唾液によるエナメル質の再石灰化：化学的観点から

The Remineralization of Enamel from Saliva: A Chemical Perspective.

抄録

エナメル質の自然な再石灰化は、口腔の健康にとって非常に重要である。原則的に、酸性飲料や食品によって誘発される初期の糜爛（脱灰）や初期う蝕病変は、リン酸カルシウム、すなわち歯のミネラルの沈着によって覆われ、再石灰化される。この再石灰化作用の特徴は、唾液中のカルシウムイオンとリン酸イオンがエナメル質表面にハイドロキシアパタイトを形成することである。一見単純な結晶化であるが、生体内条件下での再石灰化は、実際には非常に複雑なプロセスであることが判明している。リン酸カルシウムは多くの固相を形成するが、ハイドロキシアパタイトはその一つに過ぎない。析出には、アモルファスリン酸カルシウムのような準安定相の形成が関与しており、いくつかの段階を経て生体アパタイトに変化する。エナメル質表面に付着できるリン酸カルシウムのナノスコピッククラスターも唾液中に存在する。このように、厳密に制御された試験管内条件下（pH、イオン濃度、無添加など）での再石灰化は、すでに複雑なものとなっているが、口腔内の実際の条件下では、さらに複雑なものとなる。ここでは、唾液中に生体分子が存在し、形成されるリン酸カルシウムミネラルと相互作用する。例えば、唾液中のタンパク質には、再石灰化のオーバーシュートを避けるために結晶化を抑制する機能がある。最後に、プラーク中の細菌と細胞外マトリックスの存在、およびペリクル中のタンパク質の存在は、エナメル質表面の沈殿に強い影響を及ぼす。エナメル質の再石灰化に関する現在の知見を、基礎となる結晶化現象と、唾液、ペリクル、プラークに存在する生物学的化合物の影響に特に焦点を当てて、化学的観点から概説する。基本的に、エナメル質の再石灰化は、歯石の形成と同じ原理に従っている。注目すべきは、両過程とも、生体内の条件下では、外来イオンや生体分子が多数存在する中での複雑なミネラル形成過程を顕微鏡的に理解するには、あまりにも複雑であるということである。

The natural remineralization of enamel is of major importance for oral health. In principle, early erosions (demineralization) induced by acidic beverages and foods as well as initial caries lesions can be covered and remineralized by the deposition of calcium phosphate, i.e., tooth mineral. This remineralization effect is characterized by the presence of calcium and phosphate ions in saliva that form hydroxyapatite on the enamel surface. Although it is apparently a simple crystallization, it turns out that remineralization under in vivo conditions is actually a very complex process. Calcium phosphate can form a number of solid phases of which hydroxyapatite is only one. Precipitation involves the formation of metastable phases like amorphous calcium phosphate that convert into biological apatite in a number of steps. Nanoscopic clusters of calcium phosphate that can attach on the enamel surface are also present in saliva. Thus, remineralization under strictly controlled in vitro conditions (e.g., pH, ion concentrations, no additives) is already complex, but it becomes even more complicated under the actual conditions in the oral cavity. Here, biomolecules are present in saliva, which interact with the forming calcium phosphate mineral. For instance, there are salivary proteins which have the function of inhibiting crystallization to avoid overshooting remineralization. Finally, the presence of bacteria and an extracellular matrix in plaque and the presence of proteins in the pellicle have strong influences on the precipitation on the enamel surface. The current knowledge on the remineralization of the enamel is reviewed from a chemical perspective with a special focus on the underlying crystallization phenomena and the effects of biological compounds that are present in saliva, pellicle, and plaque. Basically, the remineralization of enamel follows the same principles as calculus formation. Notably, both processes are far too complex to be understood on a microscopic basis under in vivo conditions, given the complicated process of mineral formation in the presence of a plethora of foreign ions and biomolecules.