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Hidroxiapatita
Mineraly.sk - hydroxylapatit.jpg
Cristales de hidroxiapatita en matriz
General
Categoría Grupo de
apatita mineral fosfato
Fórmula (unidad de repetición)Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH)
Clasificación de Strunz8.BN.05
Sistema de cristalHexagonal
Clase de cristalDipiramidal (6 / m)
Símbolo HM (6 / m)
Grupo espacialP 6 3 / m
Celda unitariaa = 9,41 Å, c = 6,88 Å; Z = 2
Identificación
Masa de fórmula502,31 g / mol
ColorIncoloro, blanco, gris, amarillo, verde amarillento
Hábito de cristalComo cristales tabulares y como estalagmitas, nódulos, en costras cristalinas a masivas
EscoteDeficiente en {0001} y {10 1 0}
FracturaConcoidal
TenacidadFrágil
Escala de Mohs de dureza5
LustreVítreo a subresinoso, terroso
Rachablanco
DiafanidadTransparente a translúcido
Gravedad específica3,14–3,21 (medido), 3,16 (calculado)
Propiedades ópticasUniaxial (-)
Índice de refracciónn ω = 1,651 n ε = 1,644
Birrefringenciaδ = 0,007
Referencias[1] [2] [3]
Hidroxiapatita
Cristales de hidroxiapatita en forma de aguja sobre acero inoxidable. Imagen de microscopio electrónico de barrido de la Universidad de Tartu .
Recubrimiento a nanoescala de Ca-HAp, imagen tomada con microscopio de sonda de barrido
Una visualización en 3D de la mitad de una celda unitaria de hidroxiapatita, a partir de cristalografía de rayos X

La hidroxiapatita , también llamada hidroxiapatita ( HA ), es una forma mineral natural de apatita de calcio con la fórmula Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH), pero generalmente se escribe Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 para denotar que la celda unitaria de cristal comprende dos entidades. [4] La hidroxiapatita es el miembro terminal hidroxilo del grupo complejo de apatita . El ion OH - puede ser reemplazado por fluoruro , cloruro o carbonato , que producen fluorapatita o clorapatita . Cristaliza en el sistema de cristal hexagonal . El polvo puro de hidroxiapatita es blanco. Sin embargo, las apatitas de origen natural también pueden tener coloraciones marrones, amarillas o verdes, comparables a las decoloraciones de la fluorosis dental .

Hasta un 50% en volumen y un 70% en peso de hueso humano es una forma modificada de hidroxiapatita, conocida como mineral óseo . [5] La hidroxiapatita carbonatada deficiente en calcio es el principal mineral del que se componen el esmalte dental y la dentina . Los cristales de hidroxiapatita también se encuentran en las pequeñas calcificaciones, dentro de la glándula pineal y otras estructuras, conocidas como corpora arenacea o 'arena cerebral'. [6]

Síntesis química [ editar ]

La hidroxiapatita se puede sintetizar mediante varios métodos, como la deposición química húmeda, la deposición biomimética, la ruta sol-gel (precipitación química húmeda) o la electrodeposición. [7] La suspensión de nanocristales de hidroxiapatita se puede preparar mediante una reacción de precipitación química húmeda siguiendo la siguiente ecuación de reacción: [8]

10 Ca (OH) 2 + 6 H 3 PO 4 → Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 + 18 H 2 O

La capacidad de replicar sintéticamente la hidroxiapatita tiene implicaciones clínicas invaluables, especialmente en odontología. Cada técnica produce cristales de hidroxiapatita de características variadas, como tamaño y forma. [9] Estas variaciones tienen un efecto marcado en las propiedades biológicas y mecánicas del compuesto y, por lo tanto, estos productos de hidroxiapatita tienen diferentes usos clínicos. [10]

Hidroxiapatita deficiente en calcio [ editar ]

La hidroxiapatita deficiente en calcio (no estequiométrica), Ca 10− x (PO 4 ) 6− x (HPO 4 ) x (OH) 2− x (donde x está entre 0 y 1) tiene una relación Ca / P entre 1,67 y 1.5. La relación Ca / P se usa a menudo en la discusión de las fases de fosfato de calcio. [11] La apatita estequiométrica Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 tiene una relación Ca / P de 10: 6, normalmente expresada como 1,67. Las fases no estequiométricas tienen la estructura de hidroxiapatita con vacantes de cationes (Ca 2+ ) y aniones (OH -) vacantes. Los sitios ocupados únicamente por aniones fosfato en la hidroxiapatita estequiométrica están ocupados por aniones fosfato o hidrogenofosfato, HPO 4 2− . [11] La preparación de estas fases deficientes en calcio se puede preparar mediante precipitación a partir de una mezcla de nitrato de calcio y fosfato de diamonio con la relación Ca / P deseada, por ejemplo, para hacer una muestra con una relación Ca / P de 1,6: [12 ]

9,6 Ca (NO 3 ) 2 + 6 (NH 4 ) 2 HPO 4 → Ca 9,6 (PO 4 ) 5,6 (HPO 4 ) 0,4 (OH) 1,6

La sinterización de estas fases no estequiométricas forma una fase sólida que es una mezcla íntima de fosfato tricálcico e hidroxiapatita, denominada fosfato cálcico bifásico : [13]

Ca 10− x (PO 4 ) 6− x (HPO 4 ) x (OH) 2− x → (1 - x ) Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 + 3 x Ca 3 (PO 4 ) 2

Función biológica [ editar ]

Camarón mantis [ editar ]

Los apéndices en palillo del Odontodactylus scyllarus (camarón mantis pavo real) están hechos de una forma extremadamente densa del mineral que tiene una fuerza específica más alta; esto ha llevado a su investigación para su uso potencial en síntesis e ingeniería. [14] Sus apéndices dáctilos tienen una excelente resistencia al impacto.debido a que la región de impacto está compuesta principalmente de hidroxiapatita cristalina, que ofrece una dureza significativa. Una capa periódica debajo de la capa de impacto compuesta de hidroxiapatita con menor contenido de calcio y fósforo (lo que resulta en un módulo mucho más bajo) inhibe el crecimiento de grietas al forzar nuevas grietas a cambiar de dirección. Esta capa periódica también reduce la energía transferida a través de ambas capas debido a la gran diferencia de módulo, incluso reflejando parte de la energía incidente. [15]

Mamífero / primate / humano [ editar ]

La hidroxiapatita está presente en huesos y dientes ; el hueso está formado principalmente por cristales de HA intercalados en una matriz de colágeno ; entre el 65 y el 70% de la masa ósea es HA. De manera similar, el AH es del 70 al 80% de la masa de dentina y esmalte en los dientes. En el esmalte, la matriz de HA está formada por amelogeninas y esmalte en lugar de colágeno. [dieciséis]

Los depósitos de hidroxiapatita en los tendones alrededor de las articulaciones dan como resultado la condición médica tendinitis calcificada . [17]

Hidroxiapatita en la remineralización del esmalte dental [ editar ]

La remineralización del esmalte dental implica la reintroducción de iones minerales en el esmalte desmineralizado. [18] La hidroxiapatita es el principal componente mineral del esmalte de los dientes. [19] Durante la desmineralización, los iones de calcio y fósforo se extraen de la hidroxiapatita. Los iones minerales introducidos durante la remineralización restauran la estructura de los cristales de hidroxiapatita [19] .

Usos comunes de la hidroxiapatita [ editar ]

En la actualidad, el uso de hidroxiapatita, o su forma sintética fabricada, nanohidroxiapatita, aún no es una práctica común. Sin embargo, algunos estudios sugieren que es útil para contrarrestar la hipersensibilidad de la dentina, prevenir la sensibilidad después de los procedimientos de blanqueamiento de los dientes y prevenir la caries [20] [21] [22]

Sensibilidad dentinaria [ editar ]

La nanohidroxiapatita posee componentes bioactivos que pueden impulsar el proceso de mineralización de los dientes, remediando la hipersensibilidad. Se cree que la hipersensibilidad de los dientes está regulada por el líquido dentro de los túbulos dentinarios. [20] Se dice que el movimiento de este líquido como resultado de diferentes estímulos excita las células receptoras en la pulpa y desencadena sensaciones de dolor. [20] Las propiedades físicas de la nanohidroxiapatita pueden penetrar y sellar los túbulos, deteniendo la circulación del líquido y por tanto las sensaciones de dolor por estímulos. [21] Se preferiría la nanohidroxiapatita, ya que es paralela al proceso natural de remineralización de la superficie. [22]

En comparación con los tratamientos alternativos para el alivio de la hipersensibilidad de la dentina, se ha demostrado que el tratamiento que contiene nanohidroxiapatita funciona mejor clínicamente. Se demostró que la nanohidroxiapatita es mejor que otros tratamientos para reducir la sensibilidad frente a los estímulos evaporativos, como una ráfaga de aire, y los estímulos táctiles, como golpear el diente con un instrumento dental. Sin embargo, no se observaron diferencias entre la nanohidroxiapatita y otros tratamientos para los estímulos fríos. [23] La hidroxiapatita ha mostrado efectos desensibilizantes significativos a medio y largo plazo sobre la hipersensibilidad de la dentina utilizando estímulos evaporativos y la escala analógica visual (junto con nitrato de potasio, arginina, glutaraldehído con metacrilato de hidroxietilo, hidroxiapatita, sistemas adhesivos, cementos de ionómero de vidrio y láser). [24]

Co-agente para blanquear [ editar ]

Los agentes blanqueadores de dientes liberan especies reactivas de oxígeno que pueden degradar el esmalte. [21] Para evitar esto, se puede agregar nanohidroxiapatita a la solución blanqueadora para reducir el impacto del agente blanqueador al bloquear los poros dentro del esmalte. [21] Esto reduce la sensibilidad después del proceso de blanqueo. [22]

Prevención de caries [ editar ]

La nanohidroxiapatita posee un efecto remineralizante en los dientes y puede usarse para prevenir daños por caries. [22] En el caso de un ataque ácido por bacterias cariogénicas, las partículas de nanohidroxiapatita pueden infiltrarse en los poros de la superficie del diente para formar una capa protectora. [21] Además, la nanohidroxiapatita puede tener la capacidad de revertir el daño de los ataques cariados ya sea reemplazando directamente los minerales de la superficie deteriorados o actuando como un agente aglutinante para los iones perdidos. [21]

En el futuro, existen posibilidades de utilizar nanohidroxiapatita para la ingeniería y reparación de tejidos. La característica principal y más ventajosa de la nanohidroxiapatita es su biocompatibilidad. [25] Es químicamente similar a la hidroxiapatita natural y puede imitar la estructura y función biológica de las estructuras que se encuentran en la matriz extracelular residente. [26] Por lo tanto, se puede utilizar como andamio para la ingeniería de tejidos como hueso y cemento. [21] Puede utilizarse para restaurar el paladar y el labio leporino y perfeccionar las prácticas existentes, como la preservación del hueso alveolar después de la extracción, para una mejor colocación del implante. [21]

Como material dental [ editar ]

La hidroxiapatita se usa ampliamente en odontología y cirugía oral y maxilofacial , debido a su similitud química con el tejido duro. [27]

En algunas pastas de dientes, la hidroxiapatita se puede encontrar en forma de nanocristales (ya que estos se disuelven fácilmente). En los últimos años, los nanocristales de hidroxiapatita (nHA) se han utilizado en la pasta de dientes para combatir la hipersensibilidad dental. Ayudan en la reparación y remineralización del esmalte , ayudando así a prevenir la sensibilidad dental. El esmalte dental puede desmineralizarse debido a varios factores, incluida la erosión ácida y la caries dental . Si no se trata, esto puede provocar la exposición de la dentina y la posterior exposición de la pulpa dental . En varios estudios, el uso de nanohidroxiapatita en pasta de dientes mostró resultados positivos para ayudar a la remineralización del esmalte dental. [28]

Se ha demostrado que la hidroxiapatita sintética (SHA) proporciona resultados satisfactorios en la preservación de la cavidad alveolar. El injerto alveolar con hidroxiapatita sintética puede resultar en una regeneración ósea exitosa. [29]

Cromatografía [ editar ]

El mecanismo de la cromatografía de hidroxiapatita es complicado y se ha descrito como "modo mixto". Implica interacciones iónicas entre grupos cargados positivamente en una biomolécula (a menudo una proteína) y los grupos fosfato en la hidroxiapatita, y la quelación de metales entre los iones de calcio de la hidroxiapatita y los grupos fosfato y / o carboxilo cargados negativamente en la biomolécula. Puede resultar difícil predecir la eficacia de la cromatografía de hidroxiapatita basándose en las propiedades físicas y químicas de la proteína deseada a purificar. Para la elución, se usa típicamente un tampón con concentración creciente de fosfato y / o sal neutra.

Uso en arqueología [ editar ]

En arqueología , la hidroxiapatita de restos humanos y animales puede analizarse para reconstruir dietas antiguas , migraciones y paleoclima. Las fracciones minerales de los huesos y los dientes actúan como un depósito de oligoelementos , incluidos el carbono, el oxígeno y el estroncio. El análisis de isótopos estables de hidroxiapatita humana y de fauna se puede utilizar para indicar si una dieta era predominantemente de naturaleza terrestre o marina (carbono, estroncio); [30] el origen geográfico y los hábitos migratorios de un animal o ser humano (oxígeno, estroncio) [31] y para reconstruir las temperaturas y los cambios climáticos (oxígeno) del pasado. [32]La alteración posdeposición del hueso puede contribuir a la degradación del colágeno óseo, la proteína necesaria para el análisis de isótopos estables. [33]

Defluoridación [ editar ]

La hidroxiapatita es un adsorbente potencial para la defluoración del agua potable , ya que forma fluorapatita en un proceso de tres pasos. La hidroxiapatita elimina F - desde el agua para reemplazar OH - formación de fluorapatita. Sin embargo, durante el proceso de defluoración, la hidroxiapatita se disuelve y aumenta el pH y la concentración de iones fosfato, lo que hace que el agua defluorada no sea apta para beber. [34] Recientemente, se sugirió una técnica de desfluorización con ″ hidroxiapatita modificada con calcio ″ para superar la lixiviación de fosfato de la hidroxiapatita. [34] Esta técnica también puede afectar la reversión de la fluorosis al proporcionar agua potable alcalina enriquecida con calcio a las áreas afectadas por la fluorosis.

Ver también [ editar ]

  • Hidroxifosfato de calcio
  • Tendinitis calcificante
  • Propiedades mecánicas de los biomateriales.

Referencias [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

Medios relacionados con la hidroxiapatita en Wikimedia Commons