エナメル質
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エナメル質（えなめるしつ、Enamel）は歯の歯冠の最表層にある、生体で最も硬い硬組織である。このエナメル質と、象牙質、セメント質、歯髄で歯は構成される。通常目に見える部分がこのエナメル質であり、象牙質に支えられている。象牙質の支持がなければエナメル質は硬くてもろいため、容易に折れてしまう。エナメル質の96%は無機質で残りが水と有機質である。エナメル質の色は明黄色からネズミ色がかった白色である。エナメル質の下に象牙質がない端の部分では、青みがかって見えることもある。エナメル質は半透明であるので、エナメル質の下にある象牙質や歯科修復材料の色が歯の外見に強く影響を与える。エナメル質の厚さは部位により異なり、多くの場合、切端部、咬合部で最も厚いく（2.5mm以上）歯頸部（エナメル-セメント境）で最も薄い。
無機質は大部分がリン酸カルシウムの結晶である。他に、炭酸のほか、多くの微少元素が含まれる。微少元素の構成割合はエナメル質の深さなどによって異なる。無機質が多いため、エナメル質は硬いが脆い。エナメル質と比較すると、象牙質は結晶化の程度が低く、脆さも低く、エナメル質を支えるのに必要であり、象牙質の支えの無いエナメル質は容易に破折する。
有機質については、象牙質や骨と異なり、エナメル質はコラーゲンを含まない。代わりにアメロゲニン、エナメリンなどのエナメルタンパクが含まれている。これらの蛋白質の役割は完全には判明していないが、いくつかの機能の一つとして、エナメル質形成期の構造の形成を助けるという機能があると考えられている。また、有機質は、他に糖や脂質なども含まれている。
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[編集] 構造
エナメル質の基本構造はエナメル小柱と呼ばれている。エナメル小柱は組織化されたパターンの中に多くのハイドロキシアパタイトの結晶が入っている。断面は、頭を外側に、下を内側においた鍵穴のように見える。
エナメル小柱の中のハイドロキシアパタイトの結晶の配置は高度に複雑である。エナメル質を作るエナメル芽細胞とトームス突起の両方が結晶のパターンに影響を与える。エナメル小柱頭部の結晶は小柱の長軸に完全に平行となっている。尾部では方向が長軸とややずれる。
エナメル小柱の配置は内部構造より明確に理解しやすい。エナメル小柱は歯に沿って列を作り、象牙質に垂直に配置されている。永久歯では、エナメル-セメント境付近のエナメル小柱はわずかに歯根の方に傾く。象牙質の支持を受けないエナメル質は破折しやすいので、歯の保存修復においてエナメル質の走行を理解することは重要である。
エナメル小柱のまわりはエナメル小柱間質として知られています。エナメル小柱間質はエナメル小柱と同じ構成を持っているが、結晶の方向が異なるので、組織学的に区別される。エナメル小柱間質とエナメル小柱の結晶が会う境界は、エナメル小柱鞘と呼ばれる。
レチウス条は顕微鏡でエナメル質の断面を見たときに見える縞である。トームス突起の直径の変化によっておこるこれらの縞は、木の年輪のようにエナメル質の成長を示す。レチウス条が終わるところで、周波条という浅い溝が見える。新産線は他の縞より暗く出生の前後を示す。
[編集] 物性
- エナメル質は圧縮強さや弾性率は高い。
- 表層は深部よりも硬い。これは石灰化の差や結晶の配向および金属イオンの分布などの構造上の差異による。
- 永久歯エナメル質のヌープ硬さは200KHN以上である（象牙質は70~120KHN）。モース硬度は6～7。
- 永久歯エナメル質は熱、電気の不良導体である。歯に対する熱刺激や電気刺激から歯髄を保護する役割を持つ。
- 象牙質より引張力さが小さい。
- 結晶の大きさは1,500×600×300Å（象牙質は200×30×70Å）
[編集] 発生
エナメルの形成は歯の発生の一過程である。発生途上の歯を顕微鏡で見たとき、エナメル器、歯堤、歯乳頭等として知られる細胞の集まりを確認することが出来る。一般的に歯の発生段階は、蕾状期、帽状期、鐘状期となる。エナメル質の形成は鐘状期の後期から行われる。
エナメル質の形成はエナメル芽細胞から象牙質の形成開始後に始まる。人間のエナメル質は妊娠三～から四月の時から、切端、咬頭の側から順に、一日あたり4マイクロメートルずつ成長していく。
全ての人間のプロセス同様、エナメル質の生成も複雑であるが、一般的に二つの段階に分けられる。分泌期と呼ばれる第一段階は、タンパク質や部分的に石灰化した有機質を含んでおり、有機質の分泌と成長の進行を行っている。成熟期と呼ばれる第二段階は厚さの成長が止まってから完全に成熟までの期間で、主にエナメル質の石灰化が進行する。
分泌期ではエナメル芽細胞は極性を持つ円柱状の細胞である。この細胞の粗面小胞体では、エナメルタンパクが周囲に産出し、エナメル質基質がアルカリフォスファターゼ酵素により部分的に石灰化するのに寄与している。
When this first layer is formed, the ameloblasts move away from the dentin, allowing for the development of Tomes’ processes at the apical pole of the cell. Enamel formation continues around the adjoining ameloblasts, resulting in a walled area, or pit, that houses a Tomes’ process, and also around the end of each Tomes’ process, resulting in a deposition of enamel matrix inside of each pit The matrix within the pit will eventually become an enamel rod, and the walls will eventually become interrod enamel. The only distinguishing factor between the two is the orientation of the calcium crystals.
In the maturation stage, the ameloblasts transport substances used in the formation of enamel. Histologically, the most notable aspect of this phase is that these cells become striated, or have a ruffled border. These signs demonstrate that the ameloblasts have changed their function from production, as in the secretory stage, to transportation. Proteins used for the final mineralization process compose most of the transported material. The noteworthy proteins involved are amelogenins, ameloblastins, enamelins, and tuftelins. During this process, amelogenins and ameloblastins are removed after use, leaving enamelins and tuftelin in the enamel. By the end of this stage, the enamel has completed its mineralization.
成熟期が終わり、歯が口腔内に萌出する前にエナメル芽細胞は無くなる。このため、エナメル質は体の多くの組織と異なり、再生する手段がない。う蝕や外傷などによるエナメル質の欠損の後、体も歯科医師もエナメル質を回復することが出来ない。また、エナメル質は非病理学的な過程に影響されることがある。喫煙やコーヒー、茶などに長期的にふれることにより変色する。エナメル質のみでなく象牙質もであるが、硬化していく。その結果、年をとるほど、歯の色が暗くなっていく。さらに、流動体の浸透性が低下し、酸に解けにくくなり、水分の含有量が減少する。
| 出生時エナメル質形成量 | エナメル質石灰化完了時期 | ||
|---|---|---|---|
| 上顎歯 | 乳中切歯 | 5/6 | 生後1.5ヶ月 |
| 乳側切歯 | 2/3 | 生後2.5ヶ月 | |
| 乳犬歯 | 1/3 | 生後9ヶ月 | |
| 第一乳臼歯 | 咬頭は結合;咬合面は完全に石灰化 歯冠の高さの1/2から3/4まで石灰化 |
生後6ヶ月 | |
| 第二乳臼歯 | 咬頭は結合; 咬合面の石灰化は不完全; 歯冠の高さの1/5から1/4まで石灰化 |
生後11ヶ月 | |
| 下顎歯 | 乳中切歯 | 3/5 | 生後2.5ヶ月 |
| 乳側切歯 | 3/5 | 生後3ヶ月 | |
| 乳犬歯 | 1/3 | 生後9ヶ月 | |
| 第一乳臼歯 | 咬頭は結合; 咬合面は完全に石灰化 | 生後5.5ヶ月 | |
| 第二大臼歯 | 咬頭は結合; 咬合面の石灰化は不完全 | 生後10ヶ月 | |
[編集] 乳歯と永久歯におけるエナメル質の違い
- 乳歯、永久歯ともにエナメル質の結晶はハイドロキシアパタイトCa10(PO4)6(OH)2を最小単位として形成される。
- 乳歯の方が硬度が低い（やわらかい）。
- 乳歯の方が含水量が多い（乳歯2.8%、永久歯2.3%）。
- 乳歯の方が結晶粒子が小さい。
- 乳歯の方が永久歯より脱灰剤の影響を受けやすく、溶け易い。またフッ化物（フッ素）による歯質強化を受けやすい→乳歯は永久歯より化学反応性が大である。
- 乳歯の方が基質の厚さが永久歯より1/2と薄い。
- 乳歯はエナメル小柱の走行が歯頸側に平行で根尖側に向うものは少ない。
[編集] 破壊
エナメル質は無機質が多く、人体で最も硬い組織であり、また、いくつかの理由により脱灰される。最も大きな理由は砂糖の摂取による物である。
キャンディやソフトドリンク、フルーツジュースなどに含まれる砂糖は、う蝕、つまりエナメル質などの歯の硬組織の破壊に重要な役割を果たす。口腔内には多くの種類の細菌（口腔常在菌）が多数含まれており、砂糖の主成分であるスクロースが口腔内に広がるとき、一部の口腔常在菌はスクロースに働き、乳酸を産生する。この乳酸が口腔内のpHを低下させる。これによりハイドロキシアパタイトの結晶は脱灰され、細菌は歯の中に入っていく。う蝕を引き起こす最も重要な菌はストレプトコッカス・ミュータンスであるが、細菌の量や種類によりう蝕の進行速度が変わる。
さらに、歯の形態上、う蝕が発生しやすい溝や穴、裂け目がある。ここは歯ブラシが到達し、細菌を除去することが不可能な場所なので、う蝕の発生が予想される。エナメル質の脱灰が生じたとき、歯科医師は探針のような鋭い器具を用い、う蝕の場所を探ることがある。エナメル質の再石灰化が妨害され、細菌の進入を防ぐことが出来なくなれば、エナメル質の下の象牙質も同様になる。エナメル質を支持する象牙質がう蝕によって破壊された場合、エナメル質はその脆性のため、容易に歯から破折してしまう。
う蝕の範囲は、いくつかの要因による。例えば、どの程度口の中に砂糖を入れていたかなどである。一般に信じられていることと異なり、それは「砂糖の量」ではない。う蝕の原因として最も重要な因子は、「砂糖を口の中に入れる頻度」である。
砂糖の摂取により口腔内のpHが低下すると、約30分間エナメル質は脱灰され続ける。多量の砂糖を摂取することは、脱灰される時間を増やさない。同様に摂取する量を減らしても脱灰される時間を減らさない。従って、一日に一度多量の砂糖を摂取することは、少ない量の砂糖を一日に何回にも分けて食べる事ほどマイナスではない。例えば口腔内の健康のためには、働いている間中小さなキャンディーを食べるよりは、夕食に非常に大きなデザートを食べる方が良い。
細菌の進入に加えて、エナメル質は、さらに他の破壊的な力に弱い。歯ぎしり、噛みしめ等により、エナメル質は非常に早く破壊される。咬耗によるエナメル質の減少は正常で有れば年間8マイクロメートルである。一般に誤解されていることとして、エナメル質がすりへる主要な原因は咀嚼によるものだということがある。しかし、現実には、歯は咀嚼中滅多にふれあわない。さらに、正常な咬合で有れば、歯周靱帯や咬合の配置により、生理学的に補われる。本当に破壊的な力は、歯ぎしりのような動作である。これはエナメル質に復元不可能な損害をもたらす。
エナメル質の破壊のプロセスとしては、他に摩耗（歯ブラシのような外的な力による物）、酸蝕症（例えば工場で空気中に含まれる酸によるもの）等がある。
なお、エナメル質を形成するエナメル芽細胞は、歯の萌出時にはすでに存在しないため、一度失われたエナメル質が再生することはない。
[編集] 口腔衛生とフッ化物
エナメル質の脱灰の影響や毎日の砂糖の摂取への脅威を考えれば、う蝕を予防することは歯の健康を維持する最良の方法である。ほとんどの国では歯ブラシが一般的に使われている。これにより、エナメル質上の細菌や食物残査を減らすことが出来る。いくつかの孤立した社会では、歯ブラシを利用しない。しかし、歯をきれいにするために他の物、例えば棒の様な物を用いるのが一般的である。歯と歯の間のエナメル質表面の歯垢や食物残査を除去するデンタルフロスもある。歯ブラシもデンタルフロスもエナメル質の溝や穴には届かないが、一般的に良い口腔衛生習慣は虫歯が始まらないように十分細菌の増殖を防ぐと言われている。
口腔衛生の方法は、フッ化物の使用に助けられた。フッ化物は当然であるが、海洋や他の水源のような多くの位置で見つけることが出来る。従って、多くの魚貝類がフッ化物を含んでいる。飲料水中のフッ化物の割合は1ppmが推奨されている。フッ化物はハイドロキシアパタイトを化学的に変化させ、脱灰に強くすることで、歯のう蝕抵抗性を高める。フッ化物歯面塗布はう蝕を防ぐのに用いられる。
水道水へのフッ素添加については、反対する団体もある。彼らの主張の一つは斑状歯である。これは生後六ヶ月から五歳の時期のフッ素の過剰摂取により発生する疾患で、エナメル質がまだらとなって現れ、審美的な問題が出る。もちろん、その歯のう蝕の発生率は非常に小さいが、（それが有益な物であっても）多くの物質で、過剰摂取にデメリットが有る事を考えるのは重要である。フッ化物が高濃度な水源で、水中のフッ化物を減少させるために、しばしばフィルタを用いる。このため、歯の専門家により、フッ化物の摂取上限が定められた。これはアメリカ歯科医師会並びにアメリカ小児歯科学会により支持されている。急性症状が出るのは体重1kgあたり5mgである。更に、局所的なフッ化物であるが故に、歯磨剤やうがい薬のフッ素は斑状歯を引き起こさないが、その効果は普及しておらず、水道水へのフッ素添加のように永続的でない。体系的なフッ素塗布、例えば水道水へのフッ素添加や塩へのフッ化物添加法（ヨーロッパでの一般的な代案）によって全てのエナメル質はフッ化物による利点を受け入れられる。局所的な方法ではエナメル質の外面の一部だけにフッ化物が到達する。したがって、フッ化物添加に反対の声にもかかわらず、ほとんどの歯科衛生の専門家及びその団体は、水道水へのフッ素添加がう蝕を減少させる最も有効な方法のうちの1つであるということで合意している。
[編集] エナメル質への歯科処置
[編集] 歯の修復
歯の修復の大部分はエナメル質の除去を含んでいる。通常、除去の目的は象牙質や歯髄への通路を確保ためである。アマルガム修復や歯内治療等で行う。
この他、腐食が発生する前にエナメル質を除去することもある。シーラントにおいては、歯の溝の健康なエナメル質を除去して、それを回復材料に取り替えることもある。シーラントは将来のう蝕から保護するための予防処置で、7年にわたり、う蝕のリスクを55%低下させたという点で独特である。
審美的な理由でエナメル質を除去することがある。歯の外見を良くするため、クラウンやラミネートベニヤを入れるためには歯を削る必要がある。これらの場合、象牙質に支持されていないエナメル質を残すことが可能であり、結果、エナメル質の破折を招くことがあるので、エナメル質の走行を覚えておくことは重要である。
[編集] エッチング
酸により歯を溶解させるエッチングが1955年に開発された。歯科修復物を歯に接着させる時、頻繁に使われる。これはコンポジットレジンやシーラントのようないくつかの修復物を長期的に持たせるために重要である。エナメル質中の無機質を溶解させ、エナメル質表面から約10マイクロメートルを除去し、5から50マイクロメートルの多孔質層を作る。これがエナメル質を微視的に荒くし、接着面を大きくする。
エナメルに対するエッチングの影響は変える事ができる。重要な変数は、使用する酸の量、タイプおよびエナメルの現状である。
エッチングによる形成には3パターンある。タイプ1はエナメル小柱が溶解されたパターン、タイプ2はエナメル小柱間質が溶解されたパターン、タイプ3はエナメル小柱が会った証拠がなにも残っていないパターンである。タイプ1が最も好ましい物であり、タイプ3は最低である。これらのパターンに別れる理由はまだはっきりとはわかっていないが、エナメル質中の結晶の走行の違いによる物ではないかという説が主流である。
[編集] 歯のホワイトニング
歯のホワイトニングは、機械的動作と化学的方法の二種類のどちらかを用い、歯を明るくすることである。
化学的な方法は、エナメルや象牙質を酸化させる事で歯の色を本質的に変える。酸化剤として用いられるのは、過酸化水素と過酸化カルバミドである。歯のホワイトニングのために、pHを下げることは、脱灰によりう蝕となる危険があり、薬品を選ぶ際には注意し、リスクを評価する必要がある。
歯磨剤の中の歯の漂白剤は機械的な働きで漂白を行う。それらはエナメル質に付着した汚れを緩やかに研磨する。これは有効な方法であるが、歯自体の色を落とすことが出来ない。
Microabrasionという物理的動作と化学的方法の両方を用いる手段がある。最初に酸でエナメル質22～27マイクロメートルを脱灰させ、次に研磨を行う。これでエナメル質の表面的な着色を除去できる。変色の部位が深いか、象牙質の中である場合、この方法は成功しない。
[編集] エナメル質の異常
様々なタイプのエナメル質形成不全がある。最も一般的な低石灰化型は完全に石灰化していないもので、常染色体優勢の遺伝疾患である。結果、エナメル質は容易に歯から剥がれ、出てくる象牙質のために黄色く見える。形成不全型はX染色体の疾患で、結果正常なエナメル質がほとんど形成されなず、低石灰化型と同じような症状となる。
胎児赤芽球症によって引き起こされる慢性のビリルビン脳症は幼児に多数の症状が現れる疾病である。その一つとして、エナメル質形成不全とエナメル質の緑色の着色を引き起こすことがある。
エナメル発育不全は正常なエナメル質からはずれた様々な程度の症状を広く定義している。
造血性ポルフィリン症は体内でポリフィルンの沈着を引き起こす遺伝病である。この沈着がエナメル質でも発生し、赤い蛍光色となる。
フッ素症は斑状菌を発生させ、露出からフッ化物が出る。
テトラサイクリンは形成中のエナメル質を茶色にする。このため、テトラサイクリンは妊娠中の女性には禁忌となっている。
グルテンアレルギーが引き金となって起こる自己免疫疾患であるセリアック病（小児脂肪便症）もまた、エナメル質の脱灰を引き起こす。
[編集] 動物のエナメル質
研究者達の調査により、人間と人間以外の動物のエナメル質との間に違いはほとんど無いと言うことが示された。エナメル質の構造にほとんど違いはなく、エナメル器やエナメル芽細胞も同様に存在する。エナメル質の変化はごくわずかではあるが、重要な物もある。形態、数、タイプなど、確かに違いが存在する。
イヌは、唾液中のpHが人間に比べ非常に高いため、歯の脱灰を防ぎ再石灰化を促進させるので、人間に比べて虫歯になりにくい。外傷などにより歯が破折した時やう蝕になった場合、人間と同じように歯に修復物を詰める事が出来る。人間の歯と似ているため、犬のエナメル質もテトラサイクリンによって着色される。したがって、若い犬にテトラサイクリンが処方される場合、その危険性を説明しなければならない。また、人間同様エナメル質形成不全が発生する可能性もある。
ネズミ目のエナメル質の構造は人間、猿、イヌ、ブタなどと異なる。ウマでは、エナメル質と象牙質がかみ合っているが、これは強さを高め、摩耗を減らす働きがある。
[編集] 関連項目
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