Hydroxyapatiet

Hydroxyapatiet vertegenwoordigt een mineraal uit calciumhydroxylfosfaat Over het algemeen is het mineraal niet wijdverspreid, hoewel er individuele rijke afzettingen zijn. Ook de botten en tanden van gewervelde dieren bestaan ​​voor een hoog percentage uit hydroxyapatiet.

Wat is hydroxyapatiet?

Hydroxyapatiet bestaat uit gehydroxyleerd calciumfosfaat. In het kristal zijn vijf calciumionen gekoppeld aan drie fosfaationen en één hydroxylion. Het is een ionische verbinding die uitkristalliseert in een hexagonaal kristalsysteem.

De hydroxylgroep stabiliseert het hele kristal. Met fluorapatiet en chloorapatiet vormt hydroxyapatiet een naadloos gemengde reeks. Hydroxyapatiet komt voor als begeleidend mineraal in verschillende mineralen zoals serpentiniet, talkschalie of pegmatiet. Het mineraal is tot nu toe op ongeveer 250 locaties aangetroffen. Het uiterlijk van de afzonderlijke mineralen is afhankelijk van de samenstelling en de mengverhouding met andere begeleidende mineralen.Hydroxyapatiet komt ook voor in levende wezens. Met name de botten en tanden van gewervelde dieren bestaan ​​voor een hoog percentage uit dit mineraal.

Ze bevatten naast hydroxyapatiet ook organisch materiaal in de vorm van bindweefsel en cellen. Door het bijna pure mineraalgehalte is het tandglazuur het hardste materiaal in het organisme. Het gehalte aan hydroxyapatiet is meer dan 95 procent. De vorming van hydroxyapatiet vindt plaats in het kader van biomineralisatie. Het materiaal is zeer stabiel en zeer goed bestand tegen fysische en chemische invloeden. Botten en tanden vormen een belangrijk archief van de leefomgeving: alleen zuren, waaronder fruitzuren, breken hydroxyapatiet langzaam af.

Functie, effect en taken

In het menselijk organisme is hydroxyapatiet de belangrijkste ondersteunende stof. Het geeft het skelet de nodige kracht. Samen met speciaal bindweefselmateriaal zoals collageen wordt de nodige treksterkte en stabiliteit gecreëerd in bijvoorbeeld de botten.

De samenstelling van botten en tanden is anders. Doorslaggevend hierbij is het aandeel hydroxyapatiet. Botten bestaan ​​voor ongeveer 65 procent uit het mineraal. De rest bestaat uit collageen en osteoblasten. De hoeveelheid hydroxyapatiet in de tanden is veel hoger. Daarom zijn de tanden veel harder dan botten. De functie is bepalend voor de compositie. De botten behoren tot het bewegingsapparaat. Hun verschillende blootstelling aan mechanische krachten vereist een zekere flexibiliteit. De tanden worden gebruikt om voedsel te malen.

Dit vereist een veel sterkere kracht en sterkte, die ook in een harder materiaal tot uiting moet komen. De tanden bestaan ​​uit het buitenste tandglazuur, dentine en tandpulp. Tandglazuur moet zeer stevig en hard zijn en bestaat daarom voor meer dan 95 procent uit hydroxyapatiet. Hierdoor is het extreem goed bestand tegen invloeden van buitenaf. Dentine is een botachtige substantie. Het bestaat voor 70 procent uit hydroxyapatiet. Het grootste deel van de rest is bindweefsel. De tandpulp of pulpa is een netwerk van bloedvaten en zenuwen die de tand voeden.

Opleiding, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden

Het hydroxyapatiet van botten en tanden wordt gevormd als onderdeel van biomineralisatie. Geologisch gezien is biomineralisatie al een oud proces. Oude bacteriën vormden ook enkele miljarden jaren geleden limoenen. Het proces is vandaag nog steeds vergelijkbaar. Bepaalde cellen nemen de ionen van het mineraal in opgeloste toestand op.

De mineralisatie vindt plaats door de oplossing te verzadigen met de overeenkomstige ionen. In het geval van hydroxyapatiet zijn dit calcium- en fosfaationen. Zogenaamde osteoblasten zijn verantwoordelijk voor mineralisatie in botten. Tijdens de mineralisatie ontwikkelen ze zich tot osteocyten die zich niet meer kunnen delen en een netwerk vormen binnen het gestolde mineraal. Biomineralisatie vindt op vergelijkbare wijze plaats in de tanden. Hier zijn de odontoblasten verantwoordelijk voor mineralisatie.

Ziekten en aandoeningen

Hydroxyapatiet is erg stabiel. Maar in de botten zijn er constante bouw- en afbraakprocessen. De vorm van het bot moet zich aanpassen aan zeer verschillende eisen. Er wordt dus constant nieuwe botsubstantie opgebouwd. Er is echter altijd een afbraak van botstof.

Als het afbraakproces de overhand heeft, ontwikkelt zich wat bekend staat als osteoporose. De processen worden gestuurd door hormonen. Het bijschildklierhormoon is verantwoordelijk voor het evenwichtige calciumgehalte in het bloed. Als er een calciumtekort is, activeert het de mobilisatie van hydroxyapatiet uit de botten. Het hormoon calcitriol is verantwoordelijk voor de opname van calcium uit voedsel in de darm en mineralisatie in de botten. Beide hormonen zijn antagonisten. Als de calciumabsorptie uit voedsel wordt verstoord omdat er slechts een kleine hoeveelheid calcitriol wordt gevormd door een tekort aan vitamine D, weegt de botresorptie zwaarder dan de botvorming. De botdichtheid neemt af en tegelijkertijd neemt de kwetsbaarheid van de botten toe.

Deze processen zijn echter erg ingewikkeld en in veel gevallen nog niet volledig begrepen. Hydroxylapatiet kan ook in de tanden worden afgebroken. Dit zijn echter geen hormonale processen. Fysiologisch moet de tand zo lang mogelijk meegaan om het voedsel te kunnen pletten. Bacteriële afbraak van voedselresten vormt echter zuren die het tandglazuur kunnen aantasten. Het zuur lost hydroxyapatiet op in calciumionen en fosfaationen, waarbij het hydroxylion reageert met een waterstofion van het zuur om water te vormen. Calciumionen en fosfaationen lossen vervolgens op in water.

Een langdurige bacteriële activiteit en constante zuurvorming creëren uiteindelijk een gat in het tandglazuur. Zonder behandeling zal tandbederf de tand vernietigen. Door tandpasta te gebruiken die fluoride bevat, kan hydroxyapatiet echter worden omgezet in het veel stabielere fluorapatiet. Dit maakt het mogelijk om het proces van tandvernietiging voor langere tijd te stoppen.