ZASIEDLANIE
JAMY USTNEJ
PRZEZ BAKTERIE
ZASIEDLANIE
JAMY USTNEJ
PRZEZ BAKTERIE
Jama ustna zasiedlana jest sukcesywnie
przez poszczególne gatunki bakterii.
Kolonizacja to złożony proces, który
przebiega wieloetapowo. Podczas
kolonizacji dochodzi do interakcji między
bakteriami oraz bakteriami i
środowiskiem.
Po uzyskaniu dostępu drobnoustrojów do
środowiska następuje adhezja i adherencja do
powierzchni.
Mikroorganizmy rosną w obecności innych
bakterii w środowisku co wpływa na ich
zróżnicowane zdolności adaptacyjne
np. S.mutans przystosowuje się do kwaśnego
środowiska co powoduje obniżenie liczby lub
eliminację innych paciorkowców.
Kolonizowane
powierzchnie
Występują dwa rodzaje powierzchni kolonizowanych
przez bakterie:
tkanki miękkie - błona śluzowa pokryta warstewką
śliny
tkanki twarde - szkliwo i cement korzenia zęba
pokryte błonką nabytą
Lepszą powierzchnią do kolonizacji są tkanki twarde,
gdyż błona śluzowa jest stale odnawiana po
złuszczeniu komórek nabłonkowych. Powierzchnie
styczne i zagłębienia anatomiczne zębów umożliwiają
dodatkowo kumulację i wzrost bakterii niezakłócone
czynnością żucia.
Początek
zasiedlania
Drobnoustroje rozpoczynają kolonizację jamy
ustnej podczas porodu i trwa ona przez całe
życie.
W pierwszych tygodniach życia człowieka
obserwuje się obecność: S.mitis, S.salivarius,
S.oralis
W ciągu następnych miesięcy flora jamy
ustnej staje się bardziej złożona, pojawiają się
bakterie beztlenowe: Veillonella, Prevotella
Po wyrznięciu zębów pojawiają się: S.mutans,
S.sobrinus, S.sanguis, Actinomyces i inne
bakterie beztlenowe
Istnieją dwa okresy szczególnej kolonizacji
jamy ustnej człowieka tzw. „okna
infekcyjności”:
Pierwszy ma miejsce podczas wyrzynania
się pierwszych zębów mlecznych
Drugi występuje podczas wymiany
uzębienia
Względna stabilność flory bakteryjnej zostaje
osiągnięta u młodych osób dorosłych.
Utrata wszystkich zębów redukuje złożoność flory
bakteryjnej jamy ustnej, przede wszystkim zanikowi
ulegają bakterie adherujące do twardych tkanek zęba
tj. S.mutans.
Używanie protez sprzyja
ponownemu wzrostowi
bakterii wymagających do
wzrostu twardych powierzchni.
PŁYTKA NAZĘBNA
Płytka określana jest jako
biofilm. Stanowi miękki złóg
przylegający do wszystkich
powierzchni zębów i uzupełnień
protetycznych. To spoista masa
o białożótawej barwie, nieco
ciemniejszej od szkliwa.
Nie można jej usunąć
płukaniem, a jedynie poprzez
szczotkowanie i nitkowanie.
Budowa
60-70% bakterii zatopionych w
bezpostaciowej substancji organicznej zwanej
matrycą (matrix).
Skład bakteryjny jest zmienny w zależności
od:
lokalizacji
wieku (grubości) płytki
fizykochemicznych właściwości śliny
sposobu odżywiania
Matrycę tworzą:
Glikoproteiny pochodzenia ślinowego
Zewnątrzkomórkowe polisacharydy (glukany
i fruktany) – będące wynikiem metabolizmu
bakteryjnego.
Oprócz matrycy i bakterii płytkę tworzą:
Komórki nabłonka
Leukocyty
Wapń i fosfor
Resztki pokarmowe
Śluz
TWORZENIE SIĘ PŁYTKI NAZĘBNEJ
jest złożonym procesem,
składającym się z kilku etapów:
1. Tworzenie się błonki
Adsorpcja cząsteczek gospodarza i bakterii na powierzchni zęba tworzy
nabytą błonkę ślinową. Cienka warstwa ślinowych glikoprotein odkłada
się na powierzchni zęba w ciągu kilku minut kontaktu ze środowiskiem
jamy ustnej. Bakterie jamy ustnej początkowo przywierają do błonki, a
nie bezpośrednio do szkliwa tj. hydroksyapatytu.
Początkowymi kolonizatorami są:
Streptococcus sanguis , S. oralis, S. mitis
Pozostałe drobnoustroje to:
Actinomyces , bakterie G- (np. Haemophilus)
Mają one zdolności przytwierdzania się do powierzchni zęba poprzez
łączenie się z błonką nabytą.
2. Transport
Bakterie zbliżają się do powierzchni zęba
przed przyleganiem, dzięki naturalnemu
przepływowi śliny, ruchom Browna lub zjawisku
chemotaksji.
3. Interakcje o dużym zakresie to interakcje
fizyko-chemiczne między powierzchnią komórki
bakteryjnej i błonką okrywającą ząb. Działanie
sił van der Waalsa i odpychania
elektrostatycznego doprowadza do
odwracalnej fazy przylegania.
4. Interakcje o małym zakresie to interakcje
stereochemiczne między powierzchnią komórki
bakteryjnej a receptorami na błonce nabytej. Jest to
faza nieodwracalna, podczas której pozakomórkowe
polimery pomagają zakotwiczyć drobnoustrój, po
czym namnaża się on na nie zasiedlonej uprzednio
powierzchni.
5. Koagregacja i adhezja
Nowe bakterie przylegają do już wcześniej
przytwierdzonej pierwszej generacji komórek; mogą to
być albo bakterie tego samego rodzaju, albo innego,
ale muszą być z odpowiadających sobie gatunków.
6. Tworzenie się błonki biologicznej (biofilmu)
Powyższy proces ciągnie się dalej, a w jego rezultacie
rośnie i tworzy się błonka biologiczna; w miarę upływu czasu
staje się coraz bardziej złożona. Narastanie bakterii jest
oparte na rywalizacji, sukcesji bakteryjnej, dynamice
procesu kolonizacji. Pionierska grupa drobnoustrojów, która
w sposób selektywny kolonizuje ślinę, to Gram-dodatnie
ziarenkowce i pałeczki. Potem dołączają ziarenkowce i
pałeczki Gram-ujemne, a na końcu bakterie nitkowate,
wrzecionowce, śrubowce i krętki.
7. Oddzielnie
Bakterie kolonizujące mogą się oderwać i wkroczyć w fazę
planktonową tzn. zawieszoną w ślinie) i zostać przeniesione
w nowe miejsce kolonizacyjne, rozpoczynając tym samym
od nowa cały cykl.
W pierwszych dniach wzrost płytki przebiega na zasadzie podziału
komórkowego i w mniejszym stopniu na ciągłej adsorpcji drobnoustrojów
ze śliny.
W starszej, kilkudniowej płytce, w jej powierzchownej warstwie wokół
bakterii nitkowatych koagregują ziarniaki, tworząc struktury nazywane
„kolbami kukurydzy”. Natomiast w głębszej warstwie widoczne są
Gram-dodatnie bakterie tworzące palisady wzdłuż powierzchni zęba.
Następuje zmiana dominacji drobnoustrojów ze Streptococcus na
Actinomyces.
W dojrzałej płytce brak pionierskich bakterii tj. S.oralis, które stworzyły
korzystne środowisko w jamie ustnej. Nie sprzyja im ono ze względu na
brak środków odżywczych, dużą ilość metabolitów.
Wraz ze zwiększaniem grubości płytki obniża się w niej stężenie tlenu.
Tlenowe i względnie tlenowe bakterie obecne we wczesnym stadium płytki
są zastępowane względnie beztlenowymi i beztlenowymi drobnoustrojami.
Ma to miejsce po upływie ok. 9 dni.
W ciągu kilku tygodni dochodzi do równowagi pomiędzy różnymi
gatunkami bakterii.
Płytka ze zrównoważoną florą bakteryjną to płytka dojrzała.
Równowaga ma charakter dynamiczny-martwe bakterie są
zastępowane przez nowe.
METABOLIZM PŁYTKI
NAZĘBNEJ
W jamie ustnej głównym składnikiem
odżywczym dla bakterii są glikoproteiny
śliny(źródło cukrów i białka).
Spożycie pokarmów powoduje przejściowy
obfity dowóz środków odżywczych.
Bakterie dostosowały
metabolizm do naprzemiennie
występujących okresów
„głodu i karmienia”.
Cukry są głównym źródłem energetycznym dla
bakterii i w większości są rozkładane na drodze
glikolizy beztlenowej.
Cukry dietetyczne (sacharoza, maltoza, laktoza,
fruktoza oraz alkohole cukrowe – sorbitol i
mannitol) indukują 2 specyficzne enzymy:
1. Transportujący cukier do komórki
2. Niezbędny do przemiany cukru w metabolit.
Transport cukru ze środowiska zewnętrznego poprzez
błonę komórkową do cytoplazmy odbywa się wbrew
gradientowi stężeń (transport aktywny) przy udziale
białka transportowego.
Zasadniczym rodzajem transportu cukru jest system
fosfoenolotransferazy, któremu podlegają:
Glukoza
Fruktoza
Mannoza
Galaktoza
Sacharoza
Maltoza
Laktoza
Sorbitol
Mannitol
Istnieją alternatywne sposoby transportu cukru
– np. S.mutans, polegające na transporcie
glukozy poprzez jej koncentrację i fosforylację.
Mechanizm ten funkcjonuje przy:
wysokim stężeniu glukozy
niskim pH
wysokim wzroście bakterii
Do uzyskania energii i prekursorów do syntezy materiału
komórkowego bakterie rozkładają glukozo-6-fosforan
głównie w cyklu glikolizy beztlenowej lub w przemianach cyklu
pentozowego.
Na drodze przemian glukozy powstaje pirogronian, który
może zostać zamieniony w:
1.
Kwas mlekowy – przy wysokim stężeniu cukru pod
wpływem dehydrogenazy mleczanowej
2.
Kwas mrówkowy, octowy i etanol – przy niskim stężeniu
cukru w warunkach beztlenowych drogą przemian liazy
mrówczanowej
3.
Kwas octowy i etanol – S.mutans w warunkach tlenowych
pod wpływem dehydrogenazy pirogronianowej
4.
Kwas octowy i nadtlenek wodoru – S.mitis i S.sanguis za
pomocą oksydazy pirogronianowej
Udział różnych bakterii w zakwaszaniu
płytki jest zróżnicowany. Mniejsze
zakwaszenie środowiska powodują
bakterie fermentujące do kwasu
masłowego i propionowego, natomiast
większe, te które fermentują do kwasu
mlekowego, mrówkowego i octowego.
Po podaniu cukru nie tylko tworzą się kwasy, lecz
również duża ilość polisacharydów wewnątrz- i
zewnątrzkomórkowych.
Polisacharydy wewnątrzkomórkowe typu
amelopektyny czy glikogenu mogą być łatwiej
metabolizowane do kwasu.
Polisacharydy zewnątrzkomórkowe
wytwarzane z sacharozy:
S.mutans i S.sanguis – polimeryzują glukozę w
glukany
S.mutans i S.salivarius, Actinomyces viscosus –
tworzą z fruktozy polisacharyd fruktan (lewan)
Rola polisacharydów zewnątrzkomórkowych:
Składnik zrębu międzybakteryjnego
Ważne strukturalnie polimery w agregacji bakterii na
zębach
Rezerwa energii
Otwierają drogi dyfuzji dla kwasów i cukrów przez
płytkę
Opisane przemiany metaboliczne prowadzą do
obniżenia pH płytki i w konsekwencji do
demineralizacji powierzchni zęba.
Obniżenie wartości pH poniżej „wartości
krytycznej”
dla hydroksyapatytu – 5,5
dla fluoroapatytu – 4,5
dla cementu – 6,7
powoduje rozpuszczanie fosforanów wapnia i
inicjuje utratę substancji mineralnych zęba.
Na tworzenie się kwasów w jamie ustnej
wpływają:
Ilość i gatunki bakterii
Szybkość wydzielania śliny
Lepkość i pojemność buforowa śliny
Sposób dyfuzji w płytce
Rodzaj diety
Częstość spożywania cukrów
HOMEOSTAZA
MIKROBIOLOGICZNA PŁYTKI
NAZĘBNEJ
Homeostaza (gr. homoíos - podobny,
równy; stásis - trwanie) – zdolność
utrzymywania stałości parametrów
wewnętrznych w systemie (zamkniętym
lub otwartym).
Pojęcie to zwykle odnosi się do
samoregulacji procesów biologicznych.
W biofilmie takim jak płytka nazębna mikroorganizmy są
w ścisłej bliskości prowadzącej do wzajemnej interakcji.
Te interakcję mogą być korzystne w stosunku do
jednego lub wielu mikroorganizmów danej populacji, jak
również niekorzystne (antagonistyczne) w stosunku do
innych.
Metabolizm mikroorganizmów skumulowanych w płytce
produkuje w gradiencie czynniki oddziaływujące na wzrost
innych gatunków, prowadząc do nadmiernej utraty
podstawowych składników odżywczych oraz ciągłej
akumulacji składników toksycznych i hamujących wzrost.
Interakcja i sukcesja pomiędzy
mikroorganizmami w płytce nazębnej
Te gradienty prowadzą do rozwoju
wertykalnych i horyzontalnych układów
warstwowych w rozwoju płytki nazębnej. Takie
środowiskowe zróżnicowanie umożliwia wzrost
mikroorganizmom z szeroko zróżnicowanymi
wymaganiami i umożliwia koegzystencję
gatunków niezgodnych w wymaganiach,
których wzrost byłby niemożliwy w
homogennym środowisku.
Korzystne interakcje obejmują wspólne oddziaływanie dwóch
lub więcej gatunków do:
metabolizowania makromolekuł gospodarza, takich jak
mucyna (pojedyncze szczepy nie są zdolne do katabolizowania
takich cząsteczek)
rozwoju łańcuchów pokarmowych (komsumpcja mleczanów
przez Veillonella spp)
koagregacji
produkcji kwasów tłuszczowych, analogów witaminy K, wodoru,
substancji odsłaniających receptory
Antagonistyczne reakcje obejmują:
produkcję substancji hamujących (kwasy organiczne)
produkcja H
2
O
2
przez Streptococcus sanguis hamuje wzrost
Actinomyces actinomycetemcomitans,
produkcja bakteriocyny przez Actinomyces
actinomycetemcomitans hamuje wzrost Streptococcus sanguis
konkurencja o substancje odżywcze, receptory.
Wcześni kolonizatorzy powierzchni zęba to
głównie Neisseria spp. i paciorkowce. Wzrost i
metabolizm gatunków pionierskich zmienia
lokalne warunki środowiskowe(pH, koagregacja,
dostępność substratów). Prowadzi to do rozwoju
bardziej wymagających organizmów, np.
obligatoryjnych beztlenowców, zdolnych tylko
do wzrostu w wyjątkowo przyjaznym gradiencie,
który rozwija się w biofilmie.
Wzajemne zależności mikroorganizmów
w zdrowiu i chorobie
Płytka nazębna rozwija się naturalnie na zębie,
dając korzyści gospodarzowi poprzez rozwój
oporności kolonizacyjnej. Równocześnie, osiedlając
się w danym miejscu, płytka pozostaje odpowiednio
stabilna, ulegając jednak regularnym zmianom
środowiskowym.
Ta stabilność (mikrobiologiczna homeostaza) nie
jest spowodowana metaboliczną obojętnością
rezydującej mikroflory, ale jest związana z
dynamiczną równowagą występującą pomiędzy
stałymi członkami społeczności drobnoustrojow.
Przypadkowo, homeostaza może być naruszona. Prowadzi to
do nierównowagi w mikroflorze i predysponuje dane miejsce
do wystąpienia choroby np.: kolejne dopływy cukrów prostych
w diecie często prowadzą do wystąpienia warunków niskiego
pH w płytce, które hamują wzrost wielu gatunków związanych
ze zdrowym zębem, selekcjonujących wzrost gatunków
wysoce kwasotwórczych i kwasolubnych takich jak:
Streptococcus mutans i Lactobacillus związanych z próchnicą.
W chorobach przyzębia, występuje przesunięcie mikroflory
płytki w kierunku bardziej proteolitycznych Gram(-) bakterii
beztlenowych populacji płytki, które mogą prowadzić do
uszkodzenia tkanek pośrednio poprzez efekty uboczne
odpowiedzi zapalnej organizmu lub bezpośrednio poprzez
produkcję proteaz, cytotoksyn i innych czynników wirulencji.
TEORIA
EKOLOGICZNA
PŁYTKI NAZĘBNEJ
Kluczowym elementem w badaniach nad
próchnicą jest brak paciorkowców z grupy
Mutans w miejscach, w których pojawiła się
próchnica.
Sugeruje to, że inne bakterie mogą działać
próchnicogennie.
W niektórych badaniach, w których
paciorkowce z grupy Mutans występowały w
dużych ilościach, nie stwierdzono widocznej
demineralizacji w szkliwie leżącym poniżej.
Może to być spowodowane obecnością
gatunków zużywających kwas mlekowych,
takich jak Veillonella spp., lub wytwarzaniem
substancji alkalicznych przy niskim pH przez
takie drobnoustroje jak Streptococcus
salivarius i Streptococcus sanguis.
Powyższe odkrycia doprowadziły do powstania
„Ekologicznej teorii płytki”.
Zgodnie z tą tezą flora próchnicogenna płytki
współzawodniczy ze sobą tylko w niewielkim
stopniu, stanowi mniejszość w ogólnej
społeczności organizmów.
Przy standardowej diecie poziomy potencjalne
próchnicogennych bakterii są mało znaczące, a
procesy demineralizacji i demineralizacji się
równoważą.
Jednak jeśli częstotliwość przyjmowania
fermentujących węglowodanów zostaje
zwiększona, poziom pH płytki obniża się i
pozostaje niski przez dłuższy czas , co sprzyja
rozwojowi bakterii tolerujących środowisko kwaśne,
chwilowo eliminując komensalne kwasolabilne
bakterie.
Niski poziom współczynnika pH, utrzymujący się
przez dłuższy czas powoduje również
demineralizację. Proces ten przechyla równowagę
płytki w stronę paciorkowców z grupy Mutans i
pałeczek kwasu mlekowego.
Teoria ta do pewnego stopnia wyjaśnia również
dynamikę związku między gospodarzem i
bakteriami, tak więc zmiany w głównych
czynnikach zależnych od gospodarza, takich jak
wpływ przepływu śliny na rozwój płytki, powinny
być brane pod uwagę
TWORZENIE SIĘ
KAMIENIA NAZĘBNEGO
Jony wapniowe i fosforowe pochodzące ze śliny mogą zostać
odłożone w grubszej warstwie płytki nazębnej. Jeśli płytka może
się rozrastać bez przeszkód, wtedy degenerujące się bakterie w
punkcie kulminacyjnym mogą zachowywać się jak czynniki
sprzyjające mineralizacji. Proces jest przyspieszony przez
bakteryjne fosfatazy i proteazy, które degradują niektóre ze
zwapniałych inhibitorów (statetynę i białka bogate w prolinę).
Procesy te prowadzą do powstania nierozpuszczalnych
kryształów fosforanów wapnia, które zlewają się, tworząc
zwapniałą masę płytkową, zwaną kamieniem
Z reguły dojrzały kamień składa się 80% (suchej masy) ze
zmineralizowanego materiału, głównie hydroksyapatytu a
resztę (20%) stanowią składniki organiczne.
Struktura
We florze dominują ziarenkowce, pałeczki i bakterie nitkowate
(głównie z zewnętrznych warstwach), czasem drobnoustroje spiralne.
Bakterie w pobliżu powierzchni szkliwa mają zwykle zmniejszone
proporcje cytoplazmy w stosunku do ściany komórki, sugerując, że są
one metabolicznie nieaktywne.
Kamień naddziąsłowy, zawiera więcej Gram-dodatnich
drobnoustrojów, podczas gdy kamień poddziąsłowy zawiera więcej
gatunków Gram-ujemnych.
W niektórych obszarach (głównie zewnętrzna powierzchnia)
ziarenkowce przylegają i namnażają się na po wierzchni nitkowatych
mikroorganizmów, budując struktury przypominające „kolby
kukurydzy". Bakterie nitkowate ustawiają się pod kątem prostym do
powierzchni szkliwa, powodując tym efekt palisady (niczym książki
na półce).
Cytoplazma niektórych bakterii (głównie ziarenkowców) zawiera
ziarna zmagazynowanego glikogenu, będącego gotowym źródłem
substancji odżywczych w niekorzystnych warunkach.
Kamień ma szorstką powierzchnię i jest porowaty, co
sprawia, iż jest idealnym zbiornikiem dla toksyn bakterii
szkodliwych dla przyzębia (np. lipopolisacharydów).
Właśnie z tego powodu usuwanie kamienia jest
konieczne dla zachowania przyzębia w dobrym stanie.
Złogi nazębne
U dzieci i młodzieży z higienicznie utrzymaną
jamą usną występuje warstwa białego miękkiego
osadu przylegającego luźno do powierzchni zębów
i dziąseł. Najczęściej gromadzi się w okolicy
przyszyjkowej zębów. Składa się z drobnoustrojów,
złuszczonych komórek nabłonka leukocytów
składników śliny i resztek pokarmowych.
Płytka nazębna przylegająca dłuższy czas do powierzchni zęba
może być okupowana przez bakterie chromatogenne powodujące
jej
żółte lub pomarańczowe zabarwienie .
Nalot nazębny
zielony
- nalot Prestleya
Występuje u dzieci najczęściej na powierzchniach wargowych
siekaczy w okolicy szyjki zęba. Zabarwienie nalotu tłumaczy się
obecnością bakterii syntetyzujących chlorofil.
Zielone
lub
brunatne
zabarwienie nalotu spotyka się u dzieci z
zaniedbaną higieną jamy ustnej i krwawiącymi dziąsłami, w
wyniku gromadzenia się w osadzie elementów morfotycznych krwi.
Niekiedy u dzieci z małą skłonnością do próchnicy występuje
delikatny
czarny
osad, trudny do usunięcia, który umiejscawia się
w okolicy przyszyjkowej zębów wzdłuż brzegu dziąsła. Etiologia
jego jest nieznana. Niektóre badania wskazują ze zabarwianie
osadu jest spowodowane odkładaniem się siarczków metali
głównie żelaza reagujących z grupami SH w białkach płytki
nazębnej. W odróżnieniu do innych osadów nie wywiera działania
patogennego.
