- Email: [email protected]
Membrane phenomena in carious dissolution of the teeth
Arch.
oral
Bid.
SpecialSupplement.\‘ol. 4, pp. 120-121,
MEMBRANE
1961.
Pergamon
Press
Ltd.
Printed
in Cit. Britain.
PHENOMENA IN CARIOUS DISSOLUTION OF THE TEETH* F. VON
Polikliniekenen
BARTHELD
Laboratorium voor Sosiodontie, Groningen, Netherlands
Ryksuniversiteit
Abstract-Experiments were described that have been conducted to ascertain the role of Donnan membrane effects in carious dissolution of the mineral components of the tooth structures. When a solution of an ionized macromolecular substance (in biological environment this is pru:tically always some protein or a mixture of proteins) is separated from another so!ution by a semipermeable membrane, which arrests the m::cromolecules but allows free passage to all small ions from both sides, the latter are distributed over both solutions in a peculiar way. Under certain circumstances, depending on the charge of the macromolecule, a drop of the pH on one side of the membrane can be effected, accompanied by a rise of the pH on the other side. We applied this principle to the problem of carious tooth decalcification, the enamel surface being permeable to small ions only. It was possible to predict and obtain results in vitro that closely resemble actual caries, much more so than could be achieved until now with the use of buffered or unbuffered acids. Further experiments, partly still under way, strongly suggest that the beneficial effect of saliva on the tooth substance, mostly described as a mineralizing or remineralizing activity, can also be ascribed to a Donnan membrane effect, the macromolecular agent being salivary mucin. R&m&Des expkriences ont tt6 entreprises pour dtablir Ic rBlc des effets de membrane de Donnan dans la dissolution des compo& minkraux de la dent XI tours de la carie dentaire. Lorsqu’une solution d’une substance macromoltiulaire ioni+ (dans un milieu biologique, qui est pratiquement toujours une proteine ou un m&!ange de protkines) s6parie d’une autre solution par une membrane semi-pennCable, celle-ci arrCte les macromol&ules, mais laisse passer tous les ions de petites tailles sit&s de part et d’autre. Ces petits ions se distribuent d’une faGon part&Ii&e dans les deux solutions. Dans certaines conditions, IiCes j la charge de la macromolCcule, une chute du pH peut s’Cffectuer d’un cot6 de la membrane, avec une Clevation du pH du cbtt opposC. Ce principe a CtB appliquC par l’auteur au probltme de la d&calcification de la dent carike, la surface de 1’6mail n’&ant penntable qu’8 des ions de petites railles. 11 a CtC possible de pr&oir et d’obtenir des rCsultats in vitro qui rcssemblent de trb prb aux caries “naturelles”; beaucoup plus fidblement &me que Its r&hats obtenus avec des solutions d’acides tamponnCes ou non. D’autres expkriences, partiellement encore en tours, suggtrent que l’effet btn6fique de la salive sur les dents, dCcrit le plus souvent comme une activit6 de mintralisation ou de remin&alisation, peut aussi Ctre qualifi6 d’effet de membrane de Donnan, I’agent macromol6culaire Ctant la mucine salivaire. Zusammenfassung-Es werden Versuche beschrieben die durchgeftihrt wurden, urn die Rolle de Donnan-Membran-Effekts bei der Herausliisung der mineralischen Komponenten aus den Zahnsubstanzen bei der Karies zu verdeutlichen. * This paper is not included in the Proceedings because it has been submitted in the Journal of the American Dental Association. 120
for publication
MEMBRANE
PHENOMENA
IN CARIOUS
DISSOLUTION
OF THE
TEETH
Wenn eine Liisung einer ionisierten makromolekularen Substanz (im biologischen Bereich ist dieses praktisch immer ein Protein oder eine Mischung von Proteinen) von einer anderen LGsung durch eine semipermeable Membran getrennt wird, die Makromolekiile festhllt, alle kleinen lonen jedoch in beiden Richtungen passieren l&t, werden letztere in beiden Liisungen auf eine bestimmte Weise verteilt. Unter gewissen Umstgnden, die von der Ladung der Makromolekiile abhlngen, kann ein Absinken &s pH auf der einen Seite der Membran hervorgerufen werden, das mit einem S&en des pH auf der anderen Seite einhergeht. Wir haben dieses Prinzip auf das Problem der kari6sen Zahnentkalkung iibertragen, wobei die Schmelzoberfllche als nur fiir kleine Ionen permeabel angesehen wird. Es war miiglich, in-vitro-Ergebnissc vorauszusagen und zu erzielen, die “natiirlicher” Karies weitgehend gleichen, jedenfalls weit mehr als dieses bisher durch gepufferte oder ungepufferte S;iuren erreicht werden konnte. Weitere noch nicht abgeschiossene Untersuchungen geben deutliche Hinweise dafiir, dass der schiitzende Effekt des Speichels fiir die Zahnsubstanzen, meist als mineralisierende oder remineralisierende Wirkung bezeichnet, such dem DonnanMembran-Effekt zugeschrieben werden kann, wobei das Speichelmucin das makromolekulare Agens darstellt.
121
oral
Bid.
SpecialSupplement.\‘ol. 4, pp. 120-121,
MEMBRANE
1961.
Pergamon
Press
Ltd.
Printed
in Cit. Britain.
PHENOMENA IN CARIOUS DISSOLUTION OF THE TEETH* F. VON
Polikliniekenen
BARTHELD
Laboratorium voor Sosiodontie, Groningen, Netherlands
Ryksuniversiteit
Abstract-Experiments were described that have been conducted to ascertain the role of Donnan membrane effects in carious dissolution of the mineral components of the tooth structures. When a solution of an ionized macromolecular substance (in biological environment this is pru:tically always some protein or a mixture of proteins) is separated from another so!ution by a semipermeable membrane, which arrests the m::cromolecules but allows free passage to all small ions from both sides, the latter are distributed over both solutions in a peculiar way. Under certain circumstances, depending on the charge of the macromolecule, a drop of the pH on one side of the membrane can be effected, accompanied by a rise of the pH on the other side. We applied this principle to the problem of carious tooth decalcification, the enamel surface being permeable to small ions only. It was possible to predict and obtain results in vitro that closely resemble actual caries, much more so than could be achieved until now with the use of buffered or unbuffered acids. Further experiments, partly still under way, strongly suggest that the beneficial effect of saliva on the tooth substance, mostly described as a mineralizing or remineralizing activity, can also be ascribed to a Donnan membrane effect, the macromolecular agent being salivary mucin. R&m&Des expkriences ont tt6 entreprises pour dtablir Ic rBlc des effets de membrane de Donnan dans la dissolution des compo& minkraux de la dent XI tours de la carie dentaire. Lorsqu’une solution d’une substance macromoltiulaire ioni+ (dans un milieu biologique, qui est pratiquement toujours une proteine ou un m&!ange de protkines) s6parie d’une autre solution par une membrane semi-pennCable, celle-ci arrCte les macromol&ules, mais laisse passer tous les ions de petites tailles sit&s de part et d’autre. Ces petits ions se distribuent d’une faGon part&Ii&e dans les deux solutions. Dans certaines conditions, IiCes j la charge de la macromolCcule, une chute du pH peut s’Cffectuer d’un cot6 de la membrane, avec une Clevation du pH du cbtt opposC. Ce principe a CtB appliquC par l’auteur au probltme de la d&calcification de la dent carike, la surface de 1’6mail n’&ant penntable qu’8 des ions de petites railles. 11 a CtC possible de pr&oir et d’obtenir des rCsultats in vitro qui rcssemblent de trb prb aux caries “naturelles”; beaucoup plus fidblement &me que Its r&hats obtenus avec des solutions d’acides tamponnCes ou non. D’autres expkriences, partiellement encore en tours, suggtrent que l’effet btn6fique de la salive sur les dents, dCcrit le plus souvent comme une activit6 de mintralisation ou de remin&alisation, peut aussi Ctre qualifi6 d’effet de membrane de Donnan, I’agent macromol6culaire Ctant la mucine salivaire. Zusammenfassung-Es werden Versuche beschrieben die durchgeftihrt wurden, urn die Rolle de Donnan-Membran-Effekts bei der Herausliisung der mineralischen Komponenten aus den Zahnsubstanzen bei der Karies zu verdeutlichen. * This paper is not included in the Proceedings because it has been submitted in the Journal of the American Dental Association. 120
for publication
MEMBRANE
PHENOMENA
IN CARIOUS
DISSOLUTION
OF THE
TEETH
Wenn eine Liisung einer ionisierten makromolekularen Substanz (im biologischen Bereich ist dieses praktisch immer ein Protein oder eine Mischung von Proteinen) von einer anderen LGsung durch eine semipermeable Membran getrennt wird, die Makromolekiile festhllt, alle kleinen lonen jedoch in beiden Richtungen passieren l&t, werden letztere in beiden Liisungen auf eine bestimmte Weise verteilt. Unter gewissen Umstgnden, die von der Ladung der Makromolekiile abhlngen, kann ein Absinken &s pH auf der einen Seite der Membran hervorgerufen werden, das mit einem S&en des pH auf der anderen Seite einhergeht. Wir haben dieses Prinzip auf das Problem der kari6sen Zahnentkalkung iibertragen, wobei die Schmelzoberfllche als nur fiir kleine Ionen permeabel angesehen wird. Es war miiglich, in-vitro-Ergebnissc vorauszusagen und zu erzielen, die “natiirlicher” Karies weitgehend gleichen, jedenfalls weit mehr als dieses bisher durch gepufferte oder ungepufferte S;iuren erreicht werden konnte. Weitere noch nicht abgeschiossene Untersuchungen geben deutliche Hinweise dafiir, dass der schiitzende Effekt des Speichels fiir die Zahnsubstanzen, meist als mineralisierende oder remineralisierende Wirkung bezeichnet, such dem DonnanMembran-Effekt zugeschrieben werden kann, wobei das Speichelmucin das makromolekulare Agens darstellt.
121