Biofilme microbiene în medicina dentară cu referire la reabilitarea implanto-protetică

Despre Autori

Prof. Dr. Augustin Mihai¹ Conf. Dr. Carmen Balotescu-Chifiriuc² Prof. Dr. Veronica Lazăr² Dr. Ruxandra Stănescu¹ Conf. Dr. Mihai Burlibașa¹ Dr. Dana Catrinel Ispas¹

¹Clinica de Implantologie Orală „Prof. Dr. Dan eodorescu”, Facultatea de Medicină Dentară, U.M.F. „Carol Davila” București
²Facultatea de Biologie, Universitatea din București

Rezumat

Biofilmele microbiene sunt implicate în etiologia unor infecții acute sau cronice, uneori destul de grave, identificarea tulpinilor bacteriene componente ale acestora, izolate de la nivelul plăcii bacteriene sau de pe suprafețele unor materiale de obturație, aliaje dentare, materiale de amprentă, implanturi dentare, elemente de fixare ale protezelor dentare având un rol esențial în cunoașterea dinamicii formării acestora, în raport cu proprietățile fizico-chimice ale materialului, pe care se fixează.

Epoca modernă, descoperirea antibioticelor a permis tratamentul infecțiilor bacteriene acute sau cronice, determinate de specii bacteriene izolate, dar implică mai puțin biofilmele microbiene, fiind astfel posibilă apariția infecțiilor cronice sau recurente.

Prezenta lucrare încearcă să deslușească cauzele antibiorezistenței biofilmelor bacteriene, dar și posibilitățile de profilaxie ale infecțiilor produse de acestea.

Abstract

Microbial biofilms in dental medicine in reference to implanto-prostethic rehabilitation

Microbial biofilms are involved in the etiology of some acute or chronic infections; some of these infections are sometimes rather severe; the bacterial strains identification of the biofilms isolated from the dental plaque or from the biofilms attached to the surfaces of some dental alloys, impression materials, dental implants, restorative and cement materials plays an essential role concerning the biofilms establishment dynamics towards the physical-chemical properties of the materials which biofilms are attached to.

The modern age enabled the antibiotic treatment of bacterial infections, less involving microbial biofilms, that is why, after the mentioned therapy, could appear chronic and reccurent infections.

In this paper, the authors try to elucidate the causes and the preventive therapies.

Keywords : microbial biofilms, oral implantology .

Introducere

După cum foarte bine se cunoaște, biofilmele microbiene prezintă un rol esențial în patologia orală, în etiologia cariei dentare, a parodontopatiilor, dar și în contaminarea suprafețelor unor materiale de uz dentar, precum cele utilizate în reabilitarea implanto-protetică, cum ar fi: implanturile dentare, materialele de amprentă, aliajele de uz protetic, etc.

n

Acest articol constituie de fapt, faza preliminară a unor cercetări experimentale ulterioare mai ample, care vor avea drept obiectiv identificarea și stabilirea unor tulpini microbiene izolate din placa dentară, folosite mai apoi în scop experimental, pentru studiul formării biofilmelor monospecifice pe baza materialelor utilizate în reabilitarea implanto-protetică, cu precădere pe suprafața implanturilor dentare și a materialelor de amprentă.

Aceste cercetări dezvoltate în cadrul Clinicii de Implantologie Orală „Prof. Dr. Dan Theodorescu” a Facultății de Medicină Dentară, U. M. F. „Carol Davila” București, în colaborare cu specialiști în microbiologie ai Facultății de Biologie, Universitatea din București, urmăresc de fapt stabilirea rolului pe care proprietățile fizico-chimice ale acestor materiale utilizate în reabilitarea implanto-protetică le au în dinamica formării biofilmelor și nu în ultimul rând, testarea rezistenței la antibiotice a acestor biofilme bacteriene.

Datele problemei

Biofilmele bacteriene reprezintă o comunitate microbiană sesilă, compusă din celule bacteriene atașate ireversibil de un substrat, la o interfață cu acesta sau unele de altele. Ele sunt înglobate într-o matrice de substanțe polimerice extracelulare, produse de aceste celule și prezintă un fenotip modificat în ceea ce privește rata de creștere și de transcriere a genelor.

Pentru prima dată în anul 1980, Hølby și Costerton, cei care vor înființa mai târziu Centrul de Inginerie a Biofilmelor din Montana (SUA), au considerat faptul că biofilmele microbiene sunt implicate în etiologia unor infecții cu bacterii antibiorezistente.

Mai t& #226;rziu, clinicienii au observat existența unor infecții asociate unor dispozitive medicale, pe care le-au definit ca fiind boli infecțioase apărute în „condiții inflamatorii sterile” sau sub denumirea de „febre de etiologie necunoscută” .

Biofilmele medicale sunt implicate în aproximativ 60-85% din infecțiile raportate de țările dezvoltate, infecțiile produse de acestea au de obicei un debut lent, simptome de intensitate medie, dar și tendință de cronicizare. Comunitatea științifică europeană, care în anul 2005, la European Congress of Microbiology and Infectious Diseases (ECCMID) , a înființat grupul european de studiere al biofilmelor microbiene (ESCMID Biofilm Study Group) , le acordă acestora o importanță deosebită.

Mai mult de jumătate din bolile infecțioase existente sunt determinate de specii bacteriene care trăiesc comasate pe tegumente sau în cavități ale organismului uman sau în mediul înconjurător, putând provoca infecții cronice devastatoare, mai ales la indivizi imunocompromiși.

În medicina dentară, biofilmul microbian cel mai important al cavității orale este reprezentat de placa dentară, o masă gelatinoasă aderentă de suprafețele dentare, dar și de alte zone dure cum ar fi suprafețele obturațiilor, restaurările implanto-protetice fixe sau mobile, implanturile dentare sau aparatele ortodontice fixe sau mobile.

Putem aprecia cu certitudine faptul că bacteriile orale nu sunt colonii solitare, ci membri ai unui sistem ecologic complex și dinamic, în continuă schimbare și formare, reprezentat de o agregare bacteriană ce conține 70-80% bacterii cu 200-400 specii diferite, ce formează un conținut de cca. 108 microorganisme, printre care mycoplasme, protozoare și fungi într-un procent mic.

Placa bacteriană dentară mai conține și celule fagocitare produse de metabolismul celular, celule epiteliale descuamate, proteine salivare și serice, toate reunite în „matricea plăcii dentare”. Activitatea metabolică a bacteriilor orale determină prezența sau absența unor afecțiuni orale majore, caria și parodontopatiile (Greabu, Dumitriu).

După Socransky (citat de Dumitriu), pentru a fi considerat patogen parodontal, o bacterie trebuie să îndeplinească anumite condiții, și anume:

  • microorganismul trebuie să fie prezent în număr mare în parodonțiul lezat sau distrus și în număr redus sau absent în parodonțiul normal;
  • îndepărtarea microorganismului trebuie să ducă la oprirea evoluției bolii;
  • microorganismul trebuie să posede factori de patogenitate relevanți, pentru inițierea și evoluția bolii;
  • microorganismele utilizate în experimente pe animale de laborator trebuie să reproducă leziunile produse la om;
  • răspunsul imun umoral și celular trebuie să sugereze rolul unic al microorganismului în producerea bolii.

Nu s-a putut dovedi până în prezent faptul că bacteriile izolate din leziunile parodontale au aceste calități, și de aceea sunt numite bacterii asociate bolii, dar studiile microbiologice au permis stabilirea patogenității bacteriilor din placa bacteriană prin :

  • mecanisme directe, care includ acțiunea nocivă a unor factori bacterieni ce țin de structura lor celulară, de invazia țesuturilor, eliberarea de exotoxine și de endotoxine, elaborarea de enzime cu rol de agresiune asupra componentelor tisulare adiacente, metaboliți toxici (Dumitriu Horia);
  • mecanisme indirecte, care includ răspunsul imunologic al gazdei, mecanisme ce pot deveni la rândul lor factori de agravare și progresie ai leziunilor parodontale.

Descoperirea vaccinurilor și a antibioticelor a permis tratamentul afecțiunilor microbiene acute (cu excepția cazurilor de infecție cu tulpini rezistente la antibiotice), dar tratamentul implică mai mult speciile microbiene și mai puțin biofilmele bacteriene.

Cu ajutorul microscopului electronic a fost observată prezența biofilmelor bacteriene pe suprafața dispozitivelor medicale (vezi și implanturile dentare), pe țesuturile prelevate de la pacienți cu infecții cronice neasociate dispozitivelor medicale, bacteriile apărând înglobate într-o matrice de polizaharide extracelulare. În infecțiile cauzate de biofilme bacteriene, pot fi implicate una sau mai multe specii bacteriene sau fungice (Tabelul 1).

Tabelul 1. Infecții asociate biofilmelor pe țesuturi vii
Infecții pe tesuturi vii Specii microbiene frecvent implicate
Carii dentare Coci Gram pozitivi
Periodontita Bacterii Gram negative anaerobe
Otita Haemophilus influenzae
Infecții musculoscheletale Coci Gram pozitivi
Fasciita necrozantă Streptococi de grup A
Infecții ale tractului biliar Bacterii enterice
Osteomielita Diferite specii bacteriene si fungice
Prostatita bacteriană Escherichia coli, alte bacterii Gram negative
Endocardita pe valve native Streptococi din grupul Viridans
Tabelul 2. Infecții asociate biofilmelor pe dispozitive medicale
Infectii pe dispozitive medicale Specii microbiene frecvent implicate
Suturi Staphylococcus epidermidis, S. aureus
Suturi arteriovenoase Staphylococcus epidermidis, S. aureus
Lentile de contact Pseudomonas aeruginosa si coci Gram negativi
Catetere urinare Escherichia coli, alte bacterii Gram negative
Dispozitive implanto-protetice O gamă variată de bacterii și fungi
Tuburi endotraheale Diferite tipuri de bacterii și fungi
Catetere venoase Staphylococcus epidermidis
Valve mecanice Staphylococcus epidermidis, S. aureus
Grefe vasculare Coci Gram pozitivi

Biofilmele bacteriene se dezvoltă preferențial pe suprafețe inerte sau pe țesuturi moarte și adesea pe dispozitive medicale, inclusiv pe cele implanto-protetice (Tabelul 2).

n

Celulele bacteriene sesile eliberează antigene și stimulează producerea de anticorpi, dar acești anticorpi nu sunt eficienți în recunoșterea și îndepărtarea bacteriilor din biofilm și pot determina formarea complexelor imune, activarea sistemului complement local și producerea de leziuni pe țesuturile integre.

Chiar și la persoane imunocompetente, infecțiile produse de biofilme microbiene sunt rareori „rezolvate” de mecanismele de apărare ale gazdei. Terapia cu antibiotice reduce simptomele produse de celulele planctonice eliberate din biofilmul microbian, dar nu reușesc să distrugă si să elimine biofilmul (reușesc de cele mai multe ori doar o dezorganizare a biofilmului microbian), de aceea, infecțiile asociate biofilmelor microbiene manifestă o tendință de cronicizare, prezintă simptome recurente după cicluri de terapie cu antibiotice, pân&# 259; când populația bacteriană sesilă este îndepărtată chirurgical din organism. (Costerton si colab., 1999)

Chimioterapia antibacteriană în afecțiunile parodonțiului marginal realizează (după Bollen și Quinnynen 1996, Blandizzi și colab.1999, citați de Nechifor 2002) 4 obiective, și anume:

  • oprește multiplicarea sau produce distrucția florei microbiene patogene;
  • reduce semnificativ rata de recurență ;
  • previne extensia sistemică a infecției în faza acută ;
  • contribuie la refacerea echilibrului microbian normal din cavitatea orală.

Pentru a fi eficientă, chimioterapia antimicrobiană trebuie asociată de controlul plăcii bacteriene cu măsuri de înlăturare a acesteia și de igienizare locală.

Spre deosebire de celula microbiană liberă, o celulă inclusă în biofilmul microbian beneficiază de protecția dată de bariera de difuzie pe care o exercită matricea, și/sau de creșterea lentă a celulei din cauza sărăciei de nutrienți din profunzimea biofilmului, ceea ce întârzie pătrunderea antibioticului, și astfel este posibil ca celulele din biofilm să acumuleze în matrice enzime detoxifiante, capabile să raspundă acțiunii agenților antimicrobieni prin distrugerea celulele planctonice.

Celulele incluse în biofilmul microbian prezintă o înaltă rezistență la antibiotice, ceea ce face să existe subpopulații de supraviețuitori din populația microbiană a biofilmului în proporție relativ mică, dar aceste câteva celule supraviețuitore inițiază o stare de înaltă protecție, asemănătoare poate cu cea a sporilor.

n

Diferența între comunitățile planctonice și cele integrate în biofilmul microbian, constă în aceea că frecvența supraviețuitorilor este mult mai mare la microorganismele din biofilm. Ipoteza supraviețuitorilor a fost demonstrată prin măsuratori ale distrugerii bifazice a biofilmelor microbiene în care cea mai mare parte a populației microbiene este omorâtă rapid, dar rămâne o fracție din celule care nu este afectată, nici după un tratament prelungit cu antibiotice.

Faptul că bacteriile biofilmului microbian pot manifesta o susceptibilitate redusă la antibioterapie, numită rezistență fenotipică comportamentală sau, mai nou toleranță, chiar și în biofilmele puțin dezvoltate, poate fi explicat prin intermediul supraviețuitorilor.

n

Penetrarea mai redusă a antibioticelor la nivelul biofilmelor microbiene, din cauza unuia sau mai multor factori este insuficientă pentru explicarea rezistenței bacteriilor agregate. Pe de altă parte, proprietățile fizico-chimice și farmacologice ale unui antibiotic nu garantează pătrunderea sa în biofilmul microbian.

Penetrarea antibioticului în profunzimea biofilmului microbian poate fi mult întârziată, atunci când el este inactivat pe cale enzimatică sau sechestrat prin legare, atunci când difuzează în biofilm (matricea are proprietățile unei rășini schimbătoare de ioni). O astfel de interrelație reacție-difuzie este suficientă pentru a împiedica penetrarea unui antibiotic de tip penicilină într-un biofilm format de bacterii β-lactamaza. În majoritatea cazurilor s-a demonstrat pe teste experimentale în vitro, că neutralizarea sau adsorbția antibioticelor nu este suficient de rapidă și că antibioticele reușesc să pătrundă în biofilm.

Au fost observate pătrunderi semnificativ limitate în biofilmul microbian doar pentru antibioticele β-lactamice si aminoglicozide. Atunci când antibioticul pătrunde lent în interiorul biofilmului microbian, enzimele care inactivează sau modifică antibioticul au un rol decisiv.

Astfel de enzime sunt β-lactamazele, enzimele de modificare ale aminoglicozidelor, cloramfenicolului, acetiltransferazele. În majoritatea exemplelor în care a fost demonstrată pătrunderea efectivă a antibioticelor, a fost raportată o supraviețuire a microorganismului, ceea ce dovedește că atunci când pătrunderea antibioticului în biofilm reușește, mecanismele de protecție par a fi pregătite.

Pentru substituirea unor țesuturi, pentru înlocuirea dinților pierduți sau a țesuturilor dure dentare distruse de procesul carios, medicina dentară folosește dispozitive protetice temporare sau permanente clasice sau pe implanturi dar în fața extinderii acestor procedee, există riscul apariției infecțiilor asociate dispozitivelor protetice sau cel al neintegrării sale, datorită lipsei de compatibilitate între organism și suprafața biomaterialului. Riscul acestor infecții este asociat cu marea capacitate adaptativă a bacteriilor de a coloniza suprafețele inerte, socotite ca atare datorită neimplicării lor în nutriția celulelor microbiene, dar care pot modula direct aderența bacteriană sau să interacționeze cu mecanismele de apărare ale organismului gazdă.

Procesul de aderență microbiană &# 8222;in vitro” este influențat de o serie de factori dependenți de substrat, cum ar fi : structura fizico-chimică, hidrofobicitatea, energia de suprafață, de celula bacteriană (virulență, hidrofobicitatea suprafeței celulare), de mediu (compoziția, pH-ul mediului de cultură).

În scopul prevenirii infecțiilor, se încearcă reducerea capacității de aderare a microorganismelor la suprafețe prin reducerea porozității acesteia și realizarea unor materiale din ce în ce mai biocompetente.

În concluzie, pentru identificarea tulpinilor microbiene din biofilmele implicate în etiologia unor infecții ale cavității orale sunt necesare studii aprofundate privind mecanismele de formare a biofilmelor în placa bacteriană pe suprafețele dentare, pe dispozitivele de reabilitare implanto-protetică, este necesară stabilirea prin studii experimentale, a dinamicii de apariție a biofilmelor dentare, a structurii și caracteristicilor fizico-chimice ale diferitelor materiale de restaurare, a speciilor microbiene colonizatoare, precum și determinarea rezistenței acestora la antibiotice.

Bibliografie

  1. Costerton, J.W., Geesey, G. G., Cheng, G.K.: How bacteria stick. Scient. Am., 238, p.86-95. 1976.
  2. Costerton, J.W., Lappin-Scott, H.M.: Behavior of bacteria in biofilms, ASM News, 55, p. 650-654, 1989.
  3. Costerton, J.W., Lashen, E.S.: Influence of biofilm on efficacy of biocides on corrosion causing bacteria. Nat. Assoc. of Corros. Engineers, p. 13-17, 1984.
  4. Costerton, J.W., Lewandowski, Z., Caldwell, De.E., Korber, D.R.: Microbial Biofilms, Ann. Rev. Microbiol, 49, p.711-745, 1995.
  5. Costerton, J.W., Steward, P.S., Geenberg, E.P.: Bacterial biofilms: a common cause of persistent infections. Science, 284, p. 1318-1322, 1999.
  6. Dracea O, Bleotu C. Cristea D., Iordache C., Lixandru M., Viziteu E., Bucur M., Larion C., Balotescu C., Lazar Z.: Studiul influentei infecției virale asupra capacității de aderență și invazie a substratului celular de către tulpini bacteriene cu potențial patogen. Al III-lea Simpozion Acad. N. Cajal, 28-29 Martie, Bucuresti, 2007
  7. Dumitriu H.T.: Parodontologie – Ed.Viața Medicală Românească București 1999.
  8. Greabu Maria: Biochimia cavității orale – Ed. Tehnică București 2001.
  9. Lazăr, V.: Aderența microbiană - Editura Academiei Române, București 2003.
  10. Nechifor M: Terapia antibacteriană, antifungică și antivirală în stomatologie - Ed.Glissando Iași 2002.

Acest articol face parte din:

Modificări:

  • 2010-12-01 7 log start
Licenţa Creative CommonsAceastă operă creată de Revista de chirurgie oro-maxilo-facială și implantologie este pusă la dispoziţie sub Licenţa Atribuire-Necomercial-FărăModificări 3.0 Ne-adaptată Creative Commons.