Биопленка, новый взгляд на зубную бляшку. Биопленка зуба


Биопленка как эндодонтическая инфекция | IDS

Важным аспектом каждодневной деятельности стоматолога-эндодонтиста является, на мой взгляд, четкое понимание биологии происходящих процессов. Долгие годы многие такие аспекты, как микробиология или иммунология, казались очень далекими от клинической работы. Накопленные сегодня знания подталкивают нас к изменению наших клинических решений. Одна из наиболее изучаемых и дискутируемых сегодня тем — это тема биопленки.

Структура биопленки

Структура биопленки

Биопленка — это конгломерат колоний микроорганизмов, которые погружены во внеклеточный матрикс и прикреплены к поверхности. Микроколонии занимают примерно 15% от общей массы биопленки.

Экстрацеллюлярный матрикс, состоящий из экзополисахаридов, выделяемый микробами и несущий важные функции в жизнедеятельности биопленки, занимает 85% массы биопленки. Несмотря на название биопленка не является однородной субстанцией, она гетерогенна в пространстве и во времени, сквозь биопленку проходят водные каналы, несущие питательные вещества и вымывающие продукты жизнедеятельности микроорганизмов.

Экстрацеллюлярный матрикс является мощным биологическим клеем, с помощью которого биопленка прочно прикрепляется к поверхности. В области стоматологии речь идет о эмали зубов, если мы обсуждаем начальный кариес, и о поверхности корня, если говорим о патологии пародонта, в области эндодонтии мы говорим о биопленке, прикрепляющейся к поверхности дентина канала корня. Кроме того, экстрацеллюлярный матрикс может являться и питательным субстратом для бактерий. Кстати, в эндодонтии биопленка была описана уже в 1987 году Nair P. как конгломерат микробов различной формы, погруженный в экстрацеллюлярный аморфный матрикс [1], однако термин «биофильм» в то время не звучал, и на это наблюдение не обратили внимание.

Стадии образования биопленки

Стадии образования биопленки:1 — первичное прикрепление2 – необратимое прикрепление3 – созревание4 – стадия полного созревания5 — распространение

Сегодня медики уверены, что более чем в 80% случаев инфекционные поражения организма проходят в форме биопленочной инфекции. В такой ситуации предложение Nair P. «относиться к хроническому апикальному периодонтиту, как к инфекционному заболеванию, вызванному внутриканальной биопленкой» абсолютно логично [2].

Чем же так интересна эта структура? Внутри биопленки создаются уникальные условия с точки зрения взаимодействия между микроорганизмами: близкий контакт позволяет резко усилить обмен генетической информацией, соответственно, образование резистентных штаммов микроорганизмов происходит намного быстрее, чем у микроорганизмов, находящихся в форме планктона. Между колониями микробов возникает свой язык общения по типу феромонов: сигнальные молекулы вызывают изменение в поведении микроколоний и влияют на скорость размножения микробов и проявления тех или иных фенотипических свойств [3]. И наконец, внутри биопленки возникают сложнейшие пищевые цепочки, где продукты жизнедеятельности одних микроорганизмов являются основой для существования других. Экстрацеллюлярный матрикс защищает микробов от воздействия внешних факторов, к которым относятся и наши попытки их уничтожения. Как выяснилось, большинство международных микробиологических исследований изучало микробов в форме планктона, и поэтому часто исследователи не понимали, в чем такая большая разница результатов исследований in vitro и конечного эффекта in vivo. Характерным примером являются данные о возможной разнице резистентности микробов к амоксициллину в форме планктона и биопленки в 1000 раз [4].

Понимание взаимодействия микробов в биопленке помогает нам ответить на старый вопрос микробиологов: все ли микробы, что мы находим в инфицированном канале, нужны для возникновения апикального периодонтита или есть главные игроки, а часть микробов просто попала в канал и никакой роли в патогенезе не играет? Учитывая наши знания о биопленке, мы понимаем, что безобидные, на первый взгляд, микробы несут такие важные функции, как образование экстрацеллюлярного матрикса, и являются незаменимыми в пищевых цепочках [5]. Все эти данные рисуют непростую картину борьбы с инфекционными заболеваниями как в области общей медицины, так и в стоматологии. Наиболее логичным путем является механическое удаление биопленки с поверхности. В терапевтической стоматологии мы часто совмещаем удаление биопленки с подлежащей поверхности. Пародонтологи уже много лет говорят о необходимости качественного удаления зубного камня и полировки корня как об основе любого пародонтологического лечения. Абсолютно естественно, что мы акцентируем наше внимание на инструментальной обработке канала как на основном этапе борьбы с биопленкой. Однако данные последних десятилетий неутешительны: даже при агрессивной обработке канала при

использовании вращающихся никель-титановых инструментов25—35%поверхности каналов остаются необработанными [6]. Мы не должны забывать, что основной целью инструментальной обработки канала является придание ему формы, а за очистку в основном ответственны ирригация и внутриканальная антисептическая обработка.

С вхождением в обиход термина «биопленка» многие исследователи начали поиски антидотов. Различают два основных направления: поиск новых методик и средств и проверка старых известных игроков на поле боя с инфекциями в новых лабораторных условиях. Одно из самых интересных направлений — фотоактивируемая дезинфекция (PTD, PAD). Эта процедура была разработана в области онкологии: нетоксичные маркеры, называемые фотосенситайзерами, наносились на злокачественные или предраковые ткани и затем активировались низкоэнергетическим лазером, вследствие чего образовывался активный кислород и свободные радикалы, приводящие к гибели раковой клетки [7]. В эндодонтии корневой канал прокрашивается, как правило, метиленовым синим или толуидиновым синим, и эти фотосенситайзеры прикрепляются к наружной поверхности микробов. После этого канал облучается низкоэнергетическим лазером (CO2) с длиной волны 665 нм. Данная процедура вызывает уничтожение бактерий. Естественно, что если бактерии находятся в форме планктона, такая система работает со 100%-ной эффективностью, но биопленка не позволяет красителям достичь внутренних слоев, и поэтому многие исследователи [8] показывают невозможность полного уничтожения микробной биопленки такими системами и как вывод пишут о создании мощной дополнительной антибактериальной системы, но не альтернативной [9].

Биопленка, прикрепленная в области апикального отверстия зуба при верхушечном периодонтите Биопленка, прикрепленная в области апикального отверстия зуба при верхушечном периодонтитеСтадии образования биопленки

Биопленка, прикрепленная в области апикального отверстия зуба при верхушечном периодонтите.a, b – апикальная дельта, с,d – латеральные канальцыBA – скопления бактерий, NG – нейтрофильные гранулоциты, EP — эпителий(По Nair, 2002.)

Другие новые направления, такие как электрохимически активированная вода [10] или озоновые системы [11], к сожалению, показали свою несостоятельность в борьбе с биопленкой. Группы исследователей, изучающих взаимодействие между «старыми» ирригантами и биопленкой, пришли к однозначному выводу, что лучшим является раствор гипохлорита натрия [12, 13]. Огромное значение играет его способность растворять органический матрикс, в данной ситуации это растворение экстрацеллюлярного матрикса биопленки, и за счет этого — проникновение NaOCl в глубокие слои биопленки. Без ирригации NaOCl современная качественная эндодонтия невозможна. И естественно, что методики, повышающие эффективность ирригаций NaOCl, — в центре внимания исследователей. Рекомендую обратить ваше внимание на направление пассивной ультразвуковой ирригации. На базе научных данных о том, что Ca(OH)2 обладает свойством растворять органическую ткань [14], можно предположить, что его использование в случаях с зубами со сложным анатомическим строением и хроническими инфекционными состояниями тоже имеет смысл.

В будущем наиболее интересное решение — это поиск биологических методов борьбы с инфекцией, в основе которых будет лежать расшифровка языка микробов и управление биопленкой путем использования сигнальных молекул или воздействие на ключевые бактерии с точки зрения функционирования биопленки.

Итак, мы должны продолжать внимательно изучать новые данные о биопленке, следя за достижениями не только исследователей в области стоматологии, но также экстраполировать достижения микробиологов и общих врачей в нашу специальность. При анализе современных исследований, описывающих результаты антибактериального воздействия тех или иных препаратов, следует обращать внимание на то, проверялись ли эти материалы, методики на биопленке или нет.

idgs.ru

Биопленка, новый взгляд на зубную бляшку

Биопленка — это хорошо организованное, взаимодействующее сообщество микроорганизмов. Классическим примером биопленки может служить тонкое наслоение на скалах, находящихся посреди течения. Подобные бляшки образуются и в ротовой полости.

В природе биопленка распространена повсеместно. Она формируется в условиях текучести. Установлено, что свыше 95% существующих в природе бактерий находятся в биопленках. Иногда биопленка может быть полезна, например, ее применяют для обеззараживания отработанных и сточных вод. Но она может оказаться и смертоносной. Болезнь легионеров, унесшая жизни 29 человек в Филадельфии в 1976 г., в конечном счете оказалась связанной с бактериями биопленки в системе кондиционирования воздуха.Миллионы долларов ежегодно расходуются на работы по контролю за этими биопленками.В течение последних 120 лет исследователи-стоматологи пытались понять микробную природу болезней ротовой полости. Их взгляды на зубную бляшку и составляющие ее микроорганизмы менялись от гипотез о специфичности бляшки к предположениям об ее неспецифичности и снова возвращались к теории о наличии специфических пародонтальных патогенов в бляшке. Изменения во взглядах на бляшку и образующие ее микроорганизмы влияют на стратегию профилактики заболеваний пародонта и контроля за ними. В последние годы некоторые исследователи-стоматологи стали рассматривать бляшку как биопленку. Такое изменение взгляда на бляшку является важной основой будущих усилий по профилактике и лечению.Несмотря на усилия специалистов-стоматологов, инфекции ротовой полости по-прежнему широко распространены. Общепризнанно, что микрофлора ротовой полости является многообразной и наличие специфических бактерий во внутриротовой бляшке рассматривается как необходимая, но недостаточная причина возникновения заболевания. До конца не ясно, как именно микроорганизмы бляшки вызывают заболевания ротовой полости.Компоненты зубной бляшки и входящие в нее микроорганизмы изучаются с помощью аналитического оборудования, и полученные результаты влияют на стратегию контроля и профилактику заболеваний зубов.За последние два десятилетия современные научные методы изменили взгляд на зубную бляшку, и сейчас многие ученые-стоматологи рассматривают ее как биопленку.

Национальный институт стоматологических и черепно-лицевых исследований несколько лет назад проводил международную конференцию по микробной экологии. Эта встреча сосредоточила внимание на новом взгляде на бляшку как на биопленку. Конференция подчеркнула важность изменения мнения о зубной бляшке и ее роли в развитии заболеваний ротовой полости. Такая смена взглядов стоматологов на бляшки происходит не впервые, за последние 120 лет эти воззрения претерпели различные изменения.Период с 1880 по 1930 получил название золотого века микробиологии. За это время были дифференцированы возбудители многих важнейших системных инфекций. Исследователи также искали единственную специфическую причину заболеваний ротовой полости. Предполагая, что бляшка содержит специфический микроорганизм, вызывающий заболевания пародонта, ученые-стоматологи исследовали бляшки в поисках этого возбудителя. Используя доступные в то время методики (микроскопию влажных и окрашенных мазков), ученые идентифицировали различные группы потенциальных возбудителей заболеваний пародонта. У пациентов с заболеваниями пародонта были выделены амебы, спирохеты, веретенообразные бактерии и стрептококки, считавшиеся, таким образом, потенциальными возбудителями. Лечение болезней пародонта в то время различалось в зависимости от предполагаемых причин заболевания и включало красители, систематическое применение мышьяк содержащих антимикробных препаратов, внутримышечные инъекции препаратов ртути, а также вакцины.1930-е годы возвестили о новом взгляде на роль бляшки и ее микроорганизмов в этиологии заболеваний пародонта. Ученые-стоматологи предположили, что заболевания пародонта связаны с неким конституциональным дефектом индивидуума. Считалось, что механические раздражители, такие как камни и нависающие края реставраций, также играют важную роль в патогенезе заболеваний пародонта.На смену уверенности в наличии единственного микробного возбудителя заболеваний пародонта пришли теории неспецифичности бляшек. Гипотеза о неспецифичности бляшки предполагала, что в деструкции пародонта играет роль скорее вся бактериальная флора бляшки, чем специфические бактерии одного вида. Вся бляшка рассматривалась как патогенная. Кроме того, наличие бляшки означает отягощенное течение заболевания. Контроль за бляшками считался необходимым для ограничения производства веществ, раздражающих десны и приводящих к воспалению и разрушению пародонта. Идентификация специфических микроорганизмов была не важна, важен был строгий контроль за бляшками, и это стало центральным моментом в терапии болезней пародонта.

1960-е отмечены возвращением к гипотезе о специфичности бляшки. Исследователи успешно показали возможность передачи заболеваний пародонта между хомяками. Электронная микроскопия подтвердила наличие спирохет в соединительной и эпителиальной тканях пациентов с острым язвенно-некротическим гингивитом в противоположность здоровым лицам контрольной группы. Допустив, что вызванные разными видами микробов бляшки отличаются друг от друга, ученые снова вернулись к поиску специфического микробного пародонтального возбудителя и лечения, нацеленного на причинный фактор.Новейшие методы микробиологических исследований, такие как микроскопия в затемненном поле, трансмиссионная электронная микроскопия, сканирующая электронная микроскопия, исследования ДНК и иммунологический анализ помогли в исследованиях.С тех пор ученые продолжают поиски специфического этиологического агента с переменным успехом. Haffajee и Socransky подробно описали причины, затрудняющие точное указание специфических патологических агентов. Некоторые из этих трудностей относятся к процессу отбора микробиологических проб и их культивированию. Эти проблемы включают: получение образца из пародонтального кармана, трудности культивирования некоторых микроорганизмов и большое количество пародонтальных патогенных микроорганизмов, которые могут быть обнаружены в пародонтальном кармане и затем выращены. Забор проб еще более усложняется тем фактом, что в пародонтальном кармане содержатся не только патогенные, но и сапрофитные виды микрофлоры.Другая группа проблем в точном определении возбудителей болезней пародонта относится к самой природе этих заболеваний. Во-первых, патология пародонтита — не одно, а группа различных заболеваний. Во-вторых, эти заболевания имеют периоды активности и «затишья», и активность заболевания варьирует в пределах организма. И, наконец, трудность в идентификации специфических возбудителей пародонтита связана с колебаниями индивидуальной реакции организма хозяина.Несмотря на эти трудности, нынешние исследователи по-прежнему согласны с тем, что заболевания пародонта являются инфекциями, вызванными специфическими патогенными микроорганизмами. Недавно было обращено внимание на Bacteroides forsythus, а также на P. gingivalis и A. actinomycetemcomitans как на первичных важнейших возбудителей большинства инфекций пародонта, явно связанных с другой подгруппой микроорганизмов (C. rectus, E. nodatum, F. nucleatum, P. intermedia/nigrescens, P. micros, S. intermedium и T. denticola) как с возможными болезнетворными микробами. Исследователи заняты разработкой и совершенствованием диагностических тестов для обнаружения возбудителя пародонтита и его лечения. Были предложены антибиотики общего действия, такие как амоксициллин, метронидазол, тетрациклин, доксициклин и аугментин. Было также представлено местное применение антимикробных средств: тетрациклиновых волокон, гелей метронидазола и миноциклина, тонких пластинок хлоргексидина и полимера доксициклина. Хотя эти подходы увеличили наши возможности справиться с заболеваниями пародонта, они все же не смогли обеспечить стабильный успех. Рассмотрение бляшки как биопленки обещает помочь в попытках эффективно лечить пародонтит.

Раньше изучались бактерии, выращенные в колониях на чашках Петри в лабораториях. Более усложненная микроскопия, такая как однофокусный сканирующий лазер, позволила исследовать биопленки в их естественных состояниях. Микроорганизмы в биопленке ведут себя не так, как бактерии в культурной среде.Биопленка и ее основные свойства:— Взаимодействующая общность разных типов микроорганизмов— Микроорганизмы собраны в микроколонии— Микроколонии окружены защитным матриксом— Внутри микроколоний — различная среда— Микроорганизмы имеют примитивную систему связи— Микроорганизмы в биопленке устойчивы к антибиотикам, антимикробным средствам и реакции организма хозяина

 

Наблюдаемые в микроскоп бактерии в биопленке распределены неравномерно. Они сгруппированы в микроколонии, окруженные обволакивающим межмикробным матриксом.Матрикс пронизан каналами, по которым циркулируют питательные вещества, продукты жизнедеятельности, ферменты, метаболиты и кислород. Эти микроколонии имеют свои микросреды, отличающиеся уровнями рН, усваиваемостью питательных веществ, концентрациями кислорода. Бактерии в биопленке общаются между собой посредством химических раздражений (сигналов). Эти химические раздражители вызывают выработку бактериями потенциально вредных белков и ферментов.Наши предшествующие попытки предвидеть и контролировать заболевания пародонта были основаны на свойствах бактерий, выращенных в лабораторных условиях. С пониманием сути биопленки было показано, что существуют большие различия в поведении бактерий в лабораторной культуре и в их естественных экосистемах. К примеру, бактерия в биопленке вырабатывает такие вещества, которые она не продуцирует, будучи в культуре. Кроме того, матрикс, окружающий микроколонии, служит защитным барьером. Это помогает понять, почему антимикробные средства как общего действия, так и применяемые местно, не всегда дают успешные результаты, даже тогда, когда они нацелены на конкретный вид микроорганизмов. Это также помогает объяснить, почему механическое удаление бляшек и личная гигиена ротовой полости продолжают оставаться неотъемлемой составной частью лечения заболеваний пародонта. Биопленка может быть удалена механическими средствами, однако она немедленно начинает восстанавливаться, поэтому поиск путей борьбы с биопленками продолжается.

Промышленные исследователи внедряют новые технологии борьбы с биопленками. Один из подходов предполагает вмешательство в обмен сигналами между бактериями таким образом, чтобы они не могли общаться между собой. Другой путь — подражание природной защите, выработанной обитателям океана, например, китами и дельфинами, не накапливающими бактериальные биопленки. Исследователи-стоматологи также продолжают следовать по пути новых стратегий для препятствия развития биопленок в ротовой полости.

Возможные стратегические направления для предотвращения развития биопленок в ротовой полостиРегуляция питания— примесь питательных веществ, образующих основания (аргинин)— уменьшение циркуляции в зубодесневом желобке благодаря противовоспалительным средствам— ингибирование ключевых микробных ферментовРегулирование рН биопленки— сахарозаменители— антимикробные средства— фтористые соединения— стимуляция выработки основанийРегулирование окислительно-восстановительного потенциала— вещества-восстановители— вещества-окислители

Изменение концентрации кислорода, рН, усваиваемости питательных веществ в бляшке показало возможность моделирования микрофлоры биопленки и может оказаться полезным. Например, пародонтальным патогенным микроорганизмам для роста необходим низкий окислительно-восстановительный потенциал. Показано, что добавление окислителя, такого как метиленовый синий, в пародонтальные карманы подавляет рост P. gingivalis. Поскольку увеличение циркуляции в зубодесневом желобке улучшает обеспечение питанием поддесневой биопленки, регулирование этой циркуляции может в будущем использоваться для контроля за поддесневой биопленкой. Использование противовоспалительных средств может не только помочь подавить разрушительные тенденции в организме хозяина, но и уменьшить поступление питательных веществ в биопленку в процессе циркуляции в зубодесневом желобке.

 

parodont.pro

Биопленка: новый взгляд на бляшку

В течение последних 120 лет исследователи-стоматологи пытались понять микробную природу болезней ротовой полости. Их взгляды на зубную бляшку и составляющие ее микроорганизмы менялись от гипотез о специфичности бляшки к предположениям об ее неспецифичности и снова возвращались к теории о наличии специфических пародонтальных патогенов в бляшке. Изменения во взглядах на бляшку и образующие ее микроорганизмы влияют на стратегию профилактики заболеваний пародонта и контроля за ними. В последние годы некоторые исследователи-стоматологи стали рассматривать бляшку как биопленку. Такое изменение взгляда на бляшку является важной основой будущих усилий по профилактике и лечению. Данная статья освещает различные, менявшиеся с годами представления специалистов-стоматологов о бляшке, выдвигая на первый план современный взгляд на бляшку как на биопленку, и описывает разновидности терапии болезней пародонта.

Несмотря на усилия специалистов-стоматологов, инфекции ротовой полости по-прежнему широко распространены. Среднестатистический взрослый американец имеет от 10 до 17 разрушенных, удаленных или запломбированных постоянных зубов. Большинство жителей США болели гингивитом, меньшая часть страдает умеренно выраженными или тяжелыми формами заболеваний пародонта (рис. 1).

Общепризнанно, что микрофлора ротовой полости является многообразной и наличие специфических бактерий во внутриротовой бляшке рассматривается как необходимая, но недостаточная причина возникновения заболевания. До конца не ясно, как именно микроорганизмы бляшки (рис. 2) вызывают заболевания ротовой полости.

Компоненты зубной бляшки и входящие в нее микроорганизмы изучаются с помощью аналитического оборудования, и полученные результаты влияют на стратегию контроля и профилактику заболеваний зубов. За последние два десятилетия современные научные методы изменили взгляд на зубную бляшку, и сейчас многие ученые-стоматологи рассматривают ее как биопленку.

БиопленкаБиопленка — это хорошо организованное, взаимодействующее сообщество микроорганизмов. Классическим примером биопленки может служить тонкое наслоение на скалах, находящихся посреди течения. Подобные бляшки образуются и в ротовой полости. В природе биопленки распространены повсеместно. Они формируются в условиях текучести. Установлено, что свыше 95% существующих в природе бактерий находятся в биопленках. Иногда биопленки могут быть полезными, например, их применяют для обеззараживания отработанных и сточных вод.

Тонкое наслоение, формирующееся на зубах,— пример, знакомый большинству специалистов-стоматологов. Биопленки выстилают нефтепроводы, аквариумы, постоянные катетеры, внутренние имплантаты, контактные линзы и протезы (рис. 3).

Биопленки могут оказаться смертоносными. Болезнь легионеров, унесшая жизни 29 человек в Филадельфии в 1976 г., в конечном счете оказалась связанной с бактериями биопленки в системе кондиционирования воздуха. Миллионы долларов ежегодно расходуются на работы по контролю за этими биопленками.

Изменение взглядов на бляшкуНациональный институт стоматологических и черепнолицевых исследований недавно проводил международную конференцию по микробной экологии. Эта встреча сосредоточила внимание на новом взгляде на бляшку как на биопленку. Конференция подчеркнула важность изменения мнения о зубной бляшке и ее роли в развитии заболеваний ротовой полости. Такая смена взглядов стоматологов на бляшки происходит не впервые, за последние 120 лет эти воззрения претерпели различные изменения.

Период с 1880 по 1930 получил название золотого века микробиологии. За это время были дифференцированы возбудители многих важнейших системных инфекций. Исследователи также искали единственную специфическую причину заболеваний ротовой полости. Предполагая, что бляшка содержит специфический микроорганизм, вызывающий заболевания пародонта, ученые-стоматологи исследовали бляшки в поисках этого возбудителя. Используя доступные в то время методики (микроскопию влажных и окрашенных мазков), ученые идентифицировали различные группы потенциальных возбудителей заболеваний пародонта. У пациентов с заболеваниями пародонта были выделены амебы, спирохеты, веретенообразные бактерии и стрептококки, считавшиеся, таким образом, потенциальными возбудителями. Лечение болезней пародонта в то время различалось в зависимости от предполагаемых причин заболевания и включало красители, систематическое применение мышьяксодержащих антимикробных препаратов, внутримышечные инъекции препаратов ртути, а также вакцины.

1930-е годы возвестили о новом взгляде на роль бляшки и ее микроорганизмов в этиологии заболеваний пародонта. Ученые-стоматологи предположили, что заболевания пародонта связаны с неким конституциональным дефектом индивидуума. Считалось, что механические раздражители, такие как камни и нависающие края реставраций, также играют важную роль в патогенезе заболеваний пародонта.

На смену уверенности в наличии единственного микробного возбудителя заболеваний пародонта пришли теории неспецифичности бляшек. Гипотеза о неспецифичности бляшки предполагала, что в деструкции пародонта играет роль скорее вся бактериальная флора бляшки, чем специфические бактерии одного вида. Вся бляшка рассматривалась как патогенная. Кроме того, наличие бляшки означает отягощенное течение заболевания. Контроль за бляшками считался необходимым для ограничения производства веществ, раздражающих десны и приводящих к воспалению и разрушению пародонта. Идентификация специфических микроорганизмов была не важна, важен был строгий контроль за бляшками, и это стало центральным моментом в терапии болезней пародонта.

1960-е отмечены возвращением к гипотезе о специфичности бляшки. Исследователи успешно показали возможность передачи заболеваний пародонта между хомяками. Электронная микроскопия подтвердила наличие спирохет в соединительной и эпителиальной тканях пациентов с острым язвенно-некротическим гингивитом в противоположность здоровым лицам контрольной группы. Допустив, что вызванные разными видами микробов бляшки отличаются друг от друга, ученые снова вернулись к поиску специфического микробного пародонтального возбудителя и лечения, нацеленного на причинный фактор.

Новейшие методы микробиологических исследований, такие как микроскопия в затемненном поле, трансмиссионная электронная микроскопия, сканирующая электронная микроскопия, исследования ДНК и иммунологический анализ помогли в исследованиях.

Биопленка: новый взгляд на бляшкуС тех пор ученые продолжают поиски специфического этиологического агента с переменным успехом. Haffajee и Socransky подробно описали причины, затрудняющие точное указание специфических патологических агентов. Некоторые из этих трудностей относятся к процессу отбора микробиологических проб и их культивированию. Эти проблемы включают: получение образца из пародонтального кармана, трудности культивирования некоторых микроорганизмов и большое количество пародонтальных патогенных микроорганизмов, которые могут быть обнаружены в пародонтальном кармане и затем выращены. Забор проб еще более усложняется тем фактом, что в пародонтальном кармане содержатся не только патогенные, но и сапрофитные виды микрофлоры. Другая группа проблем в точном определении возбудителей болезней пародонта относится к самой природе этих заболеваний. Во-первых, патология пародонтита — не одно, а группа различных заболеваний. Во-вторых, эти заболевания имеют периоды активности и «затишья», и активность заболевания варьирует в пределах организма. И, наконец, трудность в идентификации специфических возбудителей пародонтита связана с колебаниями индивидуальной реакции организма хозяина.

Несмотря на эти трудности, нынешние исследователи по-прежнему согласны с тем, что заболевания пародонта являются инфекциями, вызванными специфическими патогенными микроорганизмами. Недавно было обращено внимание на Bacteroides forsythus, а также на P. gingivalis и A. actinomycetemcomitans как на первичных важнейших возбудителей большинства инфекций пародонта, явно связанных с другой подгруппой микроорганизмов (C. rectus, E. nodatum, F. nucleatum, P. intermedia/nigrescens, P. micros, S. intermedium и T. denticola) как с возможными болезнетворными микробами. Исследователи заняты разработкой и совершенствованием диагностических тестов для обнаружения возбудителя пародонтита и его лечения. Были предложены антибиотики общего действия, такие как амоксициллин, метронидазол, тетрациклин, доксициклин и аугментин. Было также представлено местное применение антимикробных средств: тетрациклиновых волокон, гелей метронидазола и миноциклина, тонких пластинок хлоргексидина и полимера доксициклина. Хотя эти подходы увеличили наши возможности справиться с заболеваниями пародонта, они все же не смогли обеспечить стабильный успех. Рассмотрение бляшки как биопленки обещает помочь в попытках эффективно лечить пародонтит.

Бляшка как биопленкаРаньше изучались бактерии, выращенные в колониях на чашках Петри в лабораториях. Более усложненная микроскопия, такая как однофокусный сканирующий лазер, позволила исследовать биопленки в их естественных состояниях. Микроорганизмы в биопленке ведут себя не так, как бактерии в культурной среде.

Основные свойства биопленки:- Взаимодействующая общность разных типов микроорганизмов- Микроорганизмы собраны в микроколонии- Микроколонии окружены защитным матриксом- Внутри микроколоний — различная среда- Микроорганизмы имеют примитивную систему связи- Микроорганизмы в биопленке устойчивы к антибиотикам, антимикробным средствам и реакции организма хозяинаНаблюдаемые в микроскоп бактерии в биопленке распределены неравномерно. Они сгруппированы в микроколонии, окруженные обволакивающим межмикробным матриксом (рис. 5).

Матрикс пронизан каналами, по которым циркулируют питательные вещества, продукты жизнедеятельности, ферменты, метаболиты и кислород. Эти микроколонии имеют свои микросреды, отличающиеся уровнями рН, усваиваемостью питательных веществ, концентрациями кислорода (рис. 6). Бактерии в биопленке общаются между собой посредством химических раздражений (сигналов) (рис. 7). Эти химические раздражители вызывают выработку бактериями потенциально вредных белков и ферментов.

Наши предшествующие попытки предвидеть и контролировать заболевания пародонта были основаны на свойствах бактерий, выращенных в лабораторных условиях. С пониманием сути биопленки было показано, что существуют большие различия в поведении бактерий в лабораторной культуре и в их естественных экосистемах. К примеру, бактерия в биопленке вырабатывает такие вещества, которые она не продуцирует, будучи в культуре. Кроме того, матрикс, окружающий микроколонии, служит защитным барьером. Это помогает понять, почему антимикробные средства как общего действия, так и применяемые местно, не всегда дают успешные результаты, даже тогда, когда они нацелены на конкретный вид микроорганизмов. Это также помогает объяснить, почему механическое удаление бляшек и личная гигиена ротовой полости продолжают оставаться неотъемлемой составной частью лечения заболеваний пародонта. Биопленки могут быть удалены механическими средствами, однако они немедленно начинают восстанавливаться, поэтому поиск путей борьбы с биопленками продолжается.

Новые рубежиПромышленные исследователи внедряют новые технологии борьбы с биопленками. Один из подходов предполагает вмешательство в обмен сигналами между бактериями таким образом, чтобы они не могли общаться между собой. Другой путь — подражание природной защите, выработанной обитателям океана, например, китами и дельфинами, не накапливающими бактериальные биопленки. Исследователи-стоматологи также продолжают следовать по пути новых стратегий для препятствия развития биопленок в ротовой полости.

Возможные стратегические направления для предотвращения развития биопленок в ротовой полости Регуляция питания- примесь питательных веществ, образующих основания (аргинин)- уменьшение циркуляции в зубодесневом желобке благодаря противовоспалительным средствам- ингибирование ключевых микробных ферментов

Регулирование рН биопленки- сахарозаменители- антимикробные средства- фтористые соединения- стимуляция выработки оснований

Регулирование окислительно-восстановительного потенциала- вещества-восстановители- вещества-окислители

Изменение концентрации кислорода, рН, усваиваемости питательных веществ в бляшке показало возможность моделирования микрофлоры биопленки и может оказаться полезным. Например, пародонтальным патогенным микроорганизмам для роста необходим низкий окислительно-восстановительный потенциал. Показано, что добавление окислителя, такого как метиленовый синий, в пародонтальные карманы подавляет рост P. gingivalis. Поскольку увеличение циркуляции в зубодесневом желобке улучшает обеспечение питанием поддесневой биопленки, регулирование этой циркуляции может в будущем использоваться для контроля за поддесневой биопленкой. Использование противовоспалительных средств может не только помочь подавить разрушительные тенденции в организме хозяина, но и уменьшить поступление питательных веществ в биопленку в процессе циркуляции в зубодесневом желобке.

 

medafarm.ru

Биопленка: новый взгляд на бляшку

Памелла Р. Оверман

В течение последних 120 лет исследователи-стоматологи пытались понять микробную природу болезней ротовой полости. Их взгляды на зубную бляшку и составляющие ее микроорганизмы менялись от гипотез о специфичности бляшки к предположениям об ее неспецифичности и снова возвращались к теории о наличии специфических пародонтальных патогенов в бляшке. Изменения во взглядах на бляшку и образующие ее микроорганизмы влияют на стратегию профилактики заболеваний пародонта и контроля за ними. В последние годы некоторые исследователи-стоматологи стали рассматривать бляшку как биопленку. Такое изменение взгляда на бляшку является важной основой будущих усилий по профилактике и лечению. Данная статья освещает различные, менявшиеся с годами представления специалистов-стоматологов о бляшке, выдвигая на первый план современный взгляд на бляшку как на биопленку, и описывает разновидности терапии болезней пародонта.

Несмотря на усилия специалистов-стоматологов, инфекции ротовой полости по-прежнему широко распространены. Среднестатистический взрослый американец имеет от 10 до 17 разрушенных, удаленных или запломбированных постоянных зубов. Большинство жителей США болели гингивитом, меньшая часть страдает умеренно выраженными или тяжелыми формами заболеваний пародонта (рис. 1).

Гингивит

Общепризнанно, что микрофлора ротовой полости является многообразной и наличие специфических бактерий во внутриротовой бляшке рассматривается как необходимая, но недостаточная причина возникновения заболевания. До конца не ясно, как именно микроорганизмы бляшки (рис. 2) вызывают заболевания ротовой полости.

Микрофлорный конгломерат зубной бляшки

Компоненты зубной бляшки и входящие в нее микроорганизмы изучаются с помощью аналитического оборудования, и полученные результаты влияют на стратегию контроля и профилактику заболеваний зубов. За последние два десятилетия современные научные методы изменили взгляд на зубную бляшку, и сейчас многие ученые-стоматологи рассматривают ее как биопленку.

Биопленка

Биопленка — это хорошо организованное, взаимодействующее сообщество микроорганизмов. Классическим примером биопленки может служить тонкое наслоение на скалах, находящихся посреди течения. Подобные бляшки образуются и в ротовой полости. В природе биопленки распространены повсеместно. Они формируются в условиях текучести. Установлено, что свыше 95% существующих в природе бактерий находятся в биопленках. Иногда биопленки могут быть полезными, например, их применяют для обеззараживания отработанных и сточных вод.

Тонкое наслоение, формирующееся на зубах,— пример, знакомый большинству специалистов-стоматологов. Биопленки выстилают нефтепроводы, аквариумы, постоянные катетеры, внутренние имплантаты, контактные линзы и протезы (рис. 3).

Фрагмент биопленки на хирургическом инструменте

Биопленки могут оказаться смертоносными. Болезнь легионеров, унесшая жизни 29 человек в Филадельфии в 1976 г., в конечном счете оказалась связанной с бактериями биопленки в системе кондиционирования воздуха. Миллионы долларов ежегодно расходуются на работы по контролю за этими биопленками.

Изменение взглядов на бляшку

Национальный институт стоматологических и черепнолицевых исследований недавно проводил международную конференцию по микробной экологии. Эта встреча сосредоточила внимание на новом взгляде на бляшку как на биопленку. Конференция подчеркнула важность изменения мнения о зубной бляшке и ее роли в развитии заболеваний ротовой полости. Такая смена взглядов стоматологов на бляшки происходит не впервые, за последние 120 лет эти воззрения претерпели различные изменения.

Период с 1880 по 1930 получил название золотого века микробиологии. За это время были дифференцированы возбудители многих важнейших системных инфекций. Исследователи также искали единственную специфическую причину заболеваний ротовой полости. Предполагая, что бляшка содержит специфический микроорганизм, вызывающий заболевания пародонта, ученые-стоматологи исследовали бляшки в поисках этого возбудителя. Используя доступные в то время методики (микроскопию влажных и окрашенных мазков), ученые идентифицировали различные группы потенциальных возбудителей заболеваний пародонта.

У пациентов с заболеваниями пародонта были выделены амебы, спирохеты, веретенообразные бактерии и стрептококки, считавшиеся, таким образом, потенциальными возбудителями. Лечение болезней пародонта в то время различалось в зависимости от предполагаемых причин заболевания и включало красители, систематическое применение мышьяксодержащих антимикробных препаратов, внутримышечные инъекции препаратов ртути, а также вакцины.

1930-е годы возвестили о новом взгляде на роль бляшки и ее микроорганизмов в этиологии заболеваний пародонта. Ученые-стоматологи предположили, что заболевания пародонта связаны с неким конституциональным дефектом индивидуума. Считалось, что механические раздражители, такие как камни и нависающие края реставраций, также играют важную роль в патогенезе заболеваний пародонта.

На смену уверенности в наличии единственного микробного возбудителя заболеваний пародонта пришли теории неспецифичности бляшек. Гипотеза о неспецифичности бляшки предполагала, что в деструкции пародонта играет роль скорее вся бактериальная флора бляшки, чем специфические бактерии одного вида. Вся бляшка рассматривалась как патогенная. Кроме того, наличие бляшки означает отягощенное течение заболевания. Контроль за бляшками считался необходимым для ограничения производства веществ, раздражающих десны и приводящих к воспалению и разрушению пародонта. Идентификация специфических микроорганизмов была не важна, важен был строгий контроль за бляшками, и это стало центральным моментом в терапии болезней пародонта.

1960-е отмечены возвращением к гипотезе о специфичности бляшки. Исследователи успешно показали возможность передачи заболеваний пародонта между хомяками. Электронная микроскопия подтвердила наличие спирохет в соединительной и эпителиальной тканях пациентов с острым язвенно-некротическим гингивитом в противоположность здоровым лицам контрольной группы. Допустив, что вызванные разными видами микробов бляшки отличаются друг от друга, ученые снова вернулись к поиску специфического микробного пародонтального возбудителя и лечения, нацеленного на причинный фактор.

Новейшие методы микробиологических исследований, такие как микроскопия в затемненном поле, трансмиссионная электронная микроскопия, сканирующая электронная микроскопия, исследования ДНК и иммунологический анализ помогли в исследованиях.

Зубная бляшка под электронным микроскопом

С тех пор ученые продолжают поиски специфического этиологического агента с переменным успехом. Haffajee и Socransky подробно описали причины, затрудняющие точное указание специфических патологических агентов. Некоторые из этих трудностей относятся к процессу отбора микробиологических проб и их культивированию. Эти проблемы включают: получение образца из пародонтального кармана, трудности культивирования некоторых микроорганизмов и большое количество пародонтальных патогенных микроорганизмов, которые могут быть обнаружены в пародонтальном кармане и затем выращены. Забор проб еще более усложняется тем фактом, что в пародонтальном кармане содержатся не только патогенные, но и сапрофитные виды микрофлоры.

Другая группа проблем в точном определении возбудителей болезней пародонта относится к самой природе этих заболеваний. Во-первых, патология пародонтита — не одно, а группа различных заболеваний. Во-вторых, эти заболевания имеют периоды активности и «затишья», и активность заболевания варьирует в пределах организма. И, наконец, трудность в идентификации специфических возбудителей пародонтита связана с колебаниями индивидуальной реакции организма хозяина.

Несмотря на эти трудности, нынешние исследователи по-прежнему согласны с тем, что заболевания пародонта являются инфекциями, вызванными специфическими патогенными микроорганизмами. Недавно было обращено внимание на Bacteroides forsythus, а также на P. gingivalis и A. actinomycetemcomitans как на первичных важнейших возбудителей большинства инфекций пародонта, явно связанных с другой подгруппой микроорганизмов (C. rectus, E. nodatum, F. nucleatum, P. intermedia/nigrescens, P. micros, S. intermedium и T. denticola) как с возможными болезнетворными микробами. Исследователи заняты разработкой и совершенствованием диагностических тестов для обнаружения возбудителя пародонтита и его лечения.

Были предложены антибиотики общего действия, такие как амоксициллин, метронидазол, тетрациклин, доксициклин и аугментин.Было также представлено местное применение антимикробных средств: тетрациклиновых волокон, гелей метронидазола и миноциклина, тонких пластинок хлоргексидина и полимера доксициклина. Хотя эти подходы увеличили наши возможности справиться с заболеваниями пародонта, они все же не смогли обеспечить стабильный успех. Рассмотрение бляшки как биопленки обещает помочь в попытках эффективно лечить пародонтит.

Бляшка как биопленка

Раньше изучались бактерии, выращенные в колониях на чашках Петри в лабораториях. Более усложненная микроскопия, такая как однофокусный сканирующий лазер, позволила исследовать биопленки в их естественных состояниях. Микроорганизмы в биопленке ведут себя не так, как бактерии в культурной среде.

Основные свойства биопленки:

  • Взаимодействующая общность разных типов микроорганизмов
  • Микроорганизмы собраны в микроколонии
  • Микроколонии окружены защитным матриксом
  • Внутри микроколоний — различная среда
  • Микроорганизмы имеют примитивную систему связи
  • Микроорганизмы в биопленке устойчивы к антибиотикам, антимикробным средствам и реакции организма хозяина

Наблюдаемые в микроскоп бактерии в биопленке распределены неравномерно. Они сгруппированы в микроколонии, окруженные обволакивающим межмикробным матриксом (рис. 5).

Биопленка в разрезе

Матрикс пронизан каналами, по которым циркулируют питательные вещества, продукты жизнедеятельности, ферменты, метаболиты и кислород. Эти микроколонии имеют свои микросреды, отличающиеся уровнями рН, усваиваемостью питательных веществ, концентрациями кислорода (рис. 6).

Проводящие каналы

Бактерии в биопленке общаются между собой посредством химических раздражений (сигналов) (рис. 7). Эти химические раздражители вызывают выработку бактериями потенциально вредных белков и ферментов.

Передача бактериями сигналов

Наши предшествующие попытки предвидеть и контролировать заболевания пародонта были основаны на свойствах бактерий, выращенных в лабораторных условиях. С пониманием сути биопленки было показано, что существуют большие различия в поведении бактерий в лабораторной культуре и в их естественных экосистемах. К примеру, бактерия в биопленке вырабатывает такие вещества, которые она не продуцирует, будучи в культуре. Кроме того, матрикс, окружающий микроколонии, служит защитным барьером. Это помогает понять, почему антимикробные средства как общего действия, так и применяемые местно, не всегда дают успешные результаты, даже тогда, когда они нацелены на конкретный вид микроорганизмов. Это также помогает объяснить, почему механическое удаление бляшек и личная гигиена ротовой полости продолжают оставаться неотъемлемой составной частью лечения заболеваний пародонта. Биопленки могут быть удалены механическими средствами, однако они немедленно начинают восстанавливаться, поэтому поиск путей борьбы с биопленками продолжается.

Новые рубежи

Промышленные исследователи внедряют новые технологии борьбы с биопленками. Один из подходов предполагает вмешательство в обмен сигналами между бактериями таким образом, чтобы они не могли общаться между собой. Другой путь — подражание природной защите, выработанной обитателям океана, например, китами и дельфинами, не накапливающими бактериальные биопленки. Исследователи-стоматологи также продолжают следовать по пути новых стратегий для препятствия развития биопленок в ротовой полости.

Возможные стратегические направления для предотвращения развития биопленок в ротовой полости

Регуляция питания

  • примесь питательных веществ, образующих основания (аргинин)
  • уменьшение циркуляции в зубодесневом желобке благодаря противовоспалительным средствам
  • ингибирование ключевых микробных ферментов

Регулирование рН биопленки

  • сахарозаменители
  • антимикробные средства
  • фтористые соединения
  • стимуляция выработки оснований

Регулирование окислительно-восстановительного потенциала

  • вещества-восстановители
  • вещества-окислители

Изменение концентрации кислорода, рН, усваиваемости питательных веществ в бляшке показало возможность моделирования микрофлоры биопленки и может оказаться полезным. Например, пародонтальным патогенным микроорганизмам для роста необходим низкий окислительно-восстановительный потенциал. Показано, что добавление окислителя, такого как метиленовый синий, в пародонтальные карманы подавляет рост P. gingivalis.

Поскольку увеличение циркуляции в зубодесневом желобке улучшает обеспечение питанием поддесневой биопленки, регулирование этой циркуляции может в будущем использоваться для контроля за поддесневой биопленкой. Использование противовоспалительных средств может не только помочь подавить разрушительные тенденции в организме хозяина, но и уменьшить поступление питательных веществ в биопленку в процессе циркуляции в зубодесневом желобке.

stomport.ru

STOMWEB - Статья - Биопленка и микроорганизменный патогенез

José F. Siqueira, Jr. and Isabela N. Rôças 368

Отдельные микроорганизмы, размножающиеся в среде обитания дают начало популяциям. Такие популяции часто образуют микроколонии в окружающей среде. Популяции взаимодействуют между собой формируя сообщество. Таким образом, сообщество относится к объединенной совокупности популяций, которые сосуществуют и взаимодействуют в данной среде обитания. Сообщество и среда обитания являются частью большой экосистемы, которая может быть определена как функциональная самоподдерживающая система, которая включает микробное сообщество и его среду обитания. Таким образом становится очевидной следующая иерархия: экосистема, сообщество, популяция и отдельные микроорганизмы (клетка).

Популяции выполняют функции, которые вносят общий вклад для сообщества и поддерживают экологический баланс экосистемы. Каждая популяция имеет функциональную роль (нишу) внутри сообщества. В сообществе существует ограниченное количество ниш, за которые могут конкурировать популяции. Более мощные популяции занимают ниши и вытесняют тех, кто слабее. Как будет сказано позднее, высоко структурированные пространственно-организованные микробные сообщества могут проявлять свойства, более сильные, чем суммарные свойства составляющих популяцию. В действительности, сложные микробные сообщества, как было доказано, наделены способностью противостоять и сопротивляться фактором внешней окружающей среды с помощью создания мозаичной структуры микросред которая позволяет выживать и расти членам сообщества.

Исторически сложилось так, что микробиологи, занимающиеся инфекционными заболеваниями, сталкивались с периодами «редукционизма» и «холизма». Редукционизм основывается на идее того, что целое можно понять, рассматривая все меньшие и меньшие его части, то есть, все сложные системы можно полностью понять с точки зрения их отдельных компонентов. С помощью редукционистских подходов отдельные виды отделяются от сложных смешанных сообществ и с помощью метаболических и генетических исследований можно изучить сообщества, рассматривая каждое отдельное составляющее. Однако при близком изучении микрофлоры, связанной с большинством инфекционных заболеваний человека становится очевидным что целое очень часто больше чем простая сумма его составных частей. Данная концепция побудила микробиологов принять холистический подход для понимания поведения сообщества, связанного с патогенезом большинства инфекционных заболеваний, имеющих полимикробную этиологию. Холизм считает, что любой компонент невозможно полностью понять исключая его отношение к целому. Холистическая теория в значительной степени применяется в экологии: взаимодействие различных частей, составляющих экосистему в конечном счете определит ее свойства.

Признано, что биопленка (зубной налет), связанная с кариесом и заболеваниями пародонта, представляет собой сложное сообщество, сочетающее в себе функции, необходимые для строения и физиологии биопленки  с последующими патогенетическими последствиями. Последние данные указывают на то, что апикальный периодонтит также является результатом совместной деятельности сообщества биопленки, созданной в системе корневого канала.

Исследования сообществ выявили что бактериальный состав эндодонтической микрофлоры отличается между индивидуумами, страдающими от одной и той же патологии.  Это свидетельствует о том, что апикальный периодонтит имеет гетерогенную этиологию, где сочетание множества бактерий могут играть роль в этиологии заболевания. При изучении различных географических областей становится еще более выраженной индивидуальная изменчивость. Кроме того, структура сообщества значительно отличается между различными формами патологии (например, асимптоматичнй апикальный периодонтит против острого апикального абсцесса), предполагая наличие клинической картины, связанной с каждой формой патологии. 

Биопленка и взаимодействия бактерий

Способность к формированию сообщества может иметь важное значение для выживаемости микроорганизмов практически во всех средах. На самом деле, большинство микроорганизмов в природе неизменно растут и функционируют как члены метаболически интегрированных сообществ или биопленок. Биопленка может быть определена как фиксированное многоклеточное микробное сообщество, характеризующееся наличием клеток, плотно прикрепленных к поверхности и окруженных самопродуцируемым матриксом из внеклеточного полимерного вещества (ВПВ), обычно являющееся полисахаридом (Рис.14-14). Способность к формированию биопленок считается фактором вирулентности, и на инфекции, вызываемые биопленкой, приходится примерно 65-80% всех бактериальных инфекций, поражающих людей в развитых странах мира. Учитывая ее важность в различных аспектах, существовал повышенный интерес в изучениях свойств биолпленки, не только в медицинской микробиологии, но и также в различных областях промышленной и экологической микробиологии. 

РИС. 14-14 Смешанная бактериальная биопленка, прикрепленная к поверхности зуба (Окраска методом Brown и Brenn, увеличение х1000)

Бактериальные клетки в биопленках образуют микроколонии (±15% от всего объема) которые внедряются и распределяются неслучайным образом в матрице ВПВ (±85% от всего объема) и разделяются водяными каналами. Микроколонии обычно имеют форму «башни» или «грибов”. Зубные биопленки в толщину достигают 300 и более клеточных слоев. Отдельные микроколонии могут состоять из единственного вида бактерий, но чаще состоят из нескольких различных видов в смешанном сообществе.

Поскольку биопленка созревает на поверхности, внеклеточные полисахариды непрерывно синтезируются, формируя внеклеточную матрицу, которая в конечном итоге может составлять более 85% объема биопленки. Хотя матрица изначально формируется из полисахаридов, она также может содержать белки и нуклеиновые кислоты. Матрица является не только физически важной частью каркаса, определяющего структуру биопленки, но и также она является биологически активной и может удерживать питательные вещества, воду и важные ферменты внутри биопленки. Матрица может также защищать сообщество биопленки от экзогенных факторов и может принимать участие в прикреплении биопленки к поверхности.

Члены сообщества образуют отдельные популяции или микроколонии, разделенные открытыми водными каналами, пронизывающими матрицу биопленки и формирующими примитивную циркуляторную систему. Жидкость, находящаяся в этих каналах, переносит субстрат, конечные продукты метаболизма бактерий и сигнальные молекулы, участвующие во взаимодействии бактерий. Таким образом жизненно важные питательные вещества и связывающие молекулы могут диффундировать, а также через эти каналы могут удаляться продукты жизнедеятельности.

Микроколонии, формирующие биопленку, возникают в результате колонизации на поверхности планктонных (неприкрепленных) бактериальных клеток. На ранних стадиях образования биопленки бактерии связываются генов и выработке белка. С помощью протеомной с белками хозяина и коаггрегируют с другими бактериями.

Эти взаимодействия приводят к изменениям скорости роста, экспрессии генов и производства белка. С помощью протеомного анализа или технологии ДНК-чип было доказано, что гены, экспрессируемые клетками биопленки, отличаются на 20-70% от экспрессируемых теми же клетками в планктонной культуре. Таким образом, бактерии в биопленке наследуют принципиально отличающийся от планктонных аналогов фенотип. Внутри биопленки некоторые бактерии также используют сложные системы коммуникации между клетками (дистанционные взаимодействия между бактериями) для координации экспрессии генов. Наблюдаемая фенотипическая гетерогенность в биопленках также является результатом воздействия на микроколонии различных факторов (например, градиент парциального давления кислорода, pH, осмотическое давление, тип и количество питательных веществ, плотность клеток), способствующие формированию различных микросред по всей структуре биопленки.

Образ жизни сообщества биопленки

Многие естественные биопленки содержат разнообразную микрофлору. Эти биопленки, состоящие из множества видов бактерий, не являются просто пассивными сообществами бактерий, которые прикрепились к поверхности; они представляют собой сложные биологические системы, формируемые из популяций (микроколоний) которые распределяются не случайным образом, а имеют пространственную и функциональную организованность в сообществе. На самом деле, популяции стратегически расположены для оптимального метаболического взаимодействия и образовавшаяся в результате этого архитектура способствует экологической роли сообщества в экосистеме. Свойства, проявляемые многовидовым сообществом биопленки в основном обусловлены взаимодействием между популяциями, которые обычно не свойственны отдельным бактериям. В результате сообщества биопленок имеют коллективную физиологию, сочетанно реагируя на проблемы окружающей среды.

Образ жизни сообщества биопленки дает ряд преимуществ для колонизирующих бактерий, включая создание широкого ареала обитания для роста, увеличенные метаболические разнообразие и эффективность, расширение возможностей для генетических обменов и бактериальных взаимодействий (системы дистанционного взаимодействия между бактериями) и защиту от внешних угроз (конкурирующие микроорганизмы, защитные системы хозяина, антимикробные агенты и воздействия окружающей среды).

Формирование биопленки также может привести к повышенной патогенности. Чтобы вызвать патологию бактерии должны прикрепиться к поверхности хозяина, получить питательные вещества от хозяина и размножаться, вторгаясь в ткани, преодолевая или уклоняясь от защитных систем хозяина и вызывая повреждение тканей. Для этих конкретных стадий патологического процесса требуется разнообразный спектр вирулентных факторов, и весьма вероятно, что каждый из них потребует согласованного действия бактерий в сообществе. Также возможно, что некоторые виды могут играть более одной роли в патологии и различные виды могут выполнять схожие функции. Это объясняет тот факт, что сообщества с различным бактериальным составом обнаруживаются в различных людей с похожей патологией. В многовидовых сообществах широкий спектр взаимоотношений может возникнуть между видами, который варьируется от неэффективности или сниженной патогенности до дополнительных или синергических патогенных эффектов. Примером полимикробной инфекции являются эндодонтические абсцессы, при которых виды бактерий которые поодиночке имеют низкую вирулентность и неспособны вызывать патологию, могут это делать в сообществе с другими видами смешанного сообщества (патогенный синергизм).

Устойчивость к антимикробным агентам

С клинической точки зрения биопленка повышает устойчивость к антимикробным агентам. Бактерии биопленки считаются более устойчивыми к антибиотикам чем те же бактерии, выращенные в планктонной среде. Концентрация антибиотика, необходимая для уничтожения бактерий в биопленке примерно в 100-1000 раз выше чем концентрация, необходимая для уничтожения тех же видов в планктонном состоянии. Существует несколько возможных механизмов, обеспечивающих устойчивость биопленки к антибиотикам.

Структура биопленки может ограничивать проникновение антимикробных агентов

Агент может абсорбироваться бактериями или даже ингибировать бактерии на поверхности биопленки, однако клетки расположенные в глубине биопленки могут оставаться относительно нетронутыми. Матрикс биопленки также может связывать и удерживать нейтрализующие ферменты в концентрациях, которые необходимы для инактивации антимикробного агента.

Измененный уровень роста бактериальной биопленки

Многие антибиотики могут свободно проникать в матрикс биопленки, однако клетки часто остаются защищенными. Появление в биопленке истощенных бактерий, находящихся в стационарной фазе, по-видимому, является важным фактором резистентности популяций биопленки к антимикробным агентам. При низкой доступности питательных веществ бактерии в образовавшейся биопленке растут медленно, и, как следствие, гораздо менее чувствительны чем быстро делящиеся клетки. Большинство антибиотиков требуют, по крайней мере, некоторой клеточной активности  для эффективности действия. Таким образом, бактерии в стационарной фазе могут представлять собой общий механизм резистентности биопленки к антибиотикам.

Присутствие «бактерий-персистеров»

Увеличенная толерантность некоторых биопленок к антибиотикам может быть в значительной степени обусловлена присутствием субпопуляции особых клеток, которые выжили в данных условиях среды, известных как персистеры. Пока неясно, представляют ли эти бактерии особый фенотип или просто являются более резистентными клетками внутри популяции.

Кирилл КорышевАрсланг Лукшанов

stomweb.ru

Этиология заболеваний пародонта

Причиной самых распространенных стоматологических заболеваний являются микроорганизмы полости рта. Наибольшее содержание микроорганизмов отмечено в различных видах зубных отложений, а также в слюне и на поверхности слизистой оболочки языка.

Ключевой фактор в этиологии кариеса — микроорганизмы, содержащиеся в зубной бляшке. В зубном налете содержатся бактерии — стрептококки, в частности Str.mutans., Str.sanguis и Str.salivarius, для которых характерно анаэробное брожение. Вследствие гликолиза стрептококки способны образовывать органические кислоты, которые при длительном воздействии деминерализуют твердые ткани зуба.

Основными этиологическими факторами воспалительных заболеваний пародонта являются:

  1. Микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности, содержащиеся в неминерализованных и минерализованных зубных отложениях
  2. Факторы полости рта, способные усиливать или ослаблять патогенетический потенциал микроорганизмов и продуктов обмена
  3. Общие факторы, регулирующие метаболизм тканей полости рта, от которых зависит реакция на патогенные воздействия

Ведущую роль в развитии воспалительных заболеваний пародонта играет микробная инфекция, находящаяся в твердых и мягких зубных отложениях, в особенности штаммы пародонто-патогенных анаэробных микроорганизмов (Prevotella intermedia, Porphyromonas gingivalis, Actinobacillus actinomycetemcomitans и др.).

Выявлена степень ассоциации патогенных бактерий с возникновением воспалительных заболеваний пародонта(Таб.1)

Таблица 1.Степень ассоциации патогенных бактерий с краевым пародонтитом (по Haffajee и Socransky, 1994; Darveau et al., 1997)

Степень ассоциации патогенных бактерий с краевым пародонтитом

Зубные отложения можно разделить на 2 группы (Максимовский Ю.М., Максимовская Л.Н., Орехова Л.Ю. 2002 г.):

1. Неминерализованные зубные отложения

  • Пелликула
  • Зубная бляшка, биопленка
  • Мягкий зубной налет
  • Пищевые остатки

2. Минерализованные зубные отложения

  • Наддесневой зубной камень
  • Поддесневой зубной камень

На очищенной поверхности зуба образуется неструктурированная бесклеточная пленка — пелликула. Она состоит из протеинов слюны, связанных электростатическими связями. Пелликула выполняет как защитную функцию, так и способствует прикреплению микроорганизмов.

К пелликуле в течение нескольких часов прикрепляются грамположительные кокки и актиномицеты, затем стрептококки, вейлонеллы и филаменты. Постепенно толщина налета увеличивается за счет деления и накопления бактерий. Низкий уровень гигиены полости рта приводит к образованию зубной бляшки.

Зрелая зубная бляшка состоит из плотного слоя бактерий, образующих ее матрикс. Первоначально образованная бляшка содержит аэробные микроорганизмы. Со временем начинает преобладать анаэробная флора.

В последние годы исследователи ввели понятие «биопленка». Биопленка — это хорошо организованное, взаимодействующее сообщество микроорганизмов.

Микроорганизмы сгруппированы в микроколонии, окруженные обволакивающим межмикробным матриксом, которые имеют свои микросреды, отличающиеся уровнями pH, усваиваемостью питательных веществ, концентрациями кислорода. Бактерии в биопленке общаются между собой посредством химических раздражений (сигналов).

Основными особенностями биопленки являются образование микроорганизмами микроколоний, окруженных защитным матриксом, и взаимодействие между собой разных типов микроорганизмов. Микроорганизмы в биопленке устойчивы к антибиотикам и реакции организма хозяина.

Матрикс, окружающий микроколонии, служит также и барьером, который защищает биопленку от антимикробных средств, как общего действия, так и применяемых местно. Это также объясняет необходимость механического удаления зубного налета и ведущую роль индивидуальной гигиены полости в лечении заболеваний пародонта.

Зубной камень по своей структуре — минерализованная зубная бляшка.

Наддесневой зубной камень относят к слюнному типу, потому что минералы и органические компоненты для его образования, поступают из слюны. Он может быть различным по цвету и по твердости. Чем светлее зубной камень, тем он менее плотный и твердый, тем быстрее он образуется и откладывается в большем количестве. Темный зубной камень более твердый и плотный, образуется медленнее и в меньшем количестве.

Синонимы наддесневых зубных отложений: супрамаргинальные, экстрагингивальные, коронковые или слюнные — подчеркивают расположение и источник образования.

Наддесневые камни состоят из органических и органических компонентов. Неорганический компонент составляет 70-90% сухого веса наддесневого камня. Главными неорганическими компонентами являются кальций (39%), фосфор (19%), магний (0,8%), и карбонаты (1,9%). Минералы, входящие в состав зубного камня это преимущественно фосфат кальция (75,9%), карбонат кальция (3,1%), следы сульфата магния, сода, следы фторидов, а также соли калия цинка и стронция, меди, марганца, вольфрама, золота и железа в микроколличествах Главный тип кристалла — гидроксиапатит, кроме того, в зубных камнях содержатся октокальция фосфат и брусит (Боровский Е.В., Иванов B.C., Максимовский Ю.М., Максимовская JI.H., 1998 г.).

Скорость аккумуляции и кальцификации зубных отложений различна у разных людей и на разных зубах у одного человека. В свежем зубном налете нет кристаллов апатита. Признаки минерализации зубной бляшки наблюдаются в нем через 38 часов после начала формирования. По скорости минерализации зубной бляшки и образованию зубного камня выделяют людей с быстрым, умеренным и незначительным образованием камня и лиц, у которых зубной камень вообще не образуется.

Большинство микробов в зубном камне нежизнеспособны. Количество микроорганизмов гораздо больше в камне, чем в остальных участках полости рта. В наддесневом камне преобладают грамположительные микробы.

Поддесневой зубной камень располагается в пародонтальных карманах. Он обычно плотный и твердый, темно-коричневого или зеленовато-черного цвета. Поддесневой камень плотно прикреплен к поверхности зуба.

Поддесневой камень относят к сывороточному типу, потому что источником минерализации для него является десневая жидкость, образующаяся из сыворотки крови.

Синоним поддесневых зубных отложений: субмаргинальные, из-за их локализации или сывороточные, из-за источника минерального компонента.

Поверхностные слои поддесневого камня содержат грамотрицательные микробы, а средние и глубокие — грамположительные.

Удаление неминерализованных и минерализованных зубных отложений является значительной частью профилактики и этиотропной терапии воспалительных заболеваний пародонта и кариеса зубов.

Добавить комментарий

stom-portal.ru


Смотрите также