Vairums cilvēku iedomājas par saviem zobiem tikai tad, kad tie sāk sāpēt. Taču zobi ir fantastisks veidojums – īsts dabas brīnumdarbs. Tie par mums pasaka vairāk, nekā mēs spējam iedomāties, tiem ir sarežģīta konstrukcija un daudz pārsteidzošu īpašību.
50 gadu un simts tūkstošu ēdienreižu laikā mūsu zobi sasmalcina vairāk nekā 20 tonnas barības. Bez tiem mēs nevaram ne īsti smaidīt, ne skaidri parunāt. Tie lieliski funkcionē pat kā taustes orgāns! Jo mēs spējam sajust negludumus uz zobu virsmas nieka piecu mikrometru lielumā – kas ir apmēram viena desmitā daļa no normāla mata diametra.
Simtiem zinātnieku visā pasaulē pēta zobu uzbūvi un cenšas to kopēt:
Tokijā pētniekiem izdevies izaudzēt mākslīgo zobu emalju. Losandželosā molekulārbiologi no cilmes šūnām audzē zobu saknes. Un Frankfurtē kāds paleoantropologs vēlas radīt nevainojami funkcionējošas protēzes, ņemot par pamatu atziņas, kuras guvis, pētot akmens laikmeta iemītnieku sakodienu.
Taču ko tieši viņi pēta un ko vēlas aizvietot? Kas tas ir par materiālu, kas padara mūsu zobus tik cietus un vienlaikus tik jutīgus? Materiāls, kurš ir tik izturīgs, ka saglabājas gadu tūkstošiem ilgi, ļaujot dažiem cilvēkiem pavilkt ar zobiem trīs vilciena vagonus gandrīz trīs metrus un uzstādīt Ginesa rekordu. Atbilde uz šiem jautājumiem meklējama gremošanas orgāna kārtainajā uzbūvē. Zoba ārējais slānis – vidēji vienu līdz pusotru milimetru biezā emalja – ir cietākā viela, kādu spēj radīt cilvēka organisms. Tā ir cietāka nekā mūsu stiprākais kauls – apakšžoklis. 97 procentus no zobu emaljas veido minerāls hidroksilapatīts – kalcija-fosfāta savienojums, tātad neorganisks materiāls.
Ne tik ciets, toties daudz jutīgāks ir ar emalju nosegtais dentīns, kas aizņem lielāko zoba daļu. 20 procenti no dentīna sastāva ir mīkstākas organiskas vielas – galvenokārt olbaltumviela kolagēns, ko caurvij smalki kanāliņi. Tajos atrodas odontoblasti – šūnas ar gariem piedēkļiem. Tiklīdz zobs saņem kairinājumu, odontoblasti to nosūta tālāk nerviem zoba iekšienē. Šo zonu sauc par pulpu. Šāda trauksmes sistēma padara mūsu zobus ļoti jutīgus, taču tā pasargā arī no traumām.
Lai zobiem pamazām nolietojoties, zoba nervs kaut kad netiktu pilnībā atkailināts, daba to aprīkojusi ar vēl kādu aizsardzības mehānismu: nervam piemīt spēja sevi it kā iemūrēt. Te palīgā steidzas odontoblasti, ražojot jaunu dentīnu. Tas arvien vairāk izplešas – līdz ar vecumu un ar to saistīto zobu nolietošanos. Savukārt nervs arvien vairāk atkāpjas.
Protams, arī veids, kādā zobi ir nostiprināti žokļa kaulā, kalpo tikai vienam mērķim: to aizsardzībai. Ja tie nekustīgā pozīcijā būtu piestiprināti alveolai, zobi lūztu tiklīdz mēs uzkostu ķiršu kauliņam vai – kā mailaizietis Ratakrišnans Velu – mēģinātu tos izmantot vilciena pārvietošanai. Tāpēc zobi turas pie elastīgām kolagēna šķiedrām. Šādi tie spēj ne tikai amortizēt pārāk spēcīgu slodzi, bet, pateicoties kustīgumam, pat pielabot nelielas sakodiena kļūdas žoklī.
Pirmajā acumirklī zobu sistēma šķiet absolūti nevainojama. Tomēr arī zobiem ir savas vājās vietas, – to kaut reizi esam gana sāpīgi pieredzējuši mēs visi: pēc Pasaules Veselības Organizācijas (WHO) datiem, Eiropā divpadsmitgadīgiem bērniem mutē ir vidēji no viena (Vācijā, Itālijā, Spānijā, Somijā) līdz vismaz četriem (Bulgārijā, Slovākijā) kariesa skartiem, izrautiem vai plombētiem zobiem. Salīdzinājumam: Krievijā šis rādītājs ir 3; Brazīlijā tāpat; Indijā tas svārstās no 0,5 (Keralas štatā) līdz 4 (Tamilnādā).
Kariess veidojas baktērijām – galvenokārt Streptococcus mutans – pārvēršot ēdiena atliekās esošo cukuru skābēs, un tās savukārt bojā zobu virsmu. Tā nebūtu nekāda traģēdija, ja vien zobu emalja spētu atjaunoties tāpat kā dentīns. Diemžēl bojātā emalja ir zaudēta uz visiem laikiem, tāpēc zobārstam inficētā vieta ir jānovāc un jāaizvieto. Arī mehāniska iedarbība var atstāt pēdas uz zobu virsmu. Atkarībā no tā, vai ēdam gaļu vai tomēr drīzāk dārzeņus, vai un cik stipri griežam zobus un kā sakošļājam barību – kožot vai samaļot līdzīgi govij –, veidojas raksturīga nolietošanās tendence.
Tāpēc zobi ir tikpat individuāli kā pirkstu nospiedumi; tiesu mediķi un antropologi tajos var lasīt kā grāmatā. Vienalga, vai uzdevums ir identificēt dabas katastrofu upurus, atklāt slepkavību vai noskaidrot, ko savulaik ēduši mūsu senči.
70 procentus no 2004. gada cunami bojāgājušajiem ārzemniekiem bija iespējams atpazīt, pateicoties zobiem. Plombas, inlejas, kroņi, implantāti, deformācijas, caurumi, kariess un citas zobu slimības sniedz vajadzīgos pierādījumus, kas tiek salīdzināti ar pazudušo personu zobu aprakstu un rentgena uzņēmumiem. Šī metode noder pat to upuru gadījumā, kuri ir sadeguši līdz nepazīšanai: zobi spēj izturēt līdz pat 1200 Celsija grādu augstu temperatūru. Zobi palīdz nokļūt uz pēdām pat noziedzniekiem – piemēram, ja tie nozieguma vietā atstājuši koduma pēdas. Savukārt zobu krāsa, dentīna kanālu diametrs vai saknes caurspīdīgums ir tās pazīmes, ar kuru palīdzību tiesu medicīnas eksperti spēj noteikt cilvēka vecumu.
Manheimas zobārsta Stefana Basko doktora disertācijas ietvaros veikto pētījumu rezultāti liecina, ka mūsu zobi nolietojas noteiktos pamatkustību virzienos, kas veido tipisku sakodienu. Atkarībā no cilvēka vecuma un īpatnībām šim modelim uzslāņojas individuāli paradumi. Tāpēc sīkās šķautnītes zobu virsmā katram cilvēkam ir atšķirīgā daudzumā, veidā un virzienā. Katram indivīdam ir savs „okluzālais nospiedums”, savs individuālais sakodiens.
Šīs zināšanas zinātnieki plāno izmantot kāda ekstravaganta plāna īstenošanai. „Ar seno laiku zināšanām no veciem zobiem vēlamies iegūt precīzākus jaunos.” Zinātnieku komandai ir lieli plāni: nevainojami ērtas zobu protēzes. Viņi uzskata: „Tas, kas saglabājies vairāk nekā septiņu miljonu cilvēka attīstības gadu laikā, nevar būt nepareizi.” Tāpēc viņi gan kroņus, gan tiltus, gan protēzes izgatavo ar precīzi ieslīpētām košļāšanas šķautnēm. Zobu tehniķu metodes ir viena lieta. Taču nozīmīga loma ir arī izmantotajiem materiāliem. Jo, ko līdzētu nevainojami pielāgotais kronītis, ja tas jau pēc dažiem gadiem pārlūztu?
Tāpēc zinātnieki nemitīgi meklē jaunus materiālus, kas arvien vairāk līdzinātos dabiskajam paraugam. „Piemēram, cirkonija dioksīda kroņus gandrīz vairs nav iespējams atšķirt no dabiskajiem zobiem,” saka zobārsts Ulrihs Locmans, kurš vada zobārstniecības klīniku Magdeburgā Vācijā. „Tos visdažādākajos apgaismojumos var pētīt kaut ar palielināmo stiklu, atšķirību tāpat nevar pamanīt.”
Mūsdienu keramika esot arī ievērojami mīkstāka un ne tik trausla un lūstoša kā vēl nesen, 1980. un 1990. gados.
Tāpēc ar cirkonija dioksīdu bieži vien aizvietojot pat titānu, kad nepieciešams materiāls zobu implantātiem – zīmuļa vai skrūves formas mākslīgajām zobu saknēm. Tām ir ko turēt ne tikai žoklī vien.
Lai pārbaudītu to izturību, Freiburgas Fraunhofas izejvielu mehānikas institūtā implantāti tiek līdz pat desmit miljoniem reižu testēti ar iepriekš precīzi aprēķinātu spēku. Atkal un atkal noteikta masa spiež titāna tapu un tai piestiprināto keramikas kroni. „Desmit miljoni reižu atbilst vidēji 20 ēšanas gadiem,” saka fiziķis Kristofs Koplins. Un cilvēka košanas spēku nevajagot novērtēt pārāk zemu: tas aptuveni pielīdzināms konkrētās personas svaram.
Milzīgs spēks iedarbojas arī uz modernajām sintētiskajām plombām – tā dēvētajiem kompozītiem, kurus šobrīd izmēģina Freiburgas zinātnieki. Koplins ražotāju uzdevumā testējis jau vairāk nekā desmit no tām. Kompozīti ir sarežģītas mikstūras no īpašām sintētiskām vielām un smalka fluorīda, stikla un keramikas pulvera. Pēc tam, kad zobārsts ir izurbis kariesu, izkodinājis caurumu ar skābi un izoderējis to ar plānu, pielīpošu sintētisku kārtiņu, caurumā vairākās kārtās tiek iepildīts vēl mīkstais kompozīts, katru kārtu sacietinot ar īpašu lampu.
„Moderno sintētisko plombu problēma ir tā, ka sacietējot tās saraujas, tāpēc materiālā veidojas spriegums, kā rezultātā plomba no zoba var atdalīties,”
skaidro Koplins. Lai noskaidrotu, kurā vietā kompozītos rodas nospriegojums un cik spēcīgs tas ir, Fraunhofas pētnieki izstrādājuši jaunu simulācijas metodi: „Mēs matemātiski sadalām zoba plombu tūkstoš līdz simts tūkstošos mazu daļiņu un aprēķinām, kā katrs no šiem elementiem ietekmē kaimiņos esošo.” Rezultāti varētu palīdzēt ražotājiem receptūras optimizēt.
Kas attiecas uz mehānisko slodzi, modernie materiāli patiešām ļoti līdzinoties to dabiskajiem paraugiem – zobu emaljai un dentīnam, saka Kristofs Koplins. Vienīgā aizķeršanās vēl pagaidām ir mākslīgā un dabiskā materiāla savienošana. Taču arī tā nereti izdodas jau gandrīz nevainojami.
Piemēram, japāņu zinātnieki izgudrojuši mākslīgo zobu emalju pastas formā, ar kuru gandrīz ideāli var aizpildīt mazus kariesa caurumiņus. Uzklājot pastu, tā dažu minūšu laikā izkristalizē emaljai līdzīgas kārtas. Kristalizācijas procesā plombas ķīmiskā savienošanās ar zobu ir nesalīdzināmi stiprāka nekā kompozītu gadījumā, kurus notur pievilkšanās spēks. Pagaidām gan šī pasta vēl nav laista tirgū.
Lai implantāti varētu ātrāk un veiksmīgāk ieaugt žokļa kaulā, zinātnieki eksperimentē ar īpašiem augšanas faktoriem – proteīniem, kuri aktivizē kaulu šūnas. Ar cilmes šūnu palīdzību, kuras iegūtas no pacienta iegurņa kaula, tie atjauno deformētus žokļa kaulus. Tomēr, kamēr šī metode jau piedzīvo klīniskos testus ar pacientiem, kāds cits revolucionārs risinājums vēl ir pašā ceļa sākumā: pilnīgi jaunu zobu audzēšana no cilmes šūnām – tām cilvēka organisma šūnām, kuras spēj veidot jebkurus audus.
„Zobi ir ārkārtīgi komplicēts orgāns, par kuru mēs vēl pārāk maz zinām,”
saka Songtao Ši no Dienvidkalifornijas Universitātes Losandželosā. Izaudzēt cilvēkā trešos zobus pagaidām neesot iespējams arī tehniski. Tomēr molekulārbiologs jau zina, no kurienes viņš reiz ņems cilmes šūnas: „Lielisks avots ir izrautie gudrības zobi.” Proti, kad Ši zinātnieku komanda pētīja 18 līdz 20 gadus veciem pieaugušajiem izrautus gudrības zobus, viņi pie saknes ārējās smailes atklāja šūnu materiālu, kas detalizētākā analīzē uzrādīja visas tā saucamās somatiskās cilmes šūnas pazīmes.
No tā Ši un viņa komanda jau ir izaudzējusi jaunu zobu materiālu pavisam īpašai pacientu grupai – sešiem cūku tēviņiem. Cūku fizioloģija un arī to zobu uzbūve ļoti līdzinās cilvēkiem. Dzīvniekiem tika izrauts apakšējais priekšzobs, tā vietā ievietojot saknes formas implantātu, kura ārējā porozajā slānī atradās cilvēka gudrības zoba cilmes šūnas. Pēc trim mēnešiem implantāts bija tik stingri ieaudzis žoklī, ka zinātnieki varēja tam piestiprināt porcelāna kroni un turpmākās nedēļas novērot tā funkciju spējas. Rezultāts: dzīvnieki jaunos zobus izmantoja tieši tāpat kā īstos priekšzobus.