Патохимия кариеса

Кариес является наиболее распространенным заболеванием тканей полости рта. Кариес зубов характеризуется прогрессирующим течением, вовлевает в процесс пульпу и околоверхушечные ткани, может стать причиной гнойно-воспалительных заболеваний, приводит к ранней утрате зубов, обуславливает развитие широкого круга заболеваний, поскольку может быть источником сенсибилизации и вторичного иммунодефицитного состояния организма.

Согласно современным представлениям кариес зубов рассматривается как патологический процесс, возникновение которого связано с нарушением динамического равновесия процессов минерализации и деминерализации эмали под влиянием ряда этиологических факторов (микроорганизмы) при определенной патогенетической обусловленности организма больного. Предложено значительное число теорий патогенеза кариеса зуба. Однако, до сих пор ни одна из них не решает полностью все вопросы этиологии и патогенеза данного заболевания.

Е.Б. Боровский и П.А. Леус (1979) все кариесогенные факторы предложили разделить на три группы:

1. Общие: неполноценное питание и питьевая вода: болезни и изменения в функциональном состоянии органиов и систем; экстремальные воздействия.

2. Местные: зубной налет и микроорганизмы; нарушения свойств и состав ротовой жидкости (смешанной слюны); пищевые остатки.

3. Нарушение резистентности зубной ткани: отклонения в химическом составе; неполноценная структура; неблагоприятный генетический фон.

Анализ имеющихся теорий патогенеза кариеса зуба показывает, что в зависимости от выделения как ведущего того или иного фактора, их трактовка можно свести к двум основным направлениям.

Первое. Выдвигается на ведущее место, на первый план общее состояние организма, состояние нейро-эндокринного, иммунологического и метаболического статуса:

· биологическая теория И.Г. Лукомского (1948),

· алиментарная А.Э. Шарпенака (1949),

· нервно-трофическая Д.А. Энтена (1953),

· теория встречных воздействий на пульпу А.И. Рыбакова (1971),

· иммунологическая теория Г.Д. Овруцкого и соавторов (1976),

· «системная концепция» кариеса зубов В.Р. Окушко (1989).

Теории этого направления характеризуются глубоким биологическим подходом к зубу, как функциональному органу, его физиологическим связям с общим состоянием организма. Однако, эти теории не объясняют конкретные молекулярные механизмы патогенеза кариеса, не учитывают в полной мере роль факторов, локализующихся местно, в полости рта (слюна, микрофлора, состояние зубной ткани, гигиена полости рта и др).

Второе. Выдвигается на ведущее место, на первый план присутствие в полости рта микроорганизмов, кариесогенное действие микробов:

· ацидогенная теория Миллера (1890), Е.В. Боровского, П.А. Леуса (1979) и др.,

· протеолиз-хелационная Шатца и Мартина (1962),

· полифосфатная теория Бремстанга (1973).

Несмотря на существенные расхождения в оценке механизмов деминерализации зубов, которые приводят к возникновению дефекта эмали, беспорным фактом остается одно – этиологическим фактором кариеса зубов являются микроорганизмы. Кариес возникает только при участии микроорганизмов. Наиболее часто встречающимися микроорганизмами при кариесе являются грамположительные факультативные кокки, особенно Str. мutans, S. salivarius, Str. мitis, а также лактобациллы и др. Инициативным микроорганизмом, по-видимому, является Str. мutans, ибо он активно расщепляет сахарозу с образованием молочной кислоты, а также является главным продуцентом нерастворимых внеклеточных декстранов, состаляющих органическую основу мягкого зубного налета. Этот микроорганизм проявляет высокую избирательность к пелликуле, обладает высокой вирулентностью и кариесогенностью, выделяя органические кислоты, хелаторы (пептиды, аминокислоты) и ферменты.

Dr. Miller (1890) впервые описал карис зуба как результат действия органических кислот на минеральный компонент зуба и сделал вывод о том, что эти кислоты при кариесе выделяются бактериями.

Наиболее часто кариес поражает эмаль зуба. При снижении рН растровимость эмали возрастает. Происходит реакция кислоты с гидроксильными группами в центре кристалла гидроксиапатита, в результате образуется вода. В кристаллах начинают превалировать диссоциированные формы фосфата кальция. И они растворяются. Растворение гидроксиапатитов под влиянием кислот – процесс равновесный, и, если концентрация кальция увеличивается и/или возрастает величина рН, то происходит восстановление гидроксиапатита.

При микроскопическом исследовании начальноый кариес обычно обнаруживается в виде белого матового пятна с твердой поверхностью. С отмеченным участком начального повреждения связана бактериальная бляшка или место скопления зубного налета. При этом выявляется относительно интактная поверхность эмали с 4-мя характерными зонами (изнутри к наружи), которые выглядят как конус с вершиной, направленной в сторону дентина: 1-я полупрозрачная зона (потери минерального вещества в этой зоне составляют около 1-2 %), 2-я – темная зона (потеря – около 6%), 3-я – непосредственно само повреждение (потери – около 24-25%) и 4-я – поверхностный слой, который имеет очень значительную деминерализацию.

Микроорганизмы зубного налета содержат большой набор ферментов-гидролаз: мальтазу, сахаразу, декстраназу, гиалуронидазу, нейраминидазу, фосфатазы, липазу, хондроитинсульфатазы, протеиназы, уреазы и др., полный набор высокоактивных ферментов гликолиза, цикла трикарбоновых кислот и других энзимов, участвующих в расщеплении углеводов, липидов, белков и пептидов.

Как правило, все кариесогенные ферменты вырабатываются микрофлорой зубного налета. Однако патогенное значение зубной налет приобретает лишь при скоплении микроорганизмов в больших количествах, т.е. необходима определенная критическая масса бактерий порядка 5´ 10⁸ на 1мг зубного налета.

Зубной налет обладает способностью активно адсорбировать сахарозу пищи, в то время как гладкая поверхность эмали зуба адсорбирует сахарозу пищи в небольших количествах. Кариесогенные штаммы микроорганизмов особенно интенсивно расщепляют сахарозу пищи на глюкозу и фруктозу, которые с одной стороны, под действием специфических полимераз используются на синтез полисахаридов зубного налета – декстран-глюкана и левана-фруктана, а, с другой стороны, - на энергетические цели путем дихотомического расщепления глюкозы.

Кариозное поражение возникает тогда, когда ситуация в среде, окружающей зуб такова, что процессы деминерализации протекают активнее, чем процессы минерализации. В процессе анаэробного окисления глюкозы микроорганизмами (рис. 33) образуется и накапливается, как конечный продукт, молочная кислота.

В процессе аэробного окисления глюкозы, хотя и происходит образование таких сильных кислот, как лимонная, изолимонная, яблочная, янтарная и другие, но они не накапливаются, поскольку являются не конечными, а промежуточными продуктами метаболизма. В процессе жизнедеятельности микроорганизмов образуются также уксусная, пропионовая, масляная и некоторые другие органические кислоты. Кислоты диффундируют через пелликулу, поры эмалевой поверхности по межпризматическим соединениям, взаимодействуют с кристаллами гидроксиапатита на поверхности призм. Постепенно между призмами образуются мелкие зазоры, нарушается структура эмали, и она становится все более пористой. Поры заполняются жидкостью, что приводит клиническим выявляемым изменениям проницаемости эмали. Продолжающееся разрушение кристаллов гидроксиапатита приводит к истончению эмали, и она становится ломкой, в образовавшиеся микротрещины внедряются бактерии.

Таким образом, начальный кариес эмали – это поражение в результате химического взаимодействия продуцируемых микроорганизмов кислот с апатитами. Особенно неустойчивыми к кислотам являются карбонатные и цитратные апатиты. Однако в этом периоде кристаллы эмали еще сохраняют высокую способность к реминерализации.

При кариесогенной ситуации изменения затрагивают также ряд ферментных систем. Так, при экспериментальном кариесе у крыс снижается активность щелочнй фосфатазы, а кислой фосфатазы увеличивается. Эти ферменты пелликулы в физиологических условиях принимают участие в процессах включения минеральных веществ в эмаль. Не последнюю роль в деструкции эмали и дентина ее органического матрикса играют увеличение активности протеолитических ферментов, сульфатаз и других гидролаз.

Рисунок 33. Схема анаэробного дихотомического распада глюкозы

(молочно-кислого брожения).

В зубном налете обнаружена химотрипсиноподобная активность. бактериальные ферменты, разрушая органический каркас, усиливают освобождение фосфата эмали.

В местах скопления значительного количества зубного налета микроорганизмы ферментативно расщепляют и пелликулу. В результате облегчается локальное воздействие образующихся органических кислот и ферментов микроорганизмов на структурные компоненты эмали с появлением ограниченного очага деминерализации.

Прогрессирование кариозного процесса приводит к тому, что поражение быстро распространяется вдоль дентино-эмалевой границы и на дентин. Быстрота развития процесса связана с тем, что дентин менее минерализован, чем эмаль. Благодаря этому кислоты способны растворить большее количество матрицы дентина. Кроме того, дентин имеет клеточные элементы, и это облегчает проникновение бактерий в более глубокие слои данной ткани.

При микроскопическом исследовании кариозного поражения дентина выявлены несколько характерных зон. Первая или основная зона содержит одонтобласты, которые как бы вклинились в дентинные канальцы, 2-я – зона жировой дегенерации, 3-я – зона склерозированного дентина, которая располагается глубже (ниже) зоны бактериальной инвазии, 4-я – зона деминеральзации и 5-я, самая поверхностная – зона бактериальной инвазии и некроза дентина.

При кариозном поражении дентина микроорганизмы развиваются в более анаэробных условиях. Наиболее часто высеваются лактобациллы, присутствуют также другие граммположительные анаэробные палочковидные и нитевидные микробы. При кариесе цемента встречаются более разнообразная флора, присутствуют и актиномицеты.

Важное патогенетическое значение в развитии кариеса имеет, как уже отмечалось выше, формирование зубного налета. В процессе формирования бактериальной бляшки на поверхности зуба наблюдаются характерные изменения соотношения микроорганизмов. На первых порах обнаруживаются аэробные микроорганизмы, окружающая среда богата кислородом (начальная колонизация). На этой фазе превалируют грамположительные кокки, которые характеризуются высоким уровнем адгезии к пелликуле. Некоторые компоненты плазматической мембраны этих микроорганизмов имеют молекулярное сродство к компонентам слюны и пелликулы. Бактериальное прикрепление происходит за счет взаимодействия между гликопротеинами пелликулы и рецепторами бактерий. При этом важнейшее значение имеют сиаловые кислоты, ибо обработка пелликулы нейраминидазой подавляет эти «лектинподобные» взаимодействия разных кариесогенных микроорганизмов более чем в 2 раза. В результате первичного контакта бактерий возникают колонии. Стрептококки, формирующие колонии, удваиваются каждые 2 часа, и при благоприятных условиях зубной налет покрывает все поверхности зуба (фаза быстрого роста колоний). Быстрый рост микроорганизмов приводит к снижению рН среды, уменьшению питательных веществ и, если через 2-3 дня налет не разрушается, то его внутренняя среда становится анаэробной, что способствует росту других бактериальных форм. Происходит ремоделирование бактериальной бляшки.

На скорость накопления биомассы зубного налета и формирование его микрофлоры большое влияние оказывают вязкость и скорость секреции слюн, при повышении вязкости и низкой скорости саливации накопление микрофлоры происходит быстрее. Агрегация микроорганизмов увеличивается в присутствии сахарозы и кальциевых комплексов сиалогликопротеинов.

Возникновение и развитие кариеса зубов, своеобразие его течения связано с многочисленными условиями. Это и особенности структуры эмали, в частности, полноценность его формирования; и достаточное поступление витаминов в организм ребенка в до- и постнатальном периодах развития; и уровень гормонального фона в период формирования и прорезывания зубов; и экстремальные и субэкстремальные климатические условия; и уровень поступления в организм ряда микроэлементов; и состояние иммунной защиты и др.

Кариес развивается в течение 1-2 лет, и одним из важнейших факторов, необходимых для возникновения кариозного процесса, является нарушение механизмов защиты. Основным фактором защиты человека от кариеса является слюна.

Совершенно справедливо особо подчеркивается в ряду факторов, влияющих на устойчивость зубов к кариесу, уровень поступления в организм фтора. Потребление питьевой воды, содержащей менее 0, 5 мг/л фтора, предопределяет высокий уровень поражаемости кариесом зубов. Уровень поражаемости зубов кариесом достигает критических значений при дефиците фтора в питьевой воде до 0, 2 мг/л и менее.

Однако, если противокариозное действие фтора в настоящее время практически не оспаривается, то механизм действия вызывает дискуссию. Суть не только в том, как описано выше, что фтор существенно повышает устойчивость эмали к действию различных агентов, это, несомненно, имеет значение, но противокариозное действие фтора вряд ли может быть объяснено лишь его влиянием на структуру эмали. Попытки объяснить противокариозное действие фтора питьевой воды, ее влияние на кариосогенную микрофлору также лишены реальной почвы, поскольку бактерицидное действие фторида натрия проявляется в концентрациях, значительно (более 100 раз) превышающих его эффективную противокариозную концентрацию. Ряд авторов связывают действие фтора с его ингибирующим влиянием на ферментные системы микроорганизмов слюны и мягкого зубного налета.

Действительно, фторид натрия является ингибитором некоторых ферментов гликолиза, а также сиалидазы, гиалуронидазы и коллагенолитических ферментов.

Вместе с тем известно, что микродозы фтора оказывают стимулирующее влияние на кроветворение, активность коры надпочечников, повышают неспецифическую резистентность организма, увеличивая в сыворотке крови активность лизоцима, содержание комплемента. Эти факты, а также зависимость кариеса зуба от иммунологического состояния организма, от снижения механизмов защиты и сопротивляемости в целом, позволили Т.Д. Овруцкому с соавторами обосновать новую сторону противокаризного действия фтора, связанного с его влиянием на формирование секреторного иммунитета, на выработку противострептококковых антител.

Предполагается, что рост кариесогенных бактерий находится под контролем иммуноглобулина. При этом иммуноглобулины слюны, во-первых, могут являться специфическими агглютининами, которые взаимодействуют с плазматическими мембранными рецепторами бактерий, ослабляя их прилипаемость на поверхность зуба и ингибируя образование колоний, что приводит к торможению развития кариозного процесса. Существует зависимость антиадгезивной активности слюны от концентрации в ней секреторного иммуноглобулина А. Антитела, во-вторых, также опсонируют бактерии, что способствует их фагоцитозу полиморфноядерными нейрофилами. Активация образования иммуноглобулинов слюны происходит, в основном, с участием тонкого кишечника. Антигены бактерий полости рта поступают в желудочно-кишечный тракт и взаимодействуют с лимфоидными клетками пейеровых бляшек кишечника. Плазматические клетки, чувствительные к бактериям ротовой полости, продуцируют иммуноглобулины, которые мигрируют в слюнные железы и участвуют в выработке s IgА в ответ на специфические антигены бактерий. Например, стимулируя выработку sIgА к Str. мutans или к их антигенам, можно остановить кариозный процесс у гнотобиотов или резко снизить его у крыс, получавших кариесогенную диету. Показана возможность селективной стимуляции sIgА в слюне, которая не сопровождается подъемом количества антител в сыворотке крови.

В контексте данной работы автор не ставил перед собой задачу всеобъемлющей характеристики патогенеза кариеса. Вместе с тем, резюмируя патохимию кариеса зубов, следует выделить следующие моменты:

- Присутствие бактериального зубного налета на поверхности зуба является обязательным условием развития кариеса.

- Наиболее активно микроорганизмы зубного налета поглощают сахарозу пищи, которая наряду с другими углеводами, может гидролизоваться до моносахаридов. Под влиянием набора ферментов анаэробного и аэробного расщепления микроорганизмы зубного налета окисляют глюкозу с образованием молочной и других органических кислот.

- Развитию кариеса способствуют следующие изменения химического состава и физико-химических свойств слюны:

а) снижение скорости саливации и уменьшение объема слюноотделения;

б) увеличение вязкости слюны;

в) снижение буферной емкости и снижение рН слюны;

г) снижение содержания в слюне секреторного иммуноглобулина А и других защитных белков;

д) снижение степени насыщенности слюны Са и Р в результате сдвига рН в кислую сторону;

е) активация в слюне и зубном налете ферментов катаболизма углеводов и белков, имеющих микробное происхождение.

- Развитию кариеса способствует недостаток поступления фтора в организм, стрессорные и другие экстремальные воздействия, приводящие к снижению защитных механизмов организма.

- Наиболее благоприятные условия для развития кариеса складываются в ротовой полости во время сна, особенно, если не производить гигиену полости рта, не очищать полость рта от остатков пищи и зубного налета.