„Schmelz ist eine sehr interessante Struktur, weil er als Biomarker funktionieren kann. Er bildet sich zu einem bestimmten Zeitpunkt im Leben und wird danach nicht mehr umgebaut“, sagt Francisco Wanderley Garcia de Paula-Silva. Der Forscher der zahnmedizinischen Fakultät von Ribeirão Preto der Universität São Paulo (FORP-USP) in Brasilien fasst damit den Kern einer Studie zusammen, die zeigt, dass Passivrauchen in den ersten Lebenstagen die Mineralisierung des Zahnschmelzes verändern kann – und zwar ohne sichtbare Spuren am Zahn. Die Ergebnisse wurden im Mai in der Fachzeitschrift Calcified Tissue International veröffentlicht.
- In einem Tiermodell veränderte früher Zigarettenrauch die Mineralisierung des Zahnschmelzes, ohne sichtbare Schäden zu hinterlassen.
- Die dem Rauch ausgesetzten Jungtiere nahmen weniger an Gewicht zu als die Kontrollgruppe.
- Im Schmelz fanden sich weniger Phosphor und mehr Kohlenstoff – ein untypischer Befund für eine fast rein mineralische Struktur.
Für Paula-Silva liegt der besondere Wert des Zahnschmelzes in seiner Unveränderlichkeit: „Anders als Knochen, der sich das ganze Leben lang umbaut, bleibt der Schmelz bestehen. Veränderungen im Schmelz können daher wichtige Hinweise auf sehr frühe Belastungen liefern, an die sich ein Mensch manchmal gar nicht erinnern kann.“
Die Studie ordnet sich in eine größere Forschungslinie ein
Die Untersuchung entstand am Lehrstuhl für Kinderzahnheilkunde und wurde von der Förderorganisation FAPESP unterstützt. Sie war Teil der Doktorarbeit von Juliana de Lima Gonçalves. Nach Angaben des betreuenden Professors erforscht die Gruppe seit mehreren Jahren, wie Zigarettenrauch, Alkohol und toxischer Stress Wachstum, Entwicklung, Zahnbildung und Verhalten der Tiere beeinflussen.
Der theoretische Rahmen ist die sogenannte DOHaD-Theorie (Developmental Origins of Health and Disease). Sie geht davon aus, dass viele Gesundheitsprobleme des Erwachsenenalters ihren Ursprung bereits in der Embryonalzeit oder den ersten Lebensjahren haben. Der Zahnschmelz fungiert dabei als eine Art biologisches Archiv. Seine Bildung beginnt laut Paula-Silva bereits während der Schwangerschaft, vor allem bei den Milchzähnen; der Großteil der Mineralisierung bleibender Zähne findet dagegen in der Kindheit statt.
So wurde im Labor gearbeitet
Die Forschenden teilten junge Ratten in zwei Gruppen. Eine Gruppe wurde vom zweiten bis zum 28. Lebenstag zweimal täglich fünf Minuten lang Zigarettenrauch ausgesetzt, in einer Acrylkammer unter kontrollierten Bedingungen. Die Kontrollgruppe blieb unbelastet. „Nagetiere sind ein sehr interessantes Modell, weil wir ihre Exposition kontrollieren können“, erklärt Paula-Silva. „Die Tiere sind nur dem Zigarettenrauch ausgesetzt und nichts anderem – anders als Menschen, die vielen weiteren Umweltfaktoren ausgesetzt sind.“ Weil die Schneidezähne der Nagetiere kontinuierlich nachwachsen, ließ sich die Schmelzbildung besonders dynamisch beobachten.
Die dem Rauch ausgesetzten Jungtiere nahmen weniger an Gewicht zu als die Kontrollgruppe – ein Befund, der frühere Forschung bestätigt. „Selbst minimale Belastung mit Zigarettenrauch beeinträchtigte das Wachstum dieser Tiere“, so der Professor.
Mit bloßem Auge unsichtbar, unter dem Mikroskop deutlich
Mit bloßem Auge zeigten sich keine Unterschiede zwischen den Gruppen. Erst mikroskopische und chemische Analysen brachten Veränderungen zum Vorschein: Der Abstand zwischen den Schmelzprismen – den mikroskopischen Strukturen, die die mineralische Zusammensetzung des Zahns ordnen – war vergrößert, und der Phosphorgehalt im Schmelz war reduziert. Phosphor ist Bestandteil des Hydroxylapatits, jenes Moleküls, das dem Schmelz seine Härte verleiht.
Zusätzlich fanden die Forschenden einen erhöhten Kohlenstoffgehalt – bemerkenswert, weil Zahnschmelz nahezu keine organische Substanz enthält.
„Schmelz ist die härteste Struktur im menschlichen Körper, gerade weil er stark mineralisiert ist. Der Anstieg des Kohlenstoffs deutet auf einen höheren Anteil organischen Materials im Schmelz hin, was nicht als normal gilt“, erläutert Paula-Silva. Zusammen mit dem verringerten Phosphorgehalt könne dies wichtige Eigenschaften wie Festigkeit und Härte verändern.
Dass die anfängliche Härte des Schmelzes dennoch nicht abnahm, erklärt der Professor mit dem jungen Alter der Tiere: Sie wurden nach 21 Tagen entwöhnt, das Experiment endete eine Woche später. „Sie haben diese Zähne praktisch gar nicht benutzt. Was wir jetzt verstehen müssen, ist, wie sich dieser Schmelz mit dem Gebrauch über die Zeit verhält. Wird diese Veränderung der chemischen Zusammensetzung die Zahnfestigkeit künftig beeinträchtigen? Das ist noch offen.“
Eine neue Versuchsphase soll offene Fragen klären
Um diese Frage zu beantworten, hat die Gruppe eine neue Phase begonnen. Nun werden die Tiere intensiver dem Rauch ausgesetzt – rund eine Stunde, zweimal täglich. Ziel ist es festzustellen, ob eine stärkere Belastung ausgeprägtere Veränderungen erzeugt, die den beim Menschen beobachteten Defekten näherkommen. „Vielleicht sehen wir jetzt eine mildere Ausprägung dieses Problems. Mit stärkerer Exposition können wir das volle Ausmaß dieser Veränderungen besser verstehen“, sagt der Forscher. Parallel wollen die Wissenschaftler klären, in welchem Stadium der Schmelzbildung der Zigarettenrauch den größten Einfluss ausübt.
Für Leserinnen und Leser ist dabei einzuordnen: Es handelt sich um eine Tierstudie an Ratten. Sie zeigt einen möglichen Zusammenhang und lässt sich nicht ohne Weiteres eins zu eins auf den Menschen übertragen. Welche Bedeutung die beobachteten Veränderungen langfristig für die Zahngesundheit haben, bleibt Gegenstand der weiteren Forschung.
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