Zubní sklovina: složitá materiálová věda

Zuby těžko popraskají díky „defektům“ a jiné jemné struktuře

Jonathan Sarfati

Z creation.com přeložil Pavel Akrman – 06/2024. Translation granted by Creation.com – přeloženo s povolením od Creation.com. Zdroj úvodního obrázku: Freepik.com.

Podcast

Zvuková verze tohoto článku

Naše zuby jsou překvapivě tvrdé – obvykle zůstávají i po desítky let kousání a žvýkání nepopraskané. Přesto je povrchová vrstva zvaná sklovina, i když je nejtvrdší látkou v lidském těle, křehká jako sklo. Tou je pokryt hlavní materiál zubu, žlutavý dentin (i sloní kly jsou z pevného dentinu).¹ Jaké skrývá sklovina tajemství, že zůstane bez prasklin i přes její křehkost?

Jakmile ve skle dojde i k malé prasklině, šíří se materiálem. Ale výzkum, při němž byla aplikována tlaková zátěž na zuby člověka a mořské vydry ukázal, že sklovina má řadu vlastností, které zabraňují šíření prasklin.²

Hlavním důvodem jsou tzv. tufty, shluky prasklinám podobných „defektů“, vznikající během vývoje zubu v místech spojení skloviny s dentinem. Ty se pak stávají výchozím bodem pro praskliny, ale jsou hluboko v zubu, takže jsou chráněny před kazem. A prasklina se stabilizuje díky „ochraně proti napětí“ od sousedních tuftů. V jedné zprávě se uvádí:

Tufty, které společně působí jako les malých kazů, potlačují šíření těchto prasklin vzájemným rozdělením napětí mezi sebou.³

Dalším prvkem odolnosti proti prasklinám je uspořádání hranolů v zubní sklovině (enamel rods), což jsou její základní jednotky. Svazky hranolů se na délce spoje skloviny a dentinu vzájemně kříží s vnějším povrchem skloviny, což je vzor nazývaný dekusace. Toto rovněž brání šíření prasklin.

A konečně, sklovina je dynamická, není statickým materiálem jako je sklo. Při rozšíření praskliny se zub sám zahojí tak, že vyplní prostor organickým materiálem, který slepí stěny trhliny a zabrání tak jejímu dalšímu šíření.

Zpráva shrnuje:

„Je to poprvé, kdy se ukázalo, že záhadné vývojové rysy, jako jsou tufty ve sklovině, mají nějaký význam pro funkci zubů,“ řekl výzkumník GW Paul Constantino. „Šíření prasklin je také brzděno „košíkovou“ mikrostrukturou skloviny a „samo-opravným“ procesem, při kterém se organickým materiálem vyplňují trhliny rozšířené z tuftů, které se samy také uzavírají organickou hmotou. Tento typ výplně spojuje protilehlé stěny trhliny, což zvyšuje potřebnou odolnost k pozdějšímu rozšíření trhliny.“

Není to poprvé, co příroda – nebo lépe Designér přírody – překvapila vědce extrémně odolnými strukturami, sestavenými však z křehkých materiálů (viz články níže⁴).⁵

Odkazy a poznámky

1. Sklovina obsahuje 96 % minerálů, především hydroxyapatitu Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Dentin (a kost) obsahuje pouze asi 70 % hydroxyapatitu a také protein kolagen. Zubní sklovina neobsahuje žádný kolagen, ale má dvě jedinečné třídy proteinů nazývané amelogeniny a skloviny.
2. Herzl Chai, James J.-W. Lee, Paul J. Constantino, Peter W. Lucas, and Brian R. Lawn, Remarkable resilience of teeth, Proceedings of the National Academy of Sciences, 13 April 2009 | DOI: 10.1073/pnas.0902466106
3. Cracking The Root Of Tooth Strength, Science Daily, 20 April 2009. Return to text.
4. Viz také By Design, 2008, ch. 8: Magnificent Materials.
5. Poprvé jsem si všiml tohoto pozoruhodného designu zubů v článku Teeth Resist Cracking, Creation-Evolution Headlines, z 20. dubna 2002.