Apatīts: fosfātu minerāli un to nozīme zobu un kaulu struktūrā
Apatīts: fosfātu minerāli un to loma zobu emaljā un kaulos — hidroksiapatīts, fluorapatīts, fluora aizsardzība pret kariesu un kaulu stiprība.
Apatīts ir fosfātu minerālu grupa, kuras kristālrežģī ir augsta OH-, F-, Cl- vai citu jonu koncentrācija. Vispazīstamākās apatīta modifikācijas ir hidroksiapatīts, fluorapatīts un hlorapatīts — nosaukumi, kas norāda, kurš anjons (OH-, F- vai Cl-) aizņem noteiktu vietu minerāla struktūrā.
Ķīmija un kristālstruktūra
Apatīta ideālais ķīmiskās formulas variants bieži tiek raksturots kā Ca5(PO4)3X vai, lielākā vienībā, Ca10(PO4)6X2, kur X = OH, F vai Cl. Kristālistā strukturāli tas parasti ir heksagonāls vai rombādisks, un minerāls var saturēt vairākus aizvietošanas jonu — piemēram, karbonātu (CO3 2-), nātriju (Na+) vai skābos fosfātus — kas samazina kristāla stāvokļa ideālumu un maina fizikālās īpašības.
Bioloģiskā apatīta formas, kas sastopamas dzīvā audu (zobu un kaulu) minerālējuma, parasti ir nepilnīgas un daļēji karbonātiskas, tas nozīmē, ka daudz OH grupu trūkst un molekulā esošos fosfātus daļēji aizvieto karbonāti un citi joni. Šī neideālā, zemākas kristalitātes forma ir ķīmiskās aktivitātes — šķīstamības un spējas reaģēt ar apkārtējo vidi — pamatā.
Bioloģiskā nozīme — zobi un kauli
Apatīts ir raksturīgs bioloģiskām sistēmām. Tas ir viens no nedaudzajiem minerāliem, ko ražo un izmanto dzīvo organisma mikrovides procesi. Hidroksiapatīts ir galvenā zobu emaljas un kaulu minerālu sastāvdaļa. Emalja ir ļoti cieta un nodrošina mehānisku aizsardzību, bet kaulu minerālais komponents apvienā ar kolagēnu nodrošina stiprību un elastību.
Liela daļa kaulu materiāla ir samērā retā apatīta formā. Bioloģiskajā apatītā bieži ir ievērojams karbonātu un skābo fosfātu aizvietojums, kā arī zema kristalizācijas pakāpe — tas padara kaulu minerālu dinamiski maināmu, ļaujot remontam, remodelācijai un joniskai apmaiņai ar asins šķidrumiem.
Fluorīds un zobu aizsardzība
Fluorapatīts (bieži saukts vienkārši par fluorapatītu) ir ķīmiski stabilāks un izturīgāks pret skābes iedarbību nekā hidroksiapatīts. 20. gadsimta vidū tika novērots, ka kopienās, kuru ūdensapgāde satur dabiski pievienotu fluoru, zobu kariesa līmenis ir zemāks. Tas skaidrojams ar to, ka fluors daļēji aizvieto hidroksilgrupas apatīta struktūrā un veicina mazāk šķīstošu fluorapatīta veidošanos — zobu emalja kļūst mazāk uzņēmīga pret demeneralizāciju skābā vidē.
Fluorēšana var būt gan sistēmiska (fluorēts dzeramais ūdens), gan topiska (fluorīda saturošas zobu pastas, lakojumi). Fluorēts ūdens un topiska lietošana palīdz zobos veicināt remineralizāciju un samazināt kariesa progresēšanu. Zobu pastu sastāvā bieži izmanto fluorīda anjonu avotus, piemēram, nātrija fluorīdu (NaF) vai nātrija monofluorofosfātu (Na2PO3F), kas nodrošina lokālu aizsardzību pret skābes iedarbību.
Fizikālās īpašības un rūpnieciskā nozīme
Apatīta cietība pēc Mosa skalas ir apmēram 5, kas padara to mēreni cietu, bet salīdzinoši mīkstāku nekā daudz citu minerālu, piemēram, kvarcs. Minerāls ir svarīgs fosfātu rūda lauksaimniecībā — apatīta ieži tiek apstrādāti, lai ražotu fosforskābi un fosfātmēslus. Papildus rūpnieciskajai lietošanai, sintētiskais hidroksiapatīts tiek plaši izmantots medicīnā kā kaulu aizvietošanas materiāls, implantātu pārklājums un zobu remineralizācijas līdzeklis, pateicoties tā biokompatibilitātei un spējai atbalstīt kaulu augšanu.
Vides un veselības aspekti
Apatīta iegūšana un apstrāde var ietekmēt vidi (atkritumu un augsnes piesārņojums), tāpēc rūpnieciskos procesos tiek piemērota atbildīga resursu apsaimniekošana. Attiecībā uz fluorīdu — pareiza devu kontrole ir svarīga: nelielas fluora devas profilaktiski palīdz zobiem, bet pārmērīgs fluora daudzums var izraisīt fluorozi (zobu vai skeleta). Tādēļ fluorēto ūdens un citu fluora avotu pārvaldība tiek regulēta atbilstoši veselības vadlīnijām.
Kopsavilkums
- Apatīts ir svarīga fosfātu minerālu grupa ar dažādām anjonu modifikācijām (OH-, F-, Cl-).
- Hidroksiapatīts ir galvenais zoba emaljas un kaulu minerāls; bioloģiskā apatīta forma parasti ir karbonātiska un neideāla.
- Fluorapatīts ir mazāk šķīstošs un tāpēc palielina izturību pret kariesu — fluors tiek izmantots zobu aizsardzībā gan lokāli, gan kopienu līmenī.
- Apatīts ir nozīmīgs arī rūpniecībā (fosfātu ieguve) un medicīnā (sintētiskais hidroksiapatīts kā biomateriāls).
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir apatīts?
A: Apatīts ir fosfātu minerālu grupa ar augstu OH-, F-, Cl- vai jonu koncentrāciju kristālā.
J: Kāda ir apatīta īpašība saistībā ar bioloģiskām sistēmām?
A: Apatīts ir raksturīgs bioloģiskām sistēmām. Tas ir viens no nedaudzajiem minerāliem, ko ražo un izmanto bioloģiskās mikrovides sistēmas.
J: Kāda ir apatīta cietība pēc Mosa skalas?
A: Apatīta cietība pēc Mosa skalas ir 5.
J: Kas ir hidroksiapatīts?
A: Hidroksiapatīts ir galvenā zobu emaljas un kaulu minerālu sastāvdaļa.
J: Kāda ir retā apatīta forma, kas sastopama lielākajā daļā kaulu materiālu?
A: Liela daļa kaulu materiāla ir samērā retā apatīta formā. Šajā formā vairums OH grupu nav, un tajā ir daudz karbonātu un skābo fosfātu aizvietojumu.
J: Kas ir fluorapatīts?
A: Fluorapatīts (vai fluorapatīts) ir izturīgāks pret skābes iedarbību nekā hidroksiapatīts.
J: Kāda ir saistība starp fluorīdu un zobu kariesu?
A: 20. gadsimta vidū tika atklāts, ka kopienās, kuru ūdensapgāde dabiski satur fluoru, ir zemāks zobu kariesa līmenis. Fluorēts ūdens nodrošina fluorīda jonu apmaiņu zobos pret hidroksilgrupām apatītā. Arī zobu pastas sastāvā bieži ir fluorīda anjonu avots (piemēram, nātrija fluorīds, nātrija monofluorofosfāts).
Meklēt