Hydroxyapatit

Hydroxyapatit představuje minerál z hydroxyfosforečnanu vápenatého. Celkově není minerál rozšířený, ačkoli existují jednotlivá bohatá ložiska. Kosti a zuby obratlovců také sestávají z vysokého procenta hydroxyapatitu.

Co je to hydroxyapatit?

Hydroxyapatit sestává z hydroxylovaného fosforečnanu vápenatého. V krystalu je pět iontů vápníku spojeno se třemi fosfátovými ionty a jedním hydroxylovým iontem. Je to iontová sloučenina, která krystalizuje v hexagonálním krystalovém systému.

Hydroxylová skupina stabilizuje celý krystal. S fluorapatitem a chlorapatitem tvoří hydroxyapatit bezproblémovou smíšenou řadu. Hydroxyapatit se vyskytuje jako doprovodný minerál v různých minerálech, jako je serpentinit, břidlicová mastek nebo pegmatit. Minerál byl dosud detekován na přibližně 250 místech. Vzhled jednotlivých minerálů závisí na složení a poměru míchání s jinými doprovodnými minerály.Hydroxyapatit se také vyskytuje v živých věcech. Zejména kosti a zuby obratlovců jsou tvořeny vysokým procentem tohoto minerálu.

Kromě hydroxyapatitu obsahují také organický materiál ve formě pojivové tkáně a buněk. Díky téměř čistému obsahu minerálů je zubní sklovina nejtvrdším materiálem v organismu. Obsah hydroxyapatitu je přes 95 procent. K tvorbě hydroxyapatitu dochází v rámci biomineralizace. Materiál je velmi stabilní a extrémně odolný vůči fyzikálním a chemickým vlivům. Kosti a zuby představují důležitý archiv životního prostředí, pouze kyseliny, včetně ovocných kyselin, se hydroxyapatit pomalu rozkládá.

Funkce, efekt a úkoly

V lidském organismu je hydroxyapatit nejdůležitější podpůrnou látkou. Dává kosterní soustavě potřebnou sílu. Spolu se speciálními pojivovými tkáňovými materiály, jako je kolagen, se například v kostech vytvoří nezbytná pevnost v tahu a stabilita.

Složení kostí a zubů je odlišné. Rozhodujícím faktorem je zde podíl hydroxyapatitu. Kosti tvoří asi 65 procent minerálu. Zbytek je tvořen kolagenem a osteoblasty. Množství hydroxyapatitu v zubech je mnohem vyšší. Zuby jsou proto mnohem tvrdší než kosti. Funkce je pro složení rozhodující. Kosti patří do muskuloskeletálního systému. Jejich rozdílné vystavení mechanickým silám vyžaduje určitou flexibilitu. Zuby se používají k drcení jídla.

To vyžaduje mnohem silnější sílu a sílu, která se musí také projevit v tvrdším materiálu. Zuby se skládají z vnější zubní skloviny, dentinu a zubní dřeně. Zubní sklovina musí být velmi pevná a tvrdá, a proto se skládá z více než 95 procent hydroxyapatitu. Díky tomu je extrémně odolný vůči vnějším vlivům. Dentin je látka podobná kostem. Skládá se ze 70 procent hydroxyapatitu. Většina zbytku je pojivová tkáň. Zubní vláknina nebo vláknina je síť krevních cév a nervů, které dodávají zub.

Vzdělávání, výskyt, vlastnosti a optimální hodnoty

Hydroxyapatit kostí a zubů je tvořen jako součást biomineralizace. Z geologického hlediska je biomineralizace již starý proces. Starověké bakterie také tvořily vápna před několika miliardami let. Tento proces je dodnes podobný. Některé buňky absorbují ionty minerálu v rozpuštěném stavu.

K mineralizaci dochází nasycením roztoku odpovídajícími ionty. V případě hydroxyapatitu se jedná o ionty vápníku a fosfátu. Za mineralizaci v kostech jsou zodpovědné tzv. Osteoblasty. Během mineralizace se vyvinou v osteocyty, které již nejsou schopny se v solidifikovaném minerálu dělit a tvořit síť. Biomineralizace probíhá v zubech podobným způsobem. Zde jsou za mineralizaci odpovědné odontoblasty.

Nemoci a poruchy

Hydroxyapatit je velmi stabilní. Ale uvnitř kostí jsou neustálé procesy budování a rozkladu. Tvar kosti se musí přizpůsobit velmi odlišným požadavkům. Takže nová kostní látka je neustále budována. Vždy však dochází k rozkladu kostní hmoty.

Pokud proces rozkladu převažuje, vyvíjí se to, co se nazývá osteoporóza. Procesy jsou řízeny hormony. Parathormón hormon je zodpovědný za vyváženou hladinu vápníku v krvi. Při nedostatku vápníku aktivuje mobilizaci hydroxyapatitu z kostí. Hormon kalcitriol je zodpovědný za vstřebávání vápníku z potravy ve střevě a mineralizaci v kostech. Oba hormony jsou antagonisté. Pokud je absorpce vápníku z potravy narušena, protože v důsledku nedostatku vitaminu D se tvoří jen malé množství kalcitriolu, resorpce kosti převažuje nad tvorbou kosti. Hustota kostí se snižuje a současně se zvyšuje křehkost kostí.

Tyto procesy jsou však velmi komplikované a v mnoha případech dosud zcela nepochopené. Hydroxylapatit lze také rozbít v zubech. Nejedná se však o hormonální procesy. Z fyziologického hlediska by měl zub vydržet co nejdéle, aby mohl potravu rozdrtit. Bakteriální rozklad potravinových zbytků však vytváří kyseliny, které mohou napadat zubní sklovinu. Kyselina rozpouští hydroxyapatit na ionty vápníku a fosfáty, přičemž hydroxylový ion reaguje s vodíkovým iontem kyseliny za vzniku vody. Vápníkové a fosfátové ionty se pak rozpustí ve vodě.

Protahovaná bakteriální aktivita a stálá tvorba kyseliny nakonec vytvoří v zubní sklovině díru. Bez léčby zubní kaz zničí zub. Avšak použitím zubní pasty obsahující fluorid lze hydroxyapatit přeměnit na mnohem stabilnější fluorapatit. To umožňuje zastavit proces ničení zubů na delší dobu.