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Die
vorliegende Erfindung betrifft remineralisierende Zahnhygieneprodukte,
wie z.B. Zahnpasten, Kaugummis, Mundspülmittel, Speichelersatz-Produkte
und Gelsuspensionen.
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Zahnpasten
waren bereits lange Zeit bekannt, z.B. aus US-Patenten Nr. 5 605
677 und 5 993 786. Aus dem ersten US-Patent ist z.B. ein Poliermittel
bekannt, das Siliciumdioxid und ein Dicalciumphosphatdihydrat in
einem Gewichtsverhältnis
von 10:1 bis 1:1 enthält.
Ein Nachteil einer solchen Formulierung ist es, dass in einem schwach-alkalischen
Milieu, wie es im Mund eines Anwenders aufgefunden werden kann,
Phosphat- und Calciumionen in einem solchen Ausmaß freigesetzt
werden, dass dies zu einer Ausfällung
von Calciumphosphat führt.
Solche Formulierungen verstärken
deshalb die Entwicklung von Zahnstein, der normalerweise in einem
schwach-alkalischen Milieu, insbesondere im Mund des Anwenders,
auftritt.
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Zur
Zeit sind viele Zahnhygieneprodukte fluoriert. Die Wirkung des Fluorids
in oralen Vorgängen
ist es, dass es die Demineralisierung von Zahnschmelz, die auf einer
Plaqueaktivität
beruht, verzögert,
und so dazu beiträgt,
das Wachstum anfänglicher
Kariesläsionen
zu verhindern. Es gibt keinen wie immer gearteten Beweis, dass diese
Produkte zur Remineralisierung von Kariesläsionen führen (siehe z.B. F.C.M. Driessens,
Mineral Aspects of Dentistry, S. Karger, Basel, 1982, und F.C.M.
Driessens und R.M.H. Verbeeck, Biominerals, CRC Press, Boca Raton,
1990). Diese Produkte führen
auch nicht zu einer Desensibilisierung von Dentinläsionen im
Zahnhalsbereich. Deshalb besteht ein starkes Bedürfnis für remineralisierende Zahnhygieneprodukte.
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Bis
jetzt stammt der einzige Beweis, dass unter natürlichen Bedingungen eine Remineralisierung
von anfänglichen
Kariesläsionen
auftreten kann, aus epidemiologischen Untersuchungen (O. Backer
Dirks, Longitudinal dental caries study in children 5–15 years
of age, Arch. Oral Biol. 6 (1961), 94–121). Unter Zahnforschern
besteht Übereinstimmung über die
Tatsache, dass das Remineralisierungsvermögen sich im Speichel befindet,
aber trotz ausgedehnter Untersuchungen ist es nicht bekannt, welcher
Grad an Sättigung
oder Übersättigung
im Speichel für
dieses Remineralisierungsvermögen
verantwortlich ist, sei es die von Brushit, von Monetit, von Octacalciumphospat,
von Hydroxyapatit mit Calciummangel oder die von Hydroxyapatit.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Zahnhygieneprodukten
in Form von Zahnpasten, Kaugummis, Mundspülmitteln, Speichelersatz-Produkten
und Gelsuspensionen, die im natürlichen
oralen Milieu, selbst unter schwach-sauren Bedingungen, unter denen
sonst Kariesläsionen
gebildet würden,
ein Remineralisierungsvermögen
aufweisen.
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Eine
andere Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
von Zahnhygieneprodukten in Form von Zahnpasten, Kaugummis, Mundspülmitteln,
Speichelersatz-Produkten und Gelsuspensionen, die die durch Zahnplaqueaktivität verursachte
Demineralisierung von Zahngeweben verlangsamen. Eine weitere Aufgabenstellung
der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Zahnhygieneprodukten
in Form von Zahnpasten, Kaugummis, Mundspülmitteln, Speichelersatz-Produkten
und Gel suspensionen, die der durch während Zahnbehandlungen applizierten
therapeutischen Ätzflüssigkeiten
verursachten Demineralisierung von Zahnschmelz und Dentin entgegenwirken.
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Die
vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die remineralisierenden
Hygiene-Produkte CaKPO4 und/oder Ca2KNa(PO4)2 umfassen.
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CaKPO4 und Ca2NaK(PO4)2 sind feste Substanzen,
die eine relativ hohe Löslichkeit
zeigen, und die außerdem
in einem leicht alkalischen Milieu stabil sind. Wenn eine stark
saure Lösung
in Form von Essigsäure oder
Milchsäure
dazugegeben wird, findet jedoch eine Reaktion unter Bildung eines
Niederschlags von Kalium-enthaltendem Apatit (K-A) statt. Dieser
K-A setzt Calcium- und Phosphationen, aber nur in einer relativ
geringen Konzentration, frei. Besser für die Remineralisierung ist
ein leicht saures Milieu, das das Remineralisierungsvermögen dieser
Verbindungen voll nützt.
In der Praxis wird die schwache Ansäuerung des Zahnhygieneprodukts,
das CaKPO4 und/oder Ca2KNa(PO4)2 umfasst, durch
die schwach sauren Verbindungen verursacht, die im Mund vorhanden
sind, wenn dort Karies auftritt. Die remineralisierende Wirkung
der vorliegenden Zahnhygieneprodukte, die CaKPO4 und/oder
Ca2KNa(PO4)2 umfassen, findet somit aufgrund des schwach sauren
Milieus im Mund automatisch statt.
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Während der
letzten 15 Jahre wurde an der Entwicklung von Calciumphosphat-Zementen
gearbeitet. Bis jetzt sind handelsübliche Calciumphosphat-Zemente
ihrer Natur nach apatitisch. Es gibt jedoch drei Typen. Siehe Tabelle
1. Tabelle
1
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HA
ist Hydroxyapatit, CDHA ist Hydroxyapatit mit Calciummangel und
K-A ist Kalium-enthaltender Apatit. HA und CDHA können auch
etwas Na und CO3 enthalten. Die pH-Bereiche
in dieser Tabelle sind sehr wichtig. Sie bedeuten, dass die entsprechenden
Zementpulver unter Bildung der entsprechenden Apatite vorzugsweise
im angegebenen pH-Bereich reagieren. Andererseits bedeuten sie,
dass die angegebenen Apatite sich nur durch Ausfällen innerhalb der entsprechenden
pH-Bereiche bilden. Was den pH-Wert
von menschlichem Speichel betrifft, liegt er im Bereich von 5,5 < pH < 7,5, und der einzige
Apatit, der aus menschlichem Speichel ausfällen kann, ist Kalium-enthaltender
Apatit K-A. Es wurde deshalb der Schluss gezogen, dass das Remineralisierungsvermögen von
Speichel in seiner Übersättigung
mit K-A liegt. Tatsächlich enthält menschlicher
Speichel beträchtliche
Mengen an Calciumionen, Phosphationen, Kaliumionen (und Natriumionen) (F.C.H.
Driessens, Mineral Aspects of Dentistry, S. Karger, Basel, 1982).
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Dies
bedeutet auch, dass auf der Basis dieser Erkenntnis remineralisierende
Zahnhygieneprodukte geschaffen werden können, die sogar ein höheres Remineralisierungsvermögen als
der natürliche
Speichel aufweisen. Zu diesem Zweck ist die Verwendung von Verbindungen
wichtig, die Ausgangsstoffe zur Bildung von K-A-Zementen sind. Diese
sind CaKPO4 und/oder Ca2KNa(PO4)2. Sie haben im
Vergleich zu z.B. Brushit, Monetit, Octacalciumphosphat, Hydroxyapatit
mit Calciummangel und Hydroxyapatit eine relativ hohe Löslichkeit,
und zusätzlich
enthalten alle die zur Bildung von K-A-Niederschlägen erforderlichen
Bestandteile. Zahnpasten, Kaugummis und Gelsuspensionen mit Remineralisierungsvermögen können deshalb
hergestellt werden, indem man Formulierungen ausbildet, die CaKPO4 und/oder Ca2KNa(PO4)2 umfassen, und
die auf einen geeigneten pH-Wert eingestellt sind. Außerdem können Mundspülmittel
und Speichelersatz-Produkte mit Remineralisierungsvermögen hergestellt
werden, indem man Formulierungen ausgestaltet, die gelöste Calciumionen,
Kaliumionen und Phosphationen aus geeigneten verfügbaren Quellen
umfassen, und auf eine solche Weise, dass diese Produkte auf einen
geeigneten pH-Wert eingestellt sind.
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Die
Eignung des pH-Werts in diesen Produkten wird durch einen Wert bestimmt,
bei dem die Löslichkeit
von CaKPO4 und/oder Ca2KNa(PO4)2 ohne Auftreten
einer spontanen Kristallkeimbildung von Kaliumenthaltendem Apatit-K-A
so hoch wie möglich
ist. Bei unseren Forschungsarbeiten über Calciumphosphat-Zemente
wurde festgestellt, dass eine spontane Kristallkeimbildung von K-A
auftritt, wenn CaK-PO4-Kristalle und/oder Ca2KNa(PO4)2-Kristalle in
Kontakt mit wässerigen
Lösungen,
die einen pH-Wert unterhalb von 4 aufweisen, sind. Die pH-Werte,
die für
remineralisierende Zahnhygieneprodukte, die angestrebt werden, geeignet sind,
liegen deshalb zwischen pH 4 und pH 8, vorzugsweise zwischen pH
5 und pH 7. Der Grund dafür
ist, dass Produkte bei einem pH-Wert von unter 4 den Großteil ihrer
Remineralisierungsfähigkeit
durch spontane Kristallkeimbildung von K-A zu bald verlieren werden,
und deshalb eine Gebrauchsfähigkeitsdauer
aufweisen, die zu kurz ist, während
das Remineralisierungsvermögen
dieser Produkte zu gering sein wird, wenn ihr pH-Wert höher als
8 ist, und zwar aufgrund der begrenzten Löslichkeit von CaKPO4 und/oder Ca2KNa(PO4)2 bei solchen pH-Werten.
Es werden deshalb pH-Werte angezielt, bei denen K-A-Apatit an vorhandenen
Apatit-Kristallen ein Kristallwachstum aufweisen kann, wobei aber
keine spontane K-A-Kristallkeimbildung auftritt. Als vorhandene Apatit-Kristalle
werden dabei die HA-Kristalle im Zahnschmelz und die CDHA-Kristalle
von Dentin verstanden. Wie dies aus unseren in-vitro-Untersuchungen
bekannt ist, werden K-A-Schichten, die an den HA- und CDHA-Kristallen wachsen,
durch Reifung spontan in HA bzw. CDHA überführt. Auf diese Weise können die Kristalle
bei anfänglichen
Kariesläsionen
in Zahnschmelz und Dentin durch Anwachsen von zunächst K-A-Schichten, die
später
durch spontane Reifung in den ursprünglichen HA- und CDHA-Apatit überführt werden,
ausgeheilt werden.
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Wichtig
ist die Feststellung, dass in den erfindungsgemäßen remineralisierenden Zahnhygieneprodukten
die Mengen an Fluorid oder Zink so gering wie möglich sein sollten. Geringe
Mengen an Fluorid können das
Remineralisierungsvermögen
durch Ausfällen
von Calciumfluorid schädigen,
während
Zink das gleiche durch Ausfällen
von Zinkphosphat bewirkt.
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In
den erfindungsgemäßen remineralisierenden
Zahnhygieneprodukten liegt die Menge an CaKPO4 und/oder
Ca2KNa(PO4)2 vorzugsweise im Bereich 1 bis 80 Gew.-%,
insbesondere zwischen 5 und 70 Gew.-%, in erster Linie zwischen
20 und 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Hygiene-Produkte. Soweit dies
Zahnpasten betrifft, sollten diese auch andere Poliermittel aufweisen,
die gemäß dem Stand
der Technik üblich
sind, wie z.B. Siliciumdioxid. Diese Produkte können auch eine oder mehrere
der Komponenten aus der aus Wasser, Verdickungsmitteln, Schaumbildnern,
Schmiermitteln, En zymen, Farbstoffen, Geschmacksmitteln und Feuchthaltemitteln
bestehenden Gruppe als Additive aufweisen. Wenn die Menge an CaKPO4 und/oder Ca2KNa(PO4)2 geringer als
1 Gew.-% ist, wird das Remineralisierungsvermögen dieser Produkte zu gering.
Andererseits führt
eine Menge von mehr als 80 Gew.-%
zu Produkten, die nicht hantierbar, spröde und zerkrümelnd sind,
und die zerfallen werden.
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Die
erfindungsgemäßen Mundspülmittel
und Speichelersatz-Produkte umfassen eine wässerige Lösung, die Calciumionen, Phosphationen
und Kaliumionen auf eine solche Weise aufweisen, dass ihre Konzentrationen
höher sind
als die des Gleichgewichts mit K-A beim eingestellten pH-Wert, aber
gleich oder geringer sind als die Sättigung mit CaKPO4 und/oder
Ca2KNa(PO4)2 beim eingestellten pH-Wert. Zusätzliche
Ionen können
z.B. Natrium und Chlorid umfassen. Diese Zahnhygieneprodukte können außerdem eine
oder mehrere der Komponenten aus der Gruppe bestehend aus Wasser,
Verdickungsmitteln, Schaumbildnern, Schmiermitteln, Enzymen, Farbstoffen,
Geschmackstoffen und Feuchthaltemitteln umfassen.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend durch eine Anzahl von Beispielen
erläutert,
wobei jedoch darauf hinzuweisen ist, dass die vorliegende Erfindung
keinesfalls auf solche speziellen Beispiele beschränkt ist.
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Beispiel 1: Herstellung
von CaKPO4 und Ca2KNa(PO4)2
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2
Mol CaHPO4 und 1 Mol K2CO3 wurden sorgfältig gemischt und dann bei
1000°C 1
Stunde lang erhitzt und danach an der Luft rasch abgekühlt, wonach
das als CaKPO4 erhaltene Pulver auf eine
Feinheit von weniger als 30 μm
gemahlen wurde.
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4
Mol CaHPO4, 1 Mol K2CO3 und 1 Mol Na2CO3 wurden sorgfältig gemischt und dann bei
1000°C 1 Stunde
lang erhitzt und dann an der Luft rasch abgekühlt, wonach das als Ca2KNa(PO4)2 erhaltene Pulver auf eine Feinheit von
weniger als 30 μm
gemahlen wurde.
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Beispiel 2: Spontane Kristallkeimbildung
von K-A
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Ein
Teil des im obigen Beispiel 1 hergestellten CaKPO4-Pulvers
wurde mit 2 N Essigsäure
unter Bildung einer Paste bei pH 3,5 gemischt. Nach einigen Stunden
schien die Paste in K-A überführt zu sein,
das ein Röntgenbeugungsdiagramm
zeigte, das mit dem Diagramm des Nanoapatits, der in Knochen und
Dentin auftritt, identisch ist. Die gleiche Reaktion tritt mit einem
Teil des im obigen Beispiel 1 hergestellten Ca2KNa(PO4)2-Pulvers nach
Zugabe von 2 N Essigsäure
auf. Wenn in beiden Fällen
2 N Milchsäure
bei pH 2 anstelle von 2 N Essigsäure
verwendet wurde, waren die Endprodukte ebenfalls K-A mit einer Nanoapatit-Struktur.
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Beispiel 3
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Das
in Beispiel 2 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, mit der Ausnahme,
dass eine Paste bei einem pH-Wert von 9 hergestellt wurde. In diesem
Fall zeigte die Verwendung einer Calciumionen-Elektrode, dass die Gleichgewichtskonzentration
von Calcium unterhalb von 0,1 mMol ist, was für gute Remineralisierungseigenschaften
zu gering ist.
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Beispiel 4: Stabilität von Ca2KNa(PO4)2 oberhalb von pH 4
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10
g von wie im Beispiel 1 hergestelltem Ca2KNa(PO4)2 wurden mit 10
ml Wasser gemischt, was einen pH-Wert von ca. 6 bis 7 ergab (Experiment
A). Außerdem
wurden 10 g Ca2KNa(PO4)2 mit 10 ml Wasser, das 1% Na2CO3·10H2O und 1% KHCO3 enthielt,
gemischt (was einen pH-Wert von ca. 8 ergab) (Experiment B). Nach
14 Tagen Equilibrierung bei Raumtemperatur schien es, dass weder
die feste kristalline Substanz im Experiment A noch die im Experiment
B verändert
war. Dies beweist, dass Ca2KNa(PO4)2 tatsächlich in
einem schwach-sauren Milieu (Experiment A) und in einem schwach-alkalischen
Milieu (Experiment B) stabil ist.
