CC BY
416
МИКРОБИОТА И БОЛЕЗНИ ПОЛОСТИ РТА
А. И. Хавкин1, Ю. А. Ипполитов2, Е. О. Алешина2, О. Н. Комарова1 НИКИ педиатрии ГБОУ ВПО «РНИМУ им. Н. И. Пирогова»» ГБОУ ВПО ВГМА им. Н. Н. Бурденко2
MICROFLORA AND ORAL DISEASE
Khavkin А. I. 1, Ippolitov Y. А. 2, Аleshina Е. О. 2, Кomarova О.№.
Pirogov Russian National Research Medical University (Moscow)1 Burdenko State Medical Academy (Voronezh)2
Хавкин
Анатолий Ильич Khavkin Anatoly I.,
125412, г. Москва, ул. Талдомская, д. 2 E-mail:
Хавкин Анатолий Ильич, доктор медицинских наук, профессор, заведующий отделом гастроэнтерологии НИКИ педиатрии ГБОУ ВПО «РНИМУ им. Н. И. Пирогова»
Ипполитов Юрий Алексеевич, д.м.н. доцент, заведующий кафедрой детской стоматологии с ортодонтией ГБОУ ВПО «ВГМА им. Н. Н. Бурденко»
Алешина Елена Олеговна, ассистент кафедры детской стоматологии с ортодонтией ГБОУ ВПО «ВГМА им. Н. Н. Бурденко» Комарова Оксана Николаевна — к.м.н., ст.н.сотр. отдела гастроэнтерологии НИКИ педиатрии ГБОУ ВПО «РНИМУ им. Н. И. Пирогова»
Резюме
Кислотообразующие микроорганизмы являются основным этиологическим фактором в поражении эмали зубов и деструкции дентина. Этот процесс инициируется специфической микрофлорой зубного налета — Streptococcus mutans, Lactobacteria и Actinomycetis viscosus, которые ферментируют пищевые углеводы с образованием кислот. Высокий титр их появления в полости рта можно рассматривать в качестве маркера употребления углеводной пищи. Однако патогенные бактерии не проявляют агрессивности против организма хозяина до тех пор, пока их степень их вирулентности не достигает необходимого уровня, чтобы эффективно преодолеть защиту организма хозяина. В то же время, микрофлора полости рта принимает участие в формировании пелликулы — биопленки, защищающей эмаль и дентин зубов. Понимание взаимоотношений факторов защиты и патогенности микрофлоры полости рта, позволит разработать адекватные и эффективные методы профилактики и лечения.
Ключевые слова: микрофлора полости рта, микробиота, болезни полости рта, зубной налёт, кариес зубов. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология 2015; 118 (6): 78-81
Summary
Acid-producing microorganisms are base etiological agents of lesions of tooth enamel and destruction of dentin. The process start by specific microflora of tooth deposit — Streptococcus mutans, Lactobacteria и Actinomycetis viscosus which ferment food carbogydrate to form acids. High titre of them in oral cavity may be considered like a marker of carbohydrate food. But the pathogenic bacteria don't have aggression to host organism until they will have virulent factors which help to get over protection of host organism. At the same time, microflora of oral cavity is involved to form pellicula. Pellicula is a biofilm which to protect tooth enamel and dentin. Understanding relationships between safety factors of host and pathogenic microflora of oral cavity will give to create effective methods of prevention and treatment.
Keywords: microflora of oral cavity, microbiota, oral disease, tooth deposit, dental caries.
Eksperimental'naya i Klinicheskaya Gastroenterologiya 2015; 116 (4): 78-81
Бактерии являются причиной основных стоматологических заболеваний. В то же время бактерии являются партнерами крепкого здоровья нашего организма. Бактерии колонизируют также все поверхности всех живых организмов, имеющих контакт с внешней средой. Они покрывают нашу кожу и слизистые оболочки. Во рту, кроме микоплазм и простейших, идентифицировано более чем 350 штаммов бактерий. [1]. Колонии бактерий обладают свойством адгезии к органическим структурам и образуют налет, который совсем недавно называли бактериальной бляшкой. [2, 3]
В современной трактовке бактериальный налет называют «биопленкой, которая является специализированной бактериальной экосистемой, обеспечивающей жизнеспособность и сохранение составляющих ее видов микроорганизмов и увеличение общей популяции» [4, 5]
Совершенно неожиданным было недавнее открытие способности бактерий биопленки общаться друг с другом посредством химического кода. Используемый бактериями «алфавит» состоит из сигнальных молекул, которые в зависимости от ситуации отправляют бактерии к своему ближайшему окружению или в систему микроциркуляции. Если концентрация этих молекул на внешних мембранах бактерий-рецепиентов превышает определенный порог, происходит активация поверхностных протеинов, которые, в свою очередь, активируют или дезактивируют функцию конкретных фрагментов генетического кода бактерий. При этом изменяются их поведение и свойства. Данный механизм получил название Quorum Sensing. Он позволяет бактериям получить информацию о присутствии собратьев, изменении условий окружающей среды. [6]
Патогенные бактерии не проявляют агрессивности против организма хозяина до тех пор, пока их степень их вирулентности не достигает необходимого уровня, чтобы эффективно преодолеть защиту организма хозяина. Благодаря специализации отдельных колоний микробов биопленка в целом обладает свойствами многочисленного организма, способного оказывать эффективное сопротивление антибиотикам и другим антимикробным препаратам. In vitro резистентность биопленки антибиотикам в 500-1000 раз превышает аналогичную способность отдельных колоний бактерий. [7]
Известны следующие механизмы защиты биопленки: одни бактерии активируют защитные молекулы, которые препятствуют адгезии антибиотиков на внешних мембранах клеток. Другие вырабатывают гидрофобные вещества, которые предотвращают проникновение антибиотиков через клеточную мембрану. Третьи активируют систему перекисного окисления ферментов, в частности каталазу, которые деактивируют молекулы антибиотиков. [8]
Бактерии общаются также посредством обмена генетическим материалом. [9]
Бактерии в биопленке составляют от 15 до 20 % от общего объёма субстрата. Они включены экс-трацеллюлярную протеинсодержащую матрицу, которая составляет от 75 до 80 % объёма. [10] Эта матрица состоит из экзополисахаридов, протеинов, солей и продуктов распада обмена веществ
бактерий. Она обладает способностью к саморегуляции и может приобретать гидрофильные и гидрофобные свойства.
Образование бактериальной биопленки полости рта — это постоянно текущий, динамический процесс, состоящий из трех фаз. Первая фаза — это отложение гликопротеинов слюны на поверхности зуба. Вторая — начальная колонизация грамполо-жительными бактериями и подготовка условий для следующей фазы колонизации. Третья фаза — колонизация различными, в том числе патогенными, штаммами бактерий, и внутреннее созревание структуры. [2, 11]
Внутреннее созревание структуры биопленки происходит за счет репродукции собственных бактерий, а не за счет принятия бактерий извне. Структура биопленки негомогенна. Она содержит области с высокой и низкой бактериальной концентрацией.
Бактериальная биопленка активно развивается на закрытых поверхностях с плохой самоочищае-мостью: фиссуры, пришеечные и апроксимальные поверхности зубов. Наличие различных штаммов бактерий варьирует в зависимости от значений pH, концентрации углеводов и кислорода. [6, 7]
Зубной камень образуется в процессе минерализации бактериальной биопленки, за счет метаболических процессов некоторых бактерий. Процесс образования зубного камня типичен для каждого индивидуума, тем не менее, количество и интенсивность его образования сильно варьирует у отдельных лиц. Минерализация начинается изнутри в участках прилегания бактериальной биопленки к десне и поверхности зуба. Отложение зубного камня способствует дополнительной фиксации биопленки на зубе. [12]
Доказано, что чаще всего инфицирование ребенка кариесогенной микрофлорой происходит преимущественно от матери или других людей, ухаживающих за ним. [13, 14] Уменьшение уровня Streptococcus mutans у лиц, ухаживающих за ребенком, может снизить риск развития кариеса у детей раннего возраста. Поэтому родителям рекомендуется провести санацию полости рта и тщательно ухаживать за зубами, а в случае выявления высокого уровня обсемененности зубной биопленки кариесогенной микрофлорой — местно использовать лечебно-профилактические препараты, подавляющие ее активность.
Возраст, в котором произошло инфицирование ребенка Streptococcus mutans, очень важен, так как чем раньше оно произошло, тем выше риск и интенсивность кариозного процесса. Ранее считалось, что колонизация кариесогенной микрофлоры в полости рта беззубых младенцев невозможна. Однако клинические исследования, проведенные в последние годы, показали, что Streptococcus mutans имеет способность образовывать колонии в бороздках спинки языка еще до прорезывания зубов. Вертикальная трансмиссия является не единственным способом передачи кариесогенной микрофлоры в человеческой популяции. Генотипический анализ Streptococcus mutans, выделенных из полости рта детей ясельного возраста (12-30 мес.), показал, что многие дети имеют идентичные генотипы
Streptococcus mutans. Этот факт доказывает наличие горизонтальной трансмиссии как способа передачи кариесогенных микроорганизмов. [13,14,15]
Патогенные бактерии биопленки являются этиологическими факторами кариеса и заболеваний пародонта. Предупреждение и лечение этих заболеваний должно проводиться на социальном, локальном, микробиологическом и генетическом уровнях. Лечебный контроль также за неспецифической биопленкой является простым и обычным эффективным средством в лечении кариеса и заболеваний пародонта. [13, 16] Лечение должно охватывать всю поверхность полости рта и прилегающей поверхности глотки, а не только область зубов и пародонта. [17]
Главной целью регулярного механического удаления налета является уменьшение общего количества бактерий и модификация состава биопленки. Это достигается за счет личной гигиены полости рта, но наиболее эффективной является профессиональная чистка и поддесневая хирургическая обработка.
Зубной налет (ЗН) начинает накапливаться уже через 2 часа после чистки зубов. В течение 1-х суток на поверхности зуба преобладает кокковая флора, после 24 часов — палочковидные бактерии. Через 2 суток на поверхности ЗН обнаруживаются многочисленные палочки и нитевидные бактерии.
По мере развития ЗН изменяется его микрофлора по типу дыхания. Первоначально образованный налет содержит аэробные микроорганизмы, более зрелый — аэробные и анаэробные бактерии.
Определенную роль в формировании ЗН играют клетки слущенного эпителия, которые прикрепляются к поверхности зуба в течение часа после ее очищения. Количество клеток значительно увеличивается к концу суток. Далее эпителиальные клетки адсорбируют на своей поверхности микроорганизмы. Также установлено, что образованию ЗН и его прилипанию к эмали в значительной мере способствуют углеводы.
Наиболее важную роль в образовании ЗН играют Streptococcus mutans, активно формирующие его на любых поверхностях. Но в этом процессе есть определенная последовательность. В экспериментальных условиях показано, что к чистой поверхности зуба сначала прилипает Streptococcus salivarius, а затем адгезируется Streptococcus mutans и начинает размножаться. При этом Streptococcus salivarius очень быстро исчезает из зубного налета. [14, 18] На формирование матрицы ЗН влияют ферменты бактериального происхождения, например нейраминидаза, участвующая в расщеплении гли-копротеинов до углеводов, а также в полимеризации сахарозы до декстрана-левана.
При изучении динамики роста ЗН в экспериментальных условиях обнаружено, что в течение первых 24 часов образуется пленка гомогенного вещества, свободного от бактерий, толщиной 10 мк. В последующие дни происходит адсорбция бактерий и их разрастание. Через 5 дней налет покрывает более половины коронки зуба и по количеству значительно превосходит первоначальный суточный ЗН. Наиболее быстро он накапливается на щечных поверхностях верхних жевательных
зубов. Распространение ЗН по поверхности зуба происходит от межзубных промежутков и десне-вых желобков; рост колоний подобен развитию последних на питательной среде. [2,14, 19, 20]
Поддержание высоких концентраций продуктов обмена микрофлоры (в частности короткоцепо-чечных жирных кислот) (КЦЖК) в приэпители-альной зоне ротоглотки имеет глубокий физиологический смысл. Они выполняют следующие физиологические функции: энергообеспечение эпителия различных участков слизистой ротоглотки; энергостимулирующее действие КЦЖК на рост и дифференцировку многослойного эпителия ротоглотки; поддержание нормальной инфраструктуры микробиоценоза; подавление КЦЖК и их солями некоторых представителей патогенной и условно-патогенной микрофлоры. Показатели содержания КЦЖК в слюне отражают метаболическую активность в основном мягких тканей ротоглотки, однако микрофлора зубной поверхности, десневых карманов вносит определенный вклад в интегральные показатели бактериальных метаблитов в слюне. Интегральные показатели КЦЖК у детей в большей степени, чем у взрослых, отражают активность микрофлоры мягких тканей, так как у детей младшего возраста редки случаи заболеваний пародонта и гингивы. [21]
В качестве дополнительных клинико-лабора-торных методов оценки состояния факторов, способных повышать резистентность твердых тканей зубов автор изучал качественные показатели зубного налета и ротовой жидкости. Основой для клинических данных расценивались клинико-ла-бораторные показатели пациентов контрольной группы: кариесогенность зубного налета и корот-коцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) зубного налета. Автор констатирует, что кариесогенность зубного налета возрастает в зависимости от степени деструкции твердых тканей зубов, тогда как содержание КЦЖК напротив снижается, видимо, из-за нарушения гомеостаза и увеличения патогенных микроорганизмов в полости рта. [22]
Регулярное механическое удаление позволяет сместить соотношение бактериального состава биопленки в пользу сапрофитов и уменьшить количество патогенных микроорганизмов. Модификация состава биопленки после механической обработки заключается в колонизации грампо-ложительными и менее агрессивными штаммами бактерий с одновременным замедлением роста патогенных штаммов. Установлено, что для восстановления патогенных свойств возбудителям болезней пародонта необходим период созревания в течение нескольких месяцев, а для агрессивных штаммов, деминерализирующих эмаль, всего несколько дней. Для эффективной нейтрализации патогенных видов бактерий биопленки важны три фактора: изменение среды обитания, например, за счет регенерации переходного эпителия или уменьшения зубодесневых карманов; прекращение размножения бактерий и дифференциации бактериальных штаммов; регулярное удаление налета. [5, 19,23]
Использование естественных механизмов ингибирования вирулентности патогенных
микроорганизмов является перспективным методом контроля бактериальной биопленки. За счет нарушения общения и запуска ложных сигнальных молекул можно дезорганизовать структуру или же полностью предотвратить образование биопленки [2].
Предотвращая адгезию кариесогенных микроорганизмов (например, Streptococcus mutans) к поверхности зуба, снижают риск возникновения кариеса. Ингибирования адгезии можно достичь блокадой специфических рецепторов на поверхности зуба, ответственных за прикрепление бактериальных адгезинов. [13] Ту же цель преследуют проекты пассивной и активной иммунизации [24]. На основе знания экологии зубной бляшки [25, 26] разработали проект, получивший название «терапия вытеснением»: в полость рта
Литература
1. Quirynen M: Management of oral malodor. J Clin periodontal 2003;30 supp 5:17-18.
2. Asikainen S, Chen C: Oral ecology and person to person transmission of Aa and Pg. Periodontology 2000 1999;20:65-81.
3. RateischakKH, Wolf HF: Parodontologie. 2. Aufl. Thieme 1989.
4. Caufield PW, Cutter GR, Dasanayake AP: Initial acquisition of mutans streptococci by infants: evidence for a discrete window of infectivity. J Dent Res 1993;72:37-45.
5. Леус П. А. Коммунальная стоматология / П. А. Леус.— Брест, 2000.— 234с.
6. Slots J, Jorgensen MG: Effective, safe, practical and affordable periodontal therapy: where are we going, and are we there yet? Periodontology 2000 2002;28:298-312.
7. Allais G. Биопленка полости рта / G. Allais // Новое в стоматологии.— 2006.— Т. 136, № 4.— С. 4-15.
8. Darveau RP, Tanner A, Page RC: The microbial challenge in periodontology. Periodontology 2000 1997;14:12-32.
9. Hazen SP: Supragingival dental calculus. Periodontology 2000 1995;8:125-136.
10. Bernimoulin JP: Recent concepts in plaque formation. J Clin periodontal 2003;30 supp 5:7-9.
11. Loesche WJ, SvanbergML, Pape HL: Introral transmission of streptococccus mutans by a dental explorer. J Dent Res 1979;58: 1765-1770.
12. Chen HA, Darveau RP, Page RC: Humoral Immune response to Porphyromonas gingivalis before and following therapy in rapidly progressive periodontitis Patients. J Periodontol 1991;62:781-791.
13. Кузьмина Э. М. Профилактика стоматологических заболеваний: учебное пособие / Э. М. Кузьмина.— Москва, 2001.
14. Кузьмина Э. М. Профилактика кариеса зубов как важнейший аспект сохранения стоматологического здоровья детей / Э. М. Кузьмина, И. И. Лысенкова // Рос. педиатр. Журн.— 2006.—№ 6.— С. 58.
15. Кисельникова Л. П. Индивидуальная профилактика кариеса у детей школьного возраста/ Л. П. Кисельникова // Клинич. Стоматология.— 2006.— № 4.— С. 52-58.
16. Socranssky SS, Haffajee AD: Dental Biofilms: difficult therapeutic targets. Periodontology 2000 2002;28:12-55.
17. Theilade E. Factors controlling the microflora of the healthy mouth. In: Human microbial ecology. Hill MJ, Marsh PD. Boca Raton, FL: CRC Press 1990:1-56
вносят генетически модифицированный штамм S. mutans, производящий спирт вместо лактата, рассчитывая на то, что естественный обитатель зубного налета лактообразующий кариесогенный S. mutans будет постепенно вытеснен мутантом-пришельцем. К физиологическим стратегиям относят меры, влияющие на величину рН, изменяющие окислительно-восстановительный потенциал. Величину рН можно стабилизировать применением сахарозаменителей (например, ксилита) или стимулированием микробиологического производства щелочных продуктов из определенных субстратов (например, аргинин) [17, 27-30]. Даже такие традиционные мероприятия, как назначение фторидов и противомикробных веществ, также способствуют изменению величины рН — тем, что тормозят активность ферментов.
18. Mattos-Grainer RO, Caufield PW: The Genotypic diversity of mutans streptococci in Brazilian nursery childrensuggests horizontal trasmission. J Clin Microbiol 2001;39: 2313-2316.
19. Netuschil L: Biofilm als organisationform der plaque. Prophilaxe Dialog 2004;9:7-8.
20. Wilton JMA, Bampton JLM, Hurst TJ: Interleukin-1B and IgG subclass concentrations in gingival crevicular fluid from patinets with a history of destructive periodontal disease. Journal of Clinical Periodontology, 2005 Vol. 19, 318-321
21. Хавкин А. И. Микрофлора пищеварительного тракта / А.И Хавкин.— М.: Фонд социальной педиатрии, 2006. — 416 с.
22. Ипполитов Ю. А. Разработка и оценка эффективности методов нормализации обменных процессов твердых тканей зуба в условиях развития кариозного процесса/диссертация доктора медицинских наук: 14.01.14/Г0УВП0 «ВГМА им.Н.Н. Бурденко». Воронеж, 2012,275 С
23. Attstrom R, Kinane DF: Group A Summary Microbiology and systemic effect of Parodontitis. J Clin periodontol 2003;30 supp 3:37-38.
24. WynnRL, Meiller TF, Crossley HL. Tobacco «plantibodies> for caries prevention. Gen Dent. 1999; 47: 450-4
25. Hillman JD, Brooks TA, Michalek SM, Yarmon CC, Snoep JL, van der Weijen CC. Construction and characterization of an effect or stain of streptococcus mutans for replacement-therapy of dental caries. Infect Immun. 2008; 68: 543-9
26. Cisar JO, Takahashi Y, Ruhl S, Donkersloot JA, Sandberg AL. Specific inhibitors of bacteril adhesion: observations from the study of gram-positive bacteria that initiate biofilm formation on the tooth surface. Adv dent Res. 1997; 11:168-75
27. Scheie AA: Mechanism of dental plaque formation. Adv Dent Res 1994, 8 (2) 246-53.
28. Darveau RP, Tanner A, Page RC: Effect of treatment on titer, function and antigene recognition of serum antibodies to actinobacillus actinomycentencomitans in patient with rapidly progressive periodontitis. Infect Immun 1994;62:145-151.
29. Costerton JW, Lewandowski Z, Caldwell DE, Korber DR, Lappin-Scott HM: Microbial biofilms.Annu Rev Microbiol 1995 49; 711-745.
30. Listgarten MA, Mayo HE, Tremblay R: Development of dental plaque on epoxy resin crowns in man. J Periodontol 1975; 46:10-26.
