Cristales de Hidroxiapatita y su Composición en la Dentina

La dentina es un tejido mineralizado especializado que constituye la mayor parte de la estructura dental. Se encuentra situada bajo el esmalte en la corona y bajo el cemento en la raíz, recubriendo de manera continua la cavidad pulpar. A diferencia del esmalte, la dentina mantiene la capacidad de respuesta biológica a lo largo de toda la vida del diente, gracias a la vitalidad de los odontoblastos pulpares.

La hidroxiapatita cálcica (HAp) es un compuesto químico inorgánico que se encuentra en la estructura mineral de los huesos y los dientes. Es la principal sustancia mineral presente en el esmalte dental, la dentina y el hueso. La hidroxiapatita cálcica (HAp) se forma naturalmente en el cuerpo humano durante el proceso de mineralización ósea. Sin embargo, también se puede sintetizar en el laboratorio utilizando diferentes métodos. Existen diferentes métodos de síntesis, como el método de coprecipitación, hidrotermal y electrodepositación. Se parte de una solución que contiene iones de calcio (Ca^2+) y fosfato (PO4^3-).

En los dientes, pueden distinguirse fundamentalmente cuatro zonas, que del exterior al interior serían: esmalte, dentina, pulpa y cemento. Cada una de estas partes está formada por componentes similares, pero no idénticos y que además varían en su proporción.

El esmalte es la parte más externa del diente y se halla únicamente en la parte exterior, ya que el interior del diente se recubre de cemento en contacto con la encía. En cuanto a la composición de esta capa, merece tu atención que está compuesta en un 96% por hidroxiapatita, mientras que el 4% restante consta de agua y componentes orgánicos.

La dentina, la siguiente capa bajo el esmalte, tiene una composición diferente. Así, el 70% de esta capa está compuesta por la hidroxiapatita y fosfato de calcio. El 20% son compuestos orgánicos (sobre todo proteicos) y el 10 % restante es agua.

En cuanto al cemento, es una capa constituida en un 45% por hidroxiapatita. En este caso, la parte orgánica, formada por proteínas, constituye un 33% y el agua forma el 22% restante. Las proteínas que caracterizan esta parte del diente son colágenas.

Por último, destacar que la pulpa no contiene hidroxiapatita ni otros elementos minerales. Está compuesta por los vasos sanguíneos y los nervios que irrigan los dientes. En esta zona es donde se forma la dentina a partir de células precursoras como son los odontoblastos.

Los componentes orgánicos de los dientes fundamentalmente son las proteínas. Una de las más frecuentes es el colágeno. Este colágeno se encuentra en diferentes zonas del organismo humano, pero su función es la de conectar los diferentes tejidos. Esta es la razón por la que también está presente en los dientes y, en mayor cantidad, en las capas internas. Otras de las moléculas orgánicas que también pueden hallarse en los dientes son el citrato y el lactato. En ambos casos, la mayor parte de estos componentes están presentes en la capa más externa: el esmalte.

Los componentes inorgánicos, entre los que cabría destacar el agua, son varios. El calcio y el fósforo son determinantes, pero se encuentran bajo la forma de hidroxiapatita. A su vez, también encontramos carbonato localizado entre la superficie de unión de la dentina y el esmalte, al igual que el cloruro. También concurren otros elementos como el magnesio, el flúor, el vanadio,el estroncio y el plomo.

En cuanto a la hidroxiapatita, se trata de un mineral cuyos cristales tienen forma de prismas hexagonales. Lo que sucede para que el calcio y el fósforo se integren en la estructura del mismo, es que el grupo hidroxilo sale de la misma.

Como ves, la composición química de los dientes es compleja y, aunque similar a los huesos debido a la presencia de hidroxiapatita, no es idéntica a ellos.

La dentina está formada aproximadamente por un 70 % de material inorgánico (principalmente cristales de hidroxiapatita), un 20 % de matriz orgánica (colágeno tipo I, proteínas no colagénicas como fosfoproteínas, proteoglicanos y lipoproteínas), y un 10 % de agua.

Organización y Tipos de Dentina

La dentina presenta una organización tubular única. Los túbulos dentinarios son canales microscópicos que recorren toda su extensión desde la pulpa hasta la unión amelodentinaria o cementodentinaria. Entre los túbulos se dispone la matriz intertubular, rica en fibras colágenas mineralizadas que constituyen la mayor parte del volumen dentinario.

Existen diferentes tipos de dentina:

• Dentina primaria: Se forma durante el desarrollo dentario hasta el cierre apical de la raíz.
• Dentina secundaria: Se deposita lentamente después de la erupción dentaria y durante toda la vida, como un proceso fisiológico.
• Dentina terciaria o reparativa: Se forma como respuesta a estímulos patológicos como caries, abrasión o traumatismos.

Funciones de la Dentina

La dentina proporciona soporte al esmalte, absorbiendo fuerzas masticatorias y evitando su fractura. Los túbulos dentinarios permiten la transmisión de estímulos externos a la pulpa. Ante estímulos nocivos, los odontoblastos responden formando dentina terciaria, lo que constituye un mecanismo de defensa que intenta preservar la vitalidad pulpar. La dentina es un tejido en constante remodelación parcial.

Importancia Clínica de la Dentina

La progresión de la caries dental afecta inicialmente al esmalte, pero adquiere mayor relevancia clínica cuando invade la dentina. Debido a su menor grado de mineralización y mayor contenido orgánico, la caries progresa con mayor rapidez, favorecida por la disposición tubular que permite la difusión de bacterias y toxinas hacia la pulpa.

En los tratamientos endodónticos, la instrumentación y desinfección de los conductos radiculares involucra directamente la dentina. Su permeabilidad tubular constituye un desafío, ya que puede albergar microorganismos resistentes al tratamiento. La dentina representa un sustrato complejo para la adhesión de materiales restauradores. Su estructura húmeda y colágena requiere técnicas adhesivas específicas.

La exposición de la dentina, ya sea por pérdida de esmalte, retracción gingival o desgaste, puede generar hipersensibilidad dentinaria. La introducción de materiales como el MTA (mineral trióxido agregado), el silicato tricálcico y las biocerámicas ha revolucionado la terapia pulpar y la regeneración dentinaria.

El uso de nanopartículas de hidroxiapatita y fosfopéptidos de caseína-fosfato de calcio amorfo (CPP-ACP) se ha explorado como estrategias para remineralizar dentina afectada por caries o erosión. La microscopía electrónica, la microtomografía computarizada y las técnicas de espectroscopía han permitido estudiar la dentina a nivel ultraestructural.

Propiedades Mecánicas de la Dentina

La dentina constituye la mayor parte de la estructura dental y sus propiedades son determinantes en casi todos los procedimientos de Odontología Restauradora (Marshall et al., 1997). Es importante conocer las propiedades mecánicas de la dentina para entender cómo se distribuyen y absorben las fuerzas originadas durante la masticación y para predecir alteraciones que puedan sufrir debido a los procedimientos restauradores, la edad y la patología (Marshall et al., 1997). Por otro lado, su conocimiento permite la confección de materiales restauradores que imiten sus propiedades (Xu et al., 1998). Igualmente, permitirá predecir el comportamiento de la interfase dentina/restauración (Marshall et al., 1997). Es en este último punto, en las implicaciones de las propiedades mecánicas en la adhesión a la dentina, en el que nos vamos a centrar.

Las propiedades de la dentina dependen básicamente de su estructura y composición. Químicamente la dentina está compuesta alrededor de un 50% de su volumen de contenido mineral (cristales de hidroxiapatita ricos en carbonatos y pobres en calcio), de un 30% de su volumen de matriz orgánica, en su mayor parte colágena tipo 1,y el 20% es fluido, similar al plasma sanguíneo, pero peor definido (LeGeros, 1990). Su microestructura está dominada por la presencia de túbulos dentinarios. Los túbulos están rodeados por una región peritubular hipermineralizada, y que a su vez se haya embebida en una matriz intertubular formada principalmente por colágeno tipo I que engloba, configurando un entramado, cristales de hidroxiapatita y fluido dentinario. Los túbulos se extienden desde la cámara pul par hasta la unión amelodentinaria.

Esta organización determina un comportamiento anisotrópico de la dentina, es decir, las propiedades del substrato difieren según la dirección considerada. Se han realizado numerosas estudios acerca de las propiedades mecánicas de la dentina. Desafortunadamente, los resultados obtenidos varían ampliamente. No está claro si los valores publicados reflejan diferencias en la estructura dental o son debidos a los métodos de ensayo empleados. En este artículo nos vamos a centrar en el estudio de la resistencia cohesiva, microdureza y módulo de elasticidad de la dentina.

Resistencia de la Dentina

La adhesión se puede definir como el estado en el que dos superficies se mantienen unidas mediante fuerzas o energías interfaciales basadas en mecanismos químicos, mecánicos o ambos, con la mediación de un adhesivo (lSO/TR 11405: 1994(E)). En Odontología son tres substratos los que participan en la adhesión: el material de restauración, el diente y el sistema adhesivo. Si sometemos a estrés la interfase dentina/restauración hasta el punto de fallo, la fractura puede localizarse en uno de los substratos anteriormente nombrados. Es decir, en la capa de adhesivo (fallo adhesivo), en la resina compuesta próxima a la interfase (fallo cohesivo), o bien en la dentina (fallo cohesivo). Normalmente el tipo de fallo es mixto. La localización en uno u otro substrato depende de las propiedades mecánicas de cada uno de los constituyentes, así como del espesor del agente adhesivo (Wakasa et al., 1995).

Algunos sistemas adhesivos actuales desarrollan grandes fuerzas de adhesión, superando la resistencia de la dentina y provocando que el fallo ocurra dentro del substrato. Por otro lado, durante los procedimientos de adhesión, la dentina es sometida a cambios en su composición. La mayoría de las técnicas actuales de adhesión utilizan un ácido para remover el barrillo dentinario, ensanchar la luz tubular y disolver los cristales de apatita que cubren la colágena de la dentina intertubular. Este tratamiento crea canales alrededor de las fibras que proporcionarán retención mecánica a los monómeros adhesivos hidrofílicos. El compuesto natural de apatita y colágeno se transforma en otro denominado Capa Híbrida, constituido por resina y colágeno. Las propiedades son diferentes de las originales y dependen de las propiedades de la colágena y de la resina (Sano et al., 1995).

La resistencia de la dentina tiene gran importancia para entender las características de los fallos adhesivos a la dentina (Watanabe et al., 1996). Son numerosos los estudios realizados en este sentido. La resistencia de la dentina depende de la orientación tubular y es mayor cuando la carga se aplica perpendicular al eje axial de los túbulos (Carvalho et al., 2002). La explicación es desconocida pero probablemente se relaciona con la estructura de la dentina y la distribución de las fuerzas durante el ensayo.

Dureza de la Dentina

La dureza puede definirse como la resistencia de un material a la deformación permanente (VanMeerbeek et al., 1993) y se relaciona con otras propiedades como la generación de estrés y el módulo de Young. Existe una relación lineal entre la resistencia, módulo de elasticidad y la dureza (Perinka, Sano y Hosoda, 1992; Currey and Brear, 1990; Mahoney et al., 2000). La mayoría de las mediciones de dureza en la dentina se realizan mediante las técnicas de microindentación Knoop y Vickers. Son técnicas rápidas de realizar y no destructivas.

Pashley et al. (1985) observó una relación inversa entre la dureza de la dentina y la densidad tubular. Puesto que los ensayos de microindentación no permiten medir la dureza de estructuras individuales como la dentina peritubular e intertubular, el desarrollo de nuevas técnicas han permitido determinar si esta disminución de la dureza se debe a la morfología de la dentina o bien a diferencias en las propiedades de los constituyentes de la dentina.

De esta forma se ha medido la dureza de la dentina peritubular (de 2.45 ± 0.14 GPa), que es varias veces más dura que la dentina intertubular. Su contenido en mineral es del 95% de su volumen, a diferencia del contenido de la dentina intertubular que es del 30% de su volumen. La dentina intertubular profunda es 4 veces más blanda que la dentina intertubular superficial (0.51 ± 0.02 GPa cerca de la unión amelodentinaria y 0.13 ± 0.01 GPa cerca de pulpa) (Kinney et al., 1996). Por lo tanto se puede concluir que la disminución de la dureza de la dentina observada con las técnicas de microindentación, es debida a la disminución de dureza de la dentina intertubular y no a la mayor densidad de los túbulos de la dentina (Kinney et al., 1999).

Módulo de Elasticidad

El módulo de elasticidad o de Young puede definirse como el cociente entre la tensión aplicada a un material y la deformación elástica producida (es decir, que pueda recuperarse tras el cese de la carga). La dentina mineralizada es relativamente rígida (1020 GPa) (Sano et al., 1995). La elasticidad propia de la dentina tiene gran importancia funcional, ya que permite compensar la rigidez del esmalte, amortiguando los impactos masticatorios.

La elasticidad dentinaria varía de acuerdo al porcentaje de sustancia orgánica y al agua que contiene. La microscopía de fuerzas atómicas ha demostrado que la dentina peritubular es mucho más rígida que la dentina intertubular y su módulo es más uniforme, mientras que el módulo de la dentina intertubular varía en función de la distribución de la apatita en la matriz de colágeno (Kinney et al., 1996).

La dentina es un tejido esencial que cumple funciones estructurales, sensoriales y defensivas, constituyendo un componente clave del complejo dentino-pulpar. Los avances en biomateriales, adhesión y terapias regenerativas apuntan hacia una odontología cada vez más conservadora, en la que el conocimiento profundo de la dentina permite preservar la vitalidad pulpar y prolongar la longevidad de los dientes.

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