Аэробные и анаэробные бактерии зубного налета. Зубной налет. Как действуют кариесогенные бактерии

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.

МИКРОФЛОРА ЗУБНОГО НАЛЕТА

Лекция 4

1. Краткие сведения о строении твердых тканей зуба. 2. Органические оболочки, покрывающие эмаль зуба. 3. Состав зубного налета. 4. Динамика образования зубного налета. 5. Факторы, влияющие на образование зубного налета. 6. Механизмы образования зубного налета. 7. Физические свойства зубного налета. 8. Микроорганизмы зубного налета. 9. Кариесогенность зубного налета.

1 . Краткие сведения о строении твердых тканей зуба. Твердая часть зуба состоит из эмали, дентина и цемента (рис. 1).

Дентин составляет основную часть зуба. Коронки зубов покрыты эмалью - самой твердой и прочной тканью человеческого организма. Корень зуба покрыт тонким слоем костеподобной ткани, называемой цементом, и окружен надкостницей, через которую происходит питание зуба. От цемента к надкостнице идут волокна, образующие так называемую связку зуба (периодонт), которая прочно укрепляет зуб в челюсти. Внутри коронки зуба имеется полость, заполненная рыхлой соединительной тканью, называемой пульпой. Эта полость продолжается в виде каналов в корень зуба.

Поверхность эмали покрыта органическими оболочками, вследствие чего при исследовании в электронном микроскопе она имеет сглаженный рельеф; тем не менее встречаются выпуклые и вогнутые участки, которые соответствуют окончаниям призм (мельчайшими структурными единицами эмали являются кристаллы апатитоподобного вещества, формирующие эмалевые призмы). Именно на этих участках начинают впервые скапливаться микроорганизмы или могут задерживаться пищевые остатки. Даже механическая очистка эмали зубной щеткой не способна полностью удалить с ее поверхности микроорганизмы.

Рис. 1. Строение зуба:

1 - коронка;

2 - корень;

5 - дентин;

6 - пульпа;

7 - слизистая оболочка десны;

8 - периодонт;

9 - костная ткань;

10 - отверстие верхушки корня.

На поверхности зубов часто можно наблюдать зубной налет (ЗН), который представляет собой белую мягкую субстанцию, локализующуюся в области шейки зуба и на всей его поверхности. Пелликула, лежащая под слоем зубного налета и представляющая собой тонкую органическую пленку, является структурным элементом поверхностного слоя эмали. Пелликула образуется на поверхности зуба после его прорезывания. Считается, что она является дериватом белково-углеводных комплексов слюны. При электронной микроскопии пелликулы обнаружены три слоя и характерный признак - зубчатый край и пиши, которые представляют собой вместилища для бактериальных клеток. Толщина суточной пелликулы - 2-4 мкм. Ее аминокислотный состав является чем-то средним между составом зубного налета и преципитата слюнного муцина. В ней много глутаминовой кислоты, аланина и мало серосодержащих аминокислот. В составе пелликулы обнаружено большое количество аминосахаров, которые являются производными клеточной стенки бактерий. В самой пелликуле бактерий не отмечается, но в нее входят компоненты лизированных бактерий. Возможно, образование пелликулы является первоначальной стадией возникновения зубного налета. Еще одна органическая оболочка зуба - кутикула (редуцированный эпителий эмали), которая после прорезывания зуба теряется и в дальнейшем существенной роли в физиологии зуба не играет. Кроме того, слизистую оболочку полости рта и зубы покрывает тонкая пленка муцина, выделяющегося из слюны.

Таким образом, на поверхности эмали зуба отмечаются следующие образования:

кутикула (редуцированный эпителий эмали);

пелликула;

зубной налет;

пищевые остатки;

муциновая пленка.

Предложена следующая схема образования приобретенных поверхностных структур зуба: после прорезывания зубов поверхность эмали подвергается воздействию слюны и микроорганизмов. В результате эрозивной деминерализации на поверхности эмали образуются ультрамикроскопические канальцы, которые проникают в эмаль на глубину 1-3 мкм. Впоследствии канальцы наполняются нерастворимой белковой субстанцией. Вследствие преципитации слюнных мукопротеинов, а также адгезии и роста, а затем разрушения микроорганизмов, на поверхностной кутикуле образуется более толстый органический, в различной степени минерализованный слой пелликулы.

Благодаря местным условиям микробы инвазируют эти структуры и размножаются, что приводит к образованию мягкого ЗН. Минеральные соли откладываются на коллоидной основе ЗН, сильно изменяя соотношения между мукополисахаридами, микроорганизмами, слюнными тельцами, сгущенным эпителием и остатками пищи, что в конечном счете приводит к частичной или полной минерализации ЗН. Когда начинается его интенсивная минерализация, может образовываться зубной камень, который возникает путем импрегнации ЗН кристаллами фосфата кальция. Время, необходимое для отвердевания мягкой матрицы - около 12 дней. То, что минерализация началась, становится очевидным уже через 1-3 дня после образования налета.

3. Состав зубного налета. С помощью биохимических и физиологических исследований установлено, что ЗН - это скопление инкорпорированных в матрицу колоний микроорганизмов, обитающих в полости рта и на поверхности зубов.

В исследованиях с использованием сканирующего электронного микроскопа показано, что ЗН состоит исключительно из микроорганизмов с незначительным включением бесструктурного вещества органической природы. Из органических компонентов в ЗН определены белок, углеводы, ферменты. Его аминокислотный состав отличается от такового муцина и пелликулы, а также слюны. Наиболее полно изучены углеводные компоненты ЗН (гликоген, кислые мукополисахариды, гликопротеины).

Существует гипотеза, что ферменты ЗН играют важную роль в кариозном процессе. Химический состав ЗН в значительной степени варьирует на различных участках полости рта и у разных людей в зависимости от возраста, употребления в пищу сахара и т.д. В зубном налете обнаружены кальций, фосфор, калий, натрий. Около 40% сухой массы неорганических веществ находится в нем в виде оксиапатита. Содержание мик-роэлементов в ЗН чрезвычайно вариабельно и изучено недостаточно (железо, цинк, фтор, молибден, селен и др.). Предположения о механизмах кариестормозящего действия микроэлементов основываются на их влиянии на активность ферментов бактерий, а также на соотношении различных групп микроорганизмов. Определенные микроэлементы (фтор, молибден, стронций) обусловливают меньшую восприимчивость зубов к кариесу, воздействуя на экологию, состав и обмен ЗН; селен, наоборот, увеличивает возможность возникновения кариеса. Одним из наиболее важных, влияющих на биохимию ЗН компонентов является фтор. Существует три пути включения фтора в ЗН: первый - через образование неорганических кристаллов (фторапатита), второй - через образование комплекса с органическими субстанциями (с белком матрицы налета); третий - проникновение внутрь бактерий. Интерес к метаболизму фтора в ЗН связан с противокариозным действием этого микроэлемента. Фтор, во-первых, влияет на состав ЗН, во-вторых, оказывает воздействие на растворимость эмали, в-третьих, подавляет работу ферментов бактерий, входящих в состав зубного налета.

Неорганические вещества ЗН имеют непосредственное отношение к минерализации и образованию зубного камня.

4. Динамика образования зубного налета. ЗН начинает накапливаться уже через 2 часа после чистки зубов. В течение 1-х суток на поверхности зуба преобладает кокковая флора, после 24 часов - палочковидные бактерии. Через 2 суток на поверхности ЗН обнаруживаются многочисленные палочки и нитевидные бактерии (рис. 2).

По мере развития ЗН изменяется его микрофлора по типу дыхания. Первоначально образованный налет содержит аэробные микроорганизмы, более зрелый - аэробные и анаэробные бактерии.

Определенную роль в формировании ЗН играют клетки слущенного эпителия, которые прикрепляются к поверхности зуба в течение часа после ее очищения. Количество клеток значительно увеличивается к концу суток. Далее эпителиальные клетки адсорбируют на своей поверхности микроорганизмы. Также установлено, что образованию ЗН и его прилипанию к эмали в значительной мере способствуют углеводы.

Наиболее важную роль в образовании ЗН играют S.mutans, активно формирующие его на любых поверхностях. Но в этом процессе есть определенная последовательность. В экспериментальных условиях показано, что к чистой поверхности зуба сначала прилипает S.salivarius, а затем адгезируется S.mutans и начинает размножаться. При этом S.salivarius очень быстро исчезает из зубного налета. На формирование матрицы ЗН влияют ферменты бактериального происхождения, например нейраминидаза, участвующая в

расщеплении гликопротеинов до углеводов, а также в полимеризации сахарозы до декстрана-левана.

Рис. 2. Микроорганизмы на поверхности зубного налета (электронограмма).

В слюне обнаруживаются IgA, IgM, IgG, амилаза, лизоцим, альбумин и другие белковые субстраты, которые могут участвовать в образовании ЗН. В пелликуле, как правило, содержатся все классы иммуноглобулинов (А, М, G), тогда как в ЗН чаще всего выявляются IgA и IgG (однако доля участия }