y lquidos hacia el organismo. En ella comienza la digestin de los carbohidratos de los alimentos, con la formacin del bolo alimenticio, en el que las secreciones salivales contribuyen a los procesos digestivos, envolviendo la comida que, a su vez, es triturada por los molares. La saliva es producida por las glndulas salivales mayores: partidas, sub-linguales y submaxilares, y en menor cantidad por las glndulas salivales menores. Existen en la saliva una gran cantidad de sustancias orgnicas e inorgnicas, de las que hablaremos en el presente captulo (algunas de ellas se muestran en la tabla 1).Los dientes estn formados por tejidos mineralizados: esmalte, dentina y cemento. Cada uno de ellos tiene diferentes grados de mineralizacin, debido a que la concentracin de sus componentes est relacionada con su funcin. Cada uno de estos tejidos mineralizados contiene una matriz orgnica y una parte inorgnica (mineralizada). En este captulo hacemos una revisin detallada de cada uno de estos tejidos, de sus componentes y de la relacin de stos con su funcin en las piezas dentales. De igual forma, llevamos a cabo una revisin de los tejidos blandos en boca. Trataremos de que el alumno pueda comprender la importante relacin que existe entre la estructura de una protena y su funcin, poniendo como modelo el colgeno, principal componente orgnico de los tejidos de soporte y de la mucosa gingival.Y como una parte importante de la prctica diaria del odontlogo presentamos la estructura bioqumica de la pelcula adquirida, la placa dentobacteriana, la matriz orgnica y los clculos. La comunidad microbiana de la cavidad oral del ser humano es muy variada. Se considera que es uno de los nichos ecolgicos con mayor biodiversi-dad conocido hasta la fecha. Es indispensable que el estudiante conozca,

5

6 I. Introduccin

desde el punto de vista bioqumico, la participacin de estas bacterias en la formacin de la placa dentobacteriana, las enfermedades gingivales y, por supuesto, la caries dental.

II. COMPOSICIN DE LOS TEJIDOS MINERALIZADOSComo ya se ha mencionado, los tejidos mineralizados de los dientes son el esmalte, la dentina y el cemento. Cada uno de ellos participa en la forma de las piezas dentales, adems de tener una funcin muy especializada. El componente principal de los tejidos mineralizados es la hidroxiapatita, compuesta por sales minerales; tambin contienen una pequesima parte de matriz orgnica y de agua. Las concentraciones varan segn el tejido; el esmalte es el que posee una mayor mineralizacin.

III. APATITAS DE IMPORTANCIA BIOLGICAEl trmino apatita proviene del griego apate, que significa equivocarse, ya que pueden confundirse fcilmente con otros minerales como el berilo o la turmalina.

Las apatitas son minerales que contienen sustancias naturales, slidas y cristalinas, con una composicin qumica y unas propiedades fsicas nicas. Revisaremos en este captulo la composicin qumica de las hidroxiapatitas y las fluorapatitas, por ser las apatitas presentes en los tejidos mineralizados de los dientes.En la actualidad existe una constante bsqueda de nuevos materiales para restauraciones dentales que ofrezcan resistencia, funcionalidad y conserven la esttica de los dientes naturales. Basndose en ello, las expectativas para el uso de apatitas van en aumento. Su xito, actualmente, est siendo reconocido por odontlogos y tcnicos dentales, y se ha logrado desarrollar nuevos materiales cermicos basados en cristales de fluorapatita.

TABLA 1

PROTENAS PRESENTES EN LA SALIVAPptidos y protenas salivales Tejidos en origen PorcentajeMUC5B (mucina MG1) Glndulas salivales mucosas 5-20 %MUC7 (mucina MG2) Glndulas salivales mucosas 5-20 %Inmunoglobulinas Linfocitos B (glndulas salivales) 5-15 %Protena rica en glucoprotenas Partida 1-10 %

Cistatinas Glndula submaxilar y sublingual 10 %

Histatinas Partida y glndula submandibular 5 %

EP-GP (=GCDFP15, SABP, PIP) Glndula sublingual 1-2 %Aglutinina Partida, submandibular, sublingual 1-2 %

Lisosoma Glndula sublingual 1-2 %

Lactoferrina Glndulas salivales (mucosas/serosas) 1-2 %Lactoperoxidasa Partida < 1 %

Defensinas Clulas epiteliales y glndulas salivales < 1 %

Bioqumica dental 7

A. HidroxiapatitasLa hidroxiapatita es un mineral formado por tomos de calcio, fsforo e hidrgeno. Se representa con la frmula Ca10(PO4)6(OH)2, fosfato de calcio cristalino. En el organismo representa el 99 % del calcio y el 80 % del fsforo total. Es el componente principal de huesos y dientes, gracias a lo cual tienen la propiedad de dureza que los caracteriza (fig. 1).Actualmente se realizan investigaciones con hidroxiapatita proveniente de diferentes fuentes. Debido a que se trata de un biomaterial, se piensa que puede contribuir a la reconstruccin de rganos a partir de clulas madre, utilizando tecnologa genmica.

B. FluorapatitasDel flor procedente de la alimentacin se absorbe entre un 50 % y un 80 %, y la mayor parte se encuentra en huesos y dientes (95 % del flor absorbido) formando un mineral fosfato llamado fluorapatita (Ca5(PO4)3F). Es un slido cristalino duro y un componente muy importante del esmalte de los dientes, que por sus caractersticas fsicoqumicas confiere una mayor resistencia a los ataques de los cidos que la hidroxiapatita (fig. 2): Loscristalesdefluorapatitasonmsgrandesquelosdehidroxiapatita.

ElpHcrticodelafluorapatitaesde4,5,comparadoconeldelahidroxia-patita que es de 5,5; el de la primera es ms resistente a los cambios de pH en boca.

Loscristalesdefluorapatitamodificanlaenergasuperficialdelesmaltey dificultan la adhesin de la placa dentobacteriana.

Celdillas apiladas

Prisma Prisma Cristales Cristal

Celdillas apiladas

Celdilla unitaria

Ca

Ca

CaCa

Ca

Ca

CaCa

Ca OH

P

P

PP

PP

PP P

P

PP

Figura 1Estructura de la hidroxiapatita.

Figura 2Fluoracin de la hidroxiapatita.

(Ca3(PO4)2)3 CaOH

OH

F

FCa + 2OH+ 2F = (Ca3(PO4)2)3

Hidroxiapatita Fluorapatita

8 III. Apatitas de importancia biolgica

Elflorpuedeactuarcomouninhibidordelaenzimaenolasa durante la gluclisis, bloqueando la produccin final de cidos en las bacterias de la cavidad oral, que causan la desmineralizacin del esmalte.

Es principalmente por estas razones por las que se aade fluoruro a las pastas de dientes, que pueden intercambiar los grupos hidroxilo por flor.

C. Reacciones de la apatita en disolucin: solubilidad, disolucinLa fluorapatita a menudo est combinada en matrices biolgicas como solucin slida con la hidroxiapatita, y puede ser sintetizada en un proceso de dos pasos:1. El fosfato de calcio se genera combinando el calcio y las sales de

fosfato en un pH neutro. 2. Reacciona con fuentes de fluoruro, como el monofluorofosfato de sodio

o el fluoruro del calcio (CaF2), para dar el mineral.

IV. MECANISMOS DE MINERALIZACINComo ya hemos mencionado, el esmalte, la dentina y el cemento son los tejidos mineralizados de los dientes (fig. 3). Sin embargo, la pulpa dental tambin puede llegar a mineralizarse, ya sea como respuesta a procesos de envejecimiento o a diversos tipos de agresiones: caries dental, obturaciones, restauraciones protsicas o algn otro tipo de tratamiento dental.La mineralizacin es un proceso multifactorial en el que intervienen la regu-lacin por hormonas, como la hormona paratiroidea (PTH) y la calcitonina, as como la vitamina D, considerada una prohormona, ya que en el interior del organismo se activa y se convierte en la hormona calcitriol (1,25-dihidroxi-colecalciferol), cuya funcin es regular la actividad de la protena fijadora de calcio. La vitamina D sufre dos hidroxilaciones en el organismo. Su funcin

Tejidos mineralizados:hueso, esmalte, dentina y cemento

Matriz orgnica

Fase inorgnica

Gran durezay resistencia mecnica

Componente mineralizadoLa mineralizacin se produce casi

siempre con participacinde calcio, por lo que se denomina

calcificacin

Protenas estructuralesColgeno/glucoprotenas/proteoglucanos

Figura 3Tejidos mineralizados.

Bioqumica dental 9

es mantener la concentracin adecuada de calcio y de fosfato en el suero sanguneo y en los lquidos extracelulares, lo que promueve la formacin normal del hueso. Programa las clulas blanco del intestino para que puedan producir la protena fijadora de calcio y que realice su funcin: fijar el calcio proveniente de los alimentos. La vitamina D tambin genera un aumento del fosfato srico, produciendo un compuesto de fosfato de calcio. Sin embargo, esto slo puede ocurrir cuando la produccin de PTH es normal.La PTH controla la concentracin de calcio, fsforo y vitamina D en la sangre y en los huesos. La secrecin de esta hormona es controlada por los niveles de calcio en sangre: niveles bajos estimulan la secrecin, y niveles altos la bloquean.La mineralizacin se inicia con la formacin de cristales minerales en forma de ncleos, llamados sitios de nucleacin, que van creciendo con la unin a ms cristales, hasta formar una estructura slida denominada hidroxiapatita.Algunas molculas orgnicas tienden a favorecer el inicio de la mineraliza-cin; entre ellas se encuentra el colgeno, que tiende a esterificar el fosfato con los grupos hidroxilo de la hidroxiprolina, y a atraer el calcio con los grupos carboxilo libres, lo que favorece la formacin de sitios de nucleacin; por tal motivo se puede considerar al colgeno como un agente de nucleacin. Los glucosaminoglucanos (GAG), debido a la presencia de cargas dentro de su molcula, tienden a atraer el calcio, el cual interacciona con el fosfato para la formacin de hidroxiapatita. Los GAG tienden a hidrolizarse una vez que el calcio queda atrapado en su interior. Algunos fosfolpidos amnicos y los fosfolpidos cidos tambin pueden favorecer el inicio de la mineralizacin, con la atraccin del calcio a su estructura y reaccionando con el fosfato para dar inicio a la formacin de hidroxiapatita.Asimismo, algunas molculas pueden actuar como inhibidoras de la mine-ralizacin, como por ejemplo, las amelogeninas del esmalte, el pirofosfato y los nucletidos.Otros iones tambin intervienen en la red de cristales y en la estabilidad de la fluorapatita, como el magnesio, del que se ha encontrado una proporcin similar a la del calcio en hueso. Las clulas precursoras de los tejidos dentales tienen un papel regulador en los procesos de mineralizacin; as, se requieren grandes cantidades de calcio y de fosfato para la mineralizacin de la matriz del esmalte y de la dentina.Los mecanismos de mineralizacin son diferentes en cada tipo de tejido dental.

V. COMPOSICIN QUMICA DEL ESMALTE, DENTINA, CEMENTO Y HUESO ALVEOLAR

A. Esmalte

El esmalte recubre la superficie del diente en contacto con el medio bucal. Es la sustancia ms dura del organismo y la ms mineralizada. El esmalte se forma en el perodo de desarrollo dental por unas clulas llamadas ameloblastos, y en el diente maduro ya no es un tejido vivo, es decir, es acelular, pero sigue teniendo cambios dinmicos. El principal compo-nente orgnico del esmalte es la protena amelogenina, que se encuentra en el esmalte en desarrollo. En el esmalte maduro no existe protena. Las amelogeninas difieren del colgeno en que no tienen hidroxiprolina, son glucoprotenas hidrfobas fosforiladas abundantes en el esmalte inma-

10 V. Composicin qumica del esmalte, dentina, cemento y hueso alveolar

duro. Tambin se encuentran las protenas amelinas o ameloblastinas, que estn en las capas superficiales del esmalte, y la emaltena, en la unin amelodentinaria. Los aminocidos presentes en el esmalte en desarrollo son la prolina, el glutamato y la histidina, y en menor cantidad la glicina. La cistena puede estar o no presente, al igual que la hidroxiprolina y la hidroxilisina. En el esmalte maduro no se encuentran suficientes protenas como para ser detectadas.Los carbohidratos en realidad no estn presentes en el esmalte y la den-tina sanos; sin embargo, durante la formacin de ambos tejidos, s se han detectado pequeas cantidades de carbohidratos. La dentina es sumamente permeable, por lo que la glucosa puede penetrar rpidamente, pero en el caso del esmalte tiende a penetrar de una forma ms lenta, debido a su baja permeabilidad.El principal componente inorgnico en el esmalte es el fosfato de calcio de apatita, y lo mismo sucede en el hueso y en la dentina. La apatita est asociada con iones OH debido a su permeabilidad, y se denomina hidroxiapatita. Adems, contiene sales inorgnicas de fosfatos, carbona-tos y sulfatos, y oligoelementos como magnesio, hierro, cobre, potasio, flor y agua. La concentracin de flor es mayor en la superficie del esmalte; se piensa que el contenido de flor en el agua es el principal factor de concentracin en las superficies. El esmalte viejo contiene mayor cantidad de agua que el de los individuos menores de 30 aos.La porcin ms mineralizada del esmalte es la que se encuentra en la superficie, y va decreciendo hacia la unin amelodentinaria. Tambin contiene agua, que est asociada tanto a la composicin orgnica como a la inorgnica. El esmalte es de color translcido y es semipermeable: permite el paso de agua y algunos iones. En una radiografa se observa de color blanco. El esmalte puede verse afectado por diversos factores, como la caries dental, las fracturas y las desmineralizaciones. En la mineralizacin del esmalte participan los ameloblastos derivados del epitelio bucal. El proceso se inicia sobre una matriz orgnica muy distinta a la de los otros tejidos, y, principalmente debido a que no contiene fibras de colgeno, no existe un agente de nucleacin. La matriz orgnica inicia la formacin de los primeros cristales de apatita, y conforme se van formando ms cristales, los ameloblastos reabsorben la matriz orgnica, dejando el espacio para que los cristales de apatita sean el principal componente inorgnico del esmalte. En el esmalte, estos cristales son mucho ms grandes que en la dentina y el hueso, y su cantidad es mucho mayor que en los otros tejidos (alrededor de un milln en el esmalte).Los ameloblastos sufren cambios morfolgicos entre los estados de se-crecin de la matriz orgnica y la maduracin del esmalte. En este ltimo es cuando aumentan las cantidades de mineral propias del estado adulto del esmalte. Es importante mencionar la participacin de las enzimas ATPasas dependientes de calcio y magnesio en el transporte activo de calcio, tanto en la secrecin como en la maduracin de los ameloblastos. La protena fijadora de calcio tambin tiene participacin en los amelo-blastos durante los estados de maduracin del esmalte; su concentracin es mucho mayor en la etapa inicial de la mineralizacin. Como ya se ha mencionado, es la hormona calcitriol (derivada de la vitamina D) la que regula la actividad de esta protena.

B. Dentina

Es un tejido de menor dureza que el esmalte, pero ms duro que el hueso. Se encuentra a lo largo de la corona y de la raz dental. No es tan minerali-

Dentina

Predentina

Polimerizacin de fibrillasde colgeno

Tropocolgeno (1 [I])2

ADN

Procolgenopeptidasa

Secrecin de unidadesde procolgeno (1 [I]) 2

Maduracindel procolgeno (1 [I]) 2

Od

onto

bla

sto

den

tinog

nic

amen

te a

ctiv

o

Sntesis proteicade cadenas 1 y 2

ARNm para cada cadena

Bioqumica dental 11

zada como el esmalte, y es celular, a diferencia del esmalte maduro. Tiene un sistema de tbulos dentinarios que estn comunicados con otro tejido en el centro del rgano dentario denominado pulpa dental. La dentina y la pulpa estn ntimamente ligadas. Tiene una permeabilidad elevada a travs de los tbulos dentinarios, y una elasticidad mayor con respecto al esmalte. En la radiografa se observa menos radiopaca que el esmalte dental. Las clulas que forman la dentina se llaman odontoblastos.El color de la dentina es blanco amarillento y vara segn la edad, la gentica del individuo, la mineralizacin y los pigmentos provenientes de los alimentos, como el t, el caf, las sodas, etc. La dentina puede verse afectada por caries, fracturas, descalcificaciones y tambin por la enfermedad periodontal.Los odontoblastos son las clulas que participan en la mineralizacin de la dentina. La matriz de la dentina es rica en fibras de colgeno, que se forman antes de la diferenciacin de los odontoblastos (fig. 4). Los odon-toblastos segregan los complejos protenas-glucosaminoglucanos sobre las fibras de colgeno, dando lugar a la matriz orgnica de la dentina. En la dentina humana se calcula que el contenido de colgeno corresponde al 18 % de su peso.La dentina madura se caracteriza por conservar los odontoblastos y por la presencia de la matriz del colgeno mineralizada. Esta ltima va ence-rrando estructuras tubulares que en ocasiones contienen prolongaciones nerviosas provenientes de los odontoblastos, situados en la periferia de la

Figura 4Sntesis de colgeno en un odontoblasto. Las fibras de colgeno formarn parte de la matriz orgnica de la dentina.

Clulasmesenquimatosas

PAPILA

SACO DENTARIO

Vaina de Hertwig

DentinaPredentina

Restosepiteliales

Vaina de Hertwig

DentinaPredentina

Cemento

Vaina de Hertwig

Odontoblastos

Odontoblastos

Preodontoblastos

Odontoblasto

Disgregacinde la vaina

Disgregacinde la vaina

12 V. Composicin qumica del esmalte, dentina, cemento y hueso alveolar

pulpa o en las profundidades de la dentina. Esta estructura mineralizada protege la pulpa dental y forma propiamente la dentina, tanto en su porcin de la corona como en la porcin de la raz del rgano dental.Un corte transversal de la dentina muestra 5 capas:

1. Dentina intertubular (colgeno mineralizado).2. Capa hipomineralizada externa.3. Dentina peritubular.4. Capa hipomineralizada interna.5. Prolongacin dentinaria del odontoblasto. Ubicada en el interior

del tbulo dentinario, conserva algunos orgnulos citoplasmticos, como el retculo endoplsmico y mitocondrias, y va desde la unin de la predentina, pasando por dentina, hasta llegar a la dentina ms madura.

En la zona de la predentina, la prolongacin del odontoblasto es de unas 5 , y va adelgazndose a medida que se aleja rumbo a la dentina ms mineralizada, es decir, hacia la superficie del diente. Constantemente durante toda la vida del diente se sigue depositando dentina peritubular, y en muchas ocasiones llega a obliterarse por completo. De esta manera nos damos cuenta de que se trata de un tejido vivo. El componente inorgnico es la hidroxiapatita, y es muy caracterstico que sus cristales tengan diferentes tamaos localizados en diferentes sitios: cristales grandes y planos, entre fibras de colgeno; cristales medianos y hexagonales, que enlazan fibras de tropocolgeno, y cristales pequeos, que llenan los espacios que quedan entre las fibrillas de colgeno.

C. Cemento dentalEs un tejido conectivo mineralizado, derivado de la capa celular ectome-senquimatosa del saco o folculo dentario que rodea al germen dentario. Recubre la raz del rgano dentario, se origina a partir del mesodermo, y tiene presencia de clulas y de gran materia orgnica. En algunas oca-siones queda expuesto a la cavidad oral cuando hay recesin gingival. Debido a que no est preparado para estar en contacto con el medio bucal, en ocasiones sufre abrasiones y deja expuesta la dentina, lo que causa molestias sumamente sensibles y dolorosas al tener expuesta la dentina, con sus prolongaciones nerviosas y la notable cercana a la pulpa dental (fig. 5).La composicin qumica en un adulto es de aproximadamente un 45 % a 50 % de sustancias inorgnicas (fosfatos de calcio en forma de hi-droxiapatita), un 50 % a 55 % de material orgnico (colgeno y mucopo-lisacridos), y agua.

D. Hueso alveolar

Es el hueso de los maxilares que contiene los alvolos para los dientes. Est formado por: a) una capa externa, compuesta por hueso compacto, que presenta numerosas perforaciones por donde circulan vasos y nervios y que recibe el nombre de placa cribosa; b) una capa interna, que ocupa la zona central y est formada por hueso esponjoso o trabecular, y c) una capa fasicular que rodea la capa externa, formada por hueso compacto que contiene fibras de Sharpey del ligamento periodontal. Debido a que esta capa fasicular es una lmina dura, en estudios radiolgicos se ob-serva como una zona radiopaca.

Figura 5Etapas de la cementognesis.

Bioqumica dental 13

El hueso alveolar es, desde el punto de vista estructural, similar al hueso del resto del organismo, ya que est formado por clulas, fibras y sustan-cia fundamental. Sus principales clulas son: osteoblastos, osteoclastos, osteoplastos, osteocitos y canalculos seos. Hay un proceso de sntesis y degradacin continuo. Contiene fibras de colgeno enmascaradas por sustancia fundamental, la cual est formada por agua, glucoprotenas y glucosaminoglucanos. Existe hidroxiapatita entre y dentro de las fibras de colgeno, lo que le otorga las propiedades de dureza y resistencia.Como se puede apreciar en la tabla 2, la matriz orgnica del hueso es muy similar a la de la dentina. El componente inorgnico tambin es el mismo que en la dentina, con los tres tipos de cristales. La cantidad de cristales en dentina y hueso alveolar es de alrededor de 2 000 unidades.

VI. RESISTENCIA A LA CARIES DENTAL

En 1890, Miller propuso la teora en la cual los microorganismos depositados en la superficie del diente producen cidos orgnicos, principalmente cido lctico, el cual disuelve el esmalte debido a la permeabilidad que existe en superficie y al recambio inico, con la disminucin del pH.Tambin existe la teora proteoltica, en la cual el ataque es debido a enzimas proteolticas producidas por las bacterias, que afectan a la matriz del esmalte y disuelven el colgeno de la dentina. El primer indicio de una afeccin de caries es una mancha blanca, que indica un aumento de la porosidad. Dicho aumento favorece la dilucin y la pene-tracin de los cidos a partir de la placa dental que se fija a la superficie del esmalte, la cual sirve a numerosas bacterias para adherirse. El rgano del esmalte, una vez ha sido penetrado, no puede defenderse del ataque, ya que no es un tejido vivo. En cambio, la dentina s reacciona, e intenta mineralizarse para limitar el avance de la agresin, esclerosando los tbulos dentinarios; sin embargo, si la agresin de cidos y bacterias persiste, la lesin avanza y puede llegar a la pulpa dental, que se encuentra encerrada dentro de tejidos duros que constituyen el diente. La pulpa dental tiene dos formas de reaccionar ante la agresin: una es mineralizndose, tratando de construir una barrera, y la otra es inflamndose, mediante una reaccin irreversible que terminar por causar la muerte del tejido pulpar en el interior del diente.

TABLA 2

COMPOSICIN DEL HUESO, LA DENTINA Y EL ESMALTEComponente Hueso (%) Dentina (%) Esmalte (%)Agua 8 5 4

Material mineral 70 75 95

Material orgnico 22 20 0,6

Colgeno 18,6 18 0,35

Otras protenas 1 0,2 0,2

Otras biomolculas 2,4 1,8 0,05

Densidad 2,03 2,15 3,05

14 VI. Resistencia a la caries dental

Existe una teora de absorcin, segn la cual grupos fosfato cidos son absorbidos en la hidroxiapatita microcristalina del esmalte. En un tejido con caries inicial existen fisuras a travs de las cuales puede entrar cido del medio bucal, que puede provenir tanto de las distintas bacterias como de restos de alimento, y que reblandece el esmalte y la dentina.Otra teora es la del defecto por falta de calcio, en la que los iones de calcio de la hidroxiapatita son sustituidos por iones de hidrgeno. La apatita es soluble en un medio cido (se desplaza tratando de neutralizar la zona), y en un medio alcalino se desplaza en sentido opuesto, depositndose.La apatita tiene intercambio inico. En soluciones que contienen fosfato de calcio existe un intercambio con este mineral, lo mismo con el ion fluoruro, desplazando el grupo OH y transformndose en fluorapatita, de una dureza superior a la de la hidroxiapatita (lo que explicara la recomendacin de apli-caciones de fluoruro y las pastas dentales con fluoruro). Pero la presencia de flor no es permanente, existe un constante recambio de iones.Los oligoelementos que se encuentran en el agua, como el flor, entre otros, reducen las caries dentales, al recambiarse por el OH de la hidroxiapatita convirtindose en fluorapatita, lo que hace ms resistente al esmalte dental. La fluorapatita tiene una tasa de dilucin por cidos ms baja.Los cristales de calcificacin con presencia de flor son ms grandes y perfec-tos. La velocidad de remineralizacin aumenta en presencia de este mineral, por lo que en caries incipientes puede detener el proceso de caries dental. Adems, el flor inhibe el crecimiento de las bacterias productoras de cido (fig. 6). La relacin Ca-P es ms baja en el esmalte cariado que en el sano. Los dientes con un contenido ms alto de flor en el esmalte son ms resis-tentes a la dilucin de cidos. La incidencia de caries puede variar de un individuo a otro y obedece a distintos factores (fig. 7), como son:

1. Factores genticos.2. Factores nutricionales.

Desmineralizacin+FSacarosa

Sacarosa10Ca

+6PO4

+2OH10Ca+

6PO4+

2F0 20 40

0

5

10cido

10Ca + 6PO4 + 2OH

HACa10(PO4)6(OH)2

H+

HFCa10(PO4)6F2

DIENTE

10Ca+

6PO4 pH+

HF

2F

SALIVA

PLACA

Tiempo

pH

Concentracin favorecedora de remineralizacin:0,03-0,08 ppm de flor en la pelcula, saliva o soluciones remineralizantes

FA

Figura 6Proceso de desmineralizacin favorecido por la presencia de flor.

Bioqumica dental 15

3. Higiene dental.4. Factores dietticos y del medio bucal.

a) Dientes con resistencia a la caries dental.b) Resistencia adquirida por modificacin del esmalte (como las apli-

caciones de fluoruro).c) Ausencia de carbohidratos fermentables en la dieta. d) Microbiologa de la placa bacteriana incapaz de producir descal-

cificacin. e) Bacterias orales que protegen los tejidos orales. f) Propiedades protectoras de la saliva.

Las poblaciones primitivas no ingeran azcares refinados, lo que influa en la baja incidencia de caries en esos individuos. Su dieta era eminentemente fibrosa y proteica, y sus carbohidratos provenan de las frutas y no de carbo-hidratos refinados como hoy en da.En 1937, Lefevre y Hodge dieron a conocer los resultados de los anlisis qumicos de los dientes, y concluyeron que:

1. Los dientes temporales tienen ms humedad y menos sustancia inor-gnica.

2. Hay poca diferencia entre un diente cariado y un diente sano excepto en la humedad.

3. La edad no causa cambios en la composicin qumica de los dientes.4. La diferencia en la composicin qumica de los dientes entre hombres

y mujeres es escasa.5. Los problemas periodontales disminuyen el carbonato de los dientes.6. El calcio y el fsforo disminuyen en el diente cariado.

VII. COMPOSICIN QUMICA DE LA PULPA DENTAL Y EL LIGAMENTO PERIODONTAL

A. Pulpa dentalLa pulpa dental ocupa la cmara pulpar y el conducto radicular. Es un tejido conectivo laxo y poco diferenciado. Posee fibras de colgeno, sus-tancia amorfa, cido hialurnico, macrfagos, fibroblastos y elastina (en

Factores favorables a desarrollar caries dental

Microorganismos Dieta Tiempo Husped

Saliva Aplicacin de or Buena higiene oral

Factores favorables a evitar caries dental

Figura 7Factores de incidencia de caries.

16 VII. Composicin qumica de la pulpa dental y el ligamento periodontal

las paredes de los vasos sanguneos). Es altamente vascularizada y pre-senta una inervacin con la que se comunica con la dentina, formando un complejo pulpodentinario. La comunicacin se produce cuando estmulos agresivos ocasionan cambios en la dentina, como resorcin y aposicin de la misma. La pulpa se conecta con el exterior por el foramen apical del diente y por los conductos accesorios (que pueden ser aberrantes), tambin llenos de pulpa. La pulpa se comunica con el espacio que ocupa el ligamento periodontal. Por tanto, cualquier problema que afecte a la pulpa compromete al ligamento periodontal.

B. Ligamento periodontalEs una delgada capa de tejido conectivo fibroso, de aproximadamente 0,15-0,38 mm de anchura, que por medio de sus fibras une la dentina al hueso alveolar que lo aloja. Sus funciones son unir el diente al hueso alveolar y amortiguar las fuerzas de la masticacin, permitiendo que el diente tenga cierta movilidad. Es un tejido conjuntivo fibrilar que presenta una alta densidad celular, y donde predominan los fibroblastos como componentes principales. Sus fibras principales se insertan, por un lado, en el cemento, y por otro en la placa cribosa del hueso alveolar. Vara segn los diferentes dientes, segn el tercio de cada uno de los dientes, y segn la edad y el estado funcional. Est compuesto por un conjunto de fibras de colgeno, elsticas y de oxitaln. Los extremos de los haces de fibras se introducen, por un lado, en el cemento, y por otro en el hueso alveolar; estas fibras reciben el nombre de fibras de Sharpey.Los tipos de colgeno presentes en el ligamento periodontal son el I, III, IV, V, VI y XII, siendo el tipo I el ms abundante.Las fibras de colgeno del ligamento periodontal pueden clasificarse en distintos grupos: Grupo de la cresta alveolar: se extienden desde el cuello del diente hacia

la cresta alveolar.

Grupo horizontal: se extienden horizontalmente desde el diente hacia el hueso alveolar.

Grupo oblicuo: se extienden oblicuamente desde el cemento hacia el hueso alveolar.

Grupo apical: se extienden desde el pice hacia el hueso alveolar. Grupo interradicular: se encuentran entre las races de los dientes mul-

tirradiculares.

VIII. MATRIZ ORGNICALa matriz extracelular (MEC) se encuentra entre las fibras del tejido conec-tivo laxo, rodeando las clulas y confirindoles soporte, gracias a su contenido en macromolculas. Su estructura es gelatinosa y viscosa. Contiene aproxi-madamente de un 46 % a un 50% de materia inorgnica, un 22 % de materia orgnica y un 32 % de agua. La materia orgnica est formada por protenas: colgeno, elastina, fibrina, fibronectina y laminina, y por proteoglucanos y glucoprotenas. El principal componente inorgnico es la hidroxiapatita.Por ejemplo, la matriz orgnica del cemento est formada por fibras de colgeno de tipo I, que constituyen el 90 % de la fraccin proteica de este tejido. Es aqu donde se encuentran dos clases de fibras, las intrnsecas

13Bioqumica dental

y las extrnsecas; las primeras estn formadas por cementoblastos, y las segundas, por haces de fibras del ligamento periodontal.

A. ColgenoEl colgeno es la protena ms abundante en el organismo humano. Existen alrededor de 20 tipos de colgeno, de los que el tipo I es el ms abundante, seguido por los tipos II, III y IV. Est formado por tres cadenas polipeptdicas, entrelazadas, con giros hacia la izquierda. La interaccin de las triples hlices a del colgeno forma fibrillas, que proporcionan resistencia y elasticidad al tejido conectivo.La sntesis de colgeno se lleva a cabo en 7 pasos, entre los que se encuentra la hidroxilacin del colgeno, proceso en el que se aaden grupos hidroxilo (OH) a la prolina y la lisina para formar hidroxiprolina e hidroxilisina, respectivamente. La vitamina C (cido ascrbico) acta como un agente reductor en estas reacciones de hidroxilacin, por lo que en caso de carencia de vitamina C (generalmente a causa de deficiencia nutricional), las enzimas no pueden catalizar estas reacciones. En tal caso no se podr formar una triple hlice estable, pues al no haber grupos OH, no podrn formarse los puentes de hidrgeno que estabilizan la triple hlice de colgeno. El colgeno carecer de propiedades como la elasticidad, por lo que, en boca, el tejido conectivo (enca y ligamento periodontal) ser laxo, enrojecido y sangrante, no dar el soporte ne-cesario a los dientes en el alvolo, y en casos graves habr prdida de piezas dentales.

B. ProteoglucanosLos proteoglucanos son molculas formadas por la unin de glucosami-noglucanos (cadenas de heteropolisacridos con carga negativa) a una pequea cantidad de protena, donde aproximadamente ms del 95 % de su peso son carbohidratos.Tienen la capacidad de unir grandes cantidades de agua y producir la matriz gelatinosa, que junto con las protenas fibrosas (colgeno, elastina) y protenas adhesivas (fibronectina) constituyen la MEC.En el ligamento periodontal, por ejemplo, su funcin es limitar el creci-miento lateral de las fibras de colgeno para prevenir su fusin lateral e inhibir su mineralizacin.

C. FosfoprotenasLas fosfoprotenas son protenas complejas, compuestas por una protena unida covalentemente a alguna sustancia que contiene cido fosfrico. Tienen una gran afinidad por el calcio, con el que forman un complejo que se une al fosfato, dando lugar a los sitios de nucleacin durante el proceso de mineralizacin. Tienden a fijarse cerca de los espacios de colgeno.

IX. COMPONENTES INORGNICOS A. Pelcula adquirida

Es una delgada membrana biolgica que se deposita en la superficie de los elementos dentarios, como resultado de la absorcin de protenas y glucoprotenas contenidas en la saliva y el lquido crevicular, as como tambin de otras provenientes de productos microbianos y celulares. La absorcin de dichas biomolculas no ocurre exclusivamente sobre tejido

17

18 IX. Componentes inorgnicos

adamantino, sino que existe pelcula adquirida en todas las superficies bucales (cemento, mucosas, epitelio bucal queratinizado y no queratini-zado), aparatos protsicos y restauraciones, cada una de ellas con una composicin qumica diferente.La retencin de biomolculas por parte del esmalte dentario es un fen-meno muy rpido, de naturaleza selectiva, mediante el cual se absorben de-terminadas protenas y glucoprotenas procedentes de los fluidos bucales.Entre los principales componentes proteicos se encuentran mucinas de alto peso molecular, diversas protenas cidas ricas en prolina, histati-nas, cistatinas, inmunoglobulina (Ig) A secretora y a-amilasa, algunas de ellas al estado fosforilado o glucosilado. En menor proporcin participan tambin la seroalbmina, la anhidrasa carbnica, la IgG, la IgM, diversas fracciones del complemento y glucosiltransferasa de origen microbiano. Existen evidencias de que varias protenas presentes en la saliva total son enzimticamente degradadas, originando pptidos que tienen afini-dad por la hidroxiapatita adamantina, de manera que este integumento resultara de la unin no slo de protenas intactas (simples y conjugadas), sino tambin de fragmentos producidos por la protelisis parcial de esas mismas macromolculas.Los carbohidratos de la pelcula adquirida comprenden principalmente azcares neutros (glucosa, galactosa, fucosa) y aminoazcares (gluco-samina, galactosamina); en menor proporcin participan tambin otros glcidos derivados, como el cido silico. Aunque la funcin de los car-bohidratos presentes en la pelcula no est totalmente aclarada, existen indicios que los involucran en el proceso de colonizacin, dado que mu-chas de las adhesinas de la superficie microbiana se unen a la porcin glcida de los receptores localizados en la pelcula adquirida.Los lpidos representan alrededor del 20 % del peso seco de la pelcula adquirida. Aproximadamente el 80 % corresponde a glucolpidos, el 15 % a lpidos neutros (glicridos y colesterol) y cidos grasos libres, y la fraccin restante a fosfolpidos (fosfoglicridos y esfingomielinas). La extraccin de la fraccin lipdica reduce casi a la mitad la capacidad de la pelcula de retardar la difusin de cido lctico; este efecto se revierte prcticamente en su totalidad al reincorporar los lpidos de la pelcula adquirida. Debido al carcter hidrfobo de sus molculas, los lpidos podran prevenir la desmineralizacin por la doble propiedad de regular la difusin de los cidos originados por la fermentacin bacteriana de azcares y a la vez modular la colonizacin de la superficie dental.La naturaleza de la superficie sobre la que se deposita la pelcula adqui-rida influye en la composicin del integumento. As, pequeas diferencias en la composicin qumica de los slidos con los que contactan las prote-nas salivales pueden causar importantes desigualdades en la composicin de la pelcula adquirida. La composicin de la pelcula no permanece constante en todos los esta-dios de su formacin. El integumento formado en un primer momento se modifica merced al procesamiento que llevan a cabo las enzimas conte-nidas en la saliva provenientes de las bacterias, de las clulas epiteliales descamadas y de leucocitos polimorfonucleares neutrfilos que ingresan a la cavidad bucal transportados por el lquido gingival. De esta manera, diversos componentes salivales adsorbidos en un primer momento a la hidroxiapatita son rpidamente degradados, razn por la que no aparecen en el integumento que ha madurado por algn tiempo. Por ello, la composicin de la pelcula natural es significativamente distinta de la pelcula formada in vitro. Las protenas ms susceptibles de

19Bioqumica dental

degradacin enzimtica son algunas protenas ricas en prolina, estaterinas e histatinas, mientras que las cistatinas, la a-amilasa y otras protenas ricas en prolina son ms resistentes y persisten en la pelcula adquirida.

B. Placa dentobacterianaDenominada tambin placa dental, biofilm oral o placa bacteriana, es una acumulacin heterognea de una comunidad microbiana variada, aerobia y anaerobia, rodeada por una matriz intercelular de polmeros de origen salival y microbiano. Estos microorganismos pueden adherirse o depositarse sobre las paredes de las piezas dentarias. Su presencia puede estar asociada a la salud, pero si los microorganismos consiguen los sustratos necesarios para sobrevivir y persisten durante mucho tiempo sobre la superficie dental, pueden organizarse y causar caries, gingivitis o enfermedad periodontal (enfermedad de las encas).La placa dentobacteriana est compuesta principalmente por protenas y glucoprotenas salivales (estaterinas, mucinas, protenas ricas en pro-lina), y componentes bacterianos (enzimas, fragmentos de pared celular y molculas de membrana).Su formacin se debe a que algunas glucoprotenas son adsorbidas a la hidroxiapatita, formando una delgada lmina. Algunas de estas pro-tenas estn en forma modificada, debido a la actuacin de proteasas y/o glucosidasas, lo que facilita la unin de la protena a la pelcula. El mecanismo qumico responsable de esta asociacin son interacciones electrostticas entre aminocidos cidos y bsicos de las glucoprotenas y los iones que forman parte de la hidroxiapatita (fig. 8). El espesor de la pelcula va aumentando tras la incorporacin de otros componentes de origen salival a las protenas inicialmente adsorbidas a la hidroxiapatita.Diversos factores pueden incidir en la precipitacin de las protenas: prdida de grupos terminales de cido silico, aumento de la concentra-cin de calcio, disminucin de la concentracin de fosfato y del pH. Por ejemplo, la neuraminidasa hidroliza el cido silico de los extremos de las cadenas hidrocarbonadas de la mucina, lo cual da lugar a su insolubi-lizacin y posterior precipitacin. Las protenas ricas en prolina son fosfo-protenas que pueden unirse a la hidroxiapatita por sus grupos fosfato. La incorporacin de este tipo de protenas se produce en competencia con

FF

Placa dentobacterianaMatriz

intracelular

Bacterias Adherencia

CarbohidratosH + HAP 10Ca** + HPO4 + H2O

H + FAP 10 Ca** + PO4 + 2F

F

F

Figura 8Formacin de la placa dentobacteriana.

20 IX. Componentes inorgnicos

la unin de otras fosfoprotenas, por lo que sta podra ser la explicacin del efecto inhibidor atribuido al fosfato en la formacin de la placa dental.

C. Clculo dentalTambin conocido como sarro dental o trtaro dental, son depsitos duros calcificados que se forman en la superficie de los dientes, como resultado de la mineralizacin de la placa dentobactariana. Tienden a acumularse principalmente en las caras vestibulares de los molares su-periores, por estar cerca de los orificios de los conductos salivales de la partida, y en las caras linguales de los incisivos inferiores, cerca de los conductos de las glndulas submaxilar y sublingual.Se clasifican en clculos supragingivales y subgingivales. La saliva es la principal fuente de calcio y fosfato para los clculos supragingivales; en el caso de los clculos subgingivales, las sales las obtienen en su mayora a partir del fluido del surco gingival.La parte orgnica est compuesta principalmente por protenas, polisa-cridos, clulas epiteliales descamadas y bacterias orales. En cuanto a la parte inorgnica, se compone principalmente de calcio, fsforo, dixido de carbono, magnesio y pequeas cantidades de cinc, estroncio, cobre, manganeso y cristales de hidroxiapatita.En las primeras etapas de la calcificacin pueden verse cristales tanto en el exterior como en el interior de las bacterias.

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