01 - Estucturaycomposicitejidosmineralizados09

ISMAEL YEVENES LOPEZ 1

IsotrópicosAnisotrópicos

SólidosCristalinos Amorfos

TEJIDOS MINERALIZADOSTEJIDOS MINERALIZADOS



SólidosCristalinos

CristalesIónicos

CristalesMetálicos

CristalesMoleculares

CristalesCovalentes

Sólidos IónicosCristales Iónicos

LiFNaClAgClZnO

Energía de Enlace (Kcal/mol)

246.7186.2216.0964.0


Cristales Covalentes

C (diamante)Si

SiO2


170105433

Cristales Moleculares

ArXeCl2

CO2

CH4


1.563.024.886.031.96

CristalesMetálicos

LiCaAlFeW


38427799200



Propiedades SólidosPropiedades Sólidos

RigidezIncompresibilidad

CaracterísticasGeométricas

SólidosCristalinos

RedCristalográfica

Tamaño Cristal

Recristalización

Velocidad deFormación

Centros deNucleación


En toda formación de cristales hay que considerar dos etapas:

• Nucleación: formación de los primeros cristales a partir de los iones o moléculas que se encuentran en el seno de la disolución. Puede ser que estos primeros cristales que se forman, se destruyan debido a un proceso inverso a la nucleación.

• Crecimiento: formación de la estructura cristalina.









Sistemas CristalinosSistemas CristalinosRedes de BravaisRedes de Bravais

a

a

a

Simple De carascentradas

Sistema Cúbico

De cuerpocentrado


Sistema Ortorrómbico

De extremocentrado

De caracentrada

Simple

c

a bDe cuerpocentrado

Simple De cuerpo centrado

Sistema Tetragonal

aa

cc

a

bSimple De extremo centrado

Sistema Monoclínico


Sistema Tríclinico

c

a

a

Sistema Hexagonal

Sistema Romboidal


Polimorfismo o Alotropía

Metal Tº Ambiente Otras Tº

Co Hexagonal FCC ( T>427ºC ) Fe BCC FCC ( 912-1394ºC ) BCC ( T>1394ºC ) Ti Hexagonal BCC ( T>883ºC )

Cristales de cloruro de sodio


111

111_

111__

111_

110

101 011

011_

110

_

101

_

110

101 011

011 _

110 _

101 _

100

001

010

111

111 __

111 _

111 _


Vacancia Autointersticial

ImpurezaIntersticialImpureza

Sustitucional

Defectos Cristalinos

e

Defecto deSchottkyDefecto de

Frenkel

Centro F


Impurezas

SustitucionesIsomórficas

SustitucionesAnisomórficas

Modificacionesprops. fco.-qcas.

del cristal


Esmalte

Dentina

Cemento

Esquema de un Diente

Diente Dentina

Esmalte

Cemento

CaracterísticasUnicas

CaracterísticasSimilares Hueso


Matriz extracelular

• Mineralización Biológica mediada por matrizMineralización Biológica mediada por matriz

Mineralización biológica mediada por matriz extracelular. Este proceso se caracteriza por la nucleación fuera de la célula. A.) Los cationes por transporte activo atraviesan la membrana celular y por difusión pasiva a través del líquido extracelular llegan al sitio de la mineralización. B.) Los cationes se concentran intracelular como iones acuosos en una vesícula que se secreta posteriormente. El rompimiento de esta en el sitio de la mineralización libera los cationes para la formación del biomineral.


Especie Densidad Inorgánico Orgánico Agua % Peso %Vol. %Peso %Vol. %Peso %Vol.

Esmalte 2.9 - 3.0 95 87 1 2 3.0 11.0

Dentina 2.05 - 2.35 70 47 20 33 10 21

Cemento 2.02 - 2.05

Hueso 2.1 - 2.2 65 36 24 26 15 28

Tabla IComposición Diente


Principales Componentes y Características de los Tejidos Duros

Esmalte Hueso Dentina

En Desarrollo Maduro % p/p % p/p % p/p % p/v % p/p % p/v

Inorgánico 37 16 96 88 70 72

Orgánico 19 20 0.1 0.3 22 20

Agua 44 64 3.9 11.7 8 8

Componente Amelogenina Enamelina Colágeno ColágenoOrgánicoComponente Hidroxiapatita HidroxiapatitaInorgánicoDensidad 1.45 2.9 - 3.0 2.01-2.05 2.00-2.30

Tamaño Hexágonos de 30nm x 0.1υ x 5υ Hexágonos, aguja,Cristales lámina o mezcla.

50 x 20 x 20 nm.

40 nm

160 nm

25 nm

Cristal deesmalte

3 nm

60 nm

Cristal dehueso y/o dentina


Propiedades y Composición del Esmalte y Hueso Maduros

Esmalte Hueso

Densidad (g/ml) 2.9 - 3.0 2.1 - 2.2

Contenido Mineral (%p/p) 96 72

Tamaño Cristal AºLongitud 1000-10000 300-500Ancho 300-600 100-300Altura 100-400 25-50


Patron de difracción de rayos x de apatitas

Angulo de difracción

25 30 25

Hidroxiapatitasintética

hueso

Dentina

Esmalte

Hidroxiapatita mineral


Material Orgánico del Esmalte( 1% p/p ; 2% p/v )

Proteínas % Lípidos% Otros Elementos%

58 40 2

Cambios Químicos durante la Mineralización

Matriz del Esmalte Esmalte Maduro 5 % Calcio 90 %


Agua

Orgánico

Mineral

Mineral

100

96

95

10

SuperficieExterna

InterfaseEsmalte-Dentina

Distribución de Componentes en el Esmalte

Fosfatode Calcio

Min

eral

Tot

alP

rote

ína

Tot

al

Enamelina

AmelogeninaP

rote

ínas

Formación Transicional Maduración

Etapas de Maduración del Esmalte


Componentes de Dentina y Hueso

Constituyente Dentina Hueso( % p/p ) ( % p/p)

Orgánico

Colágeno 17.5-18.5 21.2Proteína 0.2 0.24Citrato 0.86-0.89 0.8-0.9Lactato 0.15Lípidos 0.044-0.36 0.10Sulfato de Condroitina 0.2-0.6 0.19Sialoproteína 0.19-0.28Glucoproteína 0.074-0.105

Inorgánico

Agua 5.0 3.0-4.0Sustancias Inorgánicas 74.5-75.4 74.0


Macrocomponentes del Esmalte

Ion Esmalte Hidroxiapatita Fluorapatita

Ca 33.6 - 39.4 39.9 39.7P 16.1 - 18.0 18.5 18.4CO3 1.95 - 3.66 Mg 0.25 - 0.56Na 0.25 - 0.90K 0.05 - 0.30Cl 0.19F 0.006 - 0.3

Ca / P 1.48 - 1.67 1.67 1.67


Constituyentes Menores del Esmalte

Constituyente Portes por Millón

F 50 - 5000 Fe 8 - 218 Zn 152 -227 Sr 50 -400 Cu 10 - 100 Mn 0 - 18 Ag 0 - 10

Relación Ca / P 1.92 - 2.17 ( en peso )


Elementos Traza del Esmalte

Componente Esmalte (ppm) Dentina (ppm)

Al 5-700 10-100 Sb 0.02-0.34 0.7 S 130 - 530 Ba 0.08 - 500 10 - 130 B 0.5 - 39 1 - 10 Br 0.03 - 35 114 Cd 0.03 - 10 Co <0.1 - 100 1 - 100 Cu 0.1 - 130 0.2 - 100 Cr <0.1 - 100 1 - 100 Sn 0.03 - 0.9 Sr 26 - 1000 90 - 1000 Fe 0.08 - 200 90 - 1000

Componente Esmalte (ppm) Dentina (ppm)

Y 0.01 - 0.2 Li 0.23 - 3.40 Mn 0.08 - 20.0 0.6 - 1000 Mo 0.7 - 39.0 1 - 10 Ni 10 - 100 10 - 100 Au 0.02 - 0.10 0.07 Ag 0.005 - 1.3 2.2 Rb 0.2 - 10 1 - 10 Se 0.1 - 10 10 - 100 Ti <0.1 - 100 10 - 100 V 0.01 - 0.03 1 - 10 Zn 60 - 1800 10 - 1000 Zr <0.02 - 0.6


60°120°

9.42 A

a9.42 Ab

6.88 A

c

Ion Hidroxilo

Representación tridimensional de la celda unitaria del cristal de hidroxiapatita


Ion Calcio

Triángulo de Calcio


Fósforo

Oxígeno

Calcio

Hidroxilo

Distribución de iones hidroxilo, calcio y fosfatoen un corte de la celda unitaria de hidroxiapatita



CELDA UNITARIACELDA UNITARIA CELDAS APILADASCELDAS APILADAS CRISTAL HEXAGONALCRISTAL HEXAGONAL

CRISTALITOSCRISTALITOSCRISTALCRISTAL

Estructura cristalina de las apatitasEstructura cristalina de las apatitas

39IYL 39

Utilizando la microscopia electrónica se copia la estructura del cristal. A través de un modelo de NMR se muestra la interacción de la amelogenina con el cristal de OHA que permite la construcción del esmalte modelado por una proteína. Un aminoácido

marcado de la proteína permite seguir el crecimiento y el modelo de cristal en formación.

Mineralización esmalte


Orientación de los cristales de hidroxiapatita en forma de ojo de cerradura


Niveles Estructurales del Esmalte DentalNiveles Estructurales del Esmalte Dental

Primer NivelPrismas

Conjunto denso, empaquetado de prismas,desde la unión amelo-dentinaria hacia lasuperficie exterior. 10 000 Aº.

Segundo NivelCristales

Conjunto de millares de cristalitos alargados:Prisma. 1 000 Aº.

Tercer NivelCelda Unitaria

Cristalito: millares de subunidades llamadasceldas unitarias. Disposición: ladrillos deconstrucción. 10 Aº.

Esmalte

Prismas 10 000 Aº

Cristalitos 1 000 Aº

Celda Unitaria 10 Aº


Estequiometría de las Apatitas

Apatita Fórmula Relación Ca/P Relación Ca/PO4

Hidroxiapatita Ca10 (PO4)6 (OH)2 2.15 1.667

Carboxiapatita Ca10 (PO4)6 (OH)2-x (CO3)x 2.15 1.667

Fluorapatita Ca10 (PO4)6 F2 2.15 1.667

Hidroxiapatita (pH<4) Ca10-x H2x (PO4)6 (OH)2 < 2.15 < 1.66

Esmalte (Ca,M)10 (PO4,X)6 (OH,Y)2 2.1 1.7 -2.0

Dentina (Ca,M)10 (PO4,X)6 (OH,Y)2 1.8 < 1.56

Hueso (Ca,M)10 (PO4,X)6 (OH,Y)2 1.95


Apatita Kps

Hidroxiapatita 2 x 10-115

Carboxiapatita 9 x 10-105

Fluorapatita 1 x 10-119

Esmalte 5 x 10-105 - 4 x 10-115

Solubilidad Apatitas


Factores que afectan la solubilidad de las apatitas

DisoluciónCristales

CristalesApatita

Ca2+

PO43-

Impureza

DefectosCristalinos

Velocidad deDifusión de

Iones

Tamaño delCristal


Representación Esquemática de un Cristal de Hidroxiapatita

Cristal Interior

Superficie del Cristal

Iones Adsorbidos

Cáscara de Hidratación


Iones Presentes en los Tejidos Duros

Fase Amorfa Unidos a la Superficie

Ca2+ Ca2+

PO43- PO4

3-

HCO3- HCO3

-

CO3-2 CO3

-2

Mg2+ Mg2+

H2O H2OHPO4

2-

K+

Citrato

Sustituciones en la Red Cristalina de la

Hidroxiapatita

Sitios Ca2+: Na+ ; Sr2+

Sitios PO43-: HPO4

2- ; HCO3- ; CO3

2-

Sitios OH-: Cl- ; F- ; CO32- ; H2O


FZnPbFeSn

H2OCO3

2-

MgNa

SuperficieEsmalte

InterfaseEsmalte-Dentina

Variación de la Concentración de los Componentes del Esmalte


4000

3000

2000

1000

[ F - ](ppm)

5.0 ppm

1.0ppm0.2ppm

Capa externa Capa interna

Flúor en Esmalte / [ Flúor ] en Agua Potable

Variación de la concentración de fluoruro en elesmalte en función del contenido de fluoruro en

el agua potable


Sustituciones en OHA por Fluoruro

Fluorapatita38 000 ppm de

Fluoruro

Sustitución OH- / F-

100%

Esmalte Superficial (10 mcm)2000 - 4000 ppm de

Fluoruro

Sustitución OH- / F-

max. 10%

Triángulo de Calcio Triángulo de Calcio

OH-

F-


Efecto del Ión Fluoruro sobre los Iones Hidroxilos

Calcio FluoruroHidroxilo


Efecto del ión fluoruro sobre el cristal de hidroxiapatita

Fluoruro

Celda Unitariamás Compacta

Aumenta laCristalinidad

Aumenta laDureza

Esmalte Superficialtipo Fluorapatita

Disminuye laSolubilidad


Efecto del ión carbonato sobre el cristal de hidroxiapatita

Ca10 (PO4)6 (OH)2 Ca10 (PO4)6-x (OH)2-y (CO3)x+y

CO32-

Celda Unitaria ExpandidaPresencia de Impurezas Sustitucionales y Vacancias y/o Impurezas Intersticiales.

Disminución de la CristalinidadDisminución de la Dureza

Apatita menos Estable (Carbonato Lábil)Apatita más Soluble

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