а) Одонтобласт. Благодаря тому, что одонтобласты отвечают за процесс дентиногенеза как в процессе развития зуба, так и в периоде старения, одонтобласт является наиболее типичной и специализированной клеткой дентиннопульпарного комплекса. В процессе дентиногенеза одонтобласты формируют дентин и дентинные трубочки, и присутствие их отростков внутри трубочек делает дентин живой тканью, способной отвечать на раздражители.
Дентиногенез, остеогенез и цементогенез во многих отношениях практически идентичны, и одонтобласты, остеобласты и цементобласты имеют много общих черт. Каждая из этих клеток производит межклеточное вещество, состоящее из коллагеновых волокон, неколлагеновых белков и протеогликанов и способное в дальнейшем подвергаться минерализации.
Более того, одонтобласты, остеобласты и цементобласты имеют сходные ультраструктурные особенности: высокоупорядоченный шероховатый эндоплазматический ретикулум (ЭПР), хорошо заметный комплекс Гольджи, секреторные гранулы и многочисленные митохондрии. Помимо этого, в данных клетках содержится большое количество РНК, и их ядра содержат одно или несколько хорошо заметных ядрышек. Эти основные особенности присущи клеткам, вырабатывающим белки.
Наиболее значимыми различиями среди одонтобластов, остеобластов и цементобластов являются их морфологические характеристики и межклеточные анатомические отношения, а также особенности минерального вещества, которое они вырабатывают. Несмотря на то что остеобласты и цементобласты имеют полигональную или кубическую форму, полностью развитый одонтобласт коронковой части пульпы представляет собой высокую столбчатую клетку.
В костной ткани и цементе некоторые остеобласты и цементобласты замуровываются в основное вещество как остеоциты и цементоциты соответственно. Одонтобласт, напротив, оставляет позади себя клеточный отросток, для того чтобы сформировать дентинный каналец, а тело клетки остается за пределами минерализованной ткани. Боковые ответвления между основными отростками одонтобластов соединяются между собой через канальцы, так же как остеоциты и цементоциты связаны через канальцы в костной ткани и цементе.
В результате этого возникает путь для межклеточной коммуникации и циркуляции жидкостей и метаболитов через минерализованный матрикс.
Ультраструктурные особенности одонтобласта являлись предметом многочисленных исследований. Тело клетки активного одонтобласта имеет крупное ядро, которое может содержать до 4 ядрышек (рис. 1). Ядро располагается в базальной части клетки и покрыто ядер-ной оболочкой. Хорошо развитый комплекс Гольджи, расположенный в центре надъядерной части цитоплазмы, состоит из скопления гладкостенных пузырьков и цистерн. Многочисленные митохондрии равномерно распределены по всему телу клетки.
Рисунок 1. Схема полностью дифференцированного одонтобласта
Шероховатый ЭПР чрезвычайно хорошо заметен, он состоит из тесно прилежащих друг к другу цистерн, образующих параллельные ряды, которые диффузно расходятся по цитоплазме. Многочисленные рибосомы плотно связаны с мембранами цистерн, здесь происходит синтез белков. В просвете цистерн можно обнаружить нитевидное вещество (вероятно, это только что синтезированный белок).
Одонтобласт, по-видимому, синтезирует главным образом коллаген I типа, хотя во внеклеточном веществе было обнаружено небольшое количество коллагена V типа. Помимо протеогликанов и коллагена одонтобласты вырабатывают дентинный сиалопротеин и фосфофорин, высокофосфорилированный фосфопротеин, который принимает участие во внеклеточной минерализации. Фосфофорин является уникальным белком дентина и не обнаруживается ни в каких других мезенхимальных клетках. Помимо этого, одонтобласт вырабатывает кислую и щелочную фосфатазы.
Щелочная фосфатаза тесно связана с процессом минерализации, но точная ее роль в дентиногенезе до сих пор не установлена. Кислая фосфатаза — лизосомальный фермент, который может принимать участие в расщеплении материала резорбируемого основного вещества предентина.
В отличие от активного одонтобласта, неактивный одонтобласт или одонтобласт в стадии покоя содержит уменьшенное число органелл и может постепенно укорачиваться. Эти изменения могут начинаться с окончанием развития корня и прорезывания зуба, когда вырабатываемый дентин меняется с первичного на вторичный.
Предполагается, что прямое воздействие одонтобластов на нервные волокна зуба и взаимные обратные реакции базируются на возбудимости одонтобластов, различной экспрессии рецепторов для нейропептидов на одонтобластах (рис. 2), демонстрации транзиторного рецепторного потенциала термозависимых ионных каналов, а также открытии того факта, что все 9 потенциал-зависимых натриевых каналов в различной степени представлены на одонтобластах в развивающихся, зрелых и старческих зубах крыс.
Рисунок 2. Изображение конфокальной микроскопии, показывающее одонтобласт с его отростком, выделяющим рецептор нейрокинина-2. Нейрокинин-2 имеет сродство ко всем нейропептидам семейства нейрокининов. Пунктирная линия отмечает границу предентина.
Кроме того, после обнаружения компонентов врожденного иммунного ответа в одонтобластическом слое стали говорить о возможности участия одонтобласта в иммунной регуляции. В связи с этим одонтобласты могут иметь способность к распознаванию и дифференцированному ответу на бактериальные компоненты, выполняя, таким образом, иммунную функцию и функцию пульпо-дентинного барьера.
б) Отросток одонтобласта. Дентинные трубочки образуются вокруг каждого основного отростка одонтобласта. Отросток одонтобласта занимает большую часть пространства в трубочке и координирует образование перитубулярного дентина.
Микротрубочки и микрофиламенты — главные ультраструктурные компоненты отростка одонтобласта и его боковых ответвлений. Микротрубочки простираются из тела клетки в ее отросток. Они представляют собой прямые структуры и располагаются параллельно длинной оси клетки, придавая ей жесткость. Несмотря на то что их точная роль до сих пор не установлена, предложено несколько теорий относительно их функциональной значимости, в частности — что они могут быть вовлечены в распространение цитоплазмы, транспорт материалов или поддержание структурного каркаса.
Время от времени в отростке одонтобласта можно обнаружить митохондрии в том месте, где отросток проходит через предентин.
Плазматическая мембрана отростка одонтобласта тесно приближена к стенке дентинной трубочки. Ограниченные сужения отростка время от времени служат причиной появления относительно широких пространств между стенкой трубочки и самим отростком. В этих пространствах могут находиться коллагеновые волокна и мелкое зернистое вещество, которые, предположительно, являются основным веществом (см. также Соединительная ткань пульпы и Основное вещество в отдельных статьях на сайте - просим пользоваться формой поиска выше).
Вещество перитубулярного дентина в трубочках ограничено электронно-плотной мембраной, называемой пограничной пластинкой. Плазматическая мембрана и пограничная пластинка разделены узким пространством, за исключением тех мест, где отросток был сжат.
В реставрируемом зубе препарирование эмали и дентина часто приводит к повреждению одонтобластов. Должен быть принят во внимание вопрос о клинической значимости выяснения протяженности отростков одонтобластов в зубах человека, поскольку эта информация позволит клиницисту достовернее оценивать воздействие восстановительной процедуры на подлежащие одонтобласты. Однако длина, на которую отросток проникает в дентин, до сих пор является спорным вопросом.
В течение длительного периода времени предполагалось, что отросток одонтобласта проходит на всю толщину дентина. И хотя ультраструктурные исследования с использованием трансмиссионной электронной микроскопии выявили, что отросток оканчивается на границе внутренней и средней третей дентина, следует отметить, что полученные данные могут быть результатом сжатия, возникшего в процессе фиксации и дегидратации. Другие исследования с применением СЭМ показали, что отросток далеко простирается в дентинной трубочке, часто вплоть до дентинно-эмалевой границы, но было высказано предположение, что наблюдаемое при проведении СЭМ на самом деле является пограничной пластинкой.
В попытках решить данную проблему применялись моноклональные антитела против микротрубочек для выявления тубулина в микротрубочках отростка. Иммунореактивность наблюдалась по всей дентинной трубочке, что говорит о том, что отросток распространяется на всю толщину дентина. Тем не менее исследования с использованием конфокальной микроскопии показали, что отростки одонтобластов в молярах крыс не выходят в наружный слой дентина или дентинно-эмалевое соединение, за исключением ранних стадий развития зуба.
Судя по всему, стенки трубочек содержат много белков, произведенных одонтобластами, переместившимися в новое положение. Поскольку матрикс дентина не обновляется, эти антигены остаются фиксированными на прежнем месте. С клинической точки зрения важно помнить, что эти отростки в трубочках являются частью живых одонтобластов пульпы, и это объясняет, почему дентин можно считать живой тканью, разрушение которой будет непосредственно влиять на пульпу.
Выдвинута гипотеза, что одонтобласт — неподвижная постмитотическая клетка, которая, уже полностью дифференцировавшись, больше не может подвергаться клеточному делению. Если это действительно так, то продолжительность жизни одонтобласта и его метаболитическая активность могут динамически изменяться (подробнее в статье на сайте «Восстановление пульпы» - рекомендуем пользоваться формой поиска выше).
в) Связь структуры одонтобласта с секреторной функцией. Исследования с применением меченых изотопов пролили свет на функциональную значимость цитоплазматических органелл активного одонтобласта. Были выполнены внутрибрюшинные инъекции предшественника коллагена (например, 3Н-пролина) экспериментальным животным с последующей авторадиографией одонтобластов и матрикса предентина (рис. 3). Быстрое связывание изотопа в шероховатом ЭПР вскоре приводило к обнаружению изотопа в комплексе Гольджи, где проколлаген упаковывается и концентрируется в секреторных везикулах. Путь меченных изотопом везикул мог в дальнейшем отслеживаться до тех пор, пока они не достигали основания отростка одонтобласта.
Рисунок 3. Авторадиограмма, показывающая одонтобласты и предентин развивающихся моляров крысы через 1 час после внутрибрюшинного введения 3Н-пролина
Здесь они сливались с клеточной мембраной и с помощью экзоцитоза высвобождали заключенные в них молекулы тропоколлагена в матрикс предентина.
В настоящий момент известно, что коллагеновые волокна оседают из раствора секретированного тропоколлагена и что их накопление происходит на наружной поверхности плазматической мембраны одонтобласта. Волокна высвобождаются в предентин, увеличиваясь по толщине по мере приближения к минерализованному матриксу. Несмотря на то что волокна в основании отростка одонтобласта имеют диаметр около 15 нм, волокна в области фронта минерализации достигают около 50 нм в диаметре.
Подобные исследования с использованием меченых атомов позволили определить путь синтеза, переноса и секреции протеогликанов предентина. Белковая часть этих молекул синтезируется в шероховатом ЭПР одонтобласта, а сульфатирование и присоединение частей гликозаминогликана к белковым фрагментам протекает в комплексе Гольджи. Далее секреторные пузырьки транспортируют протеогликаны к основанию отростка одонтобласта, где они высвобождают свое содержимое в вещество предентина. Протеогликаны, в основном хондроитинсульфат, накапливаются около фронта минерализации.
Роль протеогликанов еще не установлена, но появляющиеся сведения говорят о том, что они выполняют функцию ингибиторов минерализации путем связывания кальция. По-видимому, протеогликаны разрушаются только перед минерализацией; вероятно, в этом принимают участие лизосомальные ферменты, выделяемые одонтобластами.
г) Фибробласты пульпы. Фибробласты — наиболее многочисленные клетки пульпы. Они представляют собой тканево-специфичные клетки, способные давать начало клеткам, подлежащим дифференцировке (например, одонтобластоподобные клетки) при получении соответствующего сигнала. Они вырабатывают коллаген I и III типов, а также протеогликаны и гликозаминогликаны. Таким образом, они производят и поддерживают постоянство матриксных белков межклеточного вещества. В связи с тем, что фибробласты способны к фагоцитозу и расщеплению коллагена, их считают ответственными за оборот коллагена в пульпе.
Несмотря на обширное распространение фибробластов по всей пульпе, наиболее насыщена ими зона, богатая клетками. Ранние дифференцирующиеся фибробласты имеют многоугольную форму, разделены между собой широкими пространствами и равномерно распределены по основному веществу. Межклеточные контакты устанавливаются между многочисленными отростками, которые отходят от каждой из клеток. Значительная часть этих контактов принимает вид щелевых соединений, что обеспечивает возможность передачи импульсов или химических сигналов от одной клетки к другой.
Из ультраструктурных особенностей следует отметить, что органеллы незрелых фибробластов находятся, как правило, в недоразвитом состоянии, с незаметным комплексом Гольджи, многочисленными свободными рибосомами и редким шероховатым ЭПР. По мере созревания клетки приобретают звездчатую форму, расширяется комплекс Гольджи, разрастается шероховатый ЭПР, появляются секреторные везикулы. Таким образом, фибробласт приобретает черты, характерные для клеток, секретирующих белки. Кроме того, коллагеновые волокна собираются вдоль внешней поверхности тела клетки. Параллельно с увеличением в пульпе количества кровеносных сосудов, нервов и коллагеновых волокон наблюдается относительное снижение количества фибробластов.
Большая часть фибробластов пульпы характеризуется относительной недифференцированностью. Более современное название недифференцированных клеток — стволовые клетки. Многие клетки пульпы, по-видимому, остаются в относительно недифференцированном состоянии по сравнению с фибробластами большинства других видов соединительной ткани. Данная концепция была предложена после обнаружения в пульпе большого количества волокон, напоминающих ретикулин. Ретикулярные волокна имеют сродство к красителям, содержащим серебро, и похожи на аргирофильные волокна пульпы.
Однако внимательное изучение показало, что настоящие ретикулярные волокна в пульпе не представлены, а описанные ранее волокна на самом деле являются аргирофильными коллагеновыми волокнами. Они, по-видимому, приобретают оболочку из гликозаминогликанов, которая и импрегнируется серебряными красителями. Неаргирофильные коллагеновые волокна рассеяны в небольшом количестве в пульпе молодых зубов, но при старении пульпы их количество неуклонно растет.
Большое количество экспериментальных моделей разрабатывалось с целью изучения заживления пульпы, в особенности — образование дентинного мостика после вскрытия полости зуба или пульпотомии. Одно из исследований показало, что митотическая активность, предшествующая дифференцировке заместительных одонтобластов, первично возникает среди фибробластов, расположенных в периваскулярном пространстве.
Фибробласты принимают активное участие в сигнальных механизмах в пульпе зуба. Например, рост фибробластов и его синтетическая активность стимулируются нейропептидами. Фибробласты же, в свою очередь, вырабатывают NGF и провоспалительные цитокины в процессе воспаления. NGF играет важную роль не только в развитии зуба, но и в регуляции нейронных и, вероятно, одонтобластических ответных реакций на повреждение, посредством активации рецепторов к нейротрофину, расположенных на клетках обоих типов (см. также «Пластичность интрадентальных нервных волокон» в отдельной статье на сайте - просим пользоваться формой поиска выше).
д) Макрофаг. Макрофаги — это моноциты, которые вышли из кровяного русла в окружающие ткани и подверглись дифференцировке в различные субпопуляции. Разные субпопуляции могут быть изучены по их антигенным свойствам с помощью иммуногистохимических исследований. Большое количество макрофагов обнаруживается в непосредственной близости к кровеносным сосудам. Основная субпопуляция макрофагов выполняет в наибольшей степении функции эндоцитоза и фагоцитоза (рис. 4).
Благодаря их подвижности и фагоцитарной активности макрофаги способны играть роль «уборщиков» (или скавенджеров), устраняя вышедшие за пределы кровеносных сосудов красные кровяные тельца, погибшие клетки и чужеродные тела из тканей. Поглощенный материал разрушается под действием лизосомальных ферментов. Другой подтип макрофагов принимает участие в реакциях иммунного ответа посредством переработки антигена и его представления Т-клеткам памяти. Переработанный антиген связывается с молекулами главного комплекса гистосовместимости II класса (МНС) на поверхности макрофага, где он может взаимодействовать со специфическими рецепторами, представленными на «наивных» Т-клетках или Т-клетках памяти. Подобные взаимодействия необходимы для Т-лимфоцит-зависимого иммунитета.
Так же как и фибробласты, макрофаги принимают активное участие в сигнальных механизмах пульпы. В результате активации соответствующим воспалительным стимулом макрофаги приобретают способность вырабатывать большое количество различных растворимых факторов, включая IL-1, ФНО, факторы роста и прочие цитокины. Одно из исследований показало, что один из подтипов макрофагов выделяет маркеры лимфатических сосудов, что указывает на связь между макрофагами и лимфоцитарными функциями и их развитием.
е) Дендритная клетка. Дендритные клетки являются вспомогательными клетками иммунной системы. Аналогичные клетки обнаружены в эпидермисе и слизистых оболочках, где они называются клетками Лангерганса. Первоначально дендритные клетки были обнаружены в лимфоидной ткани, но они широко распространены и в соединительных тканях, включая пульпу (рис. 5). Эти клетки названы антигенпрезентирующими клетками (АПК) и характеризуются наличием ветвящихся цитоплазматических отростков и присутствием комплексов МНС II класса на поверхности мембраны (рис. 6).
Рисунок 5. Антигенпрезентирующие дендритные клетки II класса в пульпе и граничной зоне дентина в нормальной пульпе зубов человека, продемонстрировано с использованием иммуноцитохимии. Д — дентин; QC — одонтобластический слой
Рисунок 6. Иммуноэлектронная микрофотография дендритоподобных клеток (ДпК) человеческой пульпы, демонстрирующая ветвящиеся контуры с относительно небольшим количеством лизосомальных структур
В нормальной пульпе они наиболее распространены на периферии коронковой пульпы рядом с предентином, но способны перемещаться в центральные отделы пульпы после антигенной атаки. Известно, что они играют ключевую роль в индукции Т-лимфоцит-зависимого иммунного ответа. Также как антигенпрезентирующие макрофаги, дендритные клетки поглощают белковые антигены и далее выставляют их в виде комплекса белковых фрагментов антигенов с молекулами МНС II класса. Т-клетки способны распознавать именно этот комплекс, который далее связывается с рецепторами Т-клеток, что приводит к их активации (рис. 7). На рис. 8 показано межклеточное взаимодействие между клеткой, напоминающей дендритную, и лимфоцитом.
Рисунок 7. Функционирование клеток, выделяющих МНС II класса. Они действуют как антигенпрезентирующие клетки, которые необходимы для запуска Т-лимфоцит-зависимого иммунного ответа
ж) Лимфоцит. Hahn и соавт. сообщали об обнаружении Т-лимфоцитов в нормальной пульпе зубов человека. Т8-лимфоциты (супрессоры) преобладали в этих образцах по сравнению с другими подтипами. Кроме того, лимфоциты наблюдались в пульпе ретинированных зубов. Наличие макрофагов, дендритных клеток и Т-лимфоцитов говорит о хорошем клеточном составе пульпы, который нужен для инициации иммунного ответа. В-лимфоциты редко обнаруживаются в нормальной пульпе в отсутствие воспаления.
з) Тучная клетка. Тучные клетки широко распространены в соединительных тканях, где они появляются в виде небольших групп недалеко от кровеносных сосудов. Они редко обнаруживаются в нормальной пульпе, тогда как в хронически воспаленной пульпе они выявляются постоянно. Тучная клетка являлась предметом пристального внимания из-за крайне значимой ее роли в воспалительных реакциях. Гранулы, содержащиеся в тучных клетках, содержат антикоагулянт гепарин и гистамин, который является важным медиатором воспаления, а также большое количество других химических факторов.
