Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021
Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Спонсор конкурса — : крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»
Всем нам хотелось бы иметь блистательные здоровые белые зубы, чтобы гордо демонстрировать их окружающим, а окружающие от такой демонстрации впадали бы в незамедлительный восторг. Но, увы и ах, проблема кариеса подкарауливает наши зубы буквально за каждым их углом. Однако если ты «вооружен и опасен», а именно знаешь, откуда корни кариеса растут — это уже половина победы! Поэтому давайте разбираться в биологических тонкостях его возникновения.
Откуда корни растут
Кариес (caries — «гниение») — это одно из самых распространенных заболеваний человека, которое все больше и больше набирает обороты. Около 42% населения мира имеют кариес [1]. Однако проблема эта далеко не исключительно человеческая (рис. 1).
Рисунок 1. Кариес встречается в животном мире довольно широко, особенно у копытных животных. Вверху фото зубов лошади, внизу — человека.
Idade dos cavalos pelos dentes, «Осложнения при лечении кариеса зубов у детей»
Сейчас уже достоверно известно, что к возникновению кариеса приводит жизнедеятельность бактерий ротовой полости . Бактерии, как и все живые организмы, должны питаться, расти и размножаться, а также поддерживать свой обмен веществ (метаболизм) на должном уровне. Но не все бактерии нашего рта приводят к возникновению кариеса. К кариесогенным бактериям относят стрептококков (Streptococcus mutans, Str. sanguis, Str. mitis, Str. salivarius) и некоторых лактобактерий (Lactobacillus acidophilus) [2–4].
О том, кто живет в полости рта, и как отдельные представители ее микрофлоры влияют на наше здоровье, можно узнать из статьи «А кто живет у нас во рту?» [5] спецпроекта «Биология, медицина и косметология ротовой полости». — Ред.
Как и многие другие болезни, кариес развивается в несколько этапов.
Анаэробные бактерии живут в виде тонкой биопленки на эмали зубов — зубного налета. Фиксируясь на поверхности зуба, они производят внеклеточные гетерополисахариды, нужные для того, чтобы создать себе комфортные условия для жизни, а именно снизить контакт с кислородом. Зачастую для синтеза таких внеклеточных полисахаридов нужна исключительно сахароза, как это происходит у Streptococcus mutans (рис. 2).
Рисунок 2. Streptococcus mutans — вид грамположительных факультативных анаэробных бактерий, жизнедеятельность которых напрямую связывают с развитием кариеса. Стрептококки за счет своего строения (образуют цепочки) и наличия особого рецептора, позволяющего им прикрепляться к гладкой поверхности эмали, чаще всего обнаруживаются в зубном налете. Используя сахарозу, они синтезируют липкие полисахариды на основе декстрана, формируя биопленку на зубе, тем самым обеспечивая себе анаэробные условия жизни.
«Википедия»
Человек кушает углеводы, и стрептококки «кушают» их вместе с ним. Отсюда и прямая зависимость: чем больше сахара ты съел, тем больше зубного налета образовалось. И чем слаще жизнь человека, тем лучше для стрептококков: в ходе сбраживания углеводов (гликолиза) они получают энергию для своей жизнедеятельности, а из сахарозы строят свой защитный налет — «панцирь» от кислорода. Среднее время образования видимого и ощущаемого зубного налета — 3–6 часов, а до образования плотной бактериальной биопленки проходит около 24 часов.
Для людей жизнедеятельность бактерий зубного налета несет свои минусы. Они выделяют большое количество побочных органических кислот, среди которых пировиноградная, муравьиная, уксусная и пропионовая [3]. А лактобактерии продуцируют еще и молочную кислоту. Совокупность всех выделенных кислот неизбежно снижает рН (повышает кислотность) той части ротовой полости, где наиболее активно происходит сбраживание углеводов — в складках эмали. Поначалу чрезмерная кислотность нейтрализуется слюной, однако чем дольше бактерии живут на зубе (надо понимать, что для бактерий время течет по-другому), тем больше гетерополисахаридов они выделяют, и тем труднее слюне пробиться сквозь нарастающий панцирь налета. Критическое значение pH для зубной эмали принято считать равным 5,5. Именно при таком значении начинает развиваться кариес и происходит деминерализация зубной эмали (рис. 3).
Рисунок 3. Для зубов очень важен показатель рН. Нормальный рН ротовой полости в пределах 6,8–7,4 обеспечивается буферными свойствами слюны. А сдвиг показателя в кислую сторону до отметки 5,5 является критическим и свидетельствует об активном процессе формирования кариеса.
рисунок Анастасии Прохоровой
Чем опасен кариес, если его не лечить –
В этом разделе мы расскажем об осложнениях своевременно невылеченного кариеса зубов, которые без исключения приводят к необходимости удалять нерв из зуба и пломбировать корневые каналы. А в случае гнойных осложнений – в добавок обращаться к хирургу для проведения разреза припухшей десны.
- Развитие пульпита – по мере распространения кариозного процесса на глубокие слои дентина, окружающие пульпу зуба, кариесогенные микроорганизмы проникают в пульпу зуба. Пульпа – это сосудисто-нервный пучок зуба. В результате попадания в нее инфекции происходит гнойное воспаление пульпы – пульпит. Боли при пульпите носят, как правило, острый приступообразный характер. Как развивается пульпит вы схематично можете увидеть на следующих картинках (рис.7-9) –
- Развитие периодонтита – если пульпит также своевременно не лечится, то происходит некроз пульпы, т.е. ее гибель. Эта стадия воспаления называется периодонтитом. На рис.11 вы можете увидеть как инфекция, распространяясь из кариозной полости по корневым каналам, проникает за пределы зуба – в периодонт и костную ткань. И в результате этого в области верхушки корня зуба возникает очаг гнойного воспаления (можно обозначить его термином «периодонтальный абсцесс»).
На рентгеновском снимке такой воспалительный очаг выглядит как интенсивное затемнение вокруг верхушки корня зуба. Кроме того, на рис.10 вы можете схематично увидеть отличия пульпита от периодонтита. - Развитие кисты у верхушки корня зуба – в результате инфицирования около-верхушечных тканей происходит постепенное их разрушение: костная ткань рассасывается, а на месте ее образуется воспалительная грануляционная ткань, также могут образовываться кисты челюстей. Такие кисты называются радикулярными – от латинского слова Radix, что значит «корень» (24stoma.ru).
Радикулярная киста – это полость в области верхушки зуба, внутренняя поверхность которой выстлана оболочкой, а сама полость заполнена гноем. Иногда они могут достигать очень больших размеров. Например, мне приходилось удалять такие кисты до 5 см в диаметре. Как выглядит радикулярная киста вы можете увидеть на схеме среза верхней челюсти (рис.12), а также на рентгенограмме (рис.13), на которой киста выглядит как интенсивное затемнение у корня зуба.
- Развитие флюса десны – также к осложнениям пульпита и периодонтита относят такое заболевание как «периостит», которое в простонародье называют флюсом. Периостит всегда сопровождается выраженным отеком десны и(или) щеки. Воспаление и припухлость в данном случае являются следствием распространения инфекции от верхушки корня зуба – в область надкостницы, которая покрывает челюсть снаружи. В результате между надкостницей и челюстью возникает гнойный абсцесс (при расплавлении надкостницы гной прорывается под слизистую оболочку полости рта). Лечение периостита заключается в необходимости проведения разреза в проекции припухлости (для эвакуации гноя). После этого назначается антибиотикотерапия. Перед началом лечения также решается вопрос о необходимости удаления, либо сохранения причинного зуба, вызвавшего воспаление. Если зуб решено сохранить, то после стихания острых явлений стоматолог терапевт должен будет соответствующим образом пролечить этот зуб, чтобы он не стал причиной гнойного воспаления в следующий раз.
Наши зубки как камни
Зубная эмаль представляет собой внешнюю защитную оболочку зуба, которая на 97% состоит из кристаллов гидроксиапатита (рис. 4) — Ca10(PO4)6(OH)2 — и белков-фундаментов: амелогенинов и эмеллинов, на которых во время развития эмали (амелогенеза) и нанизываются кристаллы гидроксиапатита [2], [3], [6], [7].
Рисунок 4. Вот так выглядит «ближайший родственник» нашей эмали — гидроксиапатит. Ему хорошо, ведь он ничего не знает о кариесе!
«Википедия»
Гидроксиапатит, хоть и является самой твердой частью человека, всё же очень чувствителен к кислотам. Кислоты, «застрявшие» в зубном налете, особенно в области фиссур (рис. 5) — складок эмали, — начинают разрушать минерал, приводя к деминерализации зубной ткани, иначе говоря, к размягчению. Минерал распадается, образуя соли кальция с другими кислотами [3].
Ca10(PO4)6(OH)2 + кислота → 10Ca2++ 6HPO42– + 2H2O
Примечательно, что гидроксиапатит может оставаться растворенным около двух часов после приема пищи. Основную роль здесь помимо углеводов играют фруктовые кислоты. Вот почему после приема фруктов чувствуется ощущение чистоты эмали. Со временем слюна нейтрализует действие кислот благодаря своим буферным свойствам [2]. Чем чаще происходит прием высокоуглеводной пищи, тем более постоянным становится процесс закисления в полости рта. Таким образом, кариес зависит не от количества принимаемого сахара, а от частоты его употребления: не ешь пакет конфет в течение дня, а съешь большой десерт один раз в день.
Рисунок 5. Складки эмали — фиссуры — любимое место «зачатков» кариеса. Именно здесь особенно активно происходят процессы деминерализации.
рисунок Анастасии Прохоровой
Осложнения кариеса у детей –
Как мы уже сказали выше – у детей до 3 лет только что появившийся кариес может превратиться в пульпит (воспаление нерва в зубе) всего лишь за 2-3 месяца, что связано в том числе со слишком маленькой толщиной эмали и дентина. Возникший пульпит может иметь или острое течение, или хроническое. Для острого течения пульпита молочных зубов характерно возникновение самопроизвольных приступообразных болей, особенно в ночное и вечернее время. Боль провоцируется обычно горячей или холодной пищей, и после устранения раздражителя может длиться еще от 15 минут до нескольких часов.
При хроническом течении пульпита молочных зубов – болевые симптомы могут либо полностью отсутствовать, либо болезненность может возникать во время приема пищи (из-за раздражения рецепторов в области дна кариозной полости пищевым комком). Эту форму пульпита бывает очень сложно отличить от среднего кариеса, что часто приводит в возникновению врачебных ошибок. Приняв пульпит за средний кариес – врач традиционно лечит его серебрением или пломбированием, что неминуемо приводит к развитию периодонтита (24stoma.ru).
Но при отсутствии лечения пульпит в любом случае рано или поздно трансформируется в периодонтит (гнойное воспаление у верхушки корня). Для периодонтита молочных зубов характерны следующие симптомы – 1) на десне периодически возникает абсцесс в виде шишки, заполненной гноем, 2) в проекции корня больного зуба на десне периодически открываются свищи с гнойным отделяемым. Как выглядит гнойное воспаление при периодонтите (рис.15-16).
Возникновение свищей, гнойных шишек на десне – является безусловным показанием для удаления зуба (независимо от того – сколько времени осталось до его физиологической смены). Дело в том, что гнойное воспаление у верхушки корня молочного зуба с большой вероятностью может вызвать и воспаление зачатка постоянного зуба, который находится всего в 1-2 мм от верхушек корней молочного зуба. Кроме того, бактерии и токсины будут постоянно попадать в кровь, приводя к ухудшению иммунитета и развитию ряда хронических заболеваний (например, заболеваний ЛОР-органов, бронхиальной астмы, аллергии и т.д.).
О том, что нужно делать, если у вашего ребенка на десне появился свищ или гнойный абсцесс – вы можете прочитать в статье по ссылке выше.
Белый кариес — черный кариес, время играет против зубов
Эмаль полупрозрачна и в норме имеет цвет от светло-желтого до серовато-белого. Цвет дентина и любого материала под эмалью сильно влияет на внешний вид зуба. Как это ни удивительно, кариес начинается в виде образования еле заметного белого матового пятна на эмали (рис. 6) [3].
Рисунок 6. «Зубные проблемы». Со временем вызванные кариесом белые пятна на эмали темнеют.
рисунок Анастасии Прохоровой
Далее такое пятно темнеет от частых приемов пищи: участок зуба размягчается все сильнее и сильнее, и у счастливчиков образуется безболезненная дырка — кариозная полость [7]. У некоторых несчастных кариес сопровождается воспалением тканей вокруг зуба, инфекцией, а иногда даже абсцессом, что может привести не к маленькой эстетической проблеме «черных зубных точек», а к потере самого зуба.
Как выглядят основные бактерии, вызывающие кариес?
Мы не может увидеть, как выглядят бактерии, провоцирующие развитие кариозного поражения зубов. Но видимые изменения на зубах дают понимание того, на какой стадии находится патологический процесс.
Сначала на эмали образуется едва заметно светлое пятно. На втором этапе пятно становится более темным, его размер увеличивается, начинается формирование кариозной полости. На третьем этапе кариозная полость захватывает не только эмаль, но и дентин. На четвертом этапе болезнь распространяется еще глубже и выходит за пределы дентина.
Источники:
- bsmu.by
- kraszdrav.ru
- ru.wikipedia.org
Влияет ли генетика?
Некоторые исследователи объясняют индивидуальную восприимчивость к кариесу генетическим фактором. Изучая развитие кариеса на животных моделях, японские ученые высказали предположение, что локусы на 1, 2, 7, 8 и 17 хромосомах способствуют восприимчивости к кариесу. Генетика напрямую не влияет на запуск болезни, а определяет степень ее тяжести и продолжительности течения. Объясняется это особенностями строения ротовой полости: пристально изучаются гены, участвующие в развитии эмали, в образовании и составе слюны, а также участвующие в формировании иммунного ответа [4], [8], [9].
Какие болезни зубов вызывают бактерии
Самой распространенной проблемой, с которой сталкивается человек в случае, если во рту развивается патогенная микрофлора, считается кариес. По мнению специалистов, кариес – самое распространенное хроническое заболевание человечества. Если судить по сделанным фото этой болезни, то лечение запущенного кариеса слишком дорого обходиться человеку, так как зубы у него могут быть практически полностью разрушены.
Если не заниматься профилактикой кариеса и не удалять патогенные микроорганизмы, то они могут разрушать зубы еще с детского возраста.
С патогенными микроорганизмами на зубах, хорошо различимыми на фото и видео под микроскопом, связана еще одна проблема – это неприятный запах изо рта. Причем иногда он может быть настолько сильным, что существенно ограничивает общение. Вот так бактерии могут препятствовать социальной активности человека и даже отрицательно влиять на его карьеру.
Многочисленные фото, сделанные под качественным микроскопом, являются подтверждением того, что только на одной зубной щетке, особенно если при ее хранении не соблюдаются гигиенические правила, может находиться до сотни миллионов микробов.
Можно ли обратить кариес?
Если вы уже заметили первые стадии разрушения эмали, то обратить кариес вспять нельзя, но замедлить можно, растянув процесс на десятилетия. На поверхности эмали всегда происходят ионно-обменные реакции, позволяющие поддерживать хрупкое равновесие между деминерализацией (разрушением) и реминерализацией (восстановлением) эмали. В кристалл гидроксиапатита могут проникать ионы кальция и магния, фосфат-ионы, карбонат-ионы, ионы стронция и фтора. Из всех перечисленных ионов нам особо интересен ион фтора F⁻. Фтор может замещать гидроксильную группу (OH⁻) гидроксиапатита эмали, образуя фторапатит Ca₅(PO₄)₃F. Фторапатит более устойчив к действию кислот, поэтому жизнедеятельность бактерий мало сказывается на нем [6].
В статье «Зубная крепость: как пасты делают наши зубы лучше?» [10] спецпроекта «Биология, медицина и косметология ротовой полости» подробно рассказано про фтор и другие полезные компоненты зубных паст. — Ред.
Фторидная терапия используется для предотвращения разрушения зубов. Наиболее выраженный эффект наблюдается при оптимальном поступлении ионов фтора в организм в период развития молочных и коренных зубов, то есть в детском возрасте, но и на первых стадиях кариеса — в стадии белого пятна — такая терапия может замедлить его течение [6], [8]. Сбалансированное питание также поможет удерживать развитие кариеса. Большое количество фтора содержат злаковые культуры (отруби, цельнозерновая мука, проросшие зерна), овощи и фрукты, пряности (петрушка, тмин, шпинат), а также продукты животного происхождения (рыба, мясо, особенно мясной бульон на костях, печень, морепродукты).
Ну а если кариес вовсю уже заметен, то потребуются радикальные меры по его устранению в кресле стоматолога. Кстати, пломбировочный материал также содержит фторапатит.
Берегите свои зубки!
Эта небольшая обзорная статья уже публиковалась автором здесь: https://vk.com/@biovk-temnye-delishki-nashih-zubov-karies.
Двуликий фторид
Если первый способ борьбы с кариесом — отказаться от сладкого — подходит не всем, то сделать эмаль зубов более устойчивой к кислотам куда проще. На сегодня единственным всемирно признанным и самым эффективным способом укрепления эмали все еще остается фторирование.
Впервые массово добавлять фториды в молоко для профилактики кариеса стали в школах и детских садах Швейцарии в 1953 году. Спустя 60 лет 95% зубных паст в мире содержат фториды. Если вы прочитаете состав своей зубной пасты, то, скорее всего, найдете в ней фторид натрия, монофторфосфат или аминофторид. А может быть, фторидов будет несколько. Механизм, с помощью которого все эти вещества помогают защищать зубы от кариеса, очень прост. Ионы фтора внедряются в кристаллическую решетку минеральных призм эмали, после чего ее растворимость в кислотах снижается.
