Микроскопические растительные камни могут вызывать необратимые повреждения зубной эмали

Зубная эмаль, самая твёрдая субстанция в человеческом организме, может подвергаться риску постепенного и необратимого износа от жевания овощей.

Хотя растительная пища является важной частью здорового рациона, поскольку она обеспечивает организм клетчаткой, витаминами и минералами, международная группа исследователей обнаружила, что микроскопические растительные камни, известные как фитолиты, могут со временем способствовать износу зубов, что потенциально может привести к более частым визитам к стоматологу.

Они разработали искусственные листья с внедрёнными в них этими микроскопическими частицами и установили их на устройство, которое имитирует давление и скользящее движение жевания по образцам зубной эмали, предоставленным местными учёными.

Согласно результатам эксперимента, опубликованным в Journal of the Royal Society Interface, даже мягкие растительные ткани вызывали постоянные повреждения эмали и потерю минералов при взаимодействии с эмалью.

Для археологов вполне обычно находить окаменелые остатки зубов, так как они остаются очень хорошо сохранёнными благодаря своей невероятной твёрдости и прочности, которые могут превосходить лучшие современные инженерные материалы.

Зубная эмаль прочна, но также хрупка, что делает её уязвимой к механической деградации из-за трещин, которые возникают внезапно, когда сила укуса вызывает распространение микротрещин, и износа — медленной потери материала на протяжении многих лет.

Учёные провели обширные исследования того, как человеческая зубная эмаль ломается и изнашивается, что вызывает повреждения и какая сила требуется для появления трещин. Однако область, которая всё ещё недостаточно изучена, — это влияние микрочастиц из внешних источников, таких как пыль или пища, на эмаль.

Фитолиты — это микроскопические частицы кремнезёма, которые образуются в тканях многих растений, когда корни поглощают растворимый кремнезём из почвы, а сосудистая система откладывает его в других частях растения.

Предыдущие исследования рассматривали износ эмали, вызванный фитолитами растений, но результаты часто были противоречивыми. Более того, эти исследования не смогли реалистично смоделировать, как многочисленные фитолиты, внедрённые в мягкую растительную ткань, взаимодействуют с зубной эмалью во время жевания.

В этом исследовании учёные создали искусственные листья из матрицы на основе полидиметилсилоксана (PDMS) с внедрёнными опалиновыми фитолитами, полученными из стеблей и листьев пшеницы.

Получившийся лист, по толщине и жёсткости аналогичный настоящему, был затем закреплён на держателе и многократно контактировал с образцами здоровых зубов мудрости человека, собранными у стоматологов, чтобы смоделировать скольжение и давление при жевании.

Физические и химические изменения в листе и зубной эмали анализировались с использованием высокоразрешающей микроскопии и спектроскопических методов.

Учёные обнаружили, что, хотя сами фитолиты разрушаются после многократного контакта, они всё же усугубляют существующий износ зубной эмали и снижают её содержание минералов.

Неожиданным результатом оказался основной механизм износа, который оказался квазипластической или постоянной деформацией, возникающей из-за слабости в микроскопической структуре эмали, а не классическим хрупким разрушением.

Исследователи считают, что новые данные о разрушении эмали могут помочь учёным лучше понять питание, поведение, перемещения и среду обитания животных, выступая в роли междисциплинарного моста между физическими и биологическими науками.