Mikroskopijne kamienie roślinne mogą powodować nieodwracalne uszkodzenia szkliwa zębów

Szkliwo zębów, najtwardsza substancja w ciele człowieka, może być narażone na stopniowe i nieodwracalne ścieranie się wskutek żucia warzyw.

Chociaż produkty roślinne stanowią ważny element zdrowej diety, ponieważ dostarczają błonnika, witamin i minerałów, międzynarodowy zespół badaczy odkrył, że mikroskopijne kamienie roślinne, zwane fitolity, mogą z czasem przyczyniać się do ścierania zębów, co może prowadzić do częstszych wizyt u dentysty.

Opracowali sztuczne liście, w których umieszczono te mikroskopijne cząsteczki, i umieścili je na urządzeniu symulującym nacisk i ruch ślizgowy podczas żucia próbek szkliwa zębów dostarczonych przez lokalnych naukowców.

Zgodnie z wynikami eksperymentu, opublikowanymi w czasopiśmie Journal of the Royal Society Interface, nawet miękkie tkanki roślinne w kontakcie ze szkliwem powodują trwałe uszkodzenia szkliwa i utratę minerałów.

Archeolodzy często znajdują skamieniałe szczątki zębów, ponieważ są one w doskonałym stanie zachowania ze względu na swoją niewiarygodną twardość i wytrzymałość, przewyższającą najlepsze współczesne materiały inżynieryjne.

Szkliwo zębów jest mocne, ale jednocześnie kruche, przez co jest podatne na uszkodzenia mechaniczne w wyniku pęknięć, które pojawiają się nagle, gdy siła ugryzienia powoduje rozprzestrzenianie się mikropęknięć i ścieranie się materiału, co powoduje powolną utratę materiału na przestrzeni wielu lat.

Naukowcy przeprowadzili szeroko zakrojone badania nad tym, jak ludzkie szkliwo zębów pęka i ściera się, co powoduje uszkodzenia i ile siły potrzeba, aby doszło do pęknięcia. Jednak jednym z obszarów, który wciąż pozostaje słabo poznany, jest wpływ mikrocząsteczek ze źródeł zewnętrznych, takich jak kurz czy żywność, na szkliwo.

Fitolity to mikroskopijne cząsteczki krzemionki, które tworzą się w tkankach wielu roślin, gdy korzenie pobierają rozpuszczalną krzemionkę z gleby, a układ naczyniowy przekazuje ją do innych części rośliny.

Wcześniejsze badania koncentrowały się na ścieraniu szkliwa przez fitolity roślinne, ale ich wyniki często były niespójne. Co więcej, badania te nie zdołały realistycznie zmodelować interakcji licznych fitolity osadzonych w miękkich tkankach roślinnych ze szkliwem zębów podczas żucia.

W ramach badania naukowcy stworzyli sztuczne liście z matrycy polidimetylosiloksanu (PDMS) zawierającej opalowe fitolity pochodzące z łodyg i liści pszenicy.

Powstały arkusz, o grubości i sztywności zbliżonej do oryginału, umieszczono w uchwycie i wielokrotnie poddawano kontaktowi z próbkami zdrowych ludzkich zębów mądrości pobranych od dentystów, aby symulować ślizganie i nacisk podczas żucia.

Zmiany fizyczne i chemiczne szkliwa liści i zębów analizowano przy użyciu mikroskopii o wysokiej rozdzielczości i technik spektroskopowych.

Naukowcy odkryli, że chociaż same fitolity rozkładają się po wielokrotnym narażeniu na ich działanie, nadal pogarszają stan szkliwa zębów i obniżają jego zawartość minerałów.

Nieoczekiwanym wynikiem było odkrycie, że leżący u podstaw mechanizm zużycia ma charakter quasi-plastyczny lub jest trwałą deformacją wynikającą ze słabości mikroskopowej struktury szkliwa, a nie klasycznego kruchego pęknięcia.

Naukowcy uważają, że nowe dane dotyczące degradacji szkliwa mogą pomóc naukowcom lepiej zrozumieć dietę, zachowania, ruchy i siedliska zwierząt, działając jako interdyscyplinarny pomost między naukami fizycznymi i biologicznymi.