Účast mikroflóry dutiny ústní v etiologii parodontitidy Vládaná Woznicová Mikrobiologický ústav LF MU a FN u sv. Anny v Brně Habilitační přednáška 14.2.2008 Uvod Mikroflóra dutiny ústní Zubní plak Vznik parodontitidy Klíčové mikroorganismy Parodontitida.-.velke terna... aneb z malých příčin velké následky, leroza ko cévní mozkové p diabetes mellitus předčasný porod a nízká porodní váha karcinom jícnu I.část: Mikroflóra dutiny ústní (a) Původní kresba A.L., (b) Campylobacter rectus, (c) Selenomonas sputigena, (d) ústní koky (e) Treponema denticola, (f) Leptotrichia buccalis Mikroflóra dutiny ústní Jedno z nej rozsáhlejších mikrobiálních společenství, přes 700 rodů, některé dosud nepopsané Stálá - komenzálové, nebo přechodná Ekologický systém Tvorba biofilmu Významný vliv na zdraví lokálně i celkově Vztah k etiologii zubního kazu a parodontitidy Sulcus gingivalis Kolonizující bakterie - klíčová role při vzniku a vývoji onemocnění parodontu, prostředí zřetelně anaerobní, omýván sulkární tekutinou ©The American Ací ■ Sulcus gingiva I is - mikroflóra ANAEROBY Aggregatibacter (Actinobacillus) actinomycetemcomitans Actinomyces - A. gerencseriae, A. georgiae Fusobacterium - F nucleatum, F. alocis, F. sulci Prevotella nigrescens Porphyromonas gingiva lis, P. endodon talis Treponema denticola, T. vincentii, pectinovarum, socranskii Tannerella forsythia Wolinella succinogenes Seienomonas sputigena AEROBY Streptococcus anginosus, Streptococcus constellatus subsp. constellatus, Streptococcus constellatussubsp. pharyngis, Streptococcus intermedins Vztah bakteriálních společenství k parodontitidě V.parvula A. odontolyticus S.mutans S.oralis S.sanguis 5. cot P.intermedia P.nigrescens P.micros F.nucnucleatum F.nuc. vincentii F.nuc.polymorphum F.periodontium idens 'valis gena icea omyc. A act>no b S. oči i P.gingivalis T.forsythia T.denticola Zdroj: Socransky et al. 1998 Il.část: Zubní plak Zubní plak - biofilm ■ Přilnavá mikrobiální vrstva na povrchu zubu = živé i mrtvé bakterií + jejich produkty + složky hostitelské (ze slin) ■ Nedá se opláchnout, odstranit lze pouze mechanicky ■ Složení plaku závisí na jeho stáří a lokalizaci —JXa^ Lokalizace: ■ Supragingivální plak ■ Subgingivální plak Subgingivální plak Dva druhy plaku - adherentní a neadherentní Adherentní plak - nasedá na kořen zubu, obdoba plaku supragingiválního = G+ tyčinky a vlákna (aktinomycety) a G+ koky Neadherentní plak - mezi adherentním plakem a povrchem měkké tkáně dásně = G- pohyblivé aneroby © 1999 CENTER FOR BIOFILM ENGINEERING AT MONTANA STATE UNIVERSITY-SOZEMAN Distribuce mikroorganismů ■ V supra- i subgingiválním plaku nejčastěji zastoupeným rodem Actinomyces sp. ■ Supragingivální plak - významně vyšší množství některých aktinomycet, neisserií, streptokoků, celkově bakterií "green" a "purpIe" komplex ■ Subgingivální plak - významně vyšší množství prevotel, Tannerella forsythiaa P. gingivalis, celkově "red" a "orange" komplex ■ Periodontální patogeny někdy jen v supragingiválním plaku ■ Supragingivální plak - rezervoár infekce nebo reinfekce subgingiválního prostoru (Ximénez-Fivye et al., 2000) Do 24 hodin Dny Týden týdny Vývoj zubního plaku v plaku převládají streptokoky skupiny mutans, sanguinis a mitis přibývá G+ tyčinek a vláknitých mikroorganismů - laktobacily a aktinomycety sloupcovité mikrokolonie kokoidních mikrobů, na něž při povrchu plaku nasedají tyčinky až vlákna převaha vláknitých mikrobů, na povrchu útvary vzhledu kukuřičných klasů: centrální vlákno {Eubacterium yurii) obklopeno G+ koky Obarvený biofilm na katétru (stafylokoky a kandidy): a) - kanálek, b) - houbovitá struktura Foto: Dr. Veronika Holá, MÚ Konfokální laserová mikroskopie - dvoudruhový biofilm, Kolenbrander et al., 2002 Vývoj zubního plaku Glykoproteiny - pelikula - receptory pro adhezi G+ koků a tyčinek Tvorba exopolysacharidů - hlavní složka mezibuněčné matrix Metabolismus bakterií v plaku - zapojení dalších druhů, zrání urychluje sacharóza Ve spodních vrstvách se tvoří zubní kámen - 80 % minerálů Snižování pH vlivem bakteriálního metabolismu < 5,5 -demineralizace skloviny Subgingivální kámen (tzv. konkrement) - G - mikroorganismy Porozita zubního kamene - vláknité bakterie palisádovitě k povrchu zubu - ukládání mikrobiálních složek působících toxicky na tkáně parodontu III. část: Vznik parodontitidy Reakce dásně ❖ Zubní plak na okraji dásní - tkáň dásně v okolí sulku se chronicky zanítí = marginální gingivitis ❖ Exsudace - chemotaxe anaerobních proteolytických bakterií ❖ Zvýšená migrace polymorfonukleárů ❖ Zánět naruší funkci spojovacího epitelu, plak proniká apikálně do subgingivální oblasti ❖ Příznaky tím výraznější, čím je plak starší a silnější Mikrobiologie chronické marginální gingivitidy ■ Klinické příznaky - občasné krvácení z dásní - zarudlé, prosáklé, bolestivost minimální ■ Časné stádium - po týdnu trvání - roste počet kapnofilních a striktně anaerobních mikrobů (kapnocytofágů, aktinomycet a anaerobních G- tyčinek) ■ Konečné stádium - více mikrobů a převládají anaeroby (v černých koloniích rostoucí napr. Porphyromonas gingivalis a Prevotella intermedia, ústní spirochéty) Krvácení z dásní přispívá k množení černě pigmentovaných anaerobních tyčinek, slouží jako zdroj heminu © 1999 CENTER FOR BIOFILM ENGINEERING AT MONTANA STATE UNIVERSITV-BOZEMAN Zdroj: www.zahnarzt-hilpoltstein.de Zdroj: Center for biofilm engineering at MSU-Bozeman Změny v parodontálním chobotu Redoxní potenciál KLESÁ Tvorba chobotové tekutiny ROSTE = živné médium pro růst anaerobů vybavených proteolytickými enzymy, proteinové složky štěpeny proteolytickými bakteriemi pH ROSTE z normálních neutrálních hodnot stoupá na 7,4 - 7,8 - podpora růstu bakterií (Porphyromonas gingivalis) Mikroflóra ROSTE G- anaerobní tyčinky = P. gingivalis, P. intermedia, F. nucleatum, T. denticola, A. actinomycetemcomitans a C. sputigena Parodontitida - Až 80 % dospělých ■ Zánět dásní, ústup dentogingiválního spojení ■ Odbourávání alveolárni kostní tkáně ■ Na místě dásňových sulku vzniká dásňový chobot, krvácivý, s hnisavým obsahem ■ Na obnaženém povrchu krčku se usazuje zubní plak a kámen ■ Zuby se začínají viklat a posouvat © The American Academy of Peri odontology This may hurt, so Ym goi ng to sedate your wallet. Důkazy vlivu subgingiválního plaku - studie ■ Těsná korelace mezi rozsahem plaku, prevalencí a závažností parodontálních onemocnění ■ Studie na dobrovolnících - zanechání péče o chrup = nárůst plaku a gingivitida, po odstranění plaku zmizí ■ Lokální aplikace např. chlorhexidinu potlačuje plak a brání gingivitidě ■ Bezmikrobní zvířecí modely - bakterie „red complex" z lidského plaku navodí onemocnění parodontu a imunoinflamatorní resorpci kosti (Kesavalu 2007) Etiologie parodontitidy ■ specifická pla ková hypotéza ■ nespecifická plaková hypotéza ■ ekologická plaková hypotéza Specifická pla ková hypotéza ■ Etiologie parodontitidy = specifické mikroorganismy ■ Nekrotizující ulcerativní gingivitida - klíčovým etiologickým agens fusobakteria a spirochety ■ Terapeutické výsledky s antimikrobiálními látkami působícími na anaeroby - např. metronidazol ■ Rychle progredující juvenilní parodontitida - Aggregatibacter actinomycetemcomitans - citlivý na tetracyklín - vede k rychlému zvládnutí onemocnění Nespecifická plaková hypotéza ■ Jen velké bakteriální společenství vyvolá koncentraci všech faktorů virulence nutných k destrukci tkání ■ Specifická úloha druhů neexistuje, jen nahrazují jiné, náhodou ve společenství nepřítomné ■ Plak šířící se pod úroveň gingivy způsobí onemocnění vždy, bez ohledu na složení ■ Podporují nálezy různých bakteriálních druhů v parodontálních chobotech Ekologická plaková hypotéza ■ Endogenní infekce vyvolaná oportunními druhy = parodontitida způsobena poruchou složení mikroflóry dásňového sulku vyvolanou změnou ekologie ■ Na počátku tvorba plaku a šíření do sulcus gingivalis = organismus reaguje zánětem ■ Zvýšená produkce tkáňové tekutiny přináší do sulku zvýšené množství bílkovin - snadno kata bol izovány proteolytickými G-anaeroby ■ Změna v zastoupení bakteriálních druhů: roste počet G- anaerobů na úkor fakultativně anaerobních G+ druhů - produkují faktory virulence v dostatečném množství - překonají obranu hostitele - destrukce Terapeutické strategie ■ Specifická plaková hypotéza - léčba by měla být zaměřena na odstranění specifického patogena např. podáváním antibiotik ■ Nespecifická i ekologická hypotéza - parodontální onemocnění lze úspěšně léčit zásahy namířenými na redukci rozsahu plaku ■ Soustavné odstraňování zubního plaku pravidelným a správným čištěním zubů ■ Dokonalé odstranění zubního kamene ■ Úprava exogenních faktorů (.. vadné protetické náhrady, převislé výplně atd.) Úhel pohledu na ústní biofilm > Komplexní mikrobiální společenství i > Izolovaný druh > Izolovaný kmen > Interakce genů a globální regulace i > Interakce buněk a jednodruhový biofilm > Interakce druhů a mnohodruhové společenství Zdroj: Kuramitsu et al. 2007 Vztah bakteriálních společenství k parodontitidě V.parvula A. odontolyticus S.mutans S.oralis S.sanguis 5. cot P.intermedia P.nigrescens P.micros F.nucnucleatum F.nuc. vincentii F.nuc.polymorphum F.periodontium idens 'valis gena icea omyc. A act>no b S. oči i P.gingivalis T.forsythia T.denticola Zdroj: Socransky et al. 1998 Krvácivost jako odraz mikroflóry počet x 105 Pl Pac. bez krvácení Pac. s krvácením p < 0.01 Am purple yellow grecn orangci Zdroj: Socransky et al. 1998 Co předurčuje bakterie „red complex" k podílu na parodontitidách? Faktory virulence Agregace bakterií Interakce bakterií Treponema dent/cola - vlastnosti ■ Spirochéta (příbuzná T.pallidum) ■ Silně proteolytická ■ Kolonizuje až starší děti (6 - 12 let 50 %, ale jen 0,5 % mikrob, populace) a dospělé ■ Schopnost koagregace jen s některými bakteriemi - fusobacteria, porfyromonády Úzký vztah k P. gingivalis- růstové faktory zdr°J: fr- wikipedia.org/wiki/Treponema T. denticola — fa kto ry virulence Kompletní genetická sekvence (Fraser et al., 1998) ■ Motilita - v experimentu průchod břišní stěnou myši ■ Chemotaxe - sul kárni tekutina ■ Adheziny - specifická nika - blízkost junkčního epitelu ■ Invaziny - leucine-rich repeat protein (LrrA) ■ Ekvivalent „LPS" - únik před imunitou, odbourávání kosti (bičíky) ■ Proteázy - degradace bariér, buněk a protektivních makromolekul ■ Hemolyziny - zisk železa pro metabolismus ■ Spouštěče zánětu - navozuje sekreci prozánět. cytokinů a chemokinů jTHiiii iiiFiiuu^ "Km*?1-* nemiygiumiaiiiiM ......vn«« ^ranuLiHinn Mitugedit KUnlulllMll Msp - major surface protein, CTLP - chymotrypsin-like proteaza Zdroj: Sela 2001, Crit Rev Oral Biol Med Porphyromonas gingiva lis ■ Vysoce proteolytická ■ Fimbrie - slouží adhezi a kolonizaci ■ Uvolňuje měchýřky obsahující kompletní složky zevní membrány - proteiny, LPS, kys. muramovou, pouzdro a fimbrie ■ Měchýřky - transport toxinů a enzymů, adherence a agregace bakterií, shlukování destiček ■ Černá pigmentace díky akumulovanému heminu - zdroj železa (růstový faktor) Zdroj: www.pgingivalis.org P.gingivalis Zdroj: www.pgingivalis.org Tannerella forsythia Přilnutí a invaze T. forsythia závisí na proteinu zevní membrány BspA Interakce mezi T. forythiaa P. gingivalis P. gingivalis nebo její membránové měchýřky podpora adheze k hostitelským buňkám a invaze Epitelie s invadujícími bakteriemi jsou rezervoárem rekurentní infekce ™".................■ :" — A « » i t Invaze 7". forsythiaáo buněk (šipky), Inagaki 2006, konfokální laserová mikroskopie Vzájemné vztahy bakterií „red complex" Porphyroírl^^pingivalis živiny, koagregace RED COMPLEX Treponema podpora adheze a invaze FUSOBACTERIA <-► jmßnr adherence ■ nnerella forsythia Interakce mikroorganismů ■ Živiny - „crossfeeding" -P. gingivalis metabolizuje sukcinát produkovaný T. denticolaa poskytuje jí kys. isobutyrovou, nebo kompetitivní výhoda proteolytických mikroorganismů - rychleji osidlují sulcus gingivalis ■ Produkty metabolismu - P. gingivalis citlivá na pokles pH a na 02 chráněna produkty Fusobacterium nucleatum ■ Bakteriociny - přirozená antibiotika, kompetice s blízce příbuznými mikroorganismy, např. A. actinomycetemcomitans, T. denticola, F.nucleatum, P.intermedia..... Důsledky interakce mikrobů ■ Lokalizace rezidentní flóry - distribuce není náhodná (P.gingivalis -S.gordonii) ■ Koagregace a lokalizace v biofilmu - např. Treponema denticola vázaná na P. gingivalis (schopná adherovat na inertní povrchy), T. forsythia na F. nucleatum ■ Rezistence na antibiotika vč. přenosu na transientní flóru ■ Genetické výměny mezi rezidenty - ostrůvky patogenity P.gingivalis ■ Modulace faktorů virulence - guorum sensing ■ Ovlivnění hostitele - krev (hemin) posun od G+ ke G- Specifické (agresivní) typy parodontitid ■ HIV - kvasinky a oportunní patogeny ■ Těhotenství - steroidní hormony posilují množení Prevotella intermedia m Diabetes I.typu - S. aureus m Akutní nekrotizující ulcerativní gingivitida (ANUG) a noma -Plautova-Vincentova fusospirochetální flóra (F. nucleatum + T. denticolá) m Rychle progredující parodontitida - nápadně vysoká koncentrace Treponemat ■ Lokalizovaná juvenilní parodontitida - A actinomycetemcomitans m Prepubertals parodontitida - na podkladě dědičného defektu leukocytu Účast ústní mikroflóry na systémových onemocněních Parodontitida má vztah k patogenezi systémových chorob: ■ kardiovaskulární choroby - bakteriální endokarditida, ateroskleróza -zvi. koronárních cév (Gotsman et al. 2007) ■ cévní mozkové příhody (Pussinen et al. 2004) ■ pneumonie ■ diabetes mellitus (Mealey, Rethman 2003) ■ předčasný porod a nízká porodní váha (Lin et al. 2007) ■ karcinom jícnu (Narikiyo et al. 2004) Mechanismy Do krevního oběhu pronikají: ■ Mikroby z úst = metastatická infekce (bakteriémie po extrakci zubů -bakteriální endokarditida) ■ Bakteriální enzymy a toxiny z parodontických ložisek = metastatické poškození (např. endotoxin G- bakterií ze subgingiválního biofilmu) ■ Antigény ústních bakterií a prozánětlivé cytokiny ze zaníceného parodontu = metastatický zánět (reakce Ag s protilátkami tam, kde se usadí imunitní komplexy) Parodontitida - souhrn Modelové polymikrobialni onemocněni Ústní biofilm a interakce bakterií Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia, Treponema denticola Ovlivnění zdraví v širokém rozsahu Děkuji a těším se na přednášky v jarním semestru!