Роль биопленки в патогенезе воспалительных заболеваний
реклама
009Kopez.qxd 17.07.2012 13:37 Page 9 Биопленка в стоматологии Роль биопленки в патогенезе воспалительных заболеваний полости рта и способы ее устранения ✑ Л.В. Побожьева, И.С. Копецкий Кафедра терапевтической стоматологии Стоматологического факультета Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н.И. Пирогова В настоящее время в многочисленных исследованиях доказано, что более 80% инфекцион ных заболеваний, в том числе воспалительные заболевания полости рта, вызваны микроб ной биопленкой. В статье представлен обзор литературы, в которой рассматривается значе ние биопленки в стоматологии. Ключевые слова: биопленка, зубная бляшка, микроорганизм, полость рта. Представление о биопленках изменило подходы к заболеваниям в самых разных областях медицины: с учетом новых дан ных пересматриваются концепции патоге неза. Настоящая статья содержит обзор ли тературы, посвященной современному представлению о биопленке в стоматоло гии, ее значению в патогенезе воспалитель ных заболеваний полости рта и способам ее устранения. В 1680 г. Антони ван Левенгук с помо щью микроскопа впервые обнаружил мик роорганизм на поверхности зуба и описал его [1]. С тех пор в полости рта идентифи цировано более 700 видов микроорганиз мов; большинство из них ассоциируется с зубной бляшкой [2, 3]. В многочисленных исследованиях доказана микробная этио логия основных заболеваний полости рта: кариеса зубов и его осложнений, а также воспалительных заболеваний пародонта [4, 5]. При этом только 20–25% микроорга низмов располагаются на поверхности зу бов, остальные – на слизистой оболочке полости рта [6]. В 1960 г. было установлено, что в желу дочнокишечном тракте, в том числе в по лости рта, преобладает анаэробная микро флора. Облигатные анаэробы ученые изу Контактная информация: Побожьева Людмила Владимировна, [email protected] чали при помощи боксов, являющихся прообразом анаэростатов. Долгое время микробиологические исследования осно вывались на постулатах Коха, которые поз волили выделить основные патогенные микроорганизмы полости рта [7]. Постула ты Коха подразумевали исследование пато генных микроорганизмов в планктонном состоянии, т.е. изучение отдельных, сво бодно плавающих микробов в среде, бога той питательными веществами. Однако следует учитывать то, что свойства микро бов в планктонном состоянии отличаются от свойств тех же видов в естественных условиях. Данное учение не способствова ло разработке новых концепций, таких как межвидовое взаимодействие бактерий и микробные сообщества. С открытием по следних удалось получить данные о патоге незе заболеваний, вызванных биопленкой и не связанных с отдельно взятыми микро организмами. С 1960–1970х годов центральное место в исследованиях по стоматологии занимает зубная бляшка, которая представляет со бой скопление микроорганизмов и являет ся одной из наиболее сложных ассоциаций бактериальной флоры, встречающейся у человека. В 1976 г. W.J. Loesche указал на возможность наличия экосистемы в зубной бляшке, допуская при этом как ее специ Лечебное дело 2.2012 9 009Kopez.qxd 17.07.2012 13:37 Page 10 Лекции фичность, так и неспецифичность [8]. В 1978 г. J.W. Costerton ввел термин “био пленка”, описав ее как сообщество бакте рий, заключенных в матрикс [9]. До этого в микробиологических исследованиях по стоматологии использовался термин “бляшка”, последняя к этому времени уже была подробно изучена [10]. В 1990 г. J.W. Сosterton et al. ввели понятие “инфек ция биопленок” и бросили вызов постула там Коха, на основе которых микробиоло гия в медицине и стоматологии развива лась более века [11, 12]. J.W. Сosterton et al. считали, что ни один вид патогенных мик роорганизмов не может быть идентифици рован согласно теории Коха [11]. Новое “системное восприятие” стало возможным с появлением современных технологий изу чения микробных сообществ, что позволяет развивать методы профилактики и лече ния полимикробных заболеваний. В на стоящее время имеются достоверные дан ные о том, что более 80% инфекционных заболеваний вызываются микробной био пленкой [13, 14]. В многочисленных исследованиях дока зано, что зубную бляшку следует рассмат ривать как биопленку [15]. Установлено, что при заболеваниях пародонта микробы всегда растут в виде биопленок; при этом культивированные возбудители отличают ся от форм, вызвавших заболевание [16]. В 2002 г. R.M. Donald и J.W. Costerton дали определение понятию биопленки. Био пленка – это микробное сообщество, со стоящее из клеток, которые прикреплены к поверхности или друг к другу, заключены в матрикс экстрацеллюлярных полимерных веществ и демонстрируют изменения фе нотипа, т.е. параметров роста и экспрессии генов [17]. Любой патогенный микроорга низм может существовать как в планктон ной форме, так и в виде биопленки [18]. Микроорганизмы биопленки вовлечены в цепь физических, метаболических и моле кулярных взаимодействий, что влияет на рост, резистентность к антибиотикам и па тогенность. Чувствительность сообщества клеток получила название “quorum sens ing”: она обеспечивает динамические ком 10 Лечебное дело 2.2012 муникации в биопленке [19]. Результаты исследований подтверждают наличие из менений генной экспрессии внутри био пленки и взаимосвязи микроорганизмов. B.R. Boles et al. предположили, что гетеро генность биопленки может быть формой “биологической страховки”, в которой клетки лучше противостоят неблагоприят ным факторам [20]. Доказана антибиоти корезистентность биопленки, что связано с тремя факторами: способностью экстра целлюлярного матрикса препятствовать проникновению антибиотика, генными из менениями микроорганизмов, а также с на личием клеток с медленным ростом и резко ограниченным питанием. Ученые устано вили, что бактерии биопленки в 1000 раз устойчивее к антибиотикам, чем планктон ные формы [21]. Кроме того, имеются дан ные о несостоятельности местной и сис темной антибактериальной терапии при заболеваниях пародонта [22]. При росте бактерий в биопленке опреде ляется фенотип, отличающийся от феноти па планктонных форм. Согласно данным R.H. Veeh et al., если поместить микроорга низмы с фенотипом биопленки на агар, идентичные колонии получить не удастся [23]. G.D. Ehrlich et al. доказали, что бакте рии в биопленке обмениваются геномом [24]. Различные виды микроорганизмов имеют сходные этапы формирования био пленок: прикрепление к поверхности, фор мирование колоний и образование экзопо лисахаридного матрикса [25]. Установлено, что у биопленок, образо ванных одним видом in vitro, и биопленок, образованных в природе многими видами, наблюдаются одинаковые черты строения. Большинство биопленок представлены многослойной структурой с разнородным участком клеток, окруженных экзополиса харидным матриксом, который пронизан водными каналами. Каналы биопленок обеспечивают циркуляцию питательных веществ и выводят продукты метаболизма. Экзополимерный матрикс состоит из экзо полисахаридов, белков, нуклеиновых кис лот и других веществ [26]. Механизмы сорб ции и распределения молекул в экзополи 009Kopez.qxd 17.07.2012 13:37 Page 11 Биопленка в стоматологии сахаридном матриксе и его химическая структура до конца не изучены. Экзополи сахаридный матрикс обеспечивает защиту от воздействия металлов, катионов и токси нов, изменений pH, осмотических измене ний, ультрафиолетового излучения и высу шивания. Бактерии биопленок устойчивы к защитным механизмам иммунной системы организма, более того, иммунный ответ мо жет вызывать повреждение окружающих тканей [11]. Общепризнано, что наддесневая био пленка состоит преимущественно из грам положительных микроорганизмов: Strepto coccus sanguinis, Streptococcus mutans, Streptococcus mitis, Streptococcus salivarius, Lactobacilli; в то время как поддесневая – из грамотрицательных: Aggregatibacter (Actino bacillus) actinomycetemcomitans, Tannerella forsythia, Campylobacter spp., Capnocyto phaga spp., Eikenella corrodens, Fusobac terium nucleatum, Porphyromonas gingivalis, Prevotella intermedia, Treponema denticola. В обоих случаях сообщества клеток могут создавать высокие концентрации метаболи тов, например кислот, аммиака, пероксида водорода, оксидантов, диоксида углерода и др., которые влияют как на видовой со став внутри микроколонии, так и на орга низм в целом [27]. В настоящее время не существует средств, обеспечивающих полного и окон чательного удаления биопленки из полости рта. Тем не менее ее патогенность можно существенно снизить путем нарушения це лостности структуры и восстановления нормальной микрофлоры с помощью гиги ены полости рта [28]. Таким образом, со временная стоматология, в том числе паро донтология, развивается на основании на учных работ в области микробиологии и молекулярной биологии, поскольку воспа лительные заболевания пародонта, так же как и многие другие хронические заболева ния, вызваны биопленками [29]. Биопленки играют главную роль в этио логии заболеваний полости рта, которые влияют на качество жизни и вызывают си стемные заболевания человека [30]. Ранние теории, объясняющие развитие заболева ний воздействием специфических микро организмов, сменились пониманием того, что многие заболевания обусловлены скоп лениями бактерий в виде биопленок [31–33]. Новые данные о структуре и соста ве микробных сообществ полости рта поз волили объяснить устойчивость микрофло ры. Усовершенствование знаний о факто рах, включенных в этиологию и патогенез заболеваний полости рта, способствовало уточнению традиционных подходов к кон тролю над формированием биопленки, что послужило развитию новых профилакти ческих и лечебных стратегий. Следует отметить, что у людей при схо жем состоянии тканей пародонта (как в норме, так и при заболеваниях) состав поддесневой микрофлоры может быть раз личным. Основой пародонтологического лечения является Scaling and Root Planing (SRP). Метод включает в себя инструментальное удаление зубного камня и бляшки с поверх ности корня, удаление остаточных отложе ний, снятие слоя размягченного цемента корня и выравнивание обработанной по верхности. Дополнительно в лечении забо леваний пародонта применяются местные и системные антибиотики, антисептики, им муномодулирующие препараты. Использо вание пробиотиков в сочетании с SRP пре пятствует повторной колонизации паро донтопатогенной микрофлоры. Микроорганизмы полости рта можно обнаружить как в слюне, так и в составе биопленки. Между ними существует взаи модействие: бактерии из слюны, прикреп ляясь к поверхностям, формируют био пленки, а микроорганизмы с поверхности биопленки могут переходить в ротовую жидкость. При заболеваниях, вызванных биопленками, в слюне определяется высо кий уровень бактерий (Porphyromonas gin givalis, Treponema denticola, Aggregatibacter (Actinobacillus) actinomycetemcomitans, Streptococcus mutans, Streptococcus pyo genes, Helicobacter pylori) и вирусов (вирус герпеса, вирус папилломы человека и др.). Индивидуальная гигиена полости рта способствует механическому удалению Лечебное дело 2.2012 11 009Kopez.qxd 17.07.2012 13:37 Page 12 Лекции зубного налета, что позволяет предотвра тить многие воспалительные заболевания. Так, механической зубной щеткой можно устранить налет на 43%. Однако большин ство людей чистят зубы неэффективно. Электрическая зубная щетка удаляет на 7–17% больше налета по сравнению с ме ханической. Для устранения зубного нале та с аппроксимальных поверхностей при отсутствии в межзубном пространстве со сочков лучше использовать межзубные ер шики. Зубная нить также позволяет эффек тивно очистить боковую поверхность зуба. Использование ирригатора для полости рта способствует значительному уменьше нию воспаления десны, хотя данный метод не позволяет максимально устранить зуб ной налет. Несмотря на то что применение зубных паст незначительно улучшает уда ление зубного налета, их компоненты ока зывают лечебный и профилактический эф фект. Например, свободные фториды игра ют важную роль в предотвращении разви тия кариеса. Воздушноабразивный метод является эффективным в устранении биопленки и красителей с поверхности зубов (используе мый порошок содержит бикарбонат соды с размером частиц до 250 мкм), однако ока зывает вредное воздействие на поверхность корней зубов, что ограничивает его приме нение. Абразивный эффект порошка из мелкозернистого глицина с максимальным размером частиц 63 мкм на 80% меньше, чем бикарбоната соды, он оказывает более щадящее воздействие на ткани десны и рес таврационные материалы. Благодаря низ кой абразивности порошка мелкозернисто го глицина показания к использованию данного метода для устранения поддесне вой биопленки расширяются. С его помо щью удается эффективно удалить биоплен ку в пародонтальных карманах глубиной около 4 мм, что способствует значительно му снижению количества микробов под десной. В настоящее время среди способов воз действия на микроорганизмы большое вни мание уделяется фотодинамической тера пии. Суть этого метода заключается в том, 12 Лечебное дело 2.2012 что светопоглощающие фотосенситайзеры могут проникать в бактерии и при активи ровании светом генерировать цитотоксиче ский синглетный кислород и свободные ра дикалы. Фотодинамическая терапия всё шире используется для лечения инфекци онных заболеваний полости рта [34]. Анти микробные фотосенситайзеры, такие как толуидиновый синий и метиленовый си ний, активируются диодным лазером и воз действуют как на грамположительные, так и на грамотрицательные микроорганизмы. Пародонтопатогенные бактерии также чув ствительны к фотодинамической терапии, однако микроорганизмы, включенные в со став биопленки, в меньшей степени подда ются устранению данным методом, чем планктонные формы. Несмотря на положи тельные результаты исследований in vitro, клиническая эффективность применения фотодинамической терапии при лечении воспалительных заболеваний пародонта неоднозначна. Это объясняется тем, что, по данным клинических исследований, ука занный метод не превосходит по эффектив ности SRP. Фотодинамическая терапия дает существенные положительные результаты при лечении периимплантита, эндодонти ческой инфекции и кандидоза полости рта. С целью повышения эффективности мето да используются фотомеханические волны, которые обеспечивают поступление в био пленку полости рта фотосенситайзеров, моноклональных антител к предполагае мым патогенам, конъюгированных и ин капсулированных в полимерные наночас тицы. Фотодинамическая терапия пред ставляется перспективным направлением в лечении заболеваний полости рта, вызван ных биопленками, однако требуется под тверждение безопасности и эффективности метода. Биопленки, образованные на зубах или стоматологических реставрациях зубов, мо гут абсорбировать ионы кальция и фосфаты из слюны или десневой жидкости с после дующим формированием камня. Изначаль но кристаллы гидроксиапатита формируют в биопленке матрикс, а затем распростра няются на микробные клетки. Гидрокси 009Kopez.qxd 17.07.2012 13:37 Page 13 Биопленка в стоматологии апатит, октокальция фосфат и брушит явля ются преобладающими кристаллическими формированиями в зубном камне. Несмот ря на то что минерализованные зубные от ложения считаются практически инертны ми, степень поражения тканей пародонта коррелирует с их количеством, так как по верхность зубного камня способствует об разованию биопленки за счет шероховатос ти. Однако удалить поддесневой зубной ка мень полностью не удается. Количество ос тавшегося камня после SRP зависит от ряда факторов: глубины пародонтального кар мана, доступа к поддесневой поверхности зуба, формы и количества корней, поверх ности зуба, поверхности фуркации, дизай на инструментов и квалификации врача. Клиническая эффективность метода SRP в глубоких пародонтальных карманах срав нима с таковой при проведении хирургиче ских лоскутных манипуляций. Для снятия наддесневого и поддесневого зубного камня используют ручные инстру менты, звуковые и ультразвуковые скейле ры, Er:YAGлазер. По результатам клини ческих исследований не выявлено сущест венных преимуществ какоголибо метода при лечении заболеваний пародонта. Er:YAGлазер позволяет избирательно уда лять камень. Эта процедура менее травма тична для цемента корня и реже сопровож дается гиперестезиями, чем другие инстру ментальные методы. Антимикробные вещества, в том числе триклозан, поливинил метил, сополимеры малеиновой кислоты, и вещества, способ ствующие снижению роста кристаллов, та кие как пирофосфаты, хлорид цинка, цит рат цинка, способствуют уменьшению об разования зубного камня. Эти вещества входят в состав зубных паст и ополаскива телей, поэтому они не проникают в паро донтальные карманы и их терапевтический эффект ограничен предотвращением обра зования наддесневого камня. Для подавления патогенной микрофло ры полости рта можно использовать сис темные антибиотики в сочетании с SRP, что наиболее часто применяется у пациентов с агрессивными формами пародонтита и при прогрессировании заболевания после лече ния. Современная терапевтическая страте гия предполагает назначение системных ан тибиотиков в начале пародонтологического лечения, что позволяет в наибольшей мере контролировать образование биопленки и раньше получать результаты. Положитель ная динамика при проведении SRP в соче тании с системным применением амокси циллина и метронидазола наблюдается в первые несколько дней, это способствует снижению необходимости в хирургических вмешательствах на тканях пародонта. Таким образом, индивидуальная и про фессиональная гигиена полости рта поз воляет контролировать образование био пленок и предотвращать заболевания, вы зываемые ими. Большинство заболеваний удается вылечить с использованием анти микробных и противовоспалительных средств с учетом факторов риска. Тем не менее уровень контроля над формирова нием биопленки у разных людей сильно варьирует, чем объясняется высокая рас пространенность заболеваний полости рта и необходимость знания их этиологии и патогенеза [35]. Со списком литературы вы можете ознакомиться на нашем сайте www.atmosphere$ph.ru Role of Biofilm in Pathogenesis of Inflammatory Oral Diseases and Methods of it Elimination L.V. Pobozhieva and I.S. Kopetsky Many studies showed that more than 80% of infectious diseases, including inflammatory diseases of the oral cavi ty, are caused by microbial biofilms. The review contains data on the role of biofilm in dentistry. Key words: biofilm, dental plaque, microbe, oral cavity. Лечебное дело 2.2012 13
