А кто живет у вас во рту? Страдающим параноидальным синдромом - воздержаться от прочтения!
16 МАРТА 2018
ЧАСТЬ 2
( НАЧАЛО)
О составе и роли кишечной микробиоты известно многое. А вот до других частей тела перо научного популяризатора доходит нечасто. Сегодня мы сломаем печать молчания и расскажем про микробов полости рта: какие археи там живут, кто вызывает кариес и можно ли переусердствовать с гигиеной?
Во рту может жить много интересного...
Tom and Jerry © WB cartoon
- АВТОР
РЕДАКТОРЫ
Бактерии (наконец-то!)
Я не случайно вынес этот раздел в конец. Влияние архей, грибов и вирусов на состояние полости рта, несомненно, может быть довольно значительным, но они представляют лишь минорную часть того зоопарка, который живет на этой территории. Основную же массу микробиоты составляют разнообразные бактерии. Кого тут только нет: аэробы и анаэробы, кокки и палочки, со жгутиками и без, питающиеся сахарами и белками.
Ткани ротовой полости не являются чем-то однородным. По разнообразию условий они дадут фору всему остальному организму. В исследовании 2012 года ученые попытались оценить, как распределены бактерии между всеми тканями желудочно-кишечного тракта [26]. Затем они разделили исследованные области на группы по схожести бактериального микробиома. Получилось, что ткани рта можно разделить аж на три таких группы, когда весь толстый кишечник представляет собой всего одну. Эти три группы включают в себя:
- слизистую оболочку щек, нёбо и часть десны, непосредственно примыкающую к зубам;
- язык, миндалины, заднюю часть гортани и слюну;
- биопленку на зубной эмали.
Начнем с зубов. Зубная эмаль является самой прочной структурой в организме. Это гладкая ровная поверхность, состоящая на 97% из щелочных фосфатов кальция. Она сохраняет структуру и плотность в щелочной или нейтральной среде и постепенно разрушается в кислой. Как и любая твердая поверхность, имеющая доступ к растворенным вокруг нутриентам, эмаль - хорошая подложка для формирования биопленок, которые представляют собой упорядоченные сообщества бактерий, запечатанных в выделяемые ими вещества [27]. Благодаря этому тут могут жить анаэробные бактерии - пленка защищает их от кислорода. Антибиотики, детергенты и прочие химические вещества тоже не могут сюда проникнуть.
Бактериальные биопленки на зубах имеют большое значение для медицины. Благодаря им во рту могут поселиться виды, изначально не приспособленные для такой жизни. Например, Porphyromonas gingivalis - анаэробная бактерия, то есть не способная существовать в присутствии кислорода. Однако биопленка позволяет ей жить на поверхности зубов и вызывать гингивит и пародонтит. С момента формирования бактериального сообщества должно пройти некоторое время, прежде чем там смогут обосноваться анаэробы [28]. Чистка зубов разрушает биопленки и не допускает размножения патогенов в ротовой полости (про чистку зубов и компоненты зубной пасты мы писали в статье «Зубная крепость: как пасты делают наши зубы лучше» [29]).
Если для возникновения пародонтита нужны искусственно созданные анаэробные условия, то для такой болезни, как кариес, этого не требуется. Вызывающие его микроорганизмы относятся к классу факультативных анаэробов, то есть они могут жить как в присутствии кислорода, так и без него. Кариес - это постепенное разрушение зубной эмали под влиянием кислой среды, создаваемой микроорганизмами (рис. 5). Наиболее изученной бактерией, вызывающей это неприятное состояние, является Streptococcus mutans. От прочей микробиоты его отличает важная особенность - способность питаться едой человека. Дело в том, что обычно бактерии, несмотря на обилие поступающих в рот продуктов, питаются не ими, а белками слюны, остатками погибших клеток и так далее. Стрептококки же способны улавливать углеводы из прожевываемой пищи. В процессе метаболизма они выделяют молочную кислоту, которая закисляет биопленку и разрушает эмаль зуба [6].
Рисунок 5. Повреждения зубной эмали у детей при кариесе. Оно вызвано медленным растворением эмали под воздействием
среды и вышележащей бактериальной биопленки. Визуально можно определить кариес по возникновению областей
измененного цвета (стадия мелового пятна), на месте которых впоследствии формируется кариозное дупло.
Oral health screening
Интересно, что оба эти фактора - наличие в пище легкодоступных сахаров и присутствие бактерий, способных их усваивать, - являются необходимыми для развития кариеса. Если человек не ест сладкую пищу, то стрептококки не смогут самостоятельно вызвать у него кариес. Верно и обратное: по составу микробиоты ученые заранее могут предсказать риск развития кариеса, если человек будет злоупотреблять сладким [30].
Теперь обратимся к мягким тканям ротовой полости. По видовому составу микробов можно выделить две их подгруппы - жесткие (нёбо, кератинизированная десна и слизистая щек) и мягкие (некератинизированная десна, язык, гортань, миндалины и слюна). Разница между населяющими их бактериями довольно велика. На тканях первой подгруппы проживают, в основном, бактерии, относящиеся к типу Firmicutes с небольшой представленностью типов Proteobacteria (в основном речь идет о стрептококках), Bacteroidetes и либо Actinobacteria, либо Fusobacteria. Последние два типа, похоже, взаимоисключают друг друга в этой области - если есть один, то второго не будет (рис. 6).
На второй подгруппе тканей обнаруживается меньше Firmicutes, больше Bacteroidetes и Fusobacteria. Это особенно интересно в свете того, что нёбо, щеки и десны, входящие в первую группу, часто непосредственно контактируют с языком - тканью второй группы. Несмотря на это, микробиомы этих областей сохраняют значимое различие.
Рисунок 6. Кладограмма обнаруженных в ЖКТ видов микробов. Поверхности тела разделены на четыре группы, значительно различающиеся по микробиоте. Цветом закрашены таксоны, наиболее ярко представленные в соответствующей группе, точки показывают наиболее обильную представленность. G1 (синий) - внутренняя поверхность щек, нёбо и кератинизированная часть десны. G2 (красный) - глотка, миндалины, язык и слюна. G3 (желтый) - зубы и зубной налет. G4 (зеленый) - кишечник. Главный вывод из этой картинки - разнообразие видов микроорганизмов в ротовой полости необычайно высоко, причем даже между различными ее поверхностями.
Хотя микробиом ротовой полости потенциально крайне нестабилен, в нем довольно редко обнаруживают нехарактерные для него микроорганизмы. Например, в норме во рту отсутствуют кишечные варианты Escherichia coli, Enterococcus faecalis и так далее. По-видимому, причиной этому является активный контроль видового состава со стороны иммунной системы. Это предположение подтверждают исследования, в ходе которых кишечные микроорганизмы были обнаружены во рту пациентов с различными формами временных и постоянных иммунодефицитов [31-33]. Таким образом, видовое разнообразие микробиоты рта вполне можно использовать как маркер различных заболеваний.
На бактерии полости рта также довольно сильно влияют различные искусственные конструкции, применяемые в стоматологии. Например, зубные протезы создают весьма специфические условия вокруг десен и нёба, при которых кислород продолжает поступать, но обмена слюны не происходит. В этих условиях разрастается аэробная флора - резко возрастает число стрептококков и стафилококков. По неподтвержденным данным, это может способствовать провоспалительным явлениям в организме и опосредованно усиливать гипертоническую болезнь у лиц пожилого возраста [34].
Установка имплантов довольно часто сопровождается воспалением окружающей десны - периимплантитом. Отмечается, что на имплантах формируется биопленка, однако по своим свойствам и видовому составу она сильно отличается от зубной. Разнообразие представленных видов куда меньше, но среди них чаще попадаются те, которые мы считаем патогенными. Как и в случае с гингивитом, для возникновения заболевания требуется формирование специфического сообщества микроорганизмов, однако устроено оно проще, чем на живых зубах. Исследования периимплантита пока находятся в начальной стадии, но одно ясно точно: искусственные зубы - не повод их не чистить [35].
[РАЗВЕРНУТЬ]Микробиота и иммунитет: держим баланс. Рассказывает компания SPLAT
Особое место в профилактике многих заболеваний отводится слизистым оболочкам - входным воротам многих патогенов, - и их участию в инициации иммунного ответа. В последнее время пристальное внимание уделяется новым компонентам, созданным на основе пробиотиков и их производных. К ним относятся, например, лизаты бактерий.
Слизистая оболочка полости рта - активный орган иммунной системы. Он содержит иммунокомпетентные клетки, которые выполняют несколько важных функций: например, борьба с патогенами и восстановление целостности и функционирования тканей организма после повреждения. Иммунная система слизистых оболочек обеспечивает местный иммунитет. Обычно защитные реакции протекают на фоне минимальной воспалительной реакции и не сопровождаются повреждением окружающих тканей. Процесс проходит в условиях постоянного контакта с чужеродными молекулами и требует эффективного выбора механизмов ответа на появление микроорганизмов и регуляции их численности.
Один из возможных вариантов воздействия на микробиоту полости рта - поддержание субвоспалительного, то есть нормального статуса активации нейтрофилов. Для этого возможно применение бактериальных продуктов (пробиотиков, лизатов) на основе бактерий, ассоциированных со здоровым состоянием полости рта, и ингредиентов, обладающих противовоспалительным действием.
Положительная роль бифидобактерий опосредована компонентами их клеточной стенки (мембраны) и внутриклеточных структур. Кроме того, противовоспалительное воздействие оказывают и секретируемые компоненты бифидобактерий [36], [37], отчасти за счет регуляции состава микробиоты и снижения степени перекисного окисления липидов [38]. Одним из механизмов действия бифидобактерий также является поддержка популяции «противовоспалительных» регуляторных Т-лимфоцитов (Treg), «перенастройка» соотношения про- и противовоспалительных цитокинов и поддержка жизнеспособности эпителиальных клеток слизистых оболочек [39-47].
Лизаты комбинируют в себе действие всех бактериальных компонентов, в то же время не обладая недостатками пробиотиков: слабой жизнеспособностью в продуктах питания, способностью продуцировать кислоту и служить резервуаром антибиотикорезистентности. Помимо «настройки» иммунитета, лизаты могут регулировать численность нежелательных для полости рта бактерий, с помощью бактериоцинов в своём составе [48].
Компания SPLAT выпустила три новые зубные пасты с активным компонентом bifida ferment lysate - лизатом бифидобактерий. Это Sensitive White, Extra Fresh и Sensitive Ultra, которые относятся к серии Professional Oral Care.
Не только в болезни, но и в здравии...
Больше сотни лет прошло с тех пор, как в микробе увидели главного врага человечества, - и теперь наше представление о нем изменилось. Мы многое поняли о постоянном взаимодействии с микроскопической флорой и фауной окружающего мира, о формировании иммунной системы, о защитной роли микроорганизмов. Не обошли эти исследования и ротовую полость.
Здоровая микробиота является важной частью защиты от патогенов. Любому микроорганизму необходимо куда-то прикрепиться, чтобы поселиться в нашем теле. Для этого они обычно используют белки и углеводы, расположенные на поверхности клеток. Иммунная система слизистых оболочек обычно не препятствует этому процессу, если поселенцы ведут себя прилично - не вызывают разрушения клеток и воспаления. Если же вызывают, то быстро уничтожаются иммунитетом, освобождая место для новых. Таким образом формируется здоровая микробиота - все точки, где мог бы присоединиться микроорганизм, оказываются заняты, причем непатогенными видами. Если в этой ситуации в ротовую полость попадет патоген, он просто не найдет места, где мог бы поселиться. Это явление называется колонизационной резистентностью. Она спасает нас от множества инфекционных заболеваний, однако часто нарушается при приеме антибиотиков или использовании антисептиков. Потому более «чистый» рот, как ни странно, больше склонен к различным заболеваниям [49].
Также раннее поселение микроорганизмов в нашем теле способствует правильному формированию иммунной системы, которая у детей изначально находится в незрелом состоянии. Однако в этом отношении чаще говорят о влиянии кишечных микробов, а микробы полости рта исследуют намного меньше [50].
Всё это свойства, характерные для любой области тела. Но у микробов полости рта есть и уникальная способность, причем напрямую влияющая на здоровье. И лежит она в области фармакокинетики .
Фармакокинетика - раздел фармакологии, изучающий перемещения и превращения лекарственного препарата в организме от поступления до выведения. Отвечает на вопрос «что организм делает с лекарством?»
Все знают, что один из лучших препаратов для экстренной помощи при сердечном приступе - нитроглицерин. Он содержит нитрогруппы (-NO2), которые в течение считанных секунд метаболизируются в организме до газа NO - сигнальной молекулы, расслабляющей сосуды. При этом в блокированной области сердца, как правило, восстанавливается нормальный кровоток, и стенокардический припадок прекращается.
Однако следить за избыточным тонусом сосудов стоит не только во время сердечного приступа. Артериальная гипертония - одно из главных заболеваний 21 века. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, ей страдают до 40% людей старше 25 лет. Гипертония достоверно увеличивает вероятность преждевременной смерти от инфаркта или инсульта - лидирующих причин смерти людей по всему миру.
Прием пищи, богатой нитратами, способен снизить давление, увеличив в организме производство оксида азота . В первом приближении это вполне понятно - все в школе писали химические реакции по получению чего угодно из азотной кислоты. Но в случае с организмом это ставит в тупик. Все химические реакции в теле происходят с участием ферментов - и получение оксида азота тут не исключение. Оно происходит в две стадии: сначала нитрат превращается в нитрит, затем уже нитрит превращается в оксид азота.
Стоит, однако, отметить, что избыточный прием такой пищи, особенно во младенчестве, может привести к отравлению нитратами и связанным с ним проблемам - метгемоглобинемие, нитрозилированию поверхностных сахаров клеток и даже раку, вызванному образующимися из нитратов и нитритов нитрозаминами.
Со второй стадией проблем не возникает, ее выполняют NO-синтазы «на местах» (рис. 7). Но первая в организме проходит с большими затруднениями. В принципе, эксперименты показали, что у нас есть какие-то ферменты, которые могут превратить нитрат в нитрит, но их активность неравномерна и довольно слаба [51]. И тут на помощь к нам приходит микробиота. Некоторые бактерии ротовой полости, особенно из рода Veilonella, способны очень эффективно восстанавливать нитрат до нитрита [52]. Именно они являются основным источником физиологически активного нитрита в крови после приема богатой нитратами пищи.
Рисунок 7. Превращение нитрита в NO в сосудистой стенке. Стенка сосуда состоит из эндотелиальных клеток и примыкающих к ним гладких мышц. Эндотелий, непосредственно контактирующий с кровью, в случае необходимости подает сигнал к расслаблению гладких мышц, синтезируя NO при помощи различных вариантов эндотелиальной NO-синтазы (eNOS). Субстратом ее в данном случае является нитрит-анион, захватываемый эндотелием из крови.
Этот симбиоз, очевидно, возник давно, и наш организм успел к нему адаптироваться в ходе эволюции. Лишь около 20% попавших в ротовую полость нитратов превращается в нитрит. Однако система устроена так, что прошедшие дальше нитраты будут возвращаться в рот вновь и вновь до тех пор, пока полностью не станут нитритами. Слюнные железы умеют улавливать их из крови и выделять в слюну с большой эффективностью, увеличивая концентрацию нитрита в крови. В сочетании со способностью кожи запасать нитраты и выделять их в нужный момент в кровоток, мы получаем постоянный источник нитрита, столь нужного для поддержания правильного давления крови (рис.8).
Рисунок 8. Нитратный цикл в организме человека. Почти все попавшие в кровь из пищи нитраты
выбрасываются в ротовую полость слюнными железами. Во рту они частично (примерно на 20%)
превращаются в пригодные к усвоению нитриты. Оставшиеся нитраты вступают в следующий цикл.
рисунок автора статьи
Показано, что нитрат-редуцирующая активность действительно очень важна. У людей, использующих для гигиены ротовой полости полоскания с антисептиком, прием богатой нитратами пищи не приводил к столь же значимому снижению давления крови, как у людей, таким полосканием не пользующихся [53]. Наличие в организме таких механизмов позволяет считать микробиоту ротовой полости полноценным метаболически активным органом нашего тела.
Заключение
Удивительно всё же закручивается история. Направив микроскоп на собственные зубы, Левенгук не только открыл бактерии, но и обнаружил одно из самых интересных микробных сообществ, которое только можно отыскать.
Несмотря на небольшие размеры ротовой полости, ее микробиологические жильцы отличаются потрясающим разнообразием форм и таксонов. При этом они не просто живут с нами и питаются нашей пищей, а полноценно влияют на развитие нашего организма и наличие или отсутствие некоторых заболеваний. Разнообразие и переменчивость микробиома ротовой полости представляют собой большую сложность для исследователя, но усилия ученых уже принесли впечатляющие плоды. А сколько еще ждет нас впереди!
Эта статья завершает цикл, посвященный здоровью ротовой полости. Мы рассмотрели особенности микробов рта, состав зубной пасты [29] и обратились к основным известным заболеваниям - кариесу, гингивиту, пародонтиту [5] и галитозу [54]. Мы рассмотрели их причины, развитие, лечение и некоторые неожиданные последствия. Теперь читатель сможет подходить к гигиене рта и медицинским процедурам более осознанно. Будьте здоровы!
via