К твердым биологическим тканям относят кость, эмаль, цемент и дентин зубов, а также суставной хрящ. В этой главе рассмотрим общие свойства твердых биологических тканей, а также подробно разберем свойства кости и суставного хряща.
Структура материала является главным фактором, определяющим его механические свойства и характер процесса разрушения. Большинство биологических тканей являются анизотропными композитными (композиционными) материалами, образованными объемным сочетанием химически разнородных компонентов. Это в полной мере относится к твердым тканям.
Особенность всех твердых минерализованных тканей, за исключением эмали и бесклеточного цемента, — малое количество клеток с длинными отростками и большое количество межклеточного матрикса, заполненного минералами. В белках матрикса формируются центры кристаллизации для формирования кристаллов апатитов. Минерализованные ткани различаются по содержанию воды, минеральных и органических соединений (табл. 5.1).
Таблица 5.1. Процентное распределение воды, неорганических и органических веществ в минерализованных тканях
| Ткань | Вещества, % |
| неорганические | органические | вода |
| Эмаль | 95 | 1,2 | 3,8 |
| Дентин | 70 | 20 | 10 |
| Цемент | 65 | 25 | 10 |
| Кость | 45 | 30 | 25 |
В эмали зубов по сравнению с другими твердыми тканями определяется наиболее высокая концентрация кальция и фосфатов, и количество этих минералов снижается в направлении от поверхности к эмалево-дентинной границе. В дентине, наряду с ионами кальция и фосфатов, определяется достаточно высокая концентрация магния и натрия. Наименьшее количество кальция и фосфатов присутствует в костной ткани и цементе.
Гидроксиапатит [гидроксилапатит Са10(PO4)6(ОН)2] — основной кристалл минерализованных тканей; составляет 95–97% эмали зуба, 70–75% дентине и 60–70% костной ткани. Чем больше гидроксиапатита в ткани, тем она более твердая.