Файл: Факторы, влияющие на рост микроорганизмов в полости рта.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 29
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РОСТ МИКРООРГАНИЗМОВ В ПОЛОСТИ РТА
Многие факторы влияют на рост микроорганизмов ; некоторые из них, имеющие особое значение для полости рта, будут рассмотрены в следующих разделах.
Температура
Во рту человека поддерживается относительно постоянная температура (35-36°C), что обеспечивает стабильные условия, подходящие для роста широкого спектра микроорганизмов. Пародонтальные карманы с активным заболеванием (воспалением) имеют более высокую температуру (до 39°С) по сравнению со здоровыми участками. Даже такое относительно небольшое повышение температуры может значительно изменить экспрессию бактериальных генов и, возможно, конкурентоспособность отдельных видов. Повышение температуры подавляет экспрессию некоторых основных протеаз, а также гена, кодирующего белок основной субъединицы фимбрии (эти поверхностные структуры опосредуют прикрепление бактерии к клеткам-хозяевам) пародонтального патогена Porphyromonas . gingivalis и усиленный синтез супероксиддисмутазы, которая участвует в нейтрализации токсичных метаболитов кислорода.
Окислительно-восстановительный потенциал/ анаэробиоз
Несмотря на доступность полости рта воздуху с концентрацией кислорода около 20 %, микрофлора полости рта содержит мало истинно аэробных (потребляющих кислород) видов. Большинство организмов являются либо факультативно анаэробными (могут расти в присутствии или в отсутствие кислорода), либо облигатно анаэробными (требуются редуцированные условия, при которых кислород может быть токсичным для этих организмов). Кроме того, существуют некоторые капнофильные (требующие СО 2 ) и микроаэрофильные виды (требующие для роста низких концентраций кислорода ) . Анаэробиоз часто описывают в жестких терминах, а микроорганизмы полости рта разделяют на аэробы и анаэробы по их способности расти в присутствии или в отсутствие кислорода. Однако среди этих организмов существует широкий спектр толерантности к кислороду, и между этими группами нельзя провести четких различий.
Концентрация кислорода является основным фактором, ограничивающим рост облигатно анаэробных бактерий. Это самый распространенный и легко восстанавливаемый акцептор электронов в большинстве микробных местообитаний, и его присутствие приводит к окислению окружающей среды . Анаэробные виды требуют пониженных условий для нормального метаболизма; следовательно, именно степень окисления-восстановления в месте определяет выживание и относительный рост этих организмов. Этот уровень окисления-восстановления обычно выражается как окислительно-восстановительный потенциал (Eh). Кислород является лишь одним из многих взаимодействующих компонентов, влияющих на Eh среды обитания, и его ингибирующее действие обычно связывают с его способностью повышать окислительно-восстановительный потенциал. Даже если кислород полностью исключен из окружающей среды, некоторые анаэробы не будут расти, если окислительно-восстановительный потенциал слишком высок. Точно так же некоторые штаммы могут переносить повышенные концентрации кислорода, если Eh поддерживается на низком уровне. В целом, распределение анаэробов во рту будет связано с окислительно-восстановительным потенциалом в конкретном месте, хотя некоторые выживают в явно аэробных средах обитания, существуя в тесном сотрудничестве с видами, потребляющими кислород. Облигатные анаэробы также обладают специфическими механизмами молекулярной защиты , которые позволяют им справляться с низким уровнем кислорода; они будут описаны в главе 4.
Определена степень анаэробиоза в различных областях рта. Напряжение кислорода передней поверхности языка составило 16,4%, задней поверхности 12,4%, щечных складок верхней и нижней челюсти всего 0,3-0,4%. Микроэлектроды позволили измерить окислительно-восстановительный потенциал в определенных местах ротовой полости. Было показано, что окислительно-восстановительный потенциал падает во время развития зубного налета на чистой поверхности эмали с начального Eh более +200 мВ (сильно окисленный) до -141 мВ (сильно восстановленный) через 7 дней . Развитие бляшек таким образом связано со специфической последовательностью колонизирующих микроорганизмов ( Chs 4 и 5). Ранние колонизаторы будут использовать O 2 и производить CO 2 ; более поздние колонизаторы могут производить H 2 и другие восстановители, такие как серосодержащие соединения и летучие продукты ферментации. Таким образом, по мере постепенного снижения Eh места становятся подходящими для выживания и роста изменяющегося вида организмов, особенно облигатных анаэробов.
Eh десневой щели обычно составляет около +70 мВ, но падает во время воспаления примерно до -50 мВ при гингивите, в то время как еще более низкие значения будут иметь место при прогрессирующем заболевании пародонта (около -300 мВ). Этого следовало ожидать, поскольку высокоанаэробные организмы , такие как оральные спирохеты , могут быть выделены из очагов с прогрессирующим заболеванием. Приближенные области (между зубами), вероятно, также имеют низкий Eh, так как опять-таки в этих местах успешно растут многие облигатные анаэробы.
Градиенты концентрации O 2 и Eh будут существовать в ротовой полости, особенно в толстых биопленках, и поэтому зубной налет будет пригоден для роста бактерий с диапазоном толерантности к кислороду. На окислительно-восстановительный потенциал на различных глубинах будет влиять метаболизм присутствующих организмов и способность газов диффундировать в налет и из него. Метаболизм или свойства конкретных бактерий будут зависеть от Eh окружающей среды. Например, активность внутриклеточных гликолитических ферментов и характер продуктов брожения Streptococcus mutans различаются в строго анаэробных условиях. Следовательно, возмущение окислительно-восстановительного потенциала на участке может оказать существенное влияние на состав и метаболизм микробного сообщества. Этот подход активно применяется в качестве стратегии борьбы с поддесневым налетом при заболеваниях пародонта, например, путем использования окислительно-восстановительных агентов для повышения Eh и создания условий, неблагоприятных для строго анаэробных бактерий (гл. 6).
рН
Многим микроорганизмам для роста требуется pH около нейтрального , и они чувствительны к крайним значениям кислоты или щелочи. рН большинства поверхностей рта регулируется слюной (средний рН нестимулированной цельной слюны составляет от 6,75 до 7,25), так что в целом оптимальные значения рН для микробного роста будут обеспечиваться в местах, омываемых этой жидкостью. Небо имеет среднее значение рН 7,34, в то время как среднее значение рН языка, дна полости рта и слизистой оболочки щек составляет 6,8, 6,5 и 6,3 соответственно.
Изменения пропорций бактерий в зубном налете могут происходить из-за колебаний pH окружающей среды. После употребления сахара pH зубного налета может быстро упасть ниже pH 5,0 за счет образования кислот (преимущественно молочной кислоты) в результате бактериального метаболизма (рис. 2.3); затем рН медленно восстанавливается до значений покоя. В зависимости от частоты потребления сахара бактерии зубного налета будут подвергаться различным воздействиям низкого pH. Многие из преобладающих бактерий зубного налета, которые связаны со здоровыми участками, могут переносить кратковременные условия низкого pH, но ингибируются или погибают при более частом или длительном воздействии кислых условий. Эти последние состояния, вероятно, возникают у субъектов, которые обычно употребляют сахаросодержащие закуски или напитки между приемами пищи (рис. 2.3). Это может привести к усиленному росту или колонизации кислотоустойчивыми (ацидоустойчивыми ) видами, особенно стрептококками mutans и видами Lactobacillus (рис. 2.4), которые в норме отсутствуют или присутствуют лишь в незначительных количествах в зубном налете на здоровых участках. Такое изменение бактериального состава зубного налета предрасполагает поверхность к кариесу. Кислотоустойчивость этих бактерий достигается за счет наличия определенных метаболических стратегий и индукции определенного набора белков реакции на стресс (гл. 4).
Напротив, рН десневой щели может стать щелочным во время воспалительной реакции хозяина при заболеваниях пародонта, вероятно, в результате бактериального метаболизма, например, образования аммиака из мочевины и дезаминирования аминокислот. pH здоровой десневой щели составляет приблизительно pH 6,90 и повышается до pH 7,2–7,4 во время заболевания, при этом у нескольких пациентов средний pH карманов составляет около 7,8. Эта степень изменений может изменить характер экспрессии генов у поддесневых бактерий, тем самым повышая конкурентоспособность некоторых предполагаемых патогенов, например, способствуя росту патогенных анаэробов, таких как P.
gingivalis , рН которых оптимален для роста рН около 7,5 (рис. 2.4).
Питательные вещества
Популяции внутри микробного сообщества зависят исключительно от среды обитания в отношении питательных веществ, необходимых для их роста. Поэтому привязка организма к той или иной среде обитания является прямым свидетельством наличия в нем всех необходимых для роста питательных веществ. В главе 3 станет очевидным, что ротовая полость может поддерживать микробное сообщество большого разнообразия и богатства и удовлетворять потребности многих популяций бактерий, требовательных к питанию.
( i ) Эндогенные питательные вещества
Стойкость и разнообразие резидентной микрофлоры полости рта обусловлены прежде всего метаболизмом эндогенных питательных веществ, обеспечиваемых хозяином, а не экзогенными факторами в рационе. Основным источником эндогенных питательных веществ является слюна, которая содержит аминокислоты, пептиды, белки и гликопротеины (которые также служат источником сахаров и аминосахаров), витамины и газы. Кроме того, десневая щель снабжается GCF, который, помимо доставки компонентов защитных сил хозяина , содержит новые питательные вещества, такие как альбумин и другие белки хозяина и гликопротеины, включая молекулы, содержащие гем (таблица 2.2). Различие в источниках эндогенных питательных веществ является одной из причин изменчивости микрофлоры десневой борозды по сравнению с другими участками полости рта ( Chs . 4 и 5).
Доказательства важности эндогенных питательных веществ также получены в результате наблюдения относительно разнообразного микробного сообщества, сохраняющегося во рту людей и животных, которых кормят через интубацию (желудочный зонд). Доли S. mitis - группы бактерий увеличиваются в слюне детей, находящихся на голодной диете до трансплантации костного мозга ; эти стрептококки удовлетворяют свои потребности в питании и энергии в первую очередь за счет метаболизма гликопротеинов хозяина. Кроме того, микрофлора полости рта животных с диетическими привычками, варьирующимися от насекомоядных и травоядных до плотоядных, в целом сходна на уровне рода.
Бактерии полости рта продуцируют гликозидазы , которые могут высвобождать углеводы из боковых цепей олигосахаридов слюнных муцинов. Точно так же микроорганизмы, выделенные из десневой щели и периодонтального кармана, могут разрушать белки и гликопротеины хозяина, включая альбумин, трансферрин, гемоглобин и иммуноглобулины. Оральные микроорганизмы обычно взаимодействуют синергетически, чтобы расщепить эти эндогенные питательные вещества, поскольку лишь немногие виды имеют полный набор ферментов для независимого полного катаболизма этих питательных веществ. Отдельные организмы обладают разными, но перекрывающимися моделями ферментативной активности, так что они кооперируются и взаимодействуют с видами с дополнительной деструктивной активностью для достижения полного разрушения этих субстратов (гл. 4).
(ii) Экзогенные (диетические) питательные вещества На эти эндогенные питательные вещества накладывается сложный набор пищевых продуктов, которые периодически попадают в рацион. Несмотря на сложность диеты, ферментируемые углеводы являются единственным классом соединений, которые заметно влияют на экологию полости рта. Эти углеводы могут быть расщеплены до кислот, в то время как, кроме того, сахароза может быть преобразована бактериальными ферментами (глюкозилтрансферазами, GTF и фруктозилтрансферазами , FTF) в два основных класса экзополимеров ( глюканы и фруктаны ), которые можно использовать для закрепления прикрепления или действовать как внеклеточные запасные соединения питательных веществ соответственно (гл. 4).
Частое потребление пищевых углеводов связано со сдвигом пропорций микрофлоры зубного налета. Уровни кислотоустойчивых видов, особенно mutans streptococci и lactobacilli, увеличиваются, а рост кислоточувствительных видов (например, некоторых штаммов Streptococcus sanguinis и S. gordonii ) подавляется и снижается. Метаболизм зубного налета изменяется таким образом, что преобладающим продуктом брожения становится лактат. Такие изменения микрофлоры и ее метаболизма могут предрасполагать участок к кариесу. Лабораторные исследования показывают, что за эти возмущения микрофлоры ответственен повторяющийся низкий уровень pH, возникающий в результате метаболизма сахара, а не наличие избытка углеводов как такового .
Молочные продукты (молоко, сыр) оказывают некоторое влияние на экологию полости рта. Употребление молока или молочных продуктов может защитить зубы от кариеса. Это может быть связано с буферной способностью молочных белков или декарбоксилированием аминокислот после протеолиза, поскольку некоторые виды бактерий могут метаболизировать казеин. Белки молока и производные казеина также могут адсорбироваться на поверхности зуба в обмен на альбумин в эмалевой пленке и снижать адгезию стрептококков mutans ; они также могут связывать фосфат кальция и усиливать реминерализацию . Каппа-казеин может ингибировать адсорбцию GTF в пелликулу и снижать активность фермента, тем самым подавляя образование глюкана . Молоко также может модифицировать структуру эмалевой пленки