Механизм формирования зубного налета микробиология. Микрофлора зубного налета. Микрофлора зубной бляшки. Строение твердых тканей зубов. Стадии образования биоплёнки
Введение
Бытует мнение, что полость рта - это одно из самых грязных мест во всём организме человека. С этим утверждением можно поспорить, но, по подсчётам учёных, в слюне и ротовой жидкости в среднем содержится 109 микроорганизмов в 1 миллилитре, а в зубном налёте - 1011 в 1 грамме. Согласно последним данным, во рту у человека, не страдающего патологиями органов полости рта, не одномоментно обитают 688 видов различных бактерий .
Несмотря на такое разнообразие микробиоты, при хорошей гигиене и отсутствии соматических заболеваний и психических отклонений (таких, как сахарный диабет, СПИД, постоянный стресс и многих других) мы живём в мире и согласии с колонизаторами слизистых оболочек нашей ротовой полости. Проявление наличия тех или иных микроорганизмов в полости рта может служить диагностическим признаком (например, грибковые заболевания слизистой оболочки могут быть признаком нарушений Т-клеточного звена иммунитета).
Но, помимо слизистых оболочек, микроорганизмы колонизируют и поверхность твёрдых тканей зуба. Как всем известно, это приводит к кариесу, а при откладывании визита к стоматологу и пускании процесса на самотёк - к таким осложнениям, как пульпиты, периодонтиты, а в дальнейшем - к образованию гранулём и кист. Знание о наличии тех или иных представителей микромира в полости рта, а также об их физиологических особенностях позволяет находить новые способы борьбы с патологиями, которые они способны вызывать. Изучение микробиома полости рта на сегодняшний день не потеряло актуальность. Периодически появляются сообщения об открытии новых представителей или о расшифровке геномов ранее найденных бактерий. Всё это необходимо для более глубокого понимания патогенеза заболеваний органов полости рта, изучения межбактериальных взаимодействий и усовершенствования процессов лечения и восстановления пациентов, а также профилактики локальных и генерализованных осложнений.
Нормальная микробиота полости рта
Как уже было сказано, в полости рта человека в норме находится большое количество различных видов бактерий, которые не живут обособленно, а вступают в различные взаимодействия, например, образуют биоплёнки. Весь микробиом полости рта условно можно поделить на две группы: постоянные (специфические для данного биотопа виды) и непостоянные микроорганизмы (иммигранты из других биотипов хозяина, например, носоглотки, кишечника). Также может присутствовать третий вид микроорганизмов - заносная микробиота из окружающей среды.
Среди представителей нормальной микробиоты можно выделить различные виды актиномицетов (Actinomyces cardiffensis, А. dentalis, А. oris, А. odontolyticus и др.), представителей рода Bacteroidetes (таксоны 509, 505, 507, 511 и др.), Bifidobacterium (В. dentium, В. longum, В. breve и др.), Campylobacter (С. gracilis, С. gingivalis, С. sputorum и др.), Fusobacterium (F. periodonticum, F. gonidiaformans, F. hwasookii и др.), Staphylococcus (S. warneri, S. epidermidis и др.), Streptococcus (St. mutans, St. intermedius, St. lactarius и др.) .При всём своём разнообразии видовой состав микробиоты полости рта довольно постоянен, однако количество микробов разных видов может колебаться в связи с их видовыми и изменяющимися условиями окружающей среды. На количественный состав микробиоты могут влиять :
1) состояние слизистой оболочки ротовой полости,
2) физические условия (температура, рН и др.),
3) секреция слюны и её состав,
4) состояние твёрдых тканей зубов,
5) состав пищи,
6) гигиеническое состояние полости рта,
7) отсутствие патологий слюнных желёз, функции жевания и глотания,
8) естественная резистентность организма.
Бактерии удерживаются на поверхности твёрдых и мягких тканей благодаря своим морфологическим особенностям и определённым межклеточным взаимодействиям, которые будут описаны далее. Различные виды бактерий обладают тропностью к разным тканям. Для дальнейшего рассказа о формировании биоплёнок полости рта и развития патологических процессов необходимо рассмотреть основные особенности преобладающих микроорганизмов.
Стафилококки
Данный род бактерий представлен неподвижными грамположительными кокками, располагающимися в мазке «виноградными гроздьями»; являются факультативными анаэробами, хемоорганотрофы . Наиболее распространённый представитель данного рода в полости рта - Staphylococcus epidermidis, преимущественно располагающийся на дёснах и в зубном налёте. Расщепляет остатки пищи в полости рта, участвует в образовании зубной бляшки. Другой распространённый представитель - Staphylococcus aureus - является причиной развития гнойных бактериальных инфекций, в том числе генерализованных.
Стрептококки
Встречаются в полости рта гораздо чаще, чем какие-либо другие бактерии. Грамположительные шаровидные или овоидные кокки, хемоорганотрофы, факультативные анаэробы . Представители рода, обитающие в ротовой полости, были выделены в отдельную группу оральных стрептококков. Подобно стафилококкам, расщепляют остатки пищи (в основном углеводы) с образованием перекиси водорода, а также молочной кислоты, что играет большую роль в образовании зубной бляшки. Streptococcus mutans и S. sangius обитают в основном на твёрдых тканях зубов и обнаруживаются только после повреждения эмали, S. salivarius - в основном на поверхности языка.
Вейлонеллы
Грамотрицательные анаэробные неспорообразующие кокки, хемоорганотрофы . В ходе своей жизнедеятельности разлагают лактат, пируват и ацетат до углекислого газа и водорода, что повышает рН среды и положительно влияет на образование зубной бляшки (в основном Veillonella parvula) и рост других микроорганизмов. Помимо этого, они способны окислять остатки пищи до различных органических кислот, что способствует процессам деминерализации и образованию микрополостей.
Лактобактерии
Молочнокислые бактерии, грамположительные бациллы, факультативные анаэробы . Различают гомоферментные (образуют при разложении углеводов только молочную кислоту) и гетероферментные виды (образуют молочную, уксусную кислоту, спирт и углекислоту). Образование большого количества кислот с одной стороны оказывает ингибирующее влияние на рост других микробов, а с другой стороны способствует деминерализации эмали.
Актиномицеты
Низшие актиномицеты, обитатели полости рта и кишечника. Их особенностью является способность образовывать ветвящийся мицелий. По Граму окрашиваются положительно. Строгие анаэробы, хемоорганотрофы . В процессе жизнедеятельности ферментируют углеводы с образованием кислот (уксусной, молочной, муравьиной, янтарной). Наиболее излюбленное место - область воспалённой десны, разрушенные корни зубов, патологические десневые карманы. Actinomyces israelii присутствует на поверхности дёсен, в зубном налёте, кариозном дентине, в зубных гранулёмах .
Зубная бляшка
Вышеописанные микроорганизмы обитают в полости рта на постоянной основе. При недостаточном уровне гигиены мы можем наблюдать результат их жизнедеятельности: образование налёта, зубного камня, кариеса, пародонтита, гингивита. Наиболее распространённое заболевание твёрдых тканей зубов - кариес. Чтобы разобраться, кто виноват и что делать, необходимо ближе рассмотреть то, с чего начинается любой кариес.
Ключевым механизмом возникновения кариеса является образование зубной бляшки. По своей сути бляшка - это скопление большого количества разнообразных бактерий, которые потребляют и продуцируют органические вещества. Они формируют многослойный конгломерат, каждый слой в котором выполняет свою собственную функцию. Получается небольшой “город” или “страна”, где есть “рабочие”, продуцирующие кислоты и витамины (стрептококки, коринобактерии и др.), есть транспортные пути, по которым доставляются питательные вещества для разных слоёв микросообщества, есть “пограничники”, которые находятся на периферии и защищают наш город-страну от развала под действием внешних факторов (актиномицеты).
Процесс образования бляшки начинается сразу после того, как вы почистили зубы. На поверхности эмали образуется плёнка - пелликула, которая состоит из компонентов слюны и десневой жидкости (альбуминов, иммуноглобулинов, амилазы и липидов). Несмотря на то, что внешне поверхность зуба имеет сглаженный рельеф, на ней встречаются выпуклые и вогнутые участки, которые соответствуют окончаниям эмалевых призм. Именно к ним прикрепляются первые бактерии . В течение 2 ‒ 4 часов бактерии колонизируют пелликулу, но они слабо связаны с плёнкой и легко удаляются. Если за это время никто им не помешал, они начинают активно расти и размножаться, образовывать микроколонии.
Стрептококки (S. mutans и S. sanguis) первыми приходят колонизировать эмаль. Прикрепиться к поверхности зуба им помогают морфологические особенности их клетки, а также наличие микропор и неровностей на эмали. Они синтезируют из сахарозы молочную кислоту, которая способствует созданию кислой среды и деминерализации эмали. Бактерии закрепляются в углублениях зуба (именно поэтому самый распространённый вид кариеса - это кариес жевательных поверхностей моляров и премоляров - из-за наличия на них выраженных фиссур) и протягивают руку помощи тем, кто сам не способен закрепиться на эмали. Это явление получило название коагрегации. Самым распространённым примером является S. mutans, у которого есть специальные рецепторы к адгезии на эмали и который синтезирует из сахарозы внеклеточные полисахариды, что способствует связыванию стрептококков между собой и прикреплению к эмали других бактерий.
В течение первых 4 часов к стрептококкам присоединяются вейлонеллы, коринебактерии, актиномицеты. С увеличением количества анаэробных бактерий увеличивается количество молочной кислоты. Вейлонеллы хорошо ферментируют уксусную, пировиноградную и молочную кислоты, в этих участках происходит повышение рН, способствующее накоплению в мягком зубном налёте аммиака. Аммиак и образующиеся дикарбоновые кислоты активно соединяются с ионами магния, кальция и фосфат-ионами, формируя центры кристаллизации . Коринебактерии синтезируют витамин К, стимулирующий рост анаэробных бактерий. Актиномицеты образуют переплетающиеся нити и способствуют прикреплению к эмали других бактерий, образуют каркас зубной бляшки, а также продуцируют кислоты, способствуя деминерализации эмали. Перечисленные бактерии составляют “раннюю” бляшку.
“Динамичная” бляшка, которая формируется в течение 4 ‒ 5 дней , преимущественно состоит из фузобактерий, вейлонелл и лактобактерий. Фузобактерии продуцируют мощные ферменты и совместно со спирохетами играют роль в развитии стоматитов. Лактобактерии обильно синтезируют молочную и другие кислоты, а также витамины В и К. На 6 день формируется зрелая зубная бляшка, которая в основном состоит из анаэробных палочек и актиномицет. Этот процесс происходит даже при стабильной двухразовой ежедневной гигиене полости рта. Дело в том, что большинство взрослых людей (а тем более детей) не умеют правильно чистить зубы. Обычно какие-то участки зубного ряда хорошо и тщательно очищаются, а какие-то остаются нетронутыми и не очищенными от зубного налёта. Чаще всего зрелая бляшка (а потом и зубной камень) образуется на язычной стороне резцов нижней челюсти.
Находясь в биоплёнке, бактерии начинают работать сообща. Колонии в микробиоценозе окружены защитным матриксом, который пронизан каналами и по своей сути является теми самыми транспортными путями, про которые говорилось выше. По этим путям циркулируют не только питательные вещества, но и продукты жизнедеятельности, ферменты, метаболиты и кислород.
Микроорганизмы в биоплёнке связаны между собой не только благодаря каркасу (внеклеточному матриксу), но и посредством межклеточных взаимодействий. Благодаря своей общности бактерии становятся более устойчивыми к антибиотикам и защитным системам организма, начинают синтезировать несвойственные им вещества и приобретать новые формы для поддержания устойчивости биоплёнки. В многоклеточном организме слаженность поведения клеток обеспечивается специальными системами управления (например, нервной системой). В группе отдельных самостоятельных организмов таких централизованных систем управления нет, поэтому согласованность действий обеспечивается иными способами, в том числе при помощи чувства кворума - способности бактерий в биоплёнках координировать своё поведение за счёт секреции молекулярных сигналов.
Впервые чувство кворума было описано у морской бактерии Photobacterium fisheri. Оно основано на сигнальном механизме, который осуществляется с помощью выделения бактериями при высокой плотности популяции специфических химических веществ, взаимодействующих с рецепторными регуляторными белками. Системы чувства кворума оценивают не только плотность популяции, но и другие параметры внешней среды посредством соответствующих генных регуляторов. Кворум играет ключевую роль в регуляции многих метаболических процессов у микроорганизмов (биолюминисценции у морских бактерий, стимуляции роста стрептококков, синтеза антибиотиков и др.) .
Некоторые недавние исследования показали, что в дополнение к традиционным системам коммуникации клетка-к-клетке, таким как чувство кворума, бактерия может использовать для коммуникации поток электронов. Внутри сообществ бактериальных биоплёнок ионные каналы проводят электрические сигналы большой дальности благодаря пространственно распределяющимся волнам калия, который деполяризует соседние клетки. Распространяясь через биоплёнку, эта волна деполяризации координирует метаболические состояния среди клеток внутри и на периферии биоплёнки. Эта форма электрической коммуникации таким образом может усиливать в биоплёнках метаболическую созависимость широкого радиуса. Интересно, что из-за быстрой диффузии ионов калия в водной среде возможно, что даже физически разъединённые биоплёнки могут синхронизировать свои метаболические колебания путём сходного обмена ионами калия.
Итак, работая сообща, микроорганизмы, формирующие зубной налёт и зубную бляшку, повышают вероятность развития кариеса. Это происходит по нескольким причинам. Во-первых, кариесогенные микроорганизмы способны вырабатывать гиалуронидазу, влияющую на проницаемость эмали. Во-вторых, бактерии способны синтезировать ферменты, расщепляющие гликопротеины . В-третьих, органические кислоты, которые образуются в результате метаболизма бактерий, также способствуют деминерализации эмали, что помогает бактериям проникать глубже в эмаль (а затем и в дентин), а также увеличивает шероховатость эмали, что приводит к «прикреплению» новых микроорганизмов.
Спустя 12 дней начинается процесс минерализации бляшки. Кристаллы фосфата кальция откладываются внутри зубного налёта и тесно связываются с поверхностью эмали. При этом бактерии продолжают накапливаться на поверхности образующегося зубного камня, способствуя его росту. Примерно 70 ‒ 90% зубного камня - это неорганические вещества: 29 ‒ 57% кальция, 16 ‒ 29% неорганического фосфата и около 0,5% магния. В следовых количествах присутствует свинец, молибден, кремний, алюминий, стронций, кадмий, фтор и других химические элементы. Неорганические соли связываются с белками, содержание которых в твёрдых зубных отложениях составляет 0,1 ‒ 2,5%. Также в зубном камне обнаруживают различные аминокислоты: серин, треонин, лизин, глутаминовая и аспарагиновая кислоты и др. Глутамат и аспартат способны связывать ионы кальция, а остатки серина, треонина и лизина - ионы фосфата, что очень важно для инициации минерализации зубного налёта и дальнейшего образования зубного камня .
Интересно, что, согласно недавним исследованиям, в отличие от зубной бляшки, зубной камень тормозит процессы деминерализации эмали и предохраняет зуб от развития кариозных поражений.
В исследовании, проведённом в 2016 году , было обнаружено, что из 1140 удалённых зубов, на которых присутствовал зубной камень, лишь на одном зубе был обнаружен кариес под твёрдыми отложениями. Задержка зубным камнем образования кариеса на проксимальной поверхности была обнаружена также на одном зубе из 187 образцов. На дистальной поверхности премоляра верхней челюсти твёрдые минерализованные отложения проникли в кариозную полость и заполнили очаг начальной деминерализации, приостановив дальнейшее развитие кариеса. Для сравнения: на мезиальной поверхности зуба, на которой отсутствовали твёрдые зубные отложения, были обнаружены обширные кариозные поражения, уходящие через эмаль вглубь дентина. Причины такого влияния зубного камня на распространения камня ещё не изучены. Наличие мягких и твёрдых зубных отложений имеет не только локальные, но и генерализованные последствия, которые будут рассмотрены далее.
Одонтогенная инфекция и её осложнения
Особенностью большинства стоматологических заболеваний является то, что они не имеют специфического возбудителя. В процессе развития одонтогенной инфекции происходит изменение микробиоценоза ротовой полости.
Обычно одонтогенная инфекция начинается с кариеса. Благодаря активной жизнедеятельности бактерий зубной бляшки, поверхностный кариес переходит в средний, средний - в глубокий, а глубокий кариес переходит в пульпит. Пульпа располагается в коронковой и корневой части зуба, следовательно, выделяют коронковый пульпит, который затем переходит в корневой. Спускаясь по корневому каналу, бактерии способны выйти через апикальное отверстие зуба и попасть в ткани пародонта. Этот процесс может возникнуть как из-за невылеченного кариеса, так и из-за ошибки при эндодонтическом лечении - выведении пломбировочного материала за верхушку зуба.
Развившийся в результате этого периодонтит чаще всего осложняется периоститом. Периостит - это воспаление надкостницы, при котором зона первичного воспалительного процесса ограничена пределами причинного зуба.
Среди осложнений выделяют также одонтогенный остеомиелит - процесс, распространяющийся за пределы пародонта причинного зуба, и который, в свою очередь, является причиной образования абсцессов и флегмон мягких тканей головы и шеи.
В состав микробиома при одонтогенной инфекции входят различные микроорганизмы, которые определяют тип экссудативного воспаления:
–
зеленящие и негемолитические стрептококки, энтерококки чаще встречаются при серозном воспалении;
–
золотистые стафилококки и гемолитические стрептококки вызывают гнойное воспаление;
–
пептострептококки, вейлонеллы, бактероиды и другие бактерии с выраженными протеолитическими свойствами чаще выделяются при гнилостном процессе .
При пульпитах в основном обнаруживаются анаэробные представители микромира, но могут быть выявлены и гнилостные бактерии. В случае острого гнойного периодонтита преобладают стафилококковые ассоциации, серозного - стрептококковые. При переходе из острого воспаления в хроническое происходит изменение состава преобладающей микробиоты. Благодаря тому, что челюстно-лицевая область обильно кровоснабжается, бактерии из полости рта могут проникнуть в системный кровоток и распространиться по всему организму (и наоборот - этим частично объясняется наличие аллохтонных микроорганизмов).
Согласно результатам исследования, проведённого в 2014 году, наличие зубного камня может стать риском смерти от инфаркта миокарда . Ранее были описаны случаи возникновения очагов атеросклероза на сонной артерии, возникшие в связи с прогрессирующим заболеванием пародонта . Дело в том, что зубная бляшка может быть как над-, так и поддесневой. Наддесневые зубные отложения в основном обуславливают появление кариеса, а поддесневые - заболевания пародонта. Большое количество зубных камней может спровоцировать развитие хронического воспаления в полости рта, которое, в свою очередь, может привести к активации системных воспалительных реакций. Они участвуют в развитии атеросклероза, что в итоге может привести к инфаркту миокарда и смерти.
Помимо воздействия на сердечно-сосудистую систему, одонтогенные инфекции могут вызвать развитие такого генерализованного осложнения, как сепсис. Данное осложнение может возникнуть при наличии абсцесса, флегмоны или вторичных инфекционных очагов, из которых на фоне выраженной иммунодепрессии в сосудистое русло непрерывно или периодически поступают микроорганизмы .
Сепсис - это довольно грозное осложнение, которое даже на сегодняшний день может привести к смерти. В 2007 году был опубликован клинический случай одонтогенного сепсиса , исходом которого была смерть пациента. Смерть от одонтогенного сепсиса - редкое явление, но при наличии сопутствующих патологий (например, лейкемии, как в упомянутом клиническом случае) риск смертельного исхода до сих пор есть. Даже при верной врачебной тактике (проведение хирургической операции, дренирование очага, назначение антибиотиков) при иммуносупрессивных состояниях токсико- и бактериемия может привести к гибели пациента в ближайшие 24 часа после операции.
Одонтогенная инфекция может привести к развитию синдрома системной воспалительной реакции организма, основными симптомами которого являются: повышение температуры до 38 o C, тахикардия (до 90 ударов в минуту), тахипноэ (до 20 вдохов в минуту), лейкоцитоз (до 12000/μl), лейкопения (до 4000/μl) или смещение лейкоцитарной формулы влево. Основной причиной смерти при этом синдроме является сепсис (55% случаев), а также полиорганная недостаточность (33%), обструкция верхних дыхательных путей (5%) и осложнения после наркоза (5%) .
Обструкция дыхательных путей является очень частым осложнением. Она возникает при флегмонах глубоких областей ротовой полости и шеи (например, при ангине Людвига), а также корня языка. Опасность этого осложнения заключается в том, что снабжение кислородом лёгких (а следовательно и организма в целом) нарушается, и для предупреждения возникновения тяжёлой тканевой гипоксии (прежде всего, мозга) необходимо провести интубацию или, в случаях с обширными флегмонами глубоких пространств, трахеостомию.
Гнойное воспаление клетчатки средостения - медиастенит - одно из самых опасных осложнений распространившейся одонтогенной инфекции. Через средостение инфекция может попасть в лёгкие, вызвав плеврит, абсцессы лёгких и деструкцию лёгочной ткани, а также перейти на перикард, вызвав перикардит.
При распространении инфекции не вниз (на шею и внутренние органы грудной и брюшной полостей), а наверх (на лицо и свод черепа), могут возникнуть такие осложнения, как острый верхнечелюстной синусит, тромбоз пещеристого синуса и менингоэнцефалит. В 2015 году был опубликован клинический случай возникновения множественных абсцессов в мозге, ассоциированных с одонтогенным сепсисом .
Как было сказано в самом начале главы, одонтогенные инфекции по большей части являются смешанными. Это значит, что при бактериологическом исследовании в посевах обнаруживаются как анаэробные микроорганизмы, так и аэробные. Между разными группами бактерий происходят различные антагонистические и синергические отношения , что существенно утяжеляет клиническую картину заболевания.
Помимо описанного выше случая инфаркта миокарда существует высокий риск развития эндокардита у пациентов, находящихся в группе риска: имеющих искусственный клапан, эндокардит в анамнезе, врождённые пороки сердца или являющиеся реципиентами при пересадке сердца с заболеваниями клапанов .
Заключение
Все вышеперечисленные факты свидетельствуют о том, что со стороны пациента крайне важно периодически посещать стоматолога и проводить первичную, вторичную и третичную профилактику кариеса (то есть предотвращать возникновение кариеса, его рецидивов, а также при необходимости восстанавливать стоматологический статус пациента и сохранять жевательную функцию). Врач же обязан проявлять настороженность в работе с пациентами, имеющими сопутствующие патологии, при необходимости назначать антибиотики (например, пациентам с искусственными сердечными клапанами) и соблюдать правила асептики и антисептики. При появлении абсцессов и флегмон крайне важно как можно скорее провести операцию дренирования инфекционного очага и удаления причинного зуба для профилактики дальнейшего развития генерализованных осложнений (сепсиса), а также вторичных инфекционных очагов.
Но нужно помнить, что те самые колонизаторы наших слизистых оболочек не только приводят к различным инфекционным заболеваниям, но и являются нормальными представителями полости рта. Осуществляя сложные взаимодействия между собой и с представителями заносной микробиоты, микроорганизмы поддерживают гомеостаз, являются симбионтами (например, снижают риски образования кариеса при кальцификации зубных отложений). Влияние резидентных микроорганизмов ротовой полости на локальные патологические процессы и на организм в целом до сих пор является предметом изучения, а значит нас ждёт еще много новых открытий.
Редакция: Сергей Головин, Максим Белов
Изображения: Cornu Ammonis, Катерина Никитина
Список литературы
- HOMD — сайт с полным перечнем представителей микробиоты полости рта
- Е.Г. Зеленова, М.И. Заславская и др. «Микрофлора полости рта: норма и патология», Нижний Новгород, 2004 г.
- Melissa B. Miller, Bonnie L. Bassler «Quorum sensing in bacteria», 2001 г.
- В. Тец «Руководство к практическим занятиям по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии».
- Paul H. Keyes, Thomas E. Rams «Dental calculus arrest of dental caries», 2016 г.
- B. Söder, J. H. Meurman, P.-Ö. Söder «Dental Calculus Is Associated with Death from Heart Infarction», 2014 г.
- B. Söder, L. J. Jin, B. Klinge, P.-Ö. Söder «Periodontitis and premature death: a 16-year longitudinal study in a Swedish urban population», 2007 г.
- М. М. Соловьёв, О. П. Большаков, Д. В. Галецкий «Гнойно-воспалительные заболевания головы и шеи», 2016 г.
- L. Carter, E. Lowis «Death from overwhelming odontogenic sepsis: a case report», 2007 г.
- Rishi Kumar Bali, Parveen Sharma «A review of complications of odontogenic infections», 2016 г.
- T. Clifton, S. Kalamchi «A case of odontogenic brain abscess arising from covert dental sepsis», 2015 г.
- Т. П. Вавилова «Биохимия тканей и жидкостей полостей рта: учебное пособие», 2008 г.
- Mary L. Windle «Antibiotic Prophylactic Regimens for Endocarditis», 2016 г.
Зубной налет - это скопление на поверхности зуба колонизирующих микроорганизмов, лейкоцитов и десквамированных клеток эпителия слизистой оболочки полости рта; другими неспецифическими компонентами зубного налета могут быть: эритроциты, кристаллоподобные частицы (фрагменты цемента, начинающаяся кальцификация пищевых включений), остатки пищи (к примеру, мышечные волокна). ВОЗ трактует понятие «зубного налета» как специфического, но весьма различного по структуре образования на поверхности зуба, которое порождается скоплением и ростом микробов.
Классификация зубного налета :
- наддесневой зубной налет - локализуется над десной;
- поддесневой налет – локализуется (распространяется) в десневую бороздку.
- Зубной налет может быть белого, зеленого и коричневого цвета.
Количественный и качественный состав микробной флоры зубного налета изменчив, поскольку разнообразен и видовой состав микроорганизмов нормальной микрофлоры полости рта. При неудовлетворительной гигиене полости рта увеличивается количество палочковидных организмов и грамотрицательных кокков. Большинство микроорганизмов в зубном налете являются кислотообразующими. Типичной реакцией в ответ на деятельность зубного налета является повреждение соединительного эпителия десны и её воспаление. Микробиологические исследования позволили выделить несколько видов бактерий, наиболее часто встречающихся в зубном налете при болезнях периодонта, среди них Actinomyces, Actinobacillus, Bacteroides, Eikinella corrodens, Fusobacterium, Vielonella recta, Treponema denticola, Capnocytophaga. Также значительную роль в развитии воспаления десны играют стрептококки и стафилококки.
Продолжительность созревания зубного налета колеблется от 1 до 3 суток. Созревший зубной налет вызывает раздражение тканей периодонта за счет микроорганизмов и их экзо- и эндотоксинов, что приводит к воспалению десны:
- экзотоксины - производные грамположительных бактерий - являются обычными для полости рта и не вызывают воспаления;
- эндотоксины - производные грамотрицательных бактерий - устойчивы к температурным воздействиям, проявляют агрессивное действие в месте расположения зубного налета, стимулируют формирование антител, вызывают повышение проницательности капилляров, нарушают клеточный обмен, приводят к воспалению и геморрагическому некрозу десны.
1. Бактериальные эндотоксины + протеазы зубного налета и десневой жидкости.
2. Дегрануляция тучных клеток (накопление серотонина, гистамина, гепарина) + изменение активности ферментов калликреин - кининовой системы и их ингибиторов.
3. Дезинтеграция гликозоаминоаликанов - изменение проницаемости сосудов.
4. Нарушение ресинтеза коллагена (изменение активности коллагеназы), изменение барьерной функций тканей периодонта (местный иммунитет) и общей сопротивляемости организма.
Клинические формы патологии, вызываемые зубным налетом: зубной камень, кариес , гингивит, периодонтит (в т.ч. парадонтит).
Диагностика . Для обнаружения зубного налета достаточно осмотра рта обследуемого с использованием зубоврачебного набора. Однако более четко зубной налет выявляется при применении растворов эритрозина, основного фуксина, бисмарк коричневого флюоресцирующего Na и других безвредных красителей, а также специальных таблеток (таблетки окрашивают невидимый зубной налет на зубах и деснах, и помогает скорректировать технику чистки зубов; в зависимости от цвета таблетки зубной налет окрашивается в синий или красный цвет). Для количественной оценки зубного налета также применяют различные индексы гигиены, из которых наибольшее распространение получил «упрощенный индекс гигиены рта» Greens-Vermillion и различные его модификации, индекс эффективности гигиены полости рта PHP (Podshadley, Haley, 1968), индекс PLJ (Silness, Loe, 1967) и др.
Профилактика . Проводится много работ по изучению средств профилактики и удаления отложений на зубах. В естественных условиях в полости рта существуют определенные механизмы самоочищения, которые прослежены с помощью изотопов. Самоочищение зависит от характера пищи, однако в целом самоочищение (по данным скандинавской диетологической службы) сомнительно, а если и существует, то, во всяком случае, неэффективно в удалении бактериального зубного налета. Ведутся поиски эффективных средств, противодействующих отложению зубного налета. Имеются попытки применения антибиотиков, бактерицидных веществ, мочевины, препаратов, снижающих поверхностное натяжение, ферментов, особенно протеолитических, обменных смол.
Многое зависит от правильности чистки зубов зубной щеткой : ее нужно применять по назначению два раза в сутки: после завтрака или сразу после сна, если вы не завтракаете, и перед сном; можно чистить зубы и чаще, если есть какие-либо проблемы в полости рта (например, склонность к неприятному запаху изо рта или очень активно образуется кариес); чистят зубы на менее трех минут; при чистке зубов нужно условно разделить каждую челюсть на несколько зон и каждую зону очищать отдельно, систематично – не разносить налет по всему рту в порыве рвения; движения при чистке передней и внутренней поверхности зубов выметающие: от десны вверх на нижней челюсти и от десны вниз на верхней, жевательную поверхность зубов чистят круговыми движениями, после чистки зубную щетку нужно помыть с мылом и поставить сушиться; менять зубную щетку необходимо один раз в два-три месяца, покупать щетки из искусственной щетины необходимо средней жесткости (если стоматолог не прописал что-то иное); очень распространены электрические и ультразвуковые щетки - мнения врачей о них расходятся. Хотя бы один раз в день перед сном необходимо чистить зубы флоссом (зубной нитью). Для еще лучшей очистки межзубных промежутков и валика десны, окружающего зуб, от мелких пищевых частиц также применяют ирригаторы , которые напором импульсно подают тоненькую струйку воды, которой можно все вымыть. Хорошо профилактирует образование зубных отложений чистка языка зубной щеткой или специальной ложкой движениями от дальних участков к кончику; прочищают спинку языка и боковые поверхности.
Питательные вещества для роста бактерий, по-видимому, поступают извне. Флора назубного налета - это энергичная экологическая система, хорошо адаптированная к окружающей микрофлоре.
Микрофлора быстро восстанавливается после чистки зубов, проявляя высокую метаболическую скорость, особенно в присутствии углеводистой пищи.
В зависимости от частоты приема пищи и времени ее нахождения в полости рта, а также от воздействия ингибиторов, скорость роста бактерий может быть и предельно малой. В назубном налете - большинство бактерий кислотообразующие, протеолитических бактерий слаба.
Caries. Funny bacteria and tooth
Значительная часть бактерий, особенно кариесогенных, способна синтезировать йодофильные полисахариды.
Анаэробы, составляющие другую группу бактерий назубного налета, утилизируют пищевые протеины и аминокислоты. Они расщепляют коллаген.
К этой группе отнесены пептострептококки, ристеллы, фузиформы, вибрионы, вейлонеллы, нейссерии, рамибактерии и катенобактерии, а также спирохеты. В некариозном назубном налете большую часть (25-30%) составляют Veilonella Neisseria и незначительную - спирохеты (5-6%).
В кариозном назубном налете главными протеолитическими бактериями являются ристеллы, составляющие свыше 30% общего числа микроорганизмов этой группы.
Кроме упомянутой выше микрофлоры, в назубном налете обнаружены и другие виды, в частности дрожжеподобные грибы, дифтероиды, стафилококки.
В меньшем количестве выявлены Str. mutans, sanguis, salivarius и энтерококки, незначительно содержание лактобацилл, актиномицет, вейлонелл, бактероидов и фузобактерий.
Кроме того, были определены спирохеты. Ritz (1963) с помощью флюоресцентного метода в однодневном назубном налете обнаружил в большом количестве нокардии. Последние отнесены к аэробам и, по мнению автора, играют важную роль в инициации образования зубной бляшки.
Кроме нокардий, на ранней стадии образования назубного налета в нем присутствуют также нейссерии. В отличие от стрептококков, нейссериям присущ замедленный рост. Horikava и соавторы (1978) выделили 217 штаммов нейссерий из назубного налета человека.
Эти штаммы в соответствии с биологическими характеристиками были разделены на 6 групп. В 86% случаев обнаружена Neisseria sicca, которая продуцирует полисахариды, и Neisseria subflava, не синтезирующая их.
В интенсивно развивающемся назубном налете доминируют Neisseria sicca, в случаях медленного его развития - Neisseria subflava.
В назубном налете, взятом с пришеечной области зубов и маргинального края десны, Halhoul и Calvin (1975) также обнаружили вирусоподобные частицы, связанные с микроорганизмами полости рта; частицы имели различные размеры, форму и диаметр. Авторы полагают, что эти частицы могут быть разновидностью бактериофага.
На всех этапах развития назубного налета в нем преобладают стрептококки. На ранних стадиях развития стрептококки находятся в ассоциации с аэробными и факультативными кокками, а также с короткими палочками.
На более поздних стадиях его развития эта ассоциация сокращена только в поверхностном слое, так как в глубжележащих слоях, кроме стрептококков, обнаружены разнообразные анаэробные микроорганизмы, многие из которых имеют нитевидную форму.
8.1. КУТИКУЛА. ПЕЛЛИКУЛА. ЗУБНОЙ НАЛЁТ
В физиологических условиях на поверхности эмали образуются кутикула и пелликула.
Кутикула
Ку т и к ула покрывает поверхность эмали зубов после их прорезыва- ния в виде тонкой оболочки, состоящей из двух слоёв и обозначаемых как первичная и вторичная кутикула. Первичная кутикула - внутренний тонкий (около 0,5-1,5 мкм) гомогенный слой гликопротеинов, являющимся последним секреторным продуктом энамелобластов. Вторичная кутикула образована наружным (около 10 мкм) слоем редуцированного эпителия эмалевого органа.
После прорезывания зубов кутикула стирается и частично может сохраняться на апроксимальных поверхностях.
В отличие от кутикулы на протяжении всей жизни на поверхности эмали могут формироваться пелликула зуба и зубной налёт.
Пелликула
Пелликула - приобретенная тонкая органическая пленка, которая образуется из гликопротеинов слюны на поверхности зуба. Толщина пелликулы 1-4 мкм. Является бесструктурным образованием, не содержащим бактерий, и плотно фиксирована на поверхности зуба. На формирование приобретённой пелликулы влияет рН слюны. Пелликула формируется в течение 20-30 мин и её образование начинается с адсорбции специфических белков слюны на гидроксиапатитах эмали. Между поверхностью эмали и осаждающимися белками образуются ионные связи и гидрофобные взаимодействия.
В образовании пелликулы участвуют кислые и гликозилированные белки, богатые пролином, лактоферрин, лактопероксидаза, гистатин 1, цистатин SAIII и в более низких концентрациях - лизоцим и гистатин-5, а также аминосахара и моносахариды. Пелликула обладает избирательной проницаемостью и обеспечивает процессы диффузии ионов в поверхностный слой эмали, а также защищает эмаль зубов от воздействия химичес-
ких агентов. Зубная пелликула представляет собой барьер, через который регулируются процессы минерализации и деминерализации эмали, а также осуществляется контроль за составом микробной флоры, участвующей в образовании зубного налёта. После механической очистки пелликула восстанавливается на поверхности эмали в течение нескольких часов.
Все другие поверхностные образования на зубах, за исключением кутикулы и пелликулы, играют определённую роль в развитии стоматологической патологии.
Зубной налёт
Зубной налёт (зубная бляшка) - структура, состоящая из скопления различных видов микроорганизмов, погружённых в матрикс, образованный продуктами их жизнедеятельности, компонентами слюны и неорганическими веществами. Зубной налёт образуется путем осаждения микроорганизмов на поверхности пелликулы и растет за счет постоянного наслаивания новых видов бактерий. Определенную роль в формировании зубного налёта играют не только белки слюны и микроорганизмы, но и клетки слущенного эпителия.
Состав зубного налёта непостоянен и по мере его старения меняется.
Это зависит от состава микрофлоры и метаболических реакций, протекающих с участием микроорганизмов. По мере роста налёта начинает преобладать анаэробная флора, для которой характерно высокая ферментативная активность и образование органических кислот.
Зубной налёт на 78-80% состоит из воды. В сухом веществе определяются минеральные вещества, белки, углеводы.
Содержание макро- и микроэлементов в зубном налёте вариабельно. Известно, что на 1 мг сухой массы зубного налёта приходится около 3,4 мкг кальция, 8,4 мкг фосфора, 4,2 мкг калия и 1,3 мкг натрия. Кальций и фосфор в зубном налёте в основном поступает из слюны, хотя и не исключен выход этих элементов из эмали зубов. По мере созревания зубного налёта количество кальция и фосфора продолжает расти. Помимо макроэлементов в зубном налёте присутствуют микроэлементы, которые представлены ионами Ca 2+ , Sr 2+ , Fe 3+ , Mg 3+ , Mn 3+ , F - и др. Содержание фтора в зубном налёте может быть в десятки и даже в сотни раз больше, чем в слюне (6-180 мкг/г). Эта концентрация в значительной степени зависит от уровня фтора в воде. Включение фтора в зубной налёт происходит через образование фторапатита и СаF 2 и связывание фтора с белками матрикса налёта. Фтор способен проникать внутрь бактерий.
Количество липидов в зубном налёте невелико и в раннем налёте определяются триацилглицеролы, холестерин, глицерофосфолипи- ды. По мере созревания налёта количество липидов не уменьшается, но они образуют комплексы с углеводами.
Белки составляют около 8% от сухой массы зубного налёта. Аминокислотный состав белков зубного налёта сходен, но не идентичен аминокислотному составу белков слюны и эпителиальных клеток. В зубном налёте также присутствуют свободные аминокислоты. По мере созревания зубного налёта аминокислотный состав меняется, исчезают глицин, аргинин, лизин и растет количество глутаминовой кислоты. Эти изменения обусловлены тем, что микроорганизмы способны расщеплять кислыми и слабощелочными протеиназами белки с освобождением пептидов и аминокислот, которые, в свою очередь, дезаминируются и декарбоксилируются. Увеличение количества глутаминовой кислоты связано с тем, что аминокислоты подвергаются трансаминированию.
Из свободных аминокислот в анаэробных условиях образуются продукты гниения: Н 2 S, аммиак, крезол, фенол, метилмеркаптан, индол, скатол, а также органические кислоты и низкомолекулярные летучие альдегиды, кетоны, придающие неприятный запах дыханию (галитоз).
В зубном налёте определяются свободная фруктоза, глюкоза, гексозамины, сиаловые кислоты, глюкозаминогликаны и гомополисахариды. Всего углеводов содержится 7-14 % от сухой массы.
В зубном налёте очень высока активность гликозидаз (а- и (3-глюкози- дазы, (3-галактозидаза, (3-глюкуронидаза, гиалуронидаза и β-N-ацетилгек- созаминидаза): она на порядок выше, чем в смешанной слюне. Осаждённые гликопротеины слюны под действием гликозидаз повергаются дегликозилированию, и освободившиеся свободные углеводы используются микроорганизмами для обеспечения энергетическх затрат. Поступающая с пищей сахароза гидролизуется бактериальной сахаразой до α-D-глюкозы и β-D-фруктозы. У бактерий глюкоза превращается в пировиноградную кислоту, которая у аэробных бактерий распадается до молекул СО 2 и H 2 O, а у анаэробных микроорганизмов восстанавливается до молочной кислоты. Возможно также образование из пирувата уксусной и муравьиной кислот.
Лактатдегидрогеназа бактерий активируется высокими концентрациями фруктозо-1-6-бисфосфата, в то время как образование уксусной и муравьиной ингибируется большими концентрациями глицераль- дегид-3-фосфата. Этим объясняется активное образование молочной кислоты при избыточном поступлении углеводов, а при их недостатке пируват превращается в ацетат и муравьиную кислоту, но не в лактат.
Некоторые бактерии полости рта при избытке углеводов способны синтезировать гликоген. Механизм синтеза и распада гликогена бактериями подобен таковым у млекопитающих, но для синтеза гликогена используются молекулы не УДФ-глюкозы, а АДФ-глюкозы. Наиболее активны в этом отношении стрептококки. Так Str. mitis может синтезировать гликоген в количестве до 37% от своей сухой массы, который используется этими бактериями для жизнеобеспечения при отсутствии углеводов. Бактерии зубного налёта могут использовать сахарозу и для синтеза внеклеточных полисахаридов.
При участии бактериальных гликозилтрансфераз образуются липкие полисахариды (гликаны), которые адсорбируются на поверхности зуба и через гликан-связывающий белок связывают микроорганизмы. Гликаны в зубном налёте представлены леванами и декстранами.
Леван - полисахарид, состоящий из остатков фруктозы, связанных β (2-»6) - гликозидными связями и соединённый с молекулой сахарозы. Молекула декстрана - разветвлённый полисахарид, образованный остатками α-D-глюкозы, соединённых α (1-»6) и α (1-»3) - гликозидными связями (рис. 8.1).
Рис. 8.1. Структурная формула молекул: А - Левана; Б - Декстрана
В синтезе леванов участвуют бактериальные фруктозилтрансферазы, а декстрана - глюкозилтрансферазы путём переноса остатков глюкозы от сахарозы. Молекулы декстрана достаточно долго сохраняются в зубном налёте, а молекулы левана легко растворимы и быстро гидролизуются леваназой некоторых стрептококков (рис. 8.2).
Рис. 8.2. Образование липких полисахаридов в зубном налёте.
Липкие полисахариды помогают бактериям занять определенное место в зубном налёте и обеспечивают их адгезию к эмали. Связь поверхности апатитов эмали с полисахаридами бактерий обеспечивают водородные связи, ионов Ca 2+ и белки адгезины. К белкам адгезинам относится гликопротеин с мол. массой 200 кДа, который выделяется стрептококками.
Рис. 8.3. Метаболические процессы в зубном налёте.
Зубной налёт отличается высокой метаболической активностью. В нём определяется активность свыше 50 различных ферментов, в основном бактериального происхождения. Помимо вышеуказанных гидролаз, трансфераз в зубном налёте присутствуют кислая и щелочная фосфатазы, РНК-азы и ДНК-азы, ферменты гликолиза, цикла трикарбоновых кислот, пероксидазы и другие энзимы. Активность всех ферментов возрастает при множественном кариесе и воспалении тканей пародонта (рис. 8.3).
8.2. ЗАМЕНИТЕЛИ САХАРОВ
Накопление органических кислот, образующихся при распаде сахарозы, сопровождается локальным понижением рН. Накапливающиеся протоны H + начинают замещать ионы Ca 2+ в кристаллах гидроксиапатита эмали, что приводит к разрушению её минерального компонента. Результаты экспериментальных исследований показали, что протеолитические ферменты зубного налёта также способны разрушать органическую фракцию эмали с последующим освобождением фосфатов. Все эти реакции инициируют развитие кариозного процесса (рис. 8.4).
Рис. 8.4. Участие органических кислот в деминерализации эмали зуба.
Вместе с тем полагают, что роль протеиназ зубного налёта в развитии кариеса не столь велика, но более существенна в патогенезе гингивита и пародонтита, когда активность кислых и слабощелочных протеиназ в зубном налёте и десне возрастает в 4-5 раз, что
сопровождается деградацией гликопротеинов и других белков тканей пародонта. В расщеплении кислых гликозаминогликанов и гли- копротеинов межклеточного вещества и мембран клеток пародонта участвуют ферменты (3-глюкуронидаза, гиалуронидаза и β-N-ацети- лгексозаминидаза.
Полоскание полости рта 5% раствором глюкозы вызывает падение рН в течение 10-12 мин после процедуры, создавая локальные условия для деминерализации. На восстановление рН требуется более 1 ч. Динамика изменения рН у разных людей различна, что позволяет использовать этот показатель в качестве своеобразного теста для разделения людей на группы кариесрезистентных и кариесвосприимчивых.
В настоящее время выпускают большое количество разных веществ со сладким вкусом, что позволяет исключить из продуктов питания сахарозу (рис. 8.5).
Рис. 8.5. Распределение заменителей сахарозы по степени сладости.
Сорбитол - шестиатомный сахароспирт, который содержится в малых количествах во фруктах и синтезируется в печени. В слюне отсутствует сорбитолдегидрогеназа и сорбитол не метаболизируется в полости рта, поэтому его приём не вызывает значительного снижения рН в зубном налёте. В кишечнике сорбитол всасывается пассивно и не полностью. Невсосавшийся сорбитол (30%) оказывает осмотический послабляющий эффект. Максимально рекомендуемый прием сорбита составляет 150 мг/кг массы тела в день. Он используется как добавка в шоколад для больных сахарным диабетом и в жевательной резинке для профилактики кариеса зубов.
Ксилитол - пятиатомный сахароспирт. Входит в состав овощей и фруктов, а также его получают из коры деревьев. По сладости близок к сахарозе. Ксилитол подвергается незначительному превращению под действием бактерий зубного налёта, поэтому промывание полос-
ти рта ксилитом, в отличие от глюкозы, не вызывает существенного падения рН, а у людей, потребляющих продукты с добавкой ксилита, отмечена меньшая заболеваемость кариесом. Ксилитол приводит к лизису кариесогенных микроорганизмов. Попадая в микробную клетку, ксилитол фосфорилируется и ингибирует транспорт глюкозы и фруктозы. Нерегулируемое накопление ксилитол-5-фосфата в бактериальной клетке сопровождается осмотическим поступлением воды с последующим лизисом микроорганизмов. Подобно сорбиту ксилит вызывает осмотическую диарею.
В последнее время из плодов дикорастущих африканских растений выделены чрезвычайно сладкие на вкус белки - миракулин , монелин , тауматин . Они используются в жевательных резинках и зубных пастах.
Кроме белков в качестве заменителя сахарозы используют дипептиды - аспартам (метиловый эфир L-аспартил- L-фенилаланин), аспартил - аланинамиды . Они также не влияют на рН зубного налёта. При катаболизме аспартама отщепляется метиловый спирт и освобождается аспарагиновая кислота и фенилаланин.
В настоящее время достаточно часто в качестве подсластителя применяют сахарин - амид ортосульфобензойная кислота. Он достаточно быстро всасывается в пищеварительном тракте и 98% его выделяется с мочой. Он является слабым канцерогеном и вызывает рак мочевого пузыря у крыс.
Цикламаты - производные амино-N-сульфоновой кислоты. Часть цикламата (до 1%) в организме превращается в токсичное соединение циклогиксиламин или канцерогенный дициклогиксиламин, который вызывает развитие рака мочевого пузыря.
На устойчивость зубов к кариесу оказывают влияние микроэлементы. Так, фтор участвует в образовании кислотоустойчивых фторапатитов и ингибирует рост бактерий. Поступающие молибден и ванадий повышают кариесрезистентность, в то время, как селен, напротив её снижает.
Отложение минералов в зубном налёте приводит к формированию зубного камня.
8.3. ЗУБНОЙ КАМЕНЬ
Кристаллы фосфата кальция откладываются внутри зубного налё- та и тесно связываются с поверхностью эмали. Процесс отложения
неорганических веществ в зубном налёте занимает около 12 сут и после минерализации камень уже не так легко удаляется механическим воздействием или током слюны. Бактерии продолжают накапливаться на поверхности образующегося зубного камня, способствуя его росту. В зависимости от расположения на поверхности зуба различают над- и поддесневой зубной камень. По своему составу над- и поддесневой зубные камни сходны, однако они различаются по источникам поступления фосфорно-кальциевых соединений. В наддесневой зубной камень они поступают из слюны, а в поддесневой зубной камень - из десневой жидкости.
Химический состав зубного камня . Большая часть зубного камня (70-90% сухого остатка) представлена неорганическими веществами. В зубном камне определяется 29-57% кальция и 16-29% неорганического фосфата и около 0,5% магния. В следовых количествах присутствует свинец, молибден, кремний, алюминий, стронций, кадмий, фтор и других химические элементы.
Кальций и фосфор осаждаются на органической матрице в виде солей. На начальных этапах в основном образуется брушит [СаНРО 4 ?2Н 2 О], который составляет до 50% от всех видов кристаллов. Кристаллы брушита имеют клиновидную форму. Их накопление приводит к формированию слабоминерализованного, легко удаляемого зубного камня. Помимо брушита образуются другие виды кристаллов. Это витлокит, монетит, октокальций фосфат, гидроксиапатит и другие апатиты. Витлокит представляет собой кристаллы, имеющие форму ромба. В их структуре определяются безводный фосфат кальция 2 и ионы Mg 2+ , Mn 2+ , Fe 3+ . Монетит - вторичная соль фосфорной кислоты , которая кристаллизуется в виде треугольных пластинок. Растворимость кристаллов монетита быстро увеличивается при кислых значениях рН-среды. Промежуточным связующим звеном между кислыми солями - монетитом и брушитом и основной солью - гидроксиапатитом является октокальций фосфат - . Он напоминает кристаллы гидроксиапатита, но имеет слоистую структуру с чередованием слоёв соли толщиной 1,1 нм и слоёв воды толщиной 0,8 нм. Кристаллы октакальция фосфата растут в форме тонких пластинок длиной до 250 мкм. Они содержат кислый фосфатный ион и не имеют гидроксильных групп. Октакальций фосфат играет важную роль в нуклеации апатитных солей и подобно монетиту и брушиту при щелочных значениях рНсреды превращается в гидроксиапатит.
В составе зубного камня фтор присутствует в виде фторапатита, фторида кальция [СаF 2 ] и комплекса с органическими соединениями в составе бактерий. Низкие концентрации фтора (20-100 мкг/л) в зубном камне ускоряют скорость образования апатитов. Применение фторсодержащих паст для чистки зубов уже в первые 10 сут приводит к накоплению фтора в составе зубного камня.
Неорганические вещества в зубном камне связываются с белками, количество которых составляет 0,1-2,5% и зависит от вида зубного камня. Наибольшее количество белка (2,5%) присутствует в светлом наддесневом зубном камне. В тёмном наддесневом камне содержание белка снижается до 0,5%, а в поддесневом зубном камне оно составляет всего 0,1-0,3%. Помимо белков в зубном камне обнаруживают различные аминокислоты. В наибольшем количестве выявляются остатки аланина, лейцина, глицина, глутаминовой и аспарагиновой кислот, а также пролина, лизина, серина и треонина. Глутамат и аспартат способны связывать ионы Ca 2+ , а остатки серина, треонина и лизина - PO 4 3- , что очень важно для инициации минерализации зубного налёта и дальнейшего образования зубного камня.
В зубном камне также присутствуют до 10% углеводов, в том числе гликозаминогликаны, галактоза, фруктоза, манноза и аминосахара. Гликозаминогликаны в основном встречаются в поддесневом зубном камне, и их источником, по всей вероятности, является деградированные протеогликаны межклеточного вещества тканей пародонта.
В образовании зубного камня участвуют молекулы АТФ, которые, с одной стороны, необходимы для фосфорилирования органических соединений, а с другой - при гидролизе АТФ освобождается ортофос- форная кислота, являющаяся компонентом различных минеральных кристаллов.
Механизм образования зубного камня . Для формирования зубного камня необходимы:
Образование органической матрицы (зубного налёта) микроорганизмами ротовой полости;
Отложение минеральных соединений на органической матрице с образованием центров кристаллизации;
Рост кристаллов в центрах минерализации.
Первичный слой бактерий, фиксированных на поверхности зуба, представлен в основном Str. sanguis, а на поверхности эпителиальных клеток слизистой оболочки десны Str. salivarium. На них оседают другие бактерии, образуется связь между множеством клеток, то есть возникают микробные ассоциации. По мере увеличения анаэробных бактерий освобождается большое количество молочной кислоты, которая поглощается и метаболизируется вейлонеллами. В этих участках происходит повышение значения рН-среды. Увеличение рН также способствует уменьшение количества молекул СО 2 и накопление в зубном налёте аммиака. Аммиак освобождается из мочевины при участии уреолитических бактерий, обладающих уреазной активностью. Кроме того, микоплазмы гидролизуют аргинин, что также увеличивает количество аммиака. В реакциях трансаминирования α-кетокислоты превращаются в аспартат и глутамат. Выделившийся аммиак и образующиеся дикарбоновые кислоты активно соединяются с ионами PO 4 3- , Mg 2+ , Ca 2+ и формируются центры кристаллизации. Отложению фосфата способствует и изменение мицеллярной структуры слюны, когда фосфат кальция выпадает в осадок. Это возможно при изменении количества специфических белков слюны, а также количества пирофосфата. Статерины и пирофосфат являются ингибиторами образования зубного камня.
Таким образом, на поверхности и внутри бактерий образуется первичный преципитат, состоящий из брушита, невберита и струвита. Первичный преципитат затем трансформируется в пластинчатый гидроксиапатит, а в дальнейшем в гексагональный гидроксиапатит. Накопление фосфорно-кальциевых соединений и их трансформация протекает при участии щелочной фосфатазы и использовании молекул АТФ. Кристаллы зубного камня продолжают расти при послойном отложении минеральных солей и в тёмном зубном камне образуются сферолиты.
МИКРОБИОЛОГИЯ
В 1 мг зубного налета, по данным различных авторов, содержится от 5 млн. до 800 млн. микроорганизмов. Микроорганизмы зубного налета весьма разнообразны по своему составу Peret (1977) разделяет все микроорганизмы зубного налета на 2 большие группы (табл. 1) : 1 - бактерии ацидофильные, к которым относятся виды, способные развиваться в кислой среде; 2 - протеолитические микроорганизмы, вырабатывающие протеиназы.
В 1-ю группу входят молочнокислые стрептококки, лактобациллы, актиномицеты, лептотрихии и коринебактерии. Стрептококки, актиномицеты и коринебактерии могут развиваться и в щелочной среде. В этом случае из-за своей способности синтезировать молочную кислоту они быстро нейтрализуют среду. Среди ацидофильных бактерий имеются ацидогенные, которые способны синтезировать из сахарозы большое количество молочной кислоты (иногда уксусной). Присутствие стрептококков в ротовой полости было показано в 1898 г. Миллером. Позднее они были обнаружены в зубном налете, в котором встречаются главным образом α- и γ-гемолитические стрептококки и очень редко ß-формы. Guggenheim (1968) разделяет все стрептококки зубного налета на 4 группы: Str. salivarius, mitis, sanguis, mutans. Str. salivarius легко определяется морфологически по форме колоний, образующихся на желатине, содержащем 5% сахарозы: крупные слизистые колонии, содержащие большое количество леванов. На специальном агаре их диаметр может составить 5 мм. Эти стрептококки встречаются в зубном налете в малых количествах, но их достаточно много на слизистых оболочках и в слюне.
Str. mitis составляют основную массу стрептококков, выделенных из зубного налета. Они очень гетерогенны, относятся к группе зеленящих стрептококков и обладают слабой биохимической активностью. Всего лишь несколько штаммов Str. mitis способны синтезировать экстрацеллюлярные полисахариды.
Str. sanguis занимает 2-е место по количественному содержанию в зубном налете. По своей биохимической активности он превосходит Str. mitis. Среди Str. sanguis встречается довольно много штаммов, обладающих кариесогенной активностью.
Наиболее интересным видом молочнокислых стрептококков является Str. mutans, интерес к которому усилился в последние годы в связи с его резко выраженными кариесогенными свойствами. Впервые Str. mutans был выделен в 1924 г. Кларком из зубного налета, собранного с кариозных поражений зубов у людей. Свое название этот вид стрептококка получил из-за большого морфологического разнообразия (от кокков до палочек) при его выращивании в глюкозном бульоне. В последующем другие авторы выделяли другие кариесогенные стрептококки. В настоящее время признано, что все эти кариесогенные формы должны быть отнесены к виду Str. mutans, входящего в группу зеленящих стрептококков - Str. viridans.
Вид Str. mutans имеет различные подвиды, различающиеся по серологическим свойствам. Coykendall предлагает разделить Str. mutans на 4 подвида: mutans, rattus, cricetus, sobrinus. Str. mutans обладает наибольшей биохимической активностью. Практически все его штаммы ферментируют наряду с сахарозой, глюкозой и фруктозой маннит, сорбит, инулин, рафинозу, целлобиозу, трегалозу, салицин, эскулин, мелибиозу, рибозу, α-метилгликозид. Str. mutans образует большое количество экстрацеллюлярных водонерастворимых полисахаридов типа декстрана и, кроме того, водорастворимый леван.
Среди ацидофильных бактерий зубной бляшки, взятой с кариозного поражения, 15% составляют нитевидные формы (актиномидеты, лактобациллы и лептотрихии). Актиномицеты образуют леваны; лактобациллы не образуют внеклеточных полисахаридов, за исключением Lactobaccilis asei которые могут образовывать некоторые капсулярные полисахариды; лептотрихии вообще не вырабатывают полисахариды. 2-ю группу бактерий зубного налета, составляют анаэробы, которые используют пищевые протеины и аминокислоты. Все они способны расщеплять коллаген. К этой группе относятся пептострептококки, ристеллы, фузиформы, вибрионы, вейлонеллы, нейссерии, рамибактерии и катенобактерии, а также спирохеты. В некариозной зубной бляшке большую часть (25-30%) составляют Viellonella Neisseria и меньше всего спирохет (5-6%). В кариозной зубной бляшке главными протеолитическими бактериями являются ристеллы, на долю которых приходится свыше 30% от общего числа этой группы микроорганизмов.
Кроме упомянутой выше микрофлоры, в зубной бляшке обнаружены и другие виды, в частности дрожжеподобные грибы, дифтероиды, стафилококки.
Hoeven (1974), исследовавший зубной налет у крыс, получавших диету с глюкозой, показал, что главным микроорганизмом в нем является Actinomyces viscosus способный синтезировать 2 группы липких веществ (одно из них содержало преимущественно глюкозу, а второе - глюкозамин, гексозу и белок).
Kelstrup и соавторы (1974) исследовали зубной налет у детей, живущих в Марокко, где распространенность кариеса чрезвычайно низка, и обнаружили в нем такие микроорганизмы: стрептококки, грамотрицательные и факультативные кокки, стафилококки, микрококки. В меньшем количестве обнаружены Str. mutans, sanguis, salivarius и энтерококки. Из других микроорганизмов встречались лактобациллы, актиномицеты, вейлонеллы, бактероиды и фузобактерии. Кроме того, были обнаружены спирохеты. Ritz (1963) с помощью люминофлюоресцентного метода обнаружил ноккардии, находившиеся в большом количестве в однодневном зубном налете. Ноккардии относятся к аэробам и, по мнению автора, играют важную роль в инициации образования зубной бляшки. Кроме ноккардий, на ранней стадии образования зубной бляшки в ней присутствуют и нейссерии. В отличие от стрептококков, нейссериям присущ замедленный рост. Horikava и соавторы (1978) выделили 217 штаммов нейссерий из зубного налета человека. Эти штаммы в соответствии с биологическими характеристиками были разделены на 6 групп.
В 86% случаев встречается Neisseria sicca, которая Продуцирует полисахариды, и Neisseria subflava, не продуцирующая их. В интенсивно развивающемся зубном налете доминируют N. sicca, при медленном ее развитии в большинстве случаев обнаруживается N. subflava.
Кроме бактерий, Halhoul и Colvin (1975) обнаружили в зубном налете, взятом из пришеечной области зубов и маргинального края десны, вирусоподобные частицы, связанные с микроорганизмами полости рта. Полученные частицы имели различные размеры, форму и диаметр около 50 нм. Авторы полагают, что эти частицы являются разновидностью бактериофага.
На всех этапах развития зубной бляшки в ней преобладают стрептококки. На ранних стадиях ее развития стрептококки находятся в ассоциации с аэробными и факультативными кокками, а также с короткими палочками. На более поздних стадиях развития зубной бляшки эта ассоциация сохраняется только в поверхностном слое, так как в глубжележащих слоях, кроме стрептококков, обнаруживаются разнообразные анаэробные микроорганизмы, многие из которых имеют нитевидную форму.
По данным Ritz (1967), в первый день развития зубной налет почти полностью состоит из грамположительных кокков, нейссерий, ноккардий. На 9-й день количество аэробных нейссерий и ноккардий существенно уменьшается, а количество актиномицетов, коринебактерий и различных анаэробных кокков увеличивается. На этой стадии развития зубной бляшки начинают преобладать стрептококки, вейлонеллы, актиномицеты, коринебактерии. В последующем увеличивается также количество фузобактерий.
Weerkamp и соавторы (1977) показали, что стрептококки, обитающие в полости рта человека, выделяют вещества-антагонисты, направленные против других стрептококков и актиномицетов. Они исследовали 69 штаммов различных стрептококков, выращивая их на жидких и твердых средах в анаэробных условиях и используя в качестве индикаторов различные бактерии орального и неорального происхождения.
Установлено, что многие штаммы Str. mutans продуцируют вещества-антагонисты, направленные против других стрептококков и актиномицетов. Str. salivarius ингибируют оральные стрептококки, но не действуют на актиномицеты.
Вещества, выделяемые Str. mutans и Str. salivarius, чувствительны к протеолитическим и некоторым липолитическим ферментам. Nakamura и соавторы (1977) обнаружили у Str. sanguis, выделенного из зубного налета, бактерицидную активность по отношению к Bacteroideceae и Propionibakterium acnes, которые, по мнению ряда авторов, наиболее тесно связаны с заболеваниями пародонта. Бактерицидное вещество, полученное из клеток Str. sanguis, разрушалось ультразвуком, инактивировалось при нагревании до 65 cC в течение 10 мин и не диализовалось; авторы предположили, что это вещество является протеином.
Некоторые из бактероидов, в частности Bacteroides och-raceus, по данным Nakamura и соавторов (1976), способны разрушать полисахариды, образуемые стрептококками зубного налета.
Miller и Kieiman (1974) в экспериментальных условиях in vitro выращивали 8 видов микроорганизмов, обитающих в полости рта и не образующих зубной налет, совместно со Str. mutans с целью определения возможности образования зубной бляшки. Контролем служила чистая культура Str. mutans. Авторы показали, что 4 вида микроорганизмов не оказывают влияния на общее количество зубного налета, 3 вида подавляют и 1 резко увеличивает его образование.
В зависимости от отношения бактерий зубного налета к окраске по Граму Socransky (1970) выделяет следующие группы: грамположительные факультативные аэробные и анаэробные кокки (36,2%); грамположительные палочки и волокнистые формы (35,5%); грамотрицательные анаэробные кокки (10,7%); грамотрицательные анаэробные палочки (16,1%).
Углубленные исследования микрофлоры зубного налета крыс были проведены Броукал и Мрклас (1978), которые все микроорганизмы этого образования у крысы распределяют на следующие группы: кишечная флора (29,9%); грамположительные палочки и волокнистые формы (24,0%) ; стрептококки (35,4%); остальные микроорганизмы (15,2%).
Сводные данные по содержанию всех видов микроорганизмов, встречающихся в зубном налете человека, представлены в табл. 2.
